TPACK/科学教师教育的多方面

TPACK在科学教师教育中的应用

作者：Gamze Çetinkaya

"越来越明显的是，仅仅将技术引入教育过程不足以确保技术整合，因为技术本身不会导致变化" (Koehler, & Mishra, 2005)。

近年来，将技术整合到教育中（所有领域）都变得非常重要，科学教育也不例外；教育技术可以有效地支持教学和学习实践，不仅在科学教育中，而且在科学教师教育项目中也是如此。在早些年，重点是技术技能，而忽略了教学法和内容方面；但是，教育者意识到，对技术的了解并不能保证其在促进学生学习方面的有效使用，重点转向了将技术有意义地整合到教学中 (Graham, Burgoyne, Cantrell, Smith, Clair, & Harris, 2009)。具体来说，在科学教育方面，有效使用技术工具可能有助于学生参与科学探究、构建自己的知识、像科学家一样工作，并提高他们的解决问题的能力 (Guzey, & Roehrig, 2009; Trowbridge, Bybee, & Powell, 2008)。通过有效地结合技术、教学法和内容知识，学习和教学过程可能会得到改善。

为什么我们需要“T”？

术语教学内容知识 (PCK)，由舒尔曼 (1987) 首次提出，指的是教师将他们的教学知识 (关于教学方法、学生特征、课堂管理策略、课程、评估等的知识) 与学科知识 (他们对主题/内容的了解) 结合起来，以促进学生学习的能力。为了有效地进行科学教学，教师的教学知识水平与他们的内容知识一样重要；但是，分别了解它们并不意味着任何东西。教师还应该能够将这些知识领域结合起来，发展他们的教学内容知识 (Van Driel, Verloop, & De Wos, 1998)。大多数与科学教师的 PCK 相关的研究表明，教师在融合教学法和内容知识以及以有效和有意义的方式呈现内容方面存在困难。因此，PCK 研究变得非常重要，并且已经进行了多项研究以找到发展科学教师 PCK 的有效方法。

2005 年，科勒和米什拉以舒尔曼的 PCK 模型为基础，并将其更进一步，加入了技术 (T) 组件。根据这个名为技术教学内容知识 (TPACK) 的新模型，“好的教学不仅仅是将技术添加到现有的教学和内容领域；相反，技术的引入会导致新概念的呈现，并需要培养对 TPACK 框架所暗示的所有三个组件之间动态、交易关系的敏感性” (Koehler, & Mishra, 2005, p. 134)。

在科学教育方面，麦卡罗里 (2008, p. 195) 声称，对科学、学生、教学法和技术的了解协同工作，“了解在 [课程中的] 哪里使用技术、使用什么技术以及如何用它进行教学”。她还确定了一些示例实践，解释了为什么将技术组件添加到教学实践中是必要的和有效的，这些实践是

1. 通过模拟自然事件 (例如，地质动画) 来加快时间
2. 通过数据收集设备和/或记录否则难以收集的数据 (例如，数字探头) 来节省时间
3. 看到否则无法看到的东西 (例如，数字显微镜)
4. 组织否则难以组织的数据 (例如，电子表格、图形可视化模型) (McCrory, 2008)。

同样，吉莫伊安尼斯 (2010) 强调了将技术整合到科学教育中的重要性，并指出有各种有效的教育技术可用于科学教育 (例如，模拟、建模工具、网络资源、电子表格、计算机辅助实验室等)，这些技术可能对教学实践产生重大改进。他进一步论证说，“信息和通信技术 (ICT) 整合到科学教育中不应旨在简单地改进传统的教学；相反，它与学习过程的根本变化有关，而教学职业正在从以教师为中心的教学转向以学生为中心的学习环境” (Jimoyiannis, 2010, p. 1261)。这意味着将技术整合到科学教育中不仅仅是呈现信息的另一种方式；技术、教学法和内容应该以这样的方式结合起来，使学生成为积极的学习者，参与适当的学习活动。技术应该被用作改进学习过程的工具；而不是用来进行直接教学，在线呈现阅读材料的工具。

研究表明了什么？

由于近年来技术快速发展，并影响到生活的各个方面，其在教育中的重要性也迅速增加。因此，已经进行了几项研究，以调查将技术整合到教育中最有效的方式，并提高教师的技术教学内容知识。在本节中，首先给出了选定文章的总体概述，然后更详细地解释了其中的一些文章。

研究文章的总体概述

在本节中，审查了七篇在科学教育领域进行的研究文章 (见 文献表)。在所有这些文章中，都实施了一个专业发展计划，以提高科学教师的 TPACK，这是科学教育中最常用的研究方法。但是，它们在背景、参与者、数据收集和结果方面彼此不同。此外，其中一些研究文章遵循了一种转化方法，假设 TPACK 是一种新型的知识，而不是其各个部分的总和，而另一些则遵循一种综合方法，假设 TPACK 是技术、教学法和内容知识的结合 (Graham, 2011)。在接下来的部分中，总结了这些研究的背景、参与者、数据收集方法、方法和结果，并进行了比较。

背景

在背景方面，五项研究被设计为专业发展计划，其中一项被设计为教师教育项目中的课程，另一项被组织为研究生级别的教师教育项目。在所有研究中，参与者都被介绍了新的技术工具，并了解了如何将它们与教学法和内容相结合。之后，他们准备并参加了技术整合的科学课程。此外，还有一些小组讨论、在线论坛和社区，供参与者彼此分享信息并从专家那里获得反馈。此外，还有一些关于他们同伴/同事或专家技术整合科学课程的观察。

除了 Allan、Erickson、Brookhouse 和 Johnson (2010) 以及 Graham、Burgoyne、Cantrell、Smith、St Clair 和 Harris (2009) 的研究外，科学内容在这些研究中不是特定于单元/预先确定的；他们的研究重点是使用技术整合来教授生态学和生物学/地球科学概念。此外，参与者使用技术整合准备课程计划的年级水平在这些研究中和研究之间各不相同，从初中到高中不等。

参与者

这些研究的参与者主要是教师；然而，他们的经验水平在研究之间和研究内部各不相同。此外，Graham (2011) 的研究是在教师教育项目中的“科学和技术中的教学内容知识”课程中进行的，而 Jimoyiannis (2010) 的研究是与来自希腊五个不同大学的教师培训师进行的。此外，参与者的教育领域在小学科学、物理、化学和生物学之间有所不同。这些研究中没有任何小学或高中的学生作为参与者。

数据收集

这些研究的数据收集工具非常多样，包括书面作业、反思性日记、访谈、视频记录、调查、课程计划和问卷调查。在大多数研究中，使用了各种数据收集工具进行三角测量，并获得了有关参与者在参加 TPACK 发展计划后的丰富数据。

结果

在所有研究中，都声称，在参加与将技术整合到科学教育中相关的课程或项目后，所有参与者都表现得更好，并表示这些类型的开发计划在提高他们的技术整合技能方面是有效的。根据这些研究的结果，普遍认为，教师需要专业帮助、与同事的合作和持续的反馈，才能发展他们的 TPACK。

选定文章的详细概述

Jang 和 Chen (2009) 开发了一个整合技术与同伴指导的转化模型，并研究了该模型对发展职前科学教师 (PST) 的科技教学内容知识的影响。 “科学与技术的教学内容知识”课程根据转化模型的四个阶段重新设计。 这四个阶段是：（1）TPACK理解，包括理解教学内容知识和TPACK概念的主要活动；（2）TPACK观察，观察两位经验丰富的科学教师如何将技术融入教学；（3）TPACK实践，通过将计算机活动与适当的教学方法相结合来准备课程计划，以教授全班 30 分钟的课程；（4）TPACK反思，与教师一起观看教学录像带，与同伴分享经验并写日记。 数据通过 12 名 PST 的书面作业、反思性日记、在线讨论、作业、在线信息、视频录制和访谈收集。 研究结果总结为“(1) PST 意识到，在一些抽象单元上很难实施传统的教学策略；因此，他们倾向于融入强大的教学法；（2）观察经验丰富的科学教师帮助 PST 模仿和应用教学策略、电影和动画到他们的教学中；（3）该模型为 PST 提供了实际机会，让他们在课程设计中选择和转换科技工具与科学教学法；（4）PST 反思他们已经学习了 TPACK，以及如何将技术与教学相结合”（Jang & Chen, 2009, pp. 559-561）。 在研究结束时，研究人员得出结论，该模型在发展 PST 在特定学科主题上的 TPACK 方面取得了成功。

在另一项研究中，Allan、Erickson、Brookhouse 和 Johnson (2010) 与仿真软件开发人员、初中科学教师、缅因州笔记本电脑项目（缅因州所有七年级和八年级教师和学生都拥有笔记本电脑）、环境教育工作者、外部评估员和一个在教师指导的课程开发方面经验丰富的领先组织合作设计了一个项目。 EcoScienceWorks (ESW) 项目旨在“提供教师专业发展，作为教师参与项目任务的产物——特别是编写将计算机模拟融入教学的课程”（Allan 等人，2010，p. 37）。 数据来自 23 名缅因州初中科学教师，通过观察、记录、访谈和调查，持续三年收集数据。 数据分析结果表明：（1）ESW 项目提高了教师在教学和学习中整合仿真软件的能力；（2）教师有效地扩展了他们在教学和学习中使用电子表格的范围；（3）教师提高了他们增强学生对计算机模拟和编程的理解的能力；（4）教师对准备教授生态学概念的胜任感显著提高；（5）ESW 项目对教师继续使用计算机模拟教授生态学的意愿产生了积极影响。 基于这些发现，研究人员得出结论，教师提高了他们的内容、教学法和技术知识，该项目可能成为发展教师 TPACK 技能的有效模式。

另一项鼓舞人心的研究是由 Jimoyiannis (2010) 在希腊进行的；通过开发基于 TPACK 框架组成部分的科学教师教育项目，旨在改善 ICT 在课堂上的整合。 该项目的课程总共 350 小时；170 小时用于一般理论模块（教学法、学习理论、教育中的 ICT、ICT 工具和教师培训方法），180 小时用于科学教育中的 ICT（科学教育原则、科学教育的教育软件和工具、学科学习场景和学生学习活动，由教师开发新颖的原始学习场景和学习活动）。 数据是在项目结束时通过访谈从四位科学教师那里收集的。 研究结果表明，参与者在科学教育中对 TPACK 框架有了深刻的理解，增加了将 ICT 应用于课堂的意愿，并提高了将 ICT 整合到科学内容和课程中的能力。 此外，教师在整合 ICT 方面遇到的困难被确定为：（1）需要覆盖科学课程和教科书中扩展的内容集；（2）科学教科书对教学实践的限制；（3）需要为学生准备期末考试；（4）缺乏时间为满足学生需求的学习活动做准备；（5）学校固有的抵制变革，迫使大多数教师将他们的教学适应已建立的学校文化和实践（Jimoyiannis, 2010, p. 605）。

除了上面详细解释的研究之外，Niess (2005) 还研究了职前科学和数学教师在一个将教学和学习与技术相结合的教师准备项目中的 TPCK，并得出结论，职前教师对技术整合和学科性质的看法是 TPACK 发展的重要方面。 在另一项研究中，Graham 等人 (2009) 试图帮助理解如何在科学教学中衡量 TPACK 并评估专业发展项目中参与者 TPACK 信心的变化。 结果表明，该项目帮助 PST 提高了他们的 TPACK 信心，但应该做更多的事情来帮助他们提高与内容特定技术相关的技术内容知识 (TCK) 信心。 同样，Guzey 和 Roehrig (2009) 研究了以支持科学探究式教学为重点的专业发展项目的影响。 在研究结束时，研究人员发现该项目在促进科学教师 TPACK 的发展方面是有效的，学校环境和教师的推理能力是影响 TPACK 发展的重要因素。

启示和建议

研究摘要表明，科学教育中 TPACK 研究的趋势是通常开发专业发展或培训项目，以帮助科学教师为科学教育发展 TPACK。 所有这些研究可能对科学教师教育项目都有独特而重要的贡献。 他们的结果表明，通过积极参与、持续反馈、指导和参与，科学教师可以发展他们的 TPACK。 这些研究可以作为重新组织和改进我们的科学教师教育项目的指南。

然而，还需要更多未来的研究来确定如何改善科学教师教育项目，以使职前科学教师在成为科学教师时能够发展 TPACK。 此外，还可以进行初级教师和经验丰富教师之间的比较研究，或使用不同的技术。 此外，需要进行长期研究和后续研究，以观察 TPACK 发展的持久性。

最后，技术整合对学生成绩、学习动机、态度等的影响在本章讨论的所有研究中都缺失了。 需要进行一些未来的研究，这些研究不能忽视技术整合到科学教育中的学生组成部分。

参考文献

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