基于TPACK理論的學科教育技術課程研究及啟示——以英屬哥倫比亞大學“運用技術教數(shù)學與科學”課程為例

袁智強，MARINA MILNER-BOLOTIN

基于TPACK理論的學科教育技術課程研究及啟示——以英屬哥倫比亞大學“運用技術教數(shù)學與科學”課程為例

袁智強1，MARINA MILNER-BOLOTIN2

（1．湖南師范大學 數(shù)學與統(tǒng)計學院，湖南 長沙 410081；2．加拿大英屬哥倫比亞大學 教育學院，不列顛哥倫比亞 溫哥華 V6T 1Z4）

學科教育技術課程是培養(yǎng)教師實施信息技術與學科教學深度融合能力的重要載體．為了探討如何建設深入學科的教育技術課程，采用內容分析和深度訪談等方法研究了英屬哥倫比亞大學的一門在線教育碩士項目課程——“運用技術教數(shù)學與科學”．研究發(fā)現(xiàn)：該課程以TPACK理論和有意使用技術的教學思維框架為指導，其課程特色是以融合為導向，以問題為紐帶，以探究為核心，以作品為中心，以協(xié)作為形式．這充分體現(xiàn)了整合性STEM教育的5個關鍵特征：STEM多學科融合，基于問題的學習，基于探究的學習，基于設計的學習，基于協(xié)作的學習．研究啟示：（1）以學科教育技術為依托培養(yǎng)教師的信息化教學能力；（2）以學科交叉融合為導向培養(yǎng)教師的跨學科教學能力；（3）以信息技術支持的跨學科教育為切入點培養(yǎng)社會需要的創(chuàng)新型人才．

學科教育技術；STEM教育；整合技術的學科教學知識；有意使用技術的教學思維；在線教育碩士項目

1 引言

中國教育信息化已步入了融合創(chuàng)新、智能引領的新時代——教育信息化2.0時代[1]．信息技術對教育的革命性影響已初步顯現(xiàn)，但與新時代的要求仍存在較大差距．其中，“教師信息技術應用能力基本具備，但信息化教學創(chuàng)新能力尚顯不足，信息技術與學科教學深度融合不夠”等問題比較突出[2]．上述問題的解決需要深刻認識課堂教學結構變革的具體內容，實施能有效變革課堂教學結構的創(chuàng)新教學模式，開發(fā)出相關學科的豐富學習資源，以便作為學生的認知探究工具、協(xié)作交流工具和情感體驗與內化工具[3]．實現(xiàn)這些目標，需要發(fā)展和研究深入學科的信息技術[4]，幫助教師掌握整合技術的學科教學知識（Technological Pedagogical Content Knowledge，簡稱TPACK）[5-6]，培養(yǎng)教師有意使用技術的教學思維（Deliberate Pedagogical Thinking with Technology，簡稱DPTwT）[7-8]，提升教師實施信息技術與學科教學深度融合的信息化教學能力．

自20世紀90年代以來，北美高校開始設立在線教育碩士項目，為中小學在職教師提供在線教育碩士學位課程．例如，加拿大英屬哥倫比亞大學（University of British Columbia，簡稱UBC）于2002年就在教育技術領域正式開設了北美第一個在線教育碩士項目．近年來，該校又先后開設科學教育、數(shù)學教育等領域的在線教育碩士項目．“運用技術教數(shù)學與科學”（Teaching Mathematics and Science through Technology）是這些STEM（Science, Technology, Engineering, and Mathematics）教育領域的在線教育碩士項目共同開設的一門學科教育技術課程，學習者主要是數(shù)學與科學等STEM學科的中小學在職教師．

英屬哥倫比亞大學在教育領域實力雄厚，尤其在STEM教育方面很有特色，和澳大利亞昆士蘭科技大學和北京師范大學共同發(fā)起了一系列的STEM國際教育大會（International STEM in Education Conference）．作為2020年STEM國際教育大會的共同主席，“運用技術教數(shù)學與科學”課程主講教師瑪麗娜·米爾納-博洛廷（Marina Milner-Bolotin）既有比較扎實的學科專業(yè)素養(yǎng)，又有較高水平的學科教學技能，在STEM教師教育和STEM教育技術等領域研究成果豐富，曾經獲得加拿大物理學會頒發(fā)的大學物理卓越教學獎等眾多的獎項．袁智強在英屬哥倫比亞大學訪問期間對瑪麗娜進行了課堂觀察和深度訪談，并且深入研究了其學術思想，發(fā)現(xiàn)她在培養(yǎng)教師實施信息技術與學科教學深度融合的信息化教學能力方面獨具特色．因此，深度解析由其主講的這門課程對于中國建設深入學科的教育技術課程，打造在線“金課”等方面都具有重要的借鑒意義．

2 課程分析

2.1 課程學習目標

課程主講教師瑪麗娜認為：21世紀的學生應該掌握復雜的數(shù)學與科學概念，能夠收集與分析實時數(shù)據(jù)，并且理解數(shù)據(jù)豐富的信息，具備獨立進行調查研究的能力．同時，人們如何學習數(shù)學與科學等STEM學科知識快速發(fā)展，以及現(xiàn)代教育技術的廣泛運用給了當代教育者一個前所未有的機會，讓他們的學生參與到有意義的學習中來．這些趨勢在很大程度上影響了數(shù)學與科學等STEM學科的教學以及要求當代教師所掌握的教學技能，使得他們不僅要掌握學科教學知識和學科內容知識，也要具備面向具體學科內容的教育技術和相關的教學法知識．因此，她將該課程的學習目標設定為：（1）掌握STEM學科（尤其是數(shù)學與科學）教與學相關的信息技術；（2）深入研究STEM學科教與學相關的整合技術的學科教學知識（TPACK）；（3）幫助STEM學科教師經歷TPACK的獲取過程；（4）探討促進STEM學科教師專業(yè)發(fā)展的途徑；（5）探討成功實施信息技術與STEM學科教學深度融合的挑戰(zhàn)與解決方案．瑪麗娜強調，TPACK理論和有意使用技術的教學思維框架是指導這門學科教育技術課程建設的重要理論基礎．其中，TPACK理論已經為中國學者所熟悉，有意使用技術的教學思維框架則是瑪麗娜在TPACK理論的基礎上所提出的一個新的理論框架．根據(jù)該框架，教師不僅應該擁有學科內容知識、教學法知識和技術知識，而且需要掌握有關的教育研究知識，具備相關學科的教與學經歷[7]．有意使用技術的教學思維強調技術在得到特定的學習結果時所發(fā)揮的作用，它尤其關注教師有意使用技術達成特定教學目標的能力[8]．

2.2 課程學習內容

“運用技術教數(shù)學與科學”課程共有3個學分，包含4個模塊，涉及“人是如何學習的——以技術為例”“在數(shù)學與科學課堂中運用技術”“發(fā)展數(shù)學與科學教師的整合技術的學科教學知識”“準備課程論文和設計課程項目”等4個主題．學生需要在14周的時間內嚴格按照時間節(jié)點和教學要求完成所有課程內容（詳見表1）．

表1 課程內容與時間安排

2.3 課程技術元素

課程主講教師瑪麗娜認為：學習者同時具備學生和教師雙重身份，他們在學習過程中需要有機會體驗豐富多樣的信息技術，才能在個人未來的課堂中有效地實現(xiàn)信息技術與學科教學的深度融合．教師應該具備有意使用技術的教學思維，從而創(chuàng)造性地使用信息技術達成特定的教學目標．因此，她試圖為課程的學習者營造一個信息技術豐富的STEM學習環(huán)境，以下4種不同類型的信息技術與該課程實現(xiàn)了深度融合．

2.3.1 課堂即時反饋系統(tǒng)

在“運用技術教數(shù)學與科學”課程中，主講教師經常使用一個名為“點擊者”（Clickers）的課堂即時反饋系統(tǒng)．在這個系統(tǒng)中給出一些有挑戰(zhàn)的概念性選擇題給學生思考并作答．學生借助智能手機或筆記本電腦在“點擊者”系統(tǒng)中投票選出自己認為正確的答案．接下來教師不講解答案而直接展示學生投票的結果．如果學生投票的結果不是正確答案，教師就會要求學生以小組的形式進行討論，爭取找到正確的答案．與之相匹配的教學方法稱為同伴教學法[9]．主講教師也會要求學生使用“點擊者”課堂即時反饋系統(tǒng)對學生上傳的辯論視頻進行評價，以正反雙方兩人為一組集體匿名投票確定獲勝的一方．

2.3.2 數(shù)學與科學教學軟件

使用數(shù)學與科學教學軟件能夠促進有意義的數(shù)學與科學的學習．一些常用軟件，例如GeoGebra和幾何畫板被廣泛應用于“運用技術教數(shù)學與科學”課程中．其中，GeoGebra是一個功能很多、上手很快、非常好用又完全免費的開源動態(tài)數(shù)學軟件．它將幾何、代數(shù)、表格、圖形、統(tǒng)計和微積分匯集在一個易于使用的軟件包中，近年來在全世界的科學、技術、工程和數(shù)學課堂中得到廣泛應用．它能夠幫助學生建立代數(shù)和幾何模型解決真實的數(shù)學和科學問題．它也能夠幫助學生通過體驗幾何不變性從而發(fā)現(xiàn)其中隱藏的關系．它還能夠促使學生提出一些用傳統(tǒng)的工具很難回答的“如果……，那么……”的問題．因此，通過動態(tài)數(shù)學軟件對一些“顯然”的現(xiàn)象問問“為什么”，能夠使學生產生事先不曾預料的、在教學上非常珍貴的“恍然大悟”時刻．例如，主講教師曾經將GeoGebra用于探究球面鏡和拋物面鏡的異同[10]．

2.3.3 實時數(shù)據(jù)收集與分析系統(tǒng)

為了幫助學生發(fā)展一種對STEM學科的欣賞，非常重要的一個方面是讓他們主動探究扎根于日常生活現(xiàn)象的真實問題．這也有助于學生成為STEM相關信息的批判性消費者．這種探究活動依賴于學生使用實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)收集和分析真實數(shù)據(jù)的能力．這種系統(tǒng)通常包括各種探頭和相應的數(shù)據(jù)采集軟件，并配有視頻記錄和視頻分析系統(tǒng)，從而幫助學生了解同一現(xiàn)象的多種表征方式．將各種探頭與商業(yè)軟件Logger Pro一起配合使用，可以獲取實時數(shù)據(jù)，驗證科學猜想，構建對數(shù)學與科學的理解[11]．由于許多運動發(fā)生的時間非常短，單純用肉眼觀察很難發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律．此外，有些運動發(fā)生在課堂以外，無法及時進行分析．將運動視頻記錄下來并導入視頻分析系統(tǒng)進行分析是一種有效的方法．免費的開源軟件Tracker（https://physlets.org/tracker/）也可以用于視頻分析和建模．

2.3.4 計算機虛擬仿真實驗平臺

由于有些數(shù)學或科學概念非常抽象或者很難直接觀察到，也不方便用實物演示．此時，計算機虛擬仿真就非常有必要了．在課堂中使用小應用程序進行實驗探究，模擬數(shù)學與科學問題并驗證其猜想是一種安全、高效又節(jié)約的學習方法．學習者在學習過程中會接觸到一個名叫PhET的網站（https://phet.colorado.edu）．這是一個完全免費的在線數(shù)學和科學（物理、化學、生物、地理）虛擬仿真實驗教學平臺，由諾貝爾獎獲得者卡爾·威曼于2002年創(chuàng)立，科羅拉多大學STEM教育團隊負責運營．該網站目前支持包括英文和中文在內的近百種不同的語言，有數(shù)百個互動模擬程序，幾千個STEM教學案例，被播放超過5億次，在北美的上千所高中和幾百所大學得以廣泛應用．

2.4 課程評價方式

恰當?shù)脑u價方法和詳盡的評分細則是確保在線課程質量的重要手段．原創(chuàng)性和真實性是評價課程作業(yè)的壓倒一切的標準．“運用技術教數(shù)學與科學”課程的評分項目包含5個類別的10個子項．除“學生課堂參與情況”不單獨計分以外，其它9個子項的百分比從5%~20%不等．具體而言，學生需要完成兩個教育技術辯論視頻（5%+5%）和一個學生主導演講視頻（20%），撰寫一篇教育技術探索論文（初稿5%，終稿20%，同伴反饋5%），設計一個教育技術應用項目（初稿15%，終稿20%，同伴反饋5%），并且積極參與課堂討論．

2.4.1 學生課堂參與情況

學生應該認真閱讀指定論文，做好充分準備，每周參加在線討論．同伴之間應該互相配合，積極支持．及時提供同伴反饋，按時提交課程作業(yè)．如果確實有學校認可的“不可避免”的原因無法參加在線討論，至少要提前24小時通過電子郵件告知主講教師并提供證明材料．

2.4.2 教育技術辯論視頻

教育技術辯論主要討論不同教育技術的利與弊．例如，交互式電子白板，計算機虛擬仿真實驗平臺，課堂即時反饋系統(tǒng)，平板電腦，各類探頭，課程管理系統(tǒng)，YouTube等視頻網站，GeoGebra、幾何畫板等數(shù)學教學軟件，Google Docs等在線文檔編輯軟件，翻轉課堂教學模式，PeerWise等協(xié)作學習系統(tǒng)．每位學生需要找一個搭檔，分別作為正方和反方的教育技術專家參與兩次辯論．第一次辯論需要制作一個3分鐘的短視頻并上傳到學校的協(xié)作學習注釋系統(tǒng)．在看完對方辯友的陳述后，需要再另外發(fā)布一個兩分鐘的短視頻來反駁對方的觀點．在此過程中，學生還需要回應其他同伴的提問．主講教師組織學生以每個辯論小組為單位，根據(jù)論據(jù)的明確性、論據(jù)的支撐度以及論據(jù)中包含的教學啟示等標準進行評價，通過課堂即時反饋系統(tǒng)集體匿名投票選出獲勝的一方，并根據(jù)詳盡的評分細則給每個學生的教育技術辯論提供反饋意見．

2.4.3 學生主導演講視頻

每個學生都要從每周給定的主題中選擇一個主題準備一個15分鐘的演講視頻并上傳到學校的協(xié)作學習注釋系統(tǒng)供同伴討論．每個學生都要和另外一個學生一起幫助組織一次在線討論．討論過程中尤其需要關注課程閱讀材料、學生個人經歷和討論過的問題之間的聯(lián)系．主講教師將會根據(jù)以下幾個維度評價討論的質量：演講內容的深度和廣度；思想交流的質量；演講者提出問題的能力；負責幫助組織討論的學生在討論結束之后提供的總結報告的質量．

2.4.4 教育技術探索論文

每個學生都需要完成一篇5?000字左右，主題涉及整合技術的數(shù)學與科學教學和學習的教育技術探索論文．要求：緊扣課程內容，圍繞某個專題深入討論；廣泛引用相關文獻，明確表述研究問題；源于對閱讀材料的嚴格分析和學生個人經驗；能為所提問題提供可行的解決方案或提供找到可行方案的途徑；反思這些想法如何影響個人的教學或研究．每個學生先在網上提交論文初稿．除了請主講教師評閱并提供教師反饋以外，還需要找到另外一個學生評閱并由其提供同伴反饋．在綜合考慮教師和同伴的反饋意見并認真修改之后才能提交論文終稿．

2.4.5 教育技術應用項目

每個學生都需要設計一個主題涉及整合技術的數(shù)學與科學教學和學習的教育技術應用項目，該項目可以是一個課例的教學設計，一個單元活動的教學設計，一個工作坊的教學設計，也可以是一個實驗的教學設計．要求：（1）有一定的實用性：能讓其他人愿意真正使用；（2）能做到學以致用：允許學生將理論知識應用到自己感興趣的實踐領域；（3）有基本原理分析：包括選題緣由、目標概述、技術描述、參考文獻等；（4）有實踐課程設計：要形成一個最終產品并且包含對學生活動和教師活動等的描述；（5）有合理評價方法：能夠對課程可持續(xù)性和教學效果進行評估；（6）能做到同伴互助．每個學生都要向同伴進行口頭陳述并且相互提供書面反饋．和教育技術探索論文的要求一樣，每個學生先在網上提交項目初稿，除了請主講教師評閱并提供教師反饋以外，還需要找到另外一個學生評閱并由其提供同伴反饋．在綜合考慮教師和同伴的反饋意見并認真修改之后才能提交項目終稿．

3 課程特色

縱觀整個課程可以發(fā)現(xiàn)，“運用技術教數(shù)學與科學”課程主講教師特別強調以下幾條原則：（1）有效組織課程；（2）促進主動參與；（3）打造學習共同體．其中，有效組織課程的特點是：透明的課程結構，清晰的學習目標，恰當?shù)脑u價方法，現(xiàn)實的課程期望，及時的學習支持和便利的資源獲?。龠M主動參與的策略有：自己做出決策，進行持續(xù)反饋，獲得改進機會，整合個人經驗，理論用于實踐，嘗試新的想法．打造學習共同體的措施包括：有效開展小組協(xié)作，支持同伴互助學習，師生之間充分互動，給予作品充分反饋，靈活組織課程學習，有效利用學生反饋，積極肯定各種貢獻[12]．作為一門致力于培養(yǎng)教師實施信息技術與學科教學深度融合的能力的STEM學科教育技術課程，它也充分體現(xiàn)了整合性STEM教育的5個關鍵特征：STEM多學科融合，基于問題的學習，基于探究的學習，基于設計的學習，基于協(xié)作的學習[13]．

3.1 以融合為導向——滲透跨學科學習理念

跨學科學習是指學習者整合兩個及更多學科或專業(yè)知識體系的信息、數(shù)據(jù)、技術、視角、概念以及理論，以實現(xiàn)單一學科內容不能達到的目的，如解決問題、解釋現(xiàn)象或制作產品等，是一種個人和群體從兩個或兩個以上的學科領域整合觀點和思維模式，以促進學習者對跨學科知識理解的過程[14]．將知識按學科進行劃分方便進行系統(tǒng)講授，但真實世界中的問題往往涉及多個學科．因而，理工科教育出現(xiàn)了取消分科、進行整合教育的趨勢．STEM教育因此應運而生，跨學科性是它最重要的核心特征[15]．

“運用技術教數(shù)學與科學”課程的基本定位是跨學科課程．首先是學習者主要來自中小學數(shù)學和科學等STEM相關學科，其次是講授的內容涉及到多個STEM相關學科．學生需要同時學習數(shù)學與科學相關的項目，并且把它們融入到一個統(tǒng)一的信息技術支持的學習環(huán)境中．在該課程中，數(shù)學與物理的跨學科學習尤其明顯．例如，通過實時數(shù)據(jù)收集工具獲得物理實驗數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)分析軟件探究數(shù)學模型．

3.2 以問題為紐帶——體驗基于問題的學習

基于問題的學習是以小組的形式進行，由教師提供獲取學習資源的途徑和學習方法的適當指導，由學生解決擬真情境中的問題的一種教學與學習策略．它強調把學習設置到復雜的、有意義的問題情境中，通過讓學習者合作解決真實性問題，來學習隱含于問題背后的科學知識，形成解決問題的技能，并形成自主學習的能力[16]．在“運用技術教數(shù)學與科學”課程中，主講教師采用了基于問題的學習這種教學策略，在每個專題的學習中都給定了一個關鍵問題并提供了具體的閱讀材料供學生閱讀．整個課程以如下7個方面的關鍵問題引導學生學習：（1）我們關于數(shù)學與科學學習的知識應該如何影響整合技術的學習環(huán)境的設計和實施（第1~2周）？（2）技術如何支持基于探究的數(shù)學與科學教育（第3~4周）？（3）在數(shù)學與科學課堂中如何利用技術來支持批判性思維的發(fā)展（第5周）？（4）面向數(shù)學與科學教學的現(xiàn)代教育技術的優(yōu)點和不足是什么？你為什么愿意（或不愿意）在科學與數(shù)學課堂中使用這些現(xiàn)代教育技術？你如何說服你的同事也使用這些現(xiàn)代教育技術（第6~7周）？（5）你選擇的3種現(xiàn)代教育技術的優(yōu)點與不足是什么？你為什么愿意（或不愿意）選擇在科學與數(shù)學課堂中使用這些現(xiàn)代教育技術？你如何說服你的同事也使用這些現(xiàn)代教育技術（第8~9周）？（6）什么是整合技術的學科教學知識？如何在數(shù)學與科學中支持和發(fā)展整合技術的學科教學知識（第10周）？（7）設計與實施有效的教師專業(yè)發(fā)展的核心元素是什么（第11周）？學生需要仔細閱讀相關文獻才能有效回答上述問題，從而以問題為紐帶促進了學生的主動參與．

3.3 以探究為核心——感悟基于探究的學習

基于探究的學習是幫助學習者建構知識的一種教與學的策略，所采用的方式和職業(yè)科學家所用的方法和實踐相似．它可以定義為學習者通過實驗或觀察提出假設、驗證假設，從而發(fā)現(xiàn)新的因果關系的過程．在此過程中通常涉及問題解決及相關技能的運用．它強調學習者的主動參與及個人發(fā)現(xiàn)新知識的責任[17]．基于探究的學習是提高科學與數(shù)學等STEM學科成績的一種有效的教學策略．教師培養(yǎng)或培訓過程中，以學習者身份接受培養(yǎng)或培訓的教師應該獲得機會感悟這種基于探究的學習方式，從而有可能在自己的課堂中去運用這種方式．

縱觀整個課程可以發(fā)現(xiàn)，教師主動講授的內容非常少，絕大多數(shù)時候都是由學生圍繞給定的問題或任務自主探究：自己閱讀指定文獻，自己查詢所需資料，自己制作視頻文件，自己參與研討活動．在此過程中，教師主要起組織、指導、幫助和促進的作用．

3.4 以作品為中心——領略基于設計的學習

基于設計的學習是一種融合探究活動和設計實踐的教學與學習策略．在此過程中，教師提出設計型學習挑戰(zhàn)，學習者經過反復探究、設計，完成面向真實情境的項目，形成學習成果[18]．在“運用技術教數(shù)學與科學”課程中，學生需要完成以下作品：教育技術辯論視頻、學生主導演講視頻、教育技術探索論文、教育技術應用項目．每一個作品的完成，都需要經歷反復探究和設計的過程．其中，圍繞某個主題的教育技術辯論需要兩次制作短視頻，接受同伴的質疑并提出反駁意見．設計學生主導演講視頻時需要特別關注課程閱讀材料、學生個人經歷和討論過的問題之間的聯(lián)系．撰寫教育技術探索論文時先提交初稿，在得到同伴和教師的反饋意見后認真修改，再提交終稿．設計教育技術應用項目需要經歷確定選題，構思方案，設計初稿，師生反饋，提交成品的過程．

3.5 以協(xié)作為形式——經歷基于協(xié)作的學習

基于協(xié)作的學習是一種教學與學習策略，在此過程中涉及學習小組共同努力解決一個問題，完成一項任務或者創(chuàng)造一個產品[19]，這種學習方式有利于培養(yǎng)學生需要的21世紀技能．在“運用技術教數(shù)學與科學”課程中，學生需要多次進行協(xié)作學習．例如，在教育技術辯論環(huán)節(jié)，學生需要兩人一組開展辯論，并通過集體投票選出獲勝的一方．在學生主導演講環(huán)節(jié)，學生需要對別人的演講視頻發(fā)表評論并且每人要參加一次組織討論活動．在撰寫教育技術探索論文環(huán)節(jié)，學生需要兩人一組互相閱讀對方的論文并提供詳細的書面反饋意見．在設計教育技術應用項目環(huán)節(jié)，學生需要向同伴進行口頭陳述并且相互提供書面反饋．

4 研究啟示

4.1 以學科教育技術為依托培養(yǎng)教師的信息化教學能力

信息化教學技能是教師必須掌握的核心技能之一．整合技術的學科教學知識的整合觀對職前教師做好準備，積極思考技術何時、何地以及如何促進學生學習具有重要指導意義[20]．英屬哥倫比亞大學以TPACK理論和有意使用技術的教學思維框架為指導開設的“運用技術教數(shù)學與科學”課程具有很強的借鑒意義．這一做法既與研究者歷來的主張相符，也與相關學科的現(xiàn)實情況匹配．例如，數(shù)學教育的研究者和實踐者們普遍關注數(shù)學教育技術的應用[21]．袁智強曾提出“開設學科教育技術課程，發(fā)展師范生整合技術的學科教學知識”的主張[6]，基于TPACK理論設計并實際開設了“數(shù)學教育技術”課程．這一主張也與“教育技術要深入學科”[4]的提法相呼應．其它學科（例如，外語）的學者也提出了建設學科教育技術課程的觀點[22]．因此，應該以學科教育技術課程為依托，培養(yǎng)教師實施信息技術與學科教學深度融合的信息化教學能力．

4.2 以學科交叉融合為導向培養(yǎng)未來教師的跨學科教學能力

學科交叉融合已成為科技和教育發(fā)展的重要趨勢．2018年1月國務院印發(fā)的《關于全面加強基礎科學研究的若干意見》提出：“堅持從教育抓起，潛心加強基礎科學研究，對數(shù)學、物理等重點基礎學科給予更多傾斜．完善學科布局，推動基礎學科與應用學科均衡協(xié)調發(fā)展，鼓勵開展跨學科研究，促進自然科學、人文社會科學等不同學科之間的交叉融合．”2018年9月，教育部等6部門聯(lián)合印發(fā)《關于實施基礎學科拔尖學生培養(yǎng)計劃2.0的意見》，要求“促進學科交叉、科教融合”，提出要把促進交叉作為拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要途徑，建設跨學科課程體系，組建跨學科教學團隊，設立交叉學科研究課題，為拔尖學生參與跨學科學習和研究創(chuàng)造條件．“打造一批基于信息技術開展跨學科教學的骨干教師”成為全國中小學教師信息技術應用能力提升工程2.0的重要任務之一．因此，應該以信息技術，特別是深入學科的信息技術為依托，以交叉融合為導向，培養(yǎng)教師信息技術支持的跨學科教學能力．

4.3 以信息技術支持的跨學科教育為切入點培養(yǎng)社會需要的創(chuàng)新型人才

STEM教育或融入藝術的STEM教育（STEAM教育）等跨學科教育理念受到國內外教育界的廣泛關注．研究者普遍認為，STEM融合教育的方式能夠為學生提供充分的機會有效地發(fā)展多元思維模式[23]．美國和加拿大等西方國家推出了一系列政策加強STEM教育．例如美國發(fā)布了《STEM 2026：STEM教育創(chuàng)新愿景》等文件，加拿大制定了STEM教育2067行動計劃，中國也啟動了STEM教育2029創(chuàng)新行動計劃．對《國際STEM教育學報》（）等期刊上發(fā)表的論文進行文獻綜述的結果也表明：STEM教育研究與發(fā)展已經成為一個快速成長的國際化領域[24-25]．2016年，中國教育部印發(fā)的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中首次提到：要積極探索信息技術在“眾創(chuàng)空間”、跨學科學習（STEAM教育）、創(chuàng)客教育等新的教育模式中的應用，逐步形成創(chuàng)新課程體系．這使得中國的STEM教育從一開始就具有鮮明的信息技術支持的特色．因此，可以在繼續(xù)重視分科式STEM教育的同時，大力推進整合性STEM教育[26]．以信息技術支持的跨學科教育為切入點，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力，培養(yǎng)社會需要的創(chuàng)新型人才．

5 結語

學科教育技術課程是培養(yǎng)教師實施信息技術與學科教學深度融合能力的重要載體，不僅應該通過建設在線開放課程、打造在線“金課”的方式面向中小學在職教師開設，更應該面向職前教師開設．因為，為了幫助教師獲得這種深度融合的能力以及對教育信息技術的積極態(tài)度，在教師準備階段就有意識地幫助他們獲取整合技術的學科教學知識是非常必要的[21]．幫助職前教師初步掌握應用信息技術優(yōu)化學科課堂教學的方法技能，使之具有運用信息技術支持學習設計和轉變學生學習方式的初步經驗，這不僅是教師專業(yè)發(fā)展的需要，也是《中學教育專業(yè)認證標準（第三級）》中“技術融合”維度的明確要求．以TPACK理論和有意使用技術的教學思維框架為指導，以融合為導向，以問題為紐帶，以探究為核心，以作品為中心，以協(xié)作為形式開設學科教育技術課程是解決“信息技術與學科教學深度融合不夠”這個問題的有效途徑．

[1] 任友群，馮仰存，鄭旭東．融合創(chuàng)新，智能引領，迎接教育信息化新時代[J]．中國電化教育，2018（1）：7-14．

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A Study of a TPACK-Based Subject-Specific Educational Technology Course and Its Implications——The Case of “Teaching Mathematics and Science through Technology” Course at The University of British Columbia

YUAN Zhi-qiang1, MARINA MILNER-BOLOTIN2

(1. School of Mathematics and Statistics, Hunan Normal University, Hunan Changsha 410081, China;2. Faculty of Education, University of British Columbia, Vancouver, BC, V6T 1Z4, Canada)

Subject-specific educational technology course was an important tool for developing teachers’ competencies in implementing in-depth integration of modern information technologies into the teaching of specific STEM subjects. In order to investigate how to develop a subject-specific educational technology course, content analysis and in-depth interview were used to analyze the course “Teaching Mathematics and Science through Technology” in the online Master of Education Program at The University of British Columbia. Research findings showed that this course was guided by the Technological Pedagogical Content Knowledge (TPACK) and Deliberate Pedagogical Thinking with Technology (DPTwT) frameworks. It was integration-oriented, problem-centered, inquiry-based, and product-focused. It required collaboration and cooperative. The course perfectly embodied the five key features of integrated STEM education: integration of STEM content, problem-centered learning, inquiry-based learning, design-based learning, and cooperative learning. Research implications for such a course include: (1) developing teachers’ information and communication technology teaching competencies enhanced by subject-specific educational technology; (2) developing teachers’ interdisciplinary teaching competencies guided by interdisciplinary integration; (3) fostering teachers’ and students’ openness for innovation and creativity required by society that was facilitated by information technology-supported interdisciplinary education.

subject-specific educational technology; STEM education; TPACK; deliberate pedagogical thinking with technology; online Master of Education program

2020-01-12

教育部人文社會科學研究青年基金項目——創(chuàng)新型STEM教師培養(yǎng)的探索性研究（18YJC880115）

袁智強（1978—），男，湖南寧鄉(xiāng)人，副教授，博士，主要從事數(shù)學教師教育、數(shù)學教育技術、STEM教育研究．

G434

A

1004-9894（2020）01-0023-06

袁智強，MARINA MILNER-BOLOTIN．基于TPACK理論的學科教育技術課程研究及啟示——以英屬哥倫比亞大學“運用技術教數(shù)學與科學”課程為例[J]．數(shù)學教育學報，2020，29（1）：23-28．

[責任編校：周學智、陳雋]