基于視頻分析的高中物理教師TPACK素養(yǎng)的比較研究*—以“一師一優(yōu)課，一課一名師”中縣優(yōu)課與部優(yōu)課為例

蔡碧云,鄭衛(wèi)峰

（福建師范大學物理與能源學院，福建福州 350117）

一、引言

2014年，教育部制定了《中小學教師信息技術應用能力標準（試行）》，對教師教育教學和專業(yè)發(fā)展提出了“應用信息技術優(yōu)化課堂教學的能力”的基本要求[1]。2018年，教育部印發(fā)《2018年教育信息化和網(wǎng)絡安全工作要點》，其重點任務之一是促進信息技術與教育教學融合發(fā)展[2]?？梢?，隨著教育信息化的發(fā)展，信息技術與課程整合成為基礎教育改革的一大熱點。用信息技術變革教育是信息化時代對當代教師的基本要求。因此，為了提升教師應用信息技術改進課堂教學的能力，促進教師專業(yè)成長，分析教師整合技術的學科教學知識（Technological Pedagogical Content Knowledge ，簡稱TPACK）發(fā)展現(xiàn)狀是非常有必要的。

新頒布的《普通高中物理課程標準》也提到：提高物理教學水平，發(fā)展學生核心素養(yǎng)，離不開信息技術與物理學習的融合[3]。這就要求物理教師要知道自己的TPACK水平，積極探索信息技術與物理教學深度融合的策略，提高教育教學水平。然而，教師的TPACK往往是隱性知識，只有通過課堂教學才得以展現(xiàn)。而且國內對物理教師在課堂教學中所表現(xiàn)出來的TPACK特征研究甚少。鑒于此，本文嘗試結合物理學科的特點，根據(jù)Koehler和Mishra提出的TPACK理論，給出信息技術支持下的中學物理學科知識（TPACPK）分析框架（為了避免與其他學科的TPACK混淆，本文物理學科知識用CP表示）。從國家教育資源平臺“一師一優(yōu)課，一課一名師”活動的縣優(yōu)課和部優(yōu)課中，選取三對高中物理“同課異構”課，運用質性分析軟件NVivo11對六位教師在課堂中展現(xiàn)的TPACPK采用定性與定量相結合的方法進行對比分析，呈現(xiàn)高中物理教師的TPACPK發(fā)展現(xiàn)狀，并探討發(fā)展物理教師TPACpK的策略。

二、中學物理教師TPACK理論分析框架

TPACK(Technological Pedagogical Content Knowledge)是美國學者Koehler和Mishra在Shulman提出的學科教學知識（PCK)的基礎上提出的。他們認為TPACK是使用技術進行優(yōu)質教學的基礎，是教師創(chuàng)造性地將技術、教學法和學科內容三種關鍵知識整合起來，而又超越三者的新興知識形態(tài)[4]。TPACK框架包含學科內容的知識（CK），教學法知識(PK)和技術的知識(TK)三個核心元素以及由核心元素交互融合形成的學科教學法知識(PCK)、整合技術的學科內容知識(TCK)、整合技術的教學法知識(TPK)和整合技術的學科教學法知識(TPACK)四種復合元素[5]。另一種觀點是把TPACK看成一個整體，比如Niess根據(jù)Grossman提出的學科知識的四個核心元素，提出了TPACK的4個核心要素：(1)整合技術的學科教學統(tǒng)領性觀念；(2)整合技術的學科課程知識；(3)整合技術的學科教學策略與教學表征知識；(4)整合技術的學生學科理解知識[6]。陳建等人就是用Niess的框架，定性地探討物理教師TPACK的發(fā)展策略[7]。

目前，尚無成熟的切合物理學科特點的TPACK結構模型[7]。根據(jù)Koehler、Mishra提出TPACK框架的基本思想，并結合物理學科自身的特點，本文整合信息技術的物理學科知識（TPACPK）框架（如下圖），它包含了信息技術知識（TK）、物理學科內容知識（CPK）和教學法知識（PK）三個基本元素。這三者相互融合產(chǎn)生二維融合知識TCPK、PCPK和TPK以及三重互動知識TPACPK 這四個復合元素。

（信息）技術支持下物理學科知識（TPACPK）分析框架

在上圖中，①技術知識（TK）主要指的是物理教師對深入物理學科的信息技術工具的選擇和應用的知識；②物理學科內容知識（CPK）指物理教師在每堂課中所教的、學生所要學的具體課程目標知識；③教學法知識（PK）指有關教育學心理學、教學過程組織、教學決策教學方法等普適知識；④整合技術的物理學科內容知識（TCPK）指有效運用信息技術整合物理學科內容，優(yōu)化教學方法，提高課堂效率的隱形知識；⑤整合技術的教育學知識（TPK）指恰當運用信息技術工具改進物理教學活動流程、評價方式等激發(fā)學生興趣的知識；⑥物理教學知識（PCPK）指根據(jù)具體的教學情境，將物理知識轉化為學生易于理解的知識。

由本框架可看出，TK、PK和CPK三者疊加的區(qū)域⑦TPACPK是指物理教師創(chuàng)造性地整合并超越信息技術、物理教學法、物理學科內容三種核心知識形成的新框架，是中學物理教師的核心素養(yǎng)之一[8]，其建構意義是完善和優(yōu)化物理教師的知識結構。值得說明的是，當有關的信息技術知識真正地融入教師的教學知識基礎后，TPACPK 就成為了廣義的PCPK[9]。那些還沒被熟練掌握、靈活應用的以及新出現(xiàn)的技術元素并沒有消隱，依然是技術元素。這就需要物理教師不斷地學習，不斷完善自己的TPACPK結構。

三、物理教師TPACK編碼規(guī)則的制定及視頻分析統(tǒng)計

基于年級跨度與教師層次兩個方面考慮，選取了國家教育資源公共服務平臺“一師一優(yōu)課，一課一名師”中三對“同課異構” 課作為比較研究對象。分別是高一《牛頓第二定律》、高二《多用電表的使用》、高三《滑塊—木板專題》。其中每對課例包含一節(jié)縣級優(yōu)課和一節(jié)部級優(yōu)課。該選擇基于三個方面的考慮：（1）跨年級、跨層次，數(shù)據(jù)更具說服力（2）資源易于獲?。?）資源具有開放性，便于后續(xù)同類研究進行更大規(guī)模的實證研究。

視頻分析工具采用NVivo11，它是一款能夠對文字、音視頻、網(wǎng)頁等非數(shù)量化和一些無結構的資料進行分析的質性分析軟件。研究者可根據(jù)需要為節(jié)點實現(xiàn)自定義編碼，生成餅狀圖、散點圖、雷達圖等。針對視頻資料，其可完成課堂教學視頻分析從轉錄文本、根據(jù)編碼設置節(jié)點進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和圖表分析，還可以對不同編碼者的編碼進行一致性檢驗[10]。

參照本文第二部分給出的信息技術支持下物理學科知識（TPACPK）分析框架和TPACPK各元素的含義，制定了制定物理教師課堂教學行為TPACPK編碼規(guī)則，并給出了案例說明（如表1）。在編碼過程中主要參考張海、王以寧和何克抗的視頻觀察和記錄編碼的標準[11]：以教師完成一個連貫和完整的教學行為為分割點對課堂教學視頻進行時間劃分，并記錄該段視頻中教師的教學行為具體內容。然后依據(jù)制訂的編碼規(guī)則，給該視頻片段內容賦予一個唯一且能夠涵蓋全面的TPACPK元素[12]。

表1 物理教師課堂教學行為TPACK編碼規(guī)則

四、課例中物理教師TPACPK統(tǒng)計結果分析與討論

在完成編碼之后，本研究采用表格的方式呈現(xiàn)三對“同課異構”課例中物理教師各TPACPK元素所用時間百分比（如表2）。

表2 物理教師TPACK各元素時長統(tǒng)計表

從中可以看出，高中物理教師在課堂教學中的主要TPACPK知識為PCPK和TPACPK二者所用時間和將近90%。表明物理教師應當提升PCPK和TPACPK水平，以保證教學過程的順利進行。各教師TPACPK各元素具體的所用時間百分比。

（一）物理教師信息技術層面（T）的統(tǒng)計與分析

TPACK元素中TPACK、TPK、TK、TCK這四個元素中均涉及信息技術（T）的使用。部優(yōu)課中，教師運用與信息技術有關的元素（TPACPK、TPK、TK、TCPK）時間之和從高一到高三依次為43.6%、61.07%、37.62%；而縣優(yōu)課中，高一到高三時間之和分別為22.79%、38.11%、12.39%。由此可見，無論是哪個年級，部優(yōu)教師使用與信息技術的時間均比縣優(yōu)教師高，表明部優(yōu)課物理教師更加注重在課堂教學中使用信息技術進行教學，以提高課堂效率。

（二）物理教師教學法知識層面（P）的統(tǒng)計與分析

TPACK各元素中涉及教育教學法（P）的元素有TPACK、PCK、PK、TPK。在這三對“同課異構”課例中，教師運用到教育教學法（TPACPK、PCPK、PK、TPK）進行教學的時長百分比最低為91.77%，最高為98.79%。這可以看出，物理教師向學生傳授知識的過程中絕大部分時間需要用到教育教學法的知識，通過教育教學法知識將自己的教與學生的學結合起來。因此，熟練、成熟、豐富的教學法知識使得教學環(huán)節(jié)的銜接更流暢，減少課堂混亂。對于部優(yōu)課，純教學法知識的使用時間占比最高為8.27%；對于縣優(yōu)課，純教學法知識的使用時間占比最高為15.40%，比部優(yōu)幾乎高出一倍。這說明部優(yōu)課教師更加擅于將一般教學法知識與其他知識的整合，提高課堂效率。

（三）物理教師學科內容知識層面（CP）的統(tǒng)計與分析

在TPACK各元素中涉及學科教學內容知識（C）的元素有TPACK、PCK、CK、TCK。對于部優(yōu)教師，與物理學科內容有關的元素（TPACPK、PCPK、CPK、TCPK）時間之從高一到高三依次為89.28%、87.98%、93.74%；而縣優(yōu)課教師，從高一到高三依次為79.19%、92.06%、90.02%。二者的時間占比差異不大。這表明在物理課堂中，絕大部分時間是教師在進行物理知識的傳遞，因此物理教師擁有足夠的物理知識是進行教學的基礎。還有，6位教師純CPK元素為1%左右。CPK很少單獨體現(xiàn)，需要物理教師以學科教學法知識或技術知識為載體，才能將知識更加有效地向學生傳遞。

（四）其他層面的統(tǒng)計與分析

教師層次方面。每對“同課異構”課例中部優(yōu)課教師的使用TPACK時長百分均比縣優(yōu)課教師高。這可看出，部優(yōu)課教師更加擅于在教學過程中運用信息技術與教學法的知識，實現(xiàn)TK、CPK、PK三者的整合。即部優(yōu)教師的整合技術的學科教學知識結構優(yōu)于縣優(yōu)課教師。教師的信息技術水平影響了整合技術的教學能力。

年級維度。在教師層次相同的前提下，高一和高二物理教師使用TPACK的時長高于高三，這與高低年級的學習任務有關。低年級學生的物理知識圖式主要處于學習新知識階段，需要教師整合技術的知識去優(yōu)化課堂，以促進學生對知識的理解。還有，各年級TPACPK各元素的時間占比排序沒有一定的規(guī)律，則說明高中物理教師的TPACPK結構具有一定的教學情境性。不同的情境下，CPK、TK、PK是一種動態(tài)關系，并非一成不變。針對不同的教學內容，物理教師的TPACPK結構也會有差異。也就是說，高低年級之間由于學生的特征、教學內容以及課型等不同，教師的TPACPK結構具有差異性、情境性和動態(tài)性。因此，教師要根據(jù)教學需要，不斷調整、豐富自己的TPACPK結構。還有，6位教師中僅有一位部優(yōu)教師的整合技術的教學法知識（TPACPK）的使用時長百分比超過50%。這說明雖然目前信息技術受到了教育界廣泛的關注，但是在課堂教學中，大多數(shù)物理教師還不夠注重信息技術教育資源的開發(fā)與利用。換言之，物理教師整合信息技術與物理學科教學知識的能力還有待提升。

五、提升物理教師TPACPK水平的策略

教育信息化對教師知識結構提出了更高的要求。深入物理學科研究物理教師的TPACPK，對促進信息技術與物理學科的融合和提高物理教育教學質量有很大的幫助。

首先，教師具備足夠的信息技術知識，是優(yōu)化TPACK結構的基礎。掌握與物理學科常用輔助教學工具是儲備TK的重要途徑，也是促進TK與PCK融合的必要基礎。比如中學電路虛擬實驗室、DIS物理實驗數(shù)據(jù)化系統(tǒng)、動態(tài)思維工具等。根據(jù)實際教學，利用這些工具進行TPACK 教學設計，很大程度上可以幫助教師高效完成教學目標及任務和更好地輔助學生自主學習。

其次，由于物理教師的TPACK結構特征具有差異性。因此，研究優(yōu)秀課例（示范課），是促進自身TPACK發(fā)展的有效途徑之一。通過學習、分析TPACK優(yōu)秀課例，挖掘優(yōu)秀教師所具備的TPACK知識素養(yǎng)，思考他們是如何處理教材；如何根據(jù)學情、教學環(huán)境等選擇信息技術或專業(yè)軟件；如何運用信息技術改變教學內容的呈現(xiàn)方式以及擴展知識的來源；在教學中滲透了哪些教學理念等。然后與自己的教學實踐比較，進行借鑒[13]。經(jīng)過學習、分析、評價、反思到改善自己的教學的過程，促進自身的TPACK發(fā)展。

最后，物理教師的TPACK結構具有綜合性、實踐性。教師可以通過“專題研討、同課異構、案例研發(fā)”等活動形成實踐共同體[14]；搭建TPACK交流平臺、研究有關TPACK的期刊文獻；此外，學校及教育部門要提高學校教育技術裝備水平，并鼓勵教師積極主動投入到TPACK的教學實踐中，形成良好的教學氛圍。通過這些方式，促進物理教師對信息技術的深度學習以及TPACK素養(yǎng)共同發(fā)展。

六、結語

本文僅僅是嘗試性地采用定量與定性相結合的方法對“同課異構”案例進行視頻分析，探索性地研究了高中物理教師的TPACK素養(yǎng)。今后的研究中，物理教育工作者還可以從不同層次教師的TPACK結構（新手型教師與專家型教師、職前教師與在職教師等）、不同的課型或者具體的教學案例等方面進行深入的研究。