基于TPACK的中小學信息技術教師計算思維教學能力現(xiàn)狀調查

林澤珊 魏軼娜 趙騰任

摘 要：提升教師的計算思維教學能力是實現(xiàn)學生計算思維發(fā)展的關鍵，而掌握教師計算思維教學能力現(xiàn)狀是提出有效發(fā)展策略重要的依據(jù)。文章通過對264名中小學信息技術教師的計算思維教學能力進行問卷調查，了解和分析中小學信息技術教師的計算思維教學能力現(xiàn)狀，并提出對策。調查結果顯示，中小學信息技術教師的計算思維教學能力整體處于中等水平，教師的計算思維教學能力在TPACK不同維度上具有差異性，在計算思維教學內容（CK—CT）和計算思維教學法（PK—CT）方面較為薄弱。此外，學歷較高的教師計算思維教學能力明顯高于學歷較低的教師;城市學校的教師計算思維教學能力明顯高于鄉(xiāng)鎮(zhèn)學校的教師;參加過計算思維教學培訓的教師計算思維教學能力明顯高于未參加過培訓的教師。

關鍵詞：教師發(fā)展;TPACK;計算思維教學;現(xiàn)狀調查

中圖分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：2096-0069（2021）06-0070-07

引言

人工智能、互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等成為近年科技發(fā)展的重要研究方向與熱點，新技術的運用與人類計算思維的拓寬密不可分，因而計算思維也受到越來越廣泛的關注?？▋然っ仿〈髮W計算機科學系主任周以真教授將計算思維（Computational Thinking，簡稱CT）定義為運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統(tǒng)設計以及理解人類行為的涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動[1]。計算思維被視為21世紀學生所必須具備的基本素養(yǎng)，在中小學課程學習和實踐中開展培養(yǎng)學生計算思維的時代已經(jīng)到來?！镀胀ǜ咧行畔⒓夹g課程標準（2017年版）》將計算思維作為學科核心素養(yǎng)，指出應培養(yǎng)學生計算思維，提高其問題解決能力[2]。而培養(yǎng)學生計算思維的任務主要落在教師的肩上，有效培養(yǎng)學生計算思維必然需要教師自身具備扎實的專業(yè)基礎知識、教學法知識、對計算思維工具的操作和應用知識。國際教育技術協(xié)會（International Society for Technology in Education，簡稱ISTE）于2018年發(fā)布的《教育者標準：計算思維能力》也對教師的計算思維教學能力提出了相關的要求，旨在幫助教學者更好地開展計算思維教育實踐[3]。目前，關于教師計算思維教學相關研究主要集中在計算思維教學模式和教學策略上，而國內外對教育者勝任計算思維教育工作的評估研究近乎空白[4]。在教學實踐中，大部分教師的計算思維的相關教學知識和技能仍相對薄弱[5]，計算思維相關教學資源和培訓力度有待進一步完善和加強[6][7]，尤其在新課改背景下，中小學信息技術教師需要明確在計算思維教學中自身應具備的教學知識與能力，在教學實踐中有意識、有計劃地完善自身的知識結構，提升專業(yè)技能，這將直接影響到學生計算思維發(fā)展的效果。

整合技術的學科教學知識（Technological Pedago-gical Content Knowledge，簡稱TPACK）作為教師課堂教學中有效進行信息技術整合所需的知識框架，已經(jīng)成為新時期教師發(fā)展的要求與標準，教師應具備使用適合內容和教學法開展學習活動的能力，TPACK理論框架為實現(xiàn)教師在計算思維教育領域的專業(yè)發(fā)展提供了途徑[8][9]，也為教師計算思維教學能力的測量提供了理論框架。在TPACK框架中共包含了三個核心元素和四個互動元素，核心元素分別是技術知識（Technological Knowledge，簡稱TK）、教學法知識（Pedagogical Knowledge，簡稱PK）以及學科內容知識（Content Knowledge，簡稱CK）;互動元素包括學科教學知識（Pedagogical Content Knowledge，簡稱PCK）、整合技術的學科內容知識（Technological? Content Knowledge，簡稱TCK）、整合技術的教學法知識（Technological Pedagogical Knowledge，簡稱TPK）、整合技術的學科教學知識（TPACK）。詹納科斯.米切爾（Giannakos Michail）[10]等驗證了TPACK在計算思維教育中的七個維度。計算思維教學需要教師能夠使用計算思維教學技術與工具，了解計算思維教學策略與教學方法，理解計算思維學科內容。江紹祥[11]進一步定義了在與編程教學相關的計算思維教學情境中的TK、PK、CK、PCK、TCK、TPK、TPACK要素。相關研究結果均表明，計算思維教學與教師的TPACK知識結構高度相關，TPACK結構具有明顯層次性。

基于此，本研究以發(fā)展較為成熟的TPACK理論框架為基礎，結合計算思維教學特點，開發(fā)計算思維教學評估工具，對中小學信息技術教師計算思維教學能力進行測量，針對存在的問題提供對策，以期為中小學信息技術教師計算思維教學能力的提升提供操作路徑，進而推進21世紀學生核心素養(yǎng)在常規(guī)課堂落地。

一、研究方法

（一）調查工具

借鑒ISTE發(fā)布的《教育者標準：計算思維能力》，結合國內實際情況，編制基于TPACK的中小學信息技術教師計算思維教學能力調查問卷。問卷題目包括兩個部分：第一部分是中小學信息技術教師個人基本信息，包括問卷填寫者所在的地區(qū)、性別、年齡范圍、教齡范圍、教育培訓及學校的信息化建設與師資培訓等共9個題項。第二部分是中小學信息技術教師的計算思維教學能力方面內容，以ISTE發(fā)布的《教育者標準：計算思維能力》為指導，參考國內外相關研究成果編制而成。題項經(jīng)過精刪之后確定為29個題項，其中，技術知識（TK—CT）3題、教學法知識（PK—CT）5題、學科內容知識（CK—CT）4題、學科教學知識（PCK—CT）5題、整合技術的學科內容知識（TCK—CT）4題、整合技術的教學法知識（TPK—CT）4題、整合技術的學科教學知識（TPACK—CT）4題。問卷主體內容采用李克特五級量表法，教師根據(jù)自身情況選擇符合與否，各項目均為1～5計分，得分越高則表示符合程度越高，完全不符合為“1”，完全符合為“5”。第三部分是開放式問題部分，主要了解教師在開展培養(yǎng)學生計算思維教學中的主要困難，以及教師參加計算思維教學培訓的意愿。在調研前邀請TPACK研究經(jīng)驗豐富的專家和具有一定計算思維教學經(jīng)驗的教師對問卷內容進行討論，經(jīng)修改與完善，初步確定問卷題項為30題。

（二）預試情況

預試對象人數(shù)以問卷中包括最多題項的“分量表”的 3～5 倍人數(shù)為原則。本次調查收集的預試問卷有效樣本數(shù)為152份，并抽取部分教師就量表內容進行訪談，進一步明確所有題項的含義。采用SPSS 20.0對回收的量表進行信度、效度檢驗。

在信度檢驗方面，量表在TPACK7個維度的Cron-bach’s? α系數(shù)均在0.8以上，總量表Cronbach’s α系數(shù)為0.975，因而說明研究數(shù)據(jù)信度很高。針對“已刪除的α系數(shù)”，如果刪除第4題“我能夠在互聯(lián)網(wǎng)上創(chuàng)建社交環(huán)境（比如討論板、Web博客、電子文檔共享），我創(chuàng)建的環(huán)境有助于學生解決問題和交流協(xié)作”，信度系數(shù)會有較為明顯的上升，此外，考慮到有填答問卷者反映此題在表達上不夠具體明確，因此對此題進行刪除處理。

在效度檢驗方面，采用因子分析方法進行效度檢驗，分別通過KMO值、共同度、方差解釋率值、因子載荷系數(shù)值等指標進行綜合分析，以驗證數(shù)據(jù)的效度水平情況。KMO值為0.956，意味著研究數(shù)據(jù)效度非常好。另外，旋轉后累積方差解釋率為78.23%，大于50%，即這7 個因子可以解釋78.23%的變異量，解釋力度理想，意味著研究項的信息量可以有效地提取出來。

（三）調查對象

根據(jù)調研目標明確受試對象為中小學信息技術教師，樣本抽取涵蓋小、初、高各學段與城鄉(xiāng)學校等，經(jīng)過一個月的數(shù)據(jù)回收，共收回問卷269份，有效問卷264份，問卷的有效率為 98.14%。調研對象主要分布在廣東、湖南、北京等地區(qū)，其中，男教師97人（36.7%），女教師167人（63.3%）;年齡在20～29歲133人（50.4%），30～39歲85人（32.2%），40～49歲40人（15.2%），50歲以上6人（2.3%）;教齡在5年及以下134人（50.8%），6～10年33人（12.5%），11～15年37人（14.0%），16年及以上60人（22.7%）;專科學歷2人（0.8%），本科學歷220人（83.3%），碩士及以上學歷42人（15.9%）;小學教師92人（34.8%），初中教師129人（48.9%），高中教師43人（16.3%）;來自鄉(xiāng)鎮(zhèn)學校的教師116人（43.9%），來自城市學校的教師148人（56.1%）;參加過計算思維教學相關培訓的132人（50.0%），未曾參加過的132人（50.0%）。

二、數(shù)據(jù)處理與分析

（一）數(shù)據(jù)收集與處理

經(jīng)過預試題項的修訂和刪題處理，正式問卷共有29個題項，采用網(wǎng)絡問卷發(fā)放形式進行隨機抽樣，各題均設置為必答題。利用SPSS 20.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析，對調研對象的基本信息、計算思維教學能力水平、計算思維教學過程中的主要困難以及培訓意愿等調查結果進行描述性統(tǒng)計分析，為了解調研對象的特征和地區(qū)分布對計算思維教學能力的差異性，進一步采用獨立樣本T檢驗和方差分析比較不同性別、不同年齡、不同學歷、是否參加過計算思維教學培訓的教師的計算思維教學能力是否存在差異，掌握中小學信息技術教師的計算思維教學能力現(xiàn)狀。

（二）結果分析

1.總體情況

為了分析目前中小學信息技術教師計算思維教學能力的總體情況，計算TPACK框架各維度的算術平均數(shù)，得出相應的樣本在該維度上的得分，各維度上的樣本與總體樣本均值和標準差見表1。調查數(shù)據(jù)顯示，中小學信息技術教師計算思維教學能力總得分為105.29±17.66，滿分145分，各條目均分為3.63±0.61，整體處于中等水平。其中，得分在29～67分的有8名（3.0%），68～106分的有116名（43.9%），107～145分的有6名（2.3%）。調查數(shù)據(jù)顯示，在TK—CT、PK—CT、CK—CT、PCK—CT、TCK—CT、TPK—CT、TPACK—CT 7個維度上的平均分分別為3.61、3.59、3.51、3.61、3.63、3.77、3.70，各維度得分由高到低依次為TPK—CT、TPACK—CT、TCK—CT、TK—CT、PCK—CT、PK—CT、CK—CT。

從得分排名可以看出，得分較高的3個維度都與技術知識相關，說明信息技術學科的教師關于計算思維教學技術知識處于中等偏上的水平，能夠不斷地適應教育技術的更新與變化，對技術與學科內容的融合具有一定的自信心，這與調查結果相符。在計算思維技術知識（TK—CT）方面可知，教師愿意主動學習和了解用于培養(yǎng)學生計算思維的技術和工具，能夠在課堂上應用編程軟件、思維導圖、流程圖、多媒體、互聯(lián)網(wǎng)等，相對而言，在“我能夠熟悉操作有關培養(yǎng)學生計算思維的技術工具”題項中得分最低，均值為3.46，說明教師具備應用技術培養(yǎng)學生計算思維的意識以及掌握技術工具的基本操作，但是目前仍無法對技術工具進行靈活深入的應用，對技術與計算思維教育的融合是計算思維教學能力的短板之一。

在TPACK各維度中，得分較低的維度是計算思維學科教學知識（PCK—CT，3.61分）、計算思維教學法知識（PK—CT，3.59分）、計算思維學科內容知識（CK—CT，3.51分），表明教師在PCK—CT、PK—CT、CK—CT三個方面還有待加強。

得分最低的是計算思維學科內容知識（CK—CT），這與我國計算思維教育實際情況相符，在我國計算思維是以學科核心素養(yǎng)的形式被結合到信息技術學科中的，而在信息技術學科中，又主要在算法與程序設計的單元模塊中滲透這一學科素養(yǎng)，對于“計算思維教育應該教什么”有待長期深入的實踐探索。具體來說，在CK—CT方面可知，教師對“關于計算機解決問題的過程體現(xiàn)在生活中的各種實例”有一定程度上的認知，能夠較好地掌握，但“計算思維相關概念和核心知識（如問題解決、收集和分析數(shù)據(jù)、抽象、算法設計等）”一題得分最低，均值為3.40，說明教師對計算思維學科內容的認知仍處于較淺的層面，尚未能夠全面理解計算思維內涵與學科內容。同樣地，在TPACK維度中，得分排名倒數(shù)第二的是計算思維教學法知識（PK—CT）。相對而言，在“我能夠采用合適的教學方法幫助學生學會分析問題”題項得分最高，均值達3.74，說明教師能夠開展基于問題的教學活動，讓學生在分析解決問題過程中發(fā)展計算思維，但在“如果不使用計算機技術或者不在計算機編程環(huán)境下，我也知道如何選擇有效的教學方法和組織活動來培養(yǎng)學生的計算思維”題項中得分最低，均值為3.47。此外，得分較低的是教學法知識（PK）以及學科內容知識（CK），在“認為影響教師開展計算思維教學的主要困難”一題中，超過一半的教師認為對于“計算思維教育應該教什么和如何教”的問題感到困惑，認為是開展計算思維學科的主要困難之一。通過綜合分析得知，以上調查結果相互印證，計算思維學科內容和教學法是中小學信息技術教師在實施以培養(yǎng)計算思維為導向的教學中較為薄弱的部分，也是目前計算思維教學發(fā)展過程中亟待解決的問題。

2.不同特征的教師計算思維教學能力得分比較

將樣本按性別、職稱、身份、年齡、教齡、學歷、學校類型、參加培訓情況，比較不同組教師的計算思維教學能力得分。結果顯示：不同性別、職稱、身份、年齡、教齡的教師間的差異均不顯著。其中，在性別方面，男性信息技術教師擁有更高的計算思維教學水平;在職稱方面，職稱越高，則教師的計算思維教學能力越高;從學段上，高中教師的計算思維教學能力最高，其次是初中教師，小學教師的計算思維教學能力相對薄弱，究其原因，可能與高中信息技術新課程標準和教學內容有關，政策的導向和教學的要求使得以計算思維為導向的教學實施更為順利。在年齡方面，30～39歲教師的計算思維教學水平最高，其次是40～49歲，而50歲以上的教師對自己進行計算思維教學水平的評估得分最低，究其原因，可能是30～49歲的教師相比其他年齡段的教師而言，這個年齡段的教師具有一定的教學經(jīng)驗，容易掌握新的技術和樂于接受新的教學理念，面對教學方式的改變和教學技術的變革以及教學模式的重構等新的一輪課程改革要求，有足夠的自信心迎接新的改變。從教齡方面的數(shù)據(jù)亦可佐證此觀點，教齡在6～10年的教師具有一定的教學經(jīng)驗，此時教師正處于30～49歲之間，能夠作為課程改革和推進信息技術課程中的計算思維教學的主力軍。此外，6～10年教齡的老師與5年以下和16年以上的教師相比，其均值差的顯著性水平p<0.05，具有顯著性差異。

對不同學歷、學校地理位置、是否參加過計算思維教學培訓的教師計算思維教學能力得分進行比較得知，結果均顯示差異顯著（p<0.05），如表2（見下頁）所示。其中，高學歷的教師計算思維教學能力得分明顯高于學歷較低的教師;城市學校教師計算思維教學能力得分明顯高于鄉(xiāng)鎮(zhèn)學校教師;參加過計算思維教學培訓的教師計算思維教學能力得分明顯高于未參加過培訓的教師。

此外，對開放式問題“您覺得影響計算思維教學的主要困難有哪些？”進行編碼分類和頻次統(tǒng)計，計算思維教學困難關鍵詞頻次統(tǒng)計結果如圖1（見下頁）所示，教師提到的頻次最高的依舊是“軟硬件設備不合適，缺乏教學環(huán)境的支持”這樣基礎設施方面的問題，其次是“缺乏計算思維教學相關培訓”，頻次并列第三的是“缺乏教學策略和方法的指導”“學生的計算機基礎薄弱，水平不一”“課時限制”。也有部分老師提到了缺乏相關的案例資源的支持，對計算思維的內涵理解不夠深入，自身的理論知識無法指導個人有效開展計算思維教學。整體來看，學校的軟硬件設備投入、教學策略和方法的指導、課時限制是直接或間接影響教師計算思維教學能力提升的重要影響因素。而這些因素歸根結底可以通過教師的實際需求開展計算思維教學培訓，從理論到實踐案例，從教學方法指導到教師個人教學藝術分享。此外，大多數(shù)教師提到的“信息技術目前非主科，學校領導不重視，教師平常除完成教學任務外還會有許多雜事需要處理，很大程度上影響自己教學備課的時間”這一問題不容忽視，因此，計算思維教學培訓需根據(jù)教師的個人實際情況，培訓時間安排上應有利于教師作彈性靈活的調整。

三、結論與建議

（一）結論

通過調查研究團隊掌握了中小學信息技術教師計算思維教學能力整體現(xiàn)狀和制約其發(fā)展的主要相關因素。得出以下結論：中小學信息技術教師的計算思維教學能力整體處于中等水平，計算思維教學內容體系尚不完善，教師在計算思維學科內容知識（CK—CT）和計算思維教學法知識（PK—CT）方面較為薄弱。此外，在性別方面，男性信息技術教師擁有更高的計算思維教學水平;在職稱方面，職稱越高，則教師的計算思維教學能力越高;從學段上，高中教師的計算思維教學能力最高，其次是初中教師，小學教師的計算思維教學能力相對薄弱;在年齡方面，30～39歲教師的計算思維教學水平最高，其次是40～49歲，而50歲以上的教師對自己進行計算思維教學水平的評估得分最低。年齡方面的數(shù)據(jù)與教齡方面的數(shù)據(jù)相互佐證，在教齡方面，教齡在6～10年的教師具有一定的教學經(jīng)驗，此時教師正處于30～49歲之間，能夠作為課程改革和推進信息技術課程中的計算思維教學的主力軍。教師學歷、學校地理位置、是否參加過計算思維教學培訓的教師計算思維教學能力均存在顯著性差異：學歷較高的教師計算思維教學能力高于學歷較低的教師;城市學校的教師計算思維教學能力高于鄉(xiāng)鎮(zhèn)學校的教師;參加過計算思維教學培訓的教師計算思維教學能力高于未參加過培訓的教師。整體來看，學校的軟硬件設備投入、教學策略和方法的指導、課時限制是直接或間接影響教師計算思維教學能力提升的重要影響因素。

（二）建議

針對調查結果和計算思維教學存在的問題，本研究提出以下建議以提升中小學信息技術教師計算思維教學能力：

第一，將計算思維教育納入職前教師培養(yǎng)體系。加強師范生計算思維教育，將計算思維融入師范生現(xiàn)有課程體系中[12]，不斷滲透計算思維教學理念，讓師范生和在職教師共同合作，相互促進，實現(xiàn)學習共同體的成長，促進我國中小學信息技術教師計算思維教學能力水平的整體發(fā)展。

第二，全面加強教師計算思維教學培訓。由“參加過計算思維教學培訓的教師擁有更高的計算思維教學水平”的分析結果可知，計算思維教學培訓是教師專業(yè)能力發(fā)展的主要影響因素，應該開展相關的計算思維教學培訓[13]。在“是否愿意參加計算思維教學相關培訓”的題項中，幾乎所有的教師均表示愿意主動參與此類培訓，可見教師對計算思維的提升具有明確的意愿。然而，教師同時面臨一個現(xiàn)實問題，即教學任務的繁重、參與培訓的時間不足。為此，建議將計算思維的培訓納入教師信息技術能力培訓體系中，組織開展線上專家講座、案例研討，以及線下開展工作坊進行實踐，線上、線下相結合的形式開展計算思維教學培訓。通過專家講座或者專題課程提升對計算思維理論知識的理解，促進觀念意識的轉變;通過線上案例研討，與不同地區(qū)的信息技術教師之間的交流和學習互相借鑒，縮小地區(qū)城鄉(xiāng)教學水平差異，實現(xiàn)計算思維教育均衡發(fā)展;通過線下教師工作坊的定期開展，以專家?guī)ьI教師，通過教學實踐和磨課，形成計算思維優(yōu)秀教學案例，并將實踐生成的案例作為計算思維教學資源的重要組成部分，進行推廣使用和迭代深化。

第三，選用合適的教學策略與教學方法。針對“計算思維教學策略與方法指導欠缺，尤其是學生的編程基礎差，編程教學能力不足”的問題，中小學信息技術教師應根據(jù)教學實際選用合適的教學策略。目前，培養(yǎng)中小學生計算思維的策略主要包括：類比教學法、思維導圖的應用、不插電的編程、流程圖的應用、結對編程、日志反思等。

第四，盡早出臺計算思維教育課程標準。課程標準是明確課程實施目的、內容與教學建議的指導性文件。當前我國已經(jīng)出臺了《普通高中信息技術課程標準（2017版）》，但義務教育階段的信息技術課程標準尚未出臺，呼喚盡早出臺相關課標，一方面，為課程實施提供綱領性指導意見，保障課程的有效實施，指導教師將計算思維與學科內容進行有效融合;另一方面，政策的出臺能夠加強學校對信息技術課程的重視，加大學校領導的支持力度，進一步實現(xiàn)計算思維教育在常規(guī)課堂中的有效落地，進而加快培養(yǎng)學生21世紀素養(yǎng)的步伐。

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（責任編輯 孫志莉）

The Status Survey of Computational Thinking Teaching Ability of Information Technology Teachers of Primary and Secondary Schools Based on TPACK

LIN Zeshan1，WEI Yina2，ZHAO Tengren3

（1.School of Information Technology in Education，South China Normal University，Guangzhou，Guangdong，China 510631;

2.The Institute of Educational Information and Data Statistics，National Institute of Education Sciences，Beijing，China 100088;

3.Beijing Academy，Beijing，China 100020）

Abstract：? Improving teachers’ computational thinking teaching ability is the key to realize the development of students’ computational thinking.While mastering the current situation of teachers’ computational thinking teaching ability is the important basis of putting forward effective development strategy.This paper has done a questionnaire to the computational thinking teaching ability of 264 teachers of information technology in primary and secondary schools，understood and analyzed the current situation of computational thinking teaching ability of teachers of information technology in primary and secondary schools，and put forward strategies.The results show that the overall computational thinking teaching ability of teachers of information technology in primary and secondary schools is at medium level，teachers’ computational thinking teaching ability has differences in different dimensions of TPACK，and are rather weak in computational thinking teaching content （CK-CT） and computational thinking teaching （PK-CT）.In addition，the computational thinking teaching ability of higher-educated teachers is obviously higher than less educated teachers;the computational thinking teaching ability of urban school teachers is obviously higher than rural school teachers;the computational thinking teaching ability of teachers who have participated in the computational thinking teaching training is obviously higher than those teachers who haven’t.

Key words： teacher development;TPACK;computational thinking teaching;status survey