基于TPACK的混合式教学研究——以面向对象方法学课程为例

郭艳燕，毕远伟，贺利坚，娄兰芳

（烟台大学 计算机与控制工程学院，山东 烟台 264005）

0 引言

“互联网+教育”时代的到来，不仅丰富了学习者的学习方式，扩展了学习渠道，打破了时间和空间的限制，而且丰富了教师的教学手段和教学途径，改变了教学理念、教学模式和教学方法，产生了信息化教学新形态。现代信息技术和学科教学的高效融合是“互联网+教育”环境下提高教学质量的有效途径。

面向对象方法学是高校计算机和软件工程专业设置中一门综合性和实用性很强的专业课，通过将面向对象思想贯穿到软件开发的全过程，使学生理解面向对象的核心概念和主要特征，掌握面向对象的分析设计、面向对象的建模以及面向对象的编程实现的具体方法以及相关技术，培养学生建立合理的系统建模和设计理念；通过面向对象设计原则、设计模式以及框架模式的学习，培养学生具有构建可复用性、灵活性以及可扩展性的高质量软件的能力，为开发高效可靠的大型软件系统奠定基础。

1 传统教学模式下面向对象方法学课程存在的问题

面向对象方法学课程在传统教学模式下存在以下问题。

（1）培养目标单一，缺少多层次目标的联合培养，无法满足软件行业需求。

（2）课程知识结构不明晰，教学和实践内容零散，使学生无法从整体上理解面向对象思想分析设计方法和软件实现之间的关系。

（3）课堂教学时间有限，难以实现知识的横向延伸和纵向深入。

（4）教学过程以教师“教”为中心，不是以学生“学”为中心，教学设计缺少教学理论的指导，缺少及时的教学反馈。

（5）缺乏软件开发人员基本素质的培养，缺少培养软件工程文档写作能力[1]、团队合作意识的教学环节。

（6）难以提供个性化教学服务，无法实现因材施教。

2 基于TPACK的课程教学框架

“互联网+”教学实施是一个系统工程，教学能力发展是基础，教学设计与实践是核心，技术与环境是保障。混合式教学不仅是线上线下教学形式的简单结合，还是技术、教学法、专业知识等多方面的融合。TPACK（Technological Pedagogical and Content Knowledge）是由学科内容知识CK（Content Knowledge）、教学法知识PK（Pedagogical Knowledge）和技术知识TK（Technology Knowledge）3个基本要素组成[2]。以TPACK为教学改革指导的面向对象方法学课程教学框架（如图1所示），以信息技术为支撑的教学改革促使教学过程从以教师“教”为中心，过渡到以学生“学”为中心，以提高学生学习成效为目标，对知识、思维和能力提出了更高的要求。该教学框架充分体现将技术融入学科教学中，通过整合技术的学科内容TCK和整合技术的教学法TPK完成技术与教学的深度融合。

3 混合式教学实施方案

混合式教学实施框架（如图2所示）借鉴Graham等学者提出的以策略、结构和支持三大要素为支撑的混合式教学实施框架[3]。策略主要指混合式教学的总体设计，包括教学目标、教学内容、混合形式的设计；结构是指与混合式教学有关的教学理论、教学策略、教学评价方式；支持是指促进和保障混合式教学顺利开展所需要的技术支持、网络学习环境、教学活动开展工具等。该框架下的理论指导思想与基于TPACK的教学指导思想在本质上是一致的。

3.1 实施策略

3.1.1 教学目标

面向对象方法学课程教学目标的设置遵循多样化、层次化的特点，包括知识层面、思维层面、能力层面和素养层面四大目标（见表1）。知识层面目标属于底层、短期目标，具体明确，每个知识章节有其对应的知识目标，关注知识的独立性；思维、能力和素养层面目标属于高层、长期目标，表述相对抽象，关注知识的关联性、综合性、创新性和专业领域性。这四大教学目标既强调培养学生具有较扎实的专业理论基础，又强调培养学生具有较强的实践动手能力，最终实现学生解决复杂问题的综合能力和高阶思维的培养，符合教育部高等教育司吴岩司长提出的“金课”所要具备的高阶性。

图1 基于TPACK的面向对象方法学课程教学框架

图2 面向对象方法学混合式教学的实施框架

表1 面向对象方法学课程教学目标

3.1.2 教学内容

美国著名心理学家和教育家布鲁纳认为，学科结构是学习和解决问题的核心，有利于学生对学科的整体把握，学生需要掌握学科知识的基本观念和原理，掌握学科知识的内在联系，掌握学科的学习态度和方法，并把学科知识放在学科结构大框架内进行消化和掌握[5]。

面向对象方法学课程教学内容的选取要符合面向对象软件开发的学科结构，面向对象方法学关注如何将面向对象思想应用到软件开发全过程，面向对象基础知识和思想是进行面向对象软件开发的基础；构建面向对象软件模型的统一建模语言UML是进行面向对象分析设计的主要工具，用来传递设计理念；对象思想是面向对象设计中的重点和难点，GRASP给出了对象和职责分配的基本原则，是面向对象分析设计最本质的原则；面向对象设计原则是面向对象设计的基本指导思想，是构造高质量软件的出发点，是设计模式的出发点和归宿；设计模式强调重用设计思想实现最佳实践。根据上述知识构建思路来构建学科结构、选取教学内容（如图3所示）。

3.1.3 混合形式

面向对象方法学课程教学采用“课前线上+课堂线下线上+课后线上”混合式教学模式[6]，线上教学的开展都基于在线课程的建设，包括基于知识点的教学微视频、形式丰富的教学课件资源、自我检测练习系统、综合案例库、实验教学资源、课程讨论区、软件工程实践工具环境等。

整个教学过程以学生为中心，由教师和学生共同构建，强调师生交互。课前学生通过在线课程平台根据学习任务导读自主学习微视频，并完成线上课前学习检测，进行学习效果反馈；课上实施翻转课堂[7]，教师根据反馈结果设计教学活动，引导学生进行参与式学习，激发学生学习动机，引发学生深入思考，提高课堂学习质量；课后通过作业或实验任务驱动学生进行持续学习，促进知识的吸收和巩固，教师通过线上交流互动指导学生开展课外知识拓展，实现个性化教学服务。

图3 面向对象方法学课程教学内容

3.2 实施结构

3.2.1 教学理论

混合式教学不仅需要线上线下学习环境的支撑、教学情景的构建、促进师生交流互动的途径等，而且需要现代教育思想、理论和方法的科学指导。

混合式教学强调以学生为中心，学生只有在学习过程中始终维持和改善学习动机水平，才能积极主动地投入到学习活动中。学习动机在混合式教学和学习成效之间起到显著的正向强化作用。激发学生的学习动机，需要学习动机理论的指导，如强化动机理论、需求层次理论、成就动力理论、成败归因理论、自我价值理论等。

在面向对象方法学混合式教学设计中，利用ARCS学习动机模型设计教学案例、教学活动、实验任务等，并以布鲁姆教育目标分类作为教学设计的基本理论，教学目标的设置、知识点的教学顺序安排都呈现一种螺旋上升的层次化，使学生的知识、能力、素质培养符合科学的认知规律。混合式教学中认知过程维度的不同阶段如图4所示。

图4 混合式教学中的认知过程维度

在混合式教学设计中还以布鲁纳的“认知—发现”学习理论[8]为指导，该理论强调学生应作为学习过程中主动积极的知识探究者，与混合式教学强调以学生为中心一致；强调直觉思维在学习中的重要性，采取跳跃式和变化的方式来思维，与培养学生高阶思维能力和创新能力的目标一致；强调内在动机在学习过程中的重要性，与ARCS学习动机模型所体现的思想一致；强调信息提取，关键在于信息的组织，提倡在教学设计和学习过程中使用思维导图等展示工具进行提取式学习[9]，不仅可以构建知识间的组织关联结构，而且可以建立知识与思考过程之间的联系[10]。

3.2.2 教学策略

翻转课堂是实施混合式教学的主要课堂教学模式[11]，强调课前知识的积累和课上知识的内化这一完整的学习过程[12]，强调以学为中心的课堂组织形式，需要多样化的教学策略来支撑教学活动，包括教学活动策略、教学提问策略等。

教学活动策略是教学活动实践时的方式方法，主要包括提问、随堂测验、头脑风暴、小组讨论交流、总结汇报等。科学有效的教学活动可以引发学生深入思考，激励学生积极参与学习过程。面向对象方法学翻转课堂教学活动的设计基于教学内容，以学生“学”为中心，以课前学习反馈为依据，以“问题导向，任务驱动”为设计原则，以多层次目标的达成为导向，将ARCS学习动机模型作为教学策略应用于教学活动的指导模型，服务学生知识、思维与能力的综合发展。教学活动的开展需要给学生足够的思考和准备时间，并提供相应的技术支持和实施环境，并做好示范引导工作。

教学提问策略是指导教师如何科学地设计问题并进行有效提问。封闭式问题可以作为课前任务的学习反馈和课堂学习知识点的引入；开放式问题和探究式问题可以作为小组讨论活动的问题驱动，采用漏洞型提问模型用问题推动的方式激发学生讨论。翻转课堂上常使用的“四问题”提问形式，与布鲁姆认知过程的层次是一致的。以面向对象方法学中里氏替换原则知识点为例，开展“四问题”式的提问（见表2）。

3.2.3 教学评价

面向对象方法学教学评价采用复合评价体系，具有评价主体多元化、评价方式多样化、评价内容全面化、评价过程动态化的特点[13]，既注重学习过程的评价，也注重学习成效的评价。评价方式包括形成性评价、过程性评价和终结性评价，体现评价方式多样化的特点。

表2 “四问题”形式的提问案例

通过形成性评价，教师可以随时了解学生学习的进展情况，获得教学过程中的连续反馈，为修改教学进度和设计教学活动提供参考，也促使学生对学习的过程进行积极地反思、总结和调整。形成性评价主要从课前任务的完成、微视频的学习情况、单元知识点的测试、作业提交等方面做出发展性评价，体现评价过程动态化的特点。

通过过程性评价，学生可以逐步找到适合自己的学习方式、学习策略，增强自信，维持和增进学习动机，提高学习效率和质量。过程性评价可以通过课后作业、实验报告、课上参与式活动的表现、线下团队协作学习活动等方面进行教师评价、学生自评和学生互评，增强学生的自信心，体现评价主体多元化的特点。

通过终结性评价，可以使学生获知整门课程的掌握情况，并进行教学效果反馈。终结性评价主要对理论掌握和实践应用两方面进行评价，包括期末笔试成绩和实验实践成绩，体现评价内容全面化的特点。

3.3 实施支持

混合式教学的顺利开展需要信息技术、移动互联网环境、教学辅助和开发工具的支撑，技术服务于教师的教学过程、服务于学生的学习过程，具体体现在TPACK模型中的整合技术的学科知识TCK和整合技术的教学法TPK。

3.3.1 整合技术的学科内容TCK

1）提供数字化教学资源支持。

实现“互联网+”支撑教与学的基础是搭建在线课程，在网络环境下使用信息化平台建设课程，制作类型丰富的学习资源，例如教学微视频的录制与编辑、交互式多媒体课件的制作、实验演示动画的设计、在线题库建设、实验平台的开发。使用合适的信息技术对教学知识进行多方面多形式呈现，便于学生的理解，并利于激发学生的学习动机。

2）发挥思维可视化工具在教与学过程中的积极作用。

通过思维导图可以将课程总体知识、重点和难点，从知识点分布到认知梯度进行展示，实现将认知目标分类细化；从细分知识到系统知识的链接，构建清晰的知识脉络，建立起课程体系多门课程间的关联。在学生自主学习过程中，进行课前或课后学习内容总结，使用思维导图进行知识梳理，加深记忆、引发思考。在课堂上可以利用思维导图展示头脑风暴、小组讨论、总结等教学活动中的思维过程，利于思维的培养和训练。

3.3.2 整合技术的教学法TPK

1）开展教学活动的技术支撑。

课上和课下教学活动的开展、教学策略的使用、教学评价的实施也离不开信息技术和交互式教学工具的支持。课下互动活动的开展主要通过在线课程的交流讨论区或即时通讯工具实现；翻转课堂可以借助信息化辅助工具高效进行课堂互动，例如蓝墨云班课手机移动App、学堂在线的雨课堂、云课堂、超星学习通、问卷星、智慧树的教师圈等，开展签到、选人提问、抢答、分组任务、头脑风暴、课堂测试等教学活动。

2）教学评价和教学效果反馈的科学依据。

在线学习统计分析工具为多角度多方面进行教学评价和教学效果反馈提供评判依据。通过在线课程的教学微视频观看时间、教学资源下载量、作业提交情况、课程问卷调查、讨论区发帖和回复数量、在线测试次数和分数等获取学生在线学习行为和学习效果反馈，然后对学习行为进行大数据统计、分析与预测，为支持个性化学习和实施适应性教学提供科学依据。

4 结语

教学改革要与时俱进，为满足教学目标多样化、学习需求多样性，适应“互联网+”信息化教学环境，需要有效设计和实施教学，符合数字化时代特点。信息技术和教学融合是一个复杂的问题，需要结合具体课程的特点进行教学设计和开展教学实践，并不断进行教学反思来完善教学，利用信息技术来帮助解决教和学过程中存在的问题。基于TPACK的教学设计强调科学知识、教学法知识和技术知识融合的重要性，借助在线课程以及各类交互式工具，在多种教学理论的指导下，实现“互联网+”支撑教与学，服务于教学模式、教学策略、教学活动、教学评价，服务于学生学习。经过两年的面向对象方法学混合式教学实践，在激发学生学习动机、提高教学质量、实现多目标培养等方面都卓有成效，基于TPACK的混合式教学框架和实施框架也可以应用到其他课程。