泛在移动教学：TPACK模型下的教学重构与实践

赵榆琴，黄和飞

（1.大理大学数学与计算机学院，云南大理 671003；2.大理大学教育评估中心，云南大理 671003）

大学教育，是以提高质量为核心的内涵式发展。传统的讲授型教学模式，学科教学能力是核心。随着信息技术的快速发展，教学进入多媒体教学时代，信息技术应用是核心。随着移动网络的快速发展，智能终端设备、多媒体交互展示设备，特别是虚拟现实设备、互动教学设备等开始出现在教学中。近几年，大数据、人工智能技术开始应用到教学过程中。信息化教学从单纯的使用软硬件设备技术，开始变成如何使用这些技术让教学变得更智能。至此，信息化教学已经进入了一个新的阶段——泛在智能时代。

李克强总理在2015 年《政府工作报告》中首次提出“互联网+”行动计划。信息化新技术的使用和操作对于教师们已经不是难题，而他们的重点和难点已经发生了转移，即在泛在智能时代，信息技术如何去解决教学中存在的问题，实现与教学过程的深度融合。这种融合即教师如何针对教学内容和教学目标进行教学重构，进行教学创新。

近 年 来，“TPACK（technological pedagogical content knowledge）”、“互联网+教育”、“教育O2O”（online to offline）、智慧教学等概念受到了广大教育者的高度关注；“互联网+教育”的提出改变了人们对教育模式原有的认知，通过信息技术的支撑，互联网与传统教育融合，将打破传统教育的封闭模式，重塑一个开放创新的新教育生态〔1〕。教育者已经意识到“互联网+教育”教学设计是未来教育的必然趋势。

1 基于TPACK模型的教学重构设计思路

TPACK 是由美国学者Koehler 和Mishra 于2005年在Shulman（舒尔曼）提出的学科教学知识PCK的基础上提出的，全美教师教育学院协会AACTE在《整合技术的学科教学知识：教育者手册》中推出了这一模型。从2005 年开始，国内外的学者对TPACK 展开了大量的理论和实践的研究。对TPACK 的研究有助于提升教师驾驭教学和应用信息技术的能力，对教师融合信息技术、优化教学起到强大的助推作用〔1〕。

TPACK 模型将教师信息化教学能力所需的三大基本要素：学科知识CK（content knowledge）、教学法知识PK（pedagogical knowledge）和技术知识TK（technological knowledge）进行整合。两两整合后，我们可以发现，传统的教学方式，对教师的能力主要体现在学科教学法知识PCK 上，而进入“互联网+教育”时代，对教师的能力则主要体现在整合技术的学科内容知识TCK 和整合技术的教学法知识TPK 上，即教师的信息化教学能力。三大基本要素整合后，则得到实现有效教学的整合技术的学科教学知识TPACK。

2 基于TPACK模型的教学重构设计方案

从TPACK 模型中可以看到，在“互联网+教育”时代，要实现有效的信息化教学。教师的信息化能力，即要求教师能够具备基于信息技术重构教学内容和教学方法的能力便成为当务之急。

在“互联网+教育”时代下，大学教育面临几个主要的问题：其一，教学资源缺乏针对性、不能满足多元化需求；其二，学生学习空间局限；其三，传统教学手段不利于教学整改〔2〕。面临这样的教育现状，需要提高教育者的教学信息化能力。根据TPACK 模型，教育者需要对TPK、TCK、PCK 三种能力进行提高，即对教学模式、教学策略和教学资源进行教学重构，如图1所示。

图1 TPACK教学信息化能力构建图

本文所设计的教学重构方案，结合程序设计类课程的特点，以“程序设计基础”（C 语言程序设计）课程为实践课程。对“基于MOOC+SPOC+任务驱动”〔3〕的程序设计教学模式进行重构，对传统的教学策略进行重构，对已采用的教学模式和教学策略中涉及的教学资源进行重构。教学重构过程中，特别注重“泛在式”移动学习〔2〕和智慧课堂〔4〕的切入。教学重构完毕后，对教学效果采用“基于能力训练的程序设计形成性评价”〔5〕作为教学评价方式。教学重构设计方案如图2所示。

图2 TPACK教学重构模型

3 基于TPACK模型的教学重构方案实施

笔者在2018 级计算机科学与技术专业两个班（共96人）进行实践。开课前，教师向学生说明课程所采用的教学模式、教学策略和教学资源的设计，即告之学生，整个学习过程是一个“泛在移动学习”的过程，学生可以不受空间、时间、资源和方式的限制，随时随地进行学习。学生的所有线上线下的学习情况和学习结果都会计入形成性评价中。

3.1 教学模式重构考虑到“SPOC”主要还是使用课堂讲授方式实现，占用了课堂宝贵的时间，也并不是所有学生都需要这一环节，将“SPOC”改为线上学生自主完成。另外，将原来教学模式中以“任务”驱动改为“问题”驱动（PBL），培养学生解决问题的能力。在完成主题性作业的前期，引入小组合作学习（team-based learning，TBL）模式，以帮助基础和学习能力弱的同学尽快切入主题性作业。在课程后期，对于学习能力较强、学习效果较好的同学，结合教师的科研，引入以探究为基础（research-based learning，RBL）模式，引导学生个性化发展；同时以学生为中心，根据不同学生个体引入不同教学模式。为了弥补部分同学对MOOC 资源利用率不高的问题，合理借鉴“5A”学习〔2〕。

3.2 教学策略重构课堂提问的学生覆盖率非常有限，而且教师发现，在提问中很多同学不善于回答问题，影响学生的学习积极性。因此，重构方案中，加大了“讨论”教学策略的占比，将课堂提问转移到智慧课堂中。智慧课堂以学生为中心，从培养学生的自主学习兴趣、自主探究能力入手，通过不断引导与互动培养学生的创新能力〔6〕。在课堂上使用雨课堂智慧教学工具，教师根据教学内容，当堂发布课堂练习题。一方面学生当堂完成后，马上可以看到评价结果；另一方面，教师利用“弹幕”功能，当堂将答案有代表性学生的答题投幕给所有同学看，可以提问做对的同学请其讲述思路，也可以匿名展示做错同学的答案，供大家讨论。对课堂练习题的情况，包括学生的得分、每一道题的得分率、优秀学生、预警学生等数据也一并由雨课堂后台记录下来，以备教师进行数据分析。在实践过程中，减少了讲授和演示这样以教师为中心的教学策略，增加了讨论、训练实践这样以学生为中心的教学策略。

3.3 教学资源重构将原来的“当堂测试”改变为“移动测试”，即在雨课堂上发布测试题目，由学生在截止时间以前自行完成。雨课堂后台会记录下学生的测试完成情况，包括完成时间和完成题目，以备教师进行数据分析。另外，教师将课程学习资料，包括PPT、测试参考答案、主题性作业参考答案等，根据进度适时上传到雨课堂平台，以供学生进行“泛在”预习和复习。雨课堂同样会在后台记录下学生学习这些资料的情况，包括学习时间、学习内容等。这些教学资源的重构，也能够弥补学生MOOC 进行自主学习不主动，导致部分同学日常作业完成不好的情况。

4 基于TPACK 模型的教学重构方案评价和效果分析

如果没有好的测评作为导向，那么目标的制定和实施将成为一纸空文。有效的评价机制可以让教师及时了解教学目标的实现程度和学生的学习状况，以便及时调整教学活动，改善教学计划和方法〔7〕。在文献〔5〕中提到，形成性评价面对的困难之一就是没有一个统一管理数据的平台。另外，智慧教室不仅仅是软硬件设备和技术的堆砌，更是通过对教学过程数据的动态采集、分析与评价，实现教师和学生的智能辅助教与学。本方案在采用“基于能力训练的程序设计形成性评价”的基础上，利用雨课堂智慧教学工具，对学生泛在式移动学习过程中的“学习过程”数据进行记录、分析和评价。

（1）笔者以2017 级计算机科学与技术专业2 班（未进行教学重构）和2018级计算机科学与技术专业2班（进行教学重构）进行对比，对比项如表1所示。

表1 教学重构效果分析对比表

（2）对2018 级2 班学生的日常作业、测试成绩、期中考试成绩、实验成绩、主题性作业与期末考试成绩进行数据相关性分析，如表2 所示。表2 为各项教学资源的协方差矩阵，可以看出，各项教学资源的协方差均为正值，即正相关，变化方向一致，变化趋势接近；协方差绝对值越大，影响程度越大。例如：实验成绩和主题性作业相关度高（协方差为0.547 738），日常作业与测试成绩相关度高（协方差为0.496 045），测试成绩与期末考试成绩相关度高（协方差为0.397 653）。

（3）对2018级2班47名学生的日常作业、测试成绩、期中考试成绩、主题性作业与期末考试成绩进行数据折线图比对，如图3所示。图3中，实验成绩、主题性作业、测试成绩与期末考试成绩的变化情况保持一致，与数据相关性分析得到的结论是一致的。

（4）为了对文献〔5〕中提出的问题加以继续实践和说明，笔者将试卷设计为五大类型的题目，用这五大类型的题目考察学生的编程技能，其中2018级2 班47 名学生各种题型及期末考试成绩分布如图4 所示。从图4 中可以看出，期末考试成绩受程序设计题、程序填空题的得分影响最大。这符合基于能力训练的形成性评价模式设计的初衷。

表2 各项教学资源相关分析表

图3 各项学习项目数据对比折线图

图4 编程技能与期末考试成绩数据对比图

5 结语

其一，与学生考试成绩密切相关的是测试成绩和主题性作业，是教学资源重构后的泛在移动学习。由此，决定学生学习成绩的，最能体现学生编程能力的是泛在移动学习资源。

其二，教学模式重构后，分阶段引入了PBL、TBL 和RBL，改变了“SPOC”的引入时间，强化了学生的自主学习意识。从上文数据分析中可以看出，期末考试成绩好的一定是程序设计能力较强的同学，即编程能力全面的同学，而且这些同学在整个学习过程中一直都学习得很好。没有出现平时各项学习很差，而考试成绩好的情况。

其三，教学策略重构后，对某一节课学习效果不好的同学进行警示和关注，能有效地将这类学生拉回到正常的学习进度和学习效果上来。对于加大“讨论”减少“讲授”的教学策略的调整，在程序设计能力训练时特别有效。一个程序分析题，同学们会得到不同的答案，通过雨课堂的弹幕功能，大家一起验证哪个答案是正确的。经过这样的训练，学生能自然而然建立起计算思维。这种教学策略的调整，比老师直接分析某个程序怎么写，更能提高学生的主动参与意识和自主思考能力。

2019 年8 月25 日，由全国高等学校计算机教育研究会等主办的“程序设计能力等级与课程标准研讨会”召开，会上提出智慧教学实施的关键：（1）智慧教学的关键点在于，学校是否沉淀了足够细致的数据；（2）数据能否沉淀的关键在于，教师是否乐于改变教学设计。在“互联网+教育”时代，利用“互联网+”的各种技术，实现泛在移动教学，是当前高校教师面临的挑战和机遇。评价创新教学模式，合理运用教学策略，精心设计教学资源，使得移动互联网、人工智能、物联网和大数据等前沿学科，除了能为教学提供技术支撑以外，教育（学）大数据的分析和利用也将能为未来教育提供方向指引。