“新工科”背景下“物联网技术”课程TPACK框架模式研究

朱晓军 季彦呈 邱恭安 吉晓东 曹娟 金丽 刘敏 段玮

摘 要：文章探索了在“新工科”背景下，“物联网技术”课程的TPACK框架模式，以期通过模型框架的建立，促进TPACK在“物联网技术”课程中的应用，以解决教学过程中出现的“教”与“学”的问题。本框架模式的实行有利于改变传统的教学模式，拓宽TPACK理论模式在工科实践类课程中的应用，为相关应用实践类课程的TPACK模式提供参考和建议。

关键词：新工科;TPACK框架模式;物联网技术;教学改革

0 引言

2017年以来国家大力推进新工科的建设。发布了《关于推进新工科研究与实践项目的通知》《关于开展新工科研究与实践的通知》等通知[1]，全方位的探索具有领跑全球工程教育的教育模式，培养工程化人才，助力教育强国战略。

课程改革是高等教育改革中的重要环节，直接决定了高等教育人才培养方向和培养内容。随着5G技术的大量普及和应用，如何将信息技术和单一课程相结合，实现有效的教学成为一项艰巨的任务。寻求“新工科”背景下的新型教学模式和教学方法成为高校教师迫在眉睫的担当和任务。2005年，Koehler等人提出了整合技术的学科教学法知识（Technological Pedagogical Content Knowledge，TPACK）。即将先进技术融入具体的课程内容、教学知识点以及教学方法过程中，使得课程具备情境性、动态性和综合性等特征。此框架提出后受到了研究国际教育技术和教师学者们的高度关注，是现代高等教育的发展趋势。最初TPACK理论主要用于新教师发展策略研究，TPACK 理论的实践价值之一在于对教师培训过程中使用信息化知识并对其进行相关培训。随着TPACK理论研究的逐渐深入和应用领域的逐渐扩大，学科化的TPACK理论研究也在不断发展[2]。

目前TPACK模式的相关研究文章主要集中在教育技术类[3]、计算机教育类、教学和教师发展类。课程也主要集中于大学英语、数学等基础理论课程的研究[4]。而在面向普通本科应用实践类课程，尤其如物联网技术这类和现代通信技术结合很紧密课程相关的TPACK模式研究较少。因此，本课题将TPACK模式应用于“物联网技术”课程中，在“新工科”背景下，将现代信息技术与“物联网技术”课程相整合，研究应用实践课程的TPACK教学模式。将有助于改变传统的教学模式，为“教”与“学”提供一种新的教学模式和理念。有利于丰富TPACK理论模式，拓宽在其实践类课程中的应用，为相关应用实践类课程的TPACK模式提供参考和建议。

1 教学中存在的问题

信息技术的发展已经深刻影响到人们的生活和学习，将对教育产生深刻的影响。高等教育也将面临巨大的机遇和挑战。“教”与“学”的问题也将随着信息技术的发展发生变革。我们在信息技术与学科课程整合方面的研究工作已经十余年，但还是主要集中于理论研究方面，结合到具体的课程教学的实践应用研究比较少。如何在“新工科”背景下，将学科课程的整合落到实处，推动教学模式改革，激发学生的主动性、积极性与创造性， 持续提高课程教学质量和教学效果，培养高校专业人才的创新精神与实践能力，是教育工作者需要一直思考的问题。

2 课程教学改革模式的思考和探索

“物联网技术”课程是一门交叉学科，本身与计算机、通信、网络、电子、半导体等技术知识密切相关。而对于信息通信类专业学生来说，他们的课程设置一般过于重视通信类相关课程，而对于计算机、算法、传感器等类课程重视度不够。在学习过程中，学生对课程的学习和掌握将会有一定的难度。因此，在“新工科”背景下，针对“物联网技术”课程在教学中遇到的一系列问题，根据“物联网技术”课程相关内容，设计了TPACK的框架模式，現对其框架内容分别进行了说明。

（1）技术知识（TK），包括关于技术本身的专业知识资源，如专业研究方向、学术背景等。同时包括新型信息技术的应用，如动画制作、数据处理、多媒体平台的使用等。此外还包括在教学中如何运用技术知识资源，如微课、PPT等课件的制作技术等。

（2）教学知识（PK），是教学模式、方法、教学策略与技巧、课堂的组织与管理等方面的内容。包括教学基本的理论知识和实践经验。教学方式现有线上和线下两种。不管是线上还是线下，相关活动发表观点的生成性资源都是教学法知识类资源的有效来源。

（3）内容知识（CK），主要是关于“物联网技术”课程相关专业知识资源。包括物联网技术系统的组成、各部分的特征参数和原理、通信协议、通信软件和硬件、发展趋势以及研究前沿等内容。需要指出的是，内容知识要突出资源的时效性和实践性。

（4）教学内容知识（PCK），是如何选择恰当的教学法对课程相关知识进行合理表现，即具体的学科内容怎么教。对于教学内容资源，可依托课程教研室为主体，以相近学科专业内容对具有课程教学法进一步组织提升，通过讲课比赛、说课等相关活动凝练教学内容、打磨课程体系。

（5）技术内容知识（TCK），是技术如何与课程内容知识两者相互作用、相互影响。包括两类资源：①以课程内容为基础，技术如何表现课程内容，呈现教学资源，如相关教学软件的开发、设计等。②以技术为基础，新兴技术对课程内容的影响，如大数据、云计算、移动互联等技术的涌现，也促成了相关学科产生了新的课程内容和相关技术知识。技术内容知识资源是在了解技术知识的基础上，将技术应用于课程教学的内容而引发教学内容的变化。

（6）技术教学知识（TPK），不仅包括技术用于相关课堂组织、内容、管理等的相关资源，也包括技术对教学策略、教学方法的改进等。还包括技术和教学法相互作用下产生的新的教学法，如混合式教学法等。

（7）技术教学学科知识（TPAK），是教师掌握技术与课程内容，进行教学深度融合的相关知识资源，是改变传统教学模式，提升学习效率的主要体现。

在TPACK框架模式中，PK、TK和CK为三类知识，以及这三者之间相互交叉融合产生的PCK、TCK、TPK、TPACK四类知识。TPACK模式涉及了教学方法、学科内容以及现代信息化技术等三要素，其不是将这三种知识进行简单的叠加或组合，而是要将现代技术融入具体的学科教学内容以及教学方法之中，根据课程的要求以及学生的培养要求对TPACK模型三类知识进行有效的融合。需要强调的是，TPACK 框架是基于整合的视角，其强调课程内容、教学法和技术三方面知识进行动态的平衡与相互作用，可以根据实际教学模式和教学内容动态调整三方面技术知识以提高教学质量，提高学生学习的积极性和主动性，使得从呆板的教学模式改变为灵活多变、适应性更强的教学模式。

根据“物联网技术”课程所面临的问题，可以将TPACK模型中学科内容、教学法和技术等三种知识要素进行有机融合。根据学生班级情况、学生接受程度、知识背景等不同类型调整TPACK框架中各知识元素的比例，实现“定制”教学内容，提高学生的学习积极性。因此，TPACK 框架涵盖了“新工科”背景下，信息化环境下教学的全部核心要素，是对教师所应具备知识的高度概况，体现着信息化环境下教师的专业能力和整体教学水平。

3 结语

针对“物联网技术”课程在教学中遇到的一系列问题，本文探索了在“新工科”背景下，“物联网技术”课程的TPACK框架模式，以期通过模型框架的建立，促进TPACK在“物联网技术”课程中的应用，以解决教学过程中出现的“教”与“学”的问题。此外，希望这种模式的结合，能够促进对于“新工科”新型混合教学模式的探索，提高工程类相关课程的教学质量，为培养新一代的新工科人才做出贡献。

[参考文献]

[1]刘吉臻，翟亚军，荀振芳.新工科和新工科建设的内涵解析—兼论行业特色型大学的新工科建设[J].高等工程教育研究，2019（3）：21-28.

[2]蔡敬新，邓峰.“技术-教学-学科知识”（TPACK）研究：最新进展与趋向[J].现代远程教育研究，2015（3）：9-18.

[3]陈燕，蔡丽莉，郑青，等.TPACK知识的学习对临床教师教学能力提高的影响[J].中国高等医学教育，2017（2）：1-2.

[4]陈林林.基于TPACK框架的商务英语视听说课程学生4Cs能力培养[J].文教资料，2020（2）：216-218.

（编辑 傅金睿）