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初中数学教师TPACK构成研究

来源:UC论文网2018-08-23 09:46

摘要:

  摘要:整合技术的学科教学知识(TPACK)是教师信息技术应用能力的知识基础。在国内外相关研究成果基础上,以初中数学教师为研究对象,用调查问卷的方式对我国基础教育实践中教师TPACK的构成进行了实证研究。研究发...

  摘要:整合技术的学科教学知识(TPACK)是教师信息技术应用能力的知识基础。在国内外相关研究成果基础上,以初中数学教师为研究对象,用调查问卷的方式对我国基础教育实践中教师TPACK的构成进行了实证研究。研究发现,初中数学教师整合技术的学科教学知识(TPACK)包括整合技术教授数学的统领性观念、学生理解知识、课程和课程资源知识、教学评价知识、教学策略知识等五个因子,并借助结构方程模型揭示了因子之间的系统互动关系。为提升教师信息技术应用能力和促进教师专业发展提供了策略制定依据。


  关键词:初中数学教师;TPACK;构成;因子;关系;


  作者简介:段元美(1976—),女,山东莱芜人。讲师,硕士,主要从事信息技术支持的教师专业发展研究。


  随着信息技术的不断发展及其在教育教学中的深入应用,技术对教师专业知识产生了巨大影响和挑战。教师必须把技术这一要素纳入到自身专业知识结构中去,才能更好地胜任信息技术环境下的教学。正是意识到这一问题的重要性和迫切性,美国密西根州立大学的Mishra和Koehler基于Shulman的“学科教学知识(PCK)”概念,于2006年正式提出了“整合技术的学科教学知识(TPACK)”这一理论框架,用来说明包括技术要素在内的新型教师知识结构。[1]为了揭示实践中教师TPACK的实然状况,以便有针对性地制定策略提高教师TPACK水平,进一步提升教师信息化应用能力及促进教师专业发展,本文以初中数学教师为研究对象,用调查问卷的方式对我国基础教育实践中教师TPACK的构成进行了实证研究,并用结构方程模型说明了构成因子之间的关系,深化了教师TPACK研究。


  一、文献综述


  要对初中数学教师TPACK的构成进行研究,首先需要了解数学教师TPACK构成的相关研究基础。包括数学教师学科教学知识(PCK)构成以及TPACK构成两个方面。


  学科内容知识和教学法知识是教师知识的核心成分。但是20世纪80年代以前,这两种成分一直处于分离状态。针对这种状况,美国学者Shulman提出学科教学知识(PCK)这一概念,强调应该把教师的学科教学知识和教学法知识结合起来。Shulman认为学科教学知识(PCK)主要包括两种成分:一是有关特定内容的教学方法与策略的知识,是指如何用最有效的表征方式(如实例、解释、演示等)组织课程内容;二是有关学生思维的知识,包括不同发展阶段的学生对某一主题的理解、错误的想法、学生学习的重难点以及学生可能遇到的困难。[2]众多研究者对Shulman的学科教学知识概念进行了丰富和发展。Grossman关于PCK的研究有了较大突破和创新,他认为PCK包含以下四个要素:教师关于学科在不同年级水平上的教学目的的统领性观念;学生的理解、日常概念和误解的知识;课程知识;特定主题的教学策略和教学表征的知识。[3][4]随着后来研究的深入,Grossman也在不断丰富和发展PCK的构成框架。[5]我国学者在借鉴国外研究成果的同时,对PCK构成进行了大量研究,主要集中在数学这个领域。如范良火在Grossman的PCK构成基础上,从学生理解和教学策略的角度阐释了数学教师的PCK;[6]李琼在Grossman的PCK构成基础上进一步对数学教师的PCK作了细化。[7]董涛以Grossman的PCK框架为基础,提出数学教师的PCK包括数学教学的统领性观念和特定课题学与教的知识两大要素,并把特定课题学与教的知识这一要素细化为学生理解的知识、内容组织的知识、效果反馈的知识和教学策略的知识等四个部分。[8]综合以上关于数学教师PCK构成成分的研究,我们不难发现虽然学者们对数学教师的PCK有不同的理解,但是他们都认为数学教师的PCK包括统领性观念、学生知识、课程内容的知识和教学策略的知识等四个共同成分。上述数学教师PCK构成的相关成果为数学教师TPACK构成的研究提供了研究基础。


  Mishra和Koehler在Shulman的“学科教学知识(PCK)”理论基础上,提出了整合技术的学科教学知识(TPACK)这一概念框架。他们认为TPACK框架包括PK、CK、TK、PCK、TPK、TCK和TPACK等七个要素,并对七个要素的概念进行了界定。[9]后来,Cox博士在自己的毕业论文中对TPACK框架的七要素作了更详细的概念分析,以更好地明确和区分各要素的内涵。[10]基于以上研究基础,有多位学者以TPACK框架的七个要素为测量维度,对教师TPACK进行了测评,并说明了七个要素之间的关系。[11][12]


  美国俄勒冈州立大学的Niess在研究整合技术的学科教学知识(TPACK)内涵时关注的不是整个TPACK框架,而是框架中核心成分的整合技术的学科教学知识(TPACK)。因为它是由技术、课程和教学等三个要素融会贯通形成的一类知识,是教师使用技术有效教学的基础。Niess从这个视角出发,以Shulman的PCK构成研究为基础提出了TPACK的四个构成要素:关于技术与学科教学整合目的的统领性观念;关于学生利用技术来理解、思考和学习学科主题的知识;关于技术与学科教学整合的课程和课程材料的知识;关于技术与学科教学整合的教学策略和教学表征的知识。[13]针对核心成分的TPACK,Niess进行了大量研究并从不同角度对TPACK的四个构成要素特征作了详细描述。[14][15][16]但是他的这些研究并未经过统计学意义上的验证,也没有对各构成要素之间的关系作深入分析。国外有学者以核心成分TPACK为基础对职前教师TPACK进行了测量,[17]国内的钟洪蕊、张育桂也以Niess的研究为基础分别对小学科学课教师和小学数学课教师TPACK构成进行了实证研究。[18][19]以上这些关于核心成分TPACK构成的实证研究存在的不足主要表现在以下两个方面:一是针对基础教育教师TPACK构成的研究不多,国内仅有的两个实证研究也存在样本容量较小的问题;二是没有深入揭示教师TPACK构成要素之间的关系。


  二、研究问题和假设


  要研究教师整合技术的学科教学知识(TPACK),必须与具体学科相结合。我国经过多年信息技术与学科教学整合的实践探索,取得了大量成果。黄德群对近十年来我国信息技术与课程整合的实践进行了研究,发现中小学语文、数学等重点学科与信息技术的整合远高于其他学科。[20]而关于教师PCK的已有研究中,数学这门学科的研究成果较多,具有比较丰富的研究基础。为进一步推动基础教育实践中教师TPACK的深入研究,本研究选择初中数学作为研究学科。本研究试图回答下面的研究问题:初中数学教师TPACK的构成是怎样的?初中数学教师TPACK构成成分之间的关系如何?


  在文献研究的基础上,本研究提出如下研究假设。


  假设1:初中数学教师TPACK由整合技术教授数学的统领性观念、整合技术教授数学的学生理解知识、整合技术教授数学的课程和课程资源知识、整合技术教授数学的教学评价知识、整合技术教授数学的教学策略知识等五个维度构成。


  假设2:初中数学教师TPACK的五个维度之间是相互影响、相互作用的关系。


  三、研究设计


  本研究主要采用问卷调查的方法收集数据,下面对问卷设计进行说明。


  (一)调查问卷初稿的编制


  由于目前还没有以核心成分TPACK为测量基础的初中数学教师TPACK调查问卷,所以本研究自己编制了问卷。本研究以Niess的研究为基础,结合我国数学教师PCK构成和TPACK构成的研究成果以及对初中数学教师初步访谈的结果,把初中数学教师整合技术的学科教学知识(TPACK)的构成因子确定为以下五个:整合技术教授数学的统领性观念、整合技术教授数学的学生理解知识、整合技术教授数学的课程和课程资源知识、整合技术教授数学的教学评价知识、整合技术教授数学的教学策略知识。在Niess的TPACK四要素中,评价的知识是包含在“技术与学科教学整合的课程和课程材料的知识”这一要素里面的。但是,Niess等人也提出了数学教师TPACK标准,用来评价数学教师的TPACK。其中明确把“评价和评估———教师通过使用技术获得多种有效的评价和评估策略”作为评价数学教师TPACK的一条独立标准。[21]因此,本文把整合技术教授数学的教学评价知识作为一个独立的成分,以更好地明确和区分各构成因子的内涵构成和边界。


  1.整合技术教授数学的统领性观念


  整合技术教授数学的统领性观念是一种理念,是指导数学教师在信息化环境下开展数学教学的总体思想和观念。这种理念包括教师对数学学科的理解、对技术在数学中的地位的理解、对如何整合技术教数学的理解、对学生如何使用技术学数学的理解等方面的知识。技术这个要素在教师的数学课程观中成了一个缠绕概念。《义务教育数学课程标准(2011)》的课程理念部分从课程目标、课程内容、课程教学、学习评价、信息技术与课程整合等五个方面对数学课程作了规定,并明确指出“信息技术对数学教育的价值、目标、内容和教学方式产生了很大的影响”,[22]“要把信息技术作为学生学习数学和解决问题的一个有力工具,有效地改进教与学的方式,使学生乐意并有可能投入到现实的、探索的数学活动中去”。[23]从新课程理念中我们可以看出,数学课程是一张网,而信息技术则成为网中一个无处不在的交织元素。义务教育数学课程理念是初中数学教学的指挥棒,结合这个标准,本维度从课程观、教学观和信息技术观等三个方面入手设计了8个题目。


  2.整合技术教授数学的学生理解知识


  整合技术教授数学的学生理解知识,是对学生如何学习数学的理解和认识。数学课程的目标是使学生获得数学知识,在数学上得到发展,所以落脚点还是在学生身上,涉及学生如何学的问题。在数学学习中,学生有什么样的学习需求?对于特定主题的内容,学生已经具备了什么样的学习经验?学生学习时的认知特点如何?学生理解的发展历程是怎样的?学生可能出现的典型错误是什么?如何使学生发展数学思维能力?在信息技术环境下的数学教学中,教师如何合理使用技术解决以上问题就会反映出不同的教师知识。本维度共有6个题目。


  3.整合技术教授数学的课程和课程资源知识


  整合技术教授数学的课程和课程资源知识是信息化教学环境下,数学教师对课程内容的理解和把握,包括教师自身的数学知识以及如何把这些数学知识更好地传授给学生的知识。课程内容是学生要学习的知识。课程内容包含若干不同的子主题内容。在不同的主题内容中,数学教师拥有不同程度的知识。在技术的支持和帮助下,数学教师需要考虑以下方面的问题:1特定的主题内容在整个学科中的定位,如何和前后知识以及相关学科知识进行衔接?2如何使课程内容和资源反映当前社会需要和数学的特点,符合学生的认知规律和实际经验?3如何组织内容和资源才能使学生更好地理解知识,更好地体验数学学习的过程,获得不同层次的发展?本维度从课程内容、课程组织和课程资源等三个方面入手设计了10个题目。


  4.整合技术教授数学的教学评价知识


  整合技术教授数学的教学评价知识是信息技术环境下,教师对数学教学评价的认识和理解。《义务教育数学课程标准(2011)》指出“应建立目标多元、方法多样的评价体系”。[24]信息技术使得数学教学的评价方式更加丰富多样。不同教师使用信息技术进行数学教学评价的知识水平不同。教师可以开发多种技术支持的评价方式对学生的数学学习过程和学习结果进行评价,既可以评价学生学到的知识,也可以评价学生学习过程中的认识和情感变化。本维度共有7个题目。


  5.整合技术教授数学的教学策略知识


  教学策略指为达到特定教学目标,对教学顺序、教学活动程序、教学组织形式、教学方法和教学媒体等的综合考虑。教学策略涉及针对特定主题内容如何教的问题。整合技术教授数学的教学策略知识则是信息化环境中有关怎样开展教学的知识。实际教学中,数学教师如何使用各种技术手段有效地表征教学内容;如何使用技术合理安排教学顺序,设计多种教学活动;如何使用技术创设多样化的学习环境和学习方式;如何在技术的帮助下使用多种教学方法;如何不断使用技术更新自己的教学方法和教学能力;如何在信息化环境下实现有效的课堂管理。这些问题都反映了教师信息环境下的教学策略知识的水平。本维度从以上多个方面对教师如何整合信息技术教授数学进行考察,共设计了13个题目。


  在上述研究的基础上,编制了初中数学教师TPACK问卷初稿。初稿进行修订后,征求了专家意见,请他们对问卷的语义表达及适用性作出评价。专家包括教育技术领域和数学教育领域内的10位成员。在征求意见的过程中,和各位专家进行了详细的交流和讨论。根据专家反馈意见对问卷作了进一步修改。


  经专家审议并修订后的问卷共有55个题目,包括基本信息和量表两大部分内容。基本信息共11个题目,涉及性别、职称、数学教学中使用的技术等若干方面。量表部分共44个题项,量表包括整合技术教授数学的统领性观念、整合技术教授数学的学生理解知识、整合技术教授数学的课程与课程资源知识、整合技术教授数学的教学评价知识、整合技术教授数学的教学策略知识等五个维度。量表采用里克特5点量表进行等级评定,从1到5分别表示“1非常不符合,2不符合,3不确定,4符合,5非常符合”,使用SPSS19.0统计软件作因子分析。


  (二)研究对象


  2014年2月25日至4月18日,我校2011级部分专业的同学到烟台各县市区进行了为期两个月的教育实习。实习学校涉及烟台六区七市一县的30多所中学。借助这次实习的机会,根据整群随机抽样和方便抽样的原则,选取了其中的20所初中。在每所学校安排一名同学专门负责调查问卷的发放和回收。


  问卷的发放与回收从2014年4月5日至4月20日,历时15天。共发放问卷305份,实际回收问卷298份,回收率为97.70%。在问卷回收时,对问卷中数据的质量及有效性进行了检视,剔除无效问卷后,得到有效问卷276份,有效率为92.62%。


  四、初中数学教师TPACK构成因子分析


  在使用SPSS抽取因素的方法中,主成分分析法是最普遍的因素分析方式。[25]本研究使用主成分分析法对收集的数据进行了探索性因素分析,抽取了初中数学教师TPACK的五个共同因子。


  结构方程模型可以通过可测变量间接测量潜变量,也可以同时研究可测变量和不能直接测量的潜变量以及潜变量之间的关系,并且允许这两类变量存在测量误差。[26]这种方法非常适合用于本研究中对教师TPACK构成因子之间的关系研究。


  (一)研究假设1的验证


  研究首先对收集的数据作了项目分析。根据项目分析的结果,删掉了TPACK量表中的3个题目。在进行探索性因素分析时,预试样本人数最好是题项的5倍。[27]初中数学教师TPACK调查问卷中量表部分包括44个题目,调查中回收问卷298份,其中有效问卷276份,符合题项5倍的要求。使用SPSS19.0软件对项目分析后的问卷数据进行了Bartlett球形检验和KMO检验。结果表明:显著性概率值p=0.000<0.05,达到了0.05的显著水平,表明题目间有共同因素存在,适合进行因素分析。同时KM0=0.931,表示题项之间的关系是极佳的,题项变量之间的关系非常适合进行因素分析。


  研究使用了主成分分析法———正交转轴法进行因素分析。在因素分析的过程中遵循以下标准:[28]一是萃取特征值大于1的因素;二是转轴后的共同因素的负荷量均在0.4以上;三是萃取共同因素后,保留的因素联合解释变异量要达到60%以上;四是探索性因素分析完成后,每个因素保留3至6个测量题项,总量表的题项保留在20至25题;五是探索性因素分析过程中,要经过多次反复探索和试探以形成最佳的量表结构。


  经多次反复探索后,得到的因子结果见表1。从表1中,我们可以看出共提取了5个共同因子,因子的联合解释变异量达到了66.608%。因子负荷量在0.4以下的题目均被删除,最后保留的题目总数为22个(22个题目的具体内容见表2)。


  使用同质信度分别检验整张量表的信度以及五个维度的信度,获得了表3的结果。信度检验结果表明:整张量表α系数是0.933,各维度的α系数在0.686~0.873之间。说明整张量表的信度非常高,各维度的信度也比较高。


  (二)研究假设2的验证


  根据上述因子分析的结果,使用AMOS假设了五个构成因子之间的理论关系模型。带入实际收集的问卷数据进行运算,并经过模型修正后得到图1、表4和表5的结果。为了使图形看起来更简便,在图1中用F1~F5分别表示上述的五个因子,也就是五个潜在变量。观察变量(也就是保留的22个题目)用a12~a49表示,相应的误差变量用e12~e49表示。图1的结果表明:各潜在变量与其观察变量间的因素负荷量均在0.50~0.95之间。同时,图1还显示了五个因子之间的相关系数,表4对五个因子之间的这种相关关系做了进一步说明。另外,模型内各参数的标准误差均在0.033~0.048之间,没有出现负值并且误差都很小;22个参数的临界比值CR最小的为6.727。所以,所有参数的P小于0.05,达到了显著水平。表5的结果表明:模型的各项指标值都非常理想。参照吴明隆的建议并综合以上结果,[29]说明初始假设的理论模型与实际数据契合非常好,初中数学教师TPACK构成因子模型(图1)能够很好地揭示五个构成因子之间系统的互动关系。


  五、发现与讨论


  通过前面的研究我们发现,初中数学教师整合技术的学科教学知识(TPACK)的五个构成因子各自的作用不同,共同反映了信息技术环境下数学教师灵活使用技术有效教学的知识水平:统领性观念反映的是数学教师教学的整体理念知识;学生理解知识反映的是信息化环境下对学生“如何学”的有关问题的理解;课程和课程资源知识反映的是数学教师对课程内容的理解和组织;评价知识反映了信息技术环境下教师对教学评价的认识和理解;教学策略知识则反映了信息化环境下“如何教”的有关问题。Niess认为TPACK有四个构成要素,本研究把初中数学教师TPACK的构成因子细化到五个,以更好地明确各个构成因素之间的内涵和外延。


  初中数学教师整合技术的学科教学知识(TPACK)的五个构成因子之间是相互影响、相互作用的关系。从表4中可以看出,五个构成因子之间的相关系数在0.290~0.778之间,临界比值CR最小的是4.314,达到0.05的显著水平。表示五个因素中任何两个因子之间的相关都达到了显著水平,充分说明了实践中数学教师TPACK的五个要素之间是相互影响、相互作用的。董涛在研究数学教师的PCK结构时也得出了类似的结论。[30]但是,他的结论没有经过实际验证。Mishra和Koehler在提出TPACK理论时,认为TPACK的七个要素之间既各自独立,又相互关联、相互影响,形成复杂的知识结构系统。[31]本文在研究核心成分TPACK的构成时也有了同样的发现。


  第一个因子F1(整合技术教授数学的统领性观念)和其他四个因子的共变关系系数分别是0.450、0.290、0.485、0.448。说明“理念”这一知识维度和其他知识维度之间呈现显著正相关。当然,这几个数值相对来说处于较低的水平,说明“整合技术教授数学的统领性观念”这个因子是一个相对较上位的概念。有学者在研究教师信念对信息技术与数学课程整合的影响时也得出了类似的研究结论。[32]表明数学教师只有具备了正确的课程观、教学观和信息技术使用观,才能在信息化环境下实现有效的教学。同时,因为是正相关的关系,整合技术教授数学的统领性观念也会伴随着对信息化环境下的课程、学生和教学的不断认识而逐渐深化。因此,在教师TPACK发展项目中,首先要从提升教师理念入手,帮助他们树立正确使用信息技术有效教学的整体理念。接下来随着项目环节的逐步深入,教师通过使用技术教学的大量实践,就会进一步提高理念的认识层次和水平。


  第二个因子F2(整合技术教授数学的学生理解知识)、第三个因子F3(整合技术教授数学的课程与课程资源知识)、第四个因子F4(整合技术教授数学的教学评价知识)和第五个因子F5(整合技术教授数学的教学策略知识)之间的两两相关系数分别是0.686、0.611、0.773、0.625、0.778、0.682,系数值都达到了一个比较高的水平,呈现显著正相关的关系。除此之外,上文图1的模型增加了很多误差变量的共变关系,也充分表明潜在变量(构成因子)之间对应的共同特质存在着不同程度的关联。在编制问卷题目的时候,笔者也深深地体会到了这一点。有些问题很难明确到底是该归于哪个维度中。比如“我知道怎样合理使用信息技术(教学平台、资源库、教学软件等)发展学生的数学推理能力、思考能力和问题解决能力”这个问题,既可以放在“有关学生的知识”这一维度,也可以放在“有关教学的知识”这一维度。课程、学生、教学、评价是信息化环境下教学的四个要素,教学要以课程和学生为基础,教学的目的就是促进学生的发展。同时,评价是针对学生的评价,又可以根据评价的结果进一步调整课程和教学。综合以上分析我们发现,实际教学中关于课程的知识、关于学生的知识、关于评价的知识和关于教学的知识这几个要素是相互交织在一起的,互相影响的程度非常大,而教师的TPACK就是在不断探寻这些因素间的动态平衡、不断解决实际教学问题的过程中得到发展的。


  六、结论


  通过实证研究,我们发现初中数学教师整合技术的学科教学知识(TPACK)的构成包括整合技术教授数学的统领性观念、学生理解知识、课程与课程资源知识、教学评价知识、教学策略知识等五个因子。初中数学教师TPACK的五个构成成分之间是系统的、互动的正相关关系。其中整合技术教授数学的统领性观念是一个较上位的因子,它与其他四个因子之间的正相关系数值较小;学生理解知识、课程与课程资源知识、教学评价知识和教学策略知识这四个因子之间的正相关系数值比较大,呈现高度正相关关系,说明教学实践中这四个要素互相影响和作用的程度很高。


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