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    初中數學教師TPACK構成研究

    來源:UC論文網2018-08-23 09:46

    摘要:

      摘要:整合技術的學科教學知識(TPACK)是教師信息技術應用能力的知識基礎。在國內外相關研究成果基礎上,以初中數學教師為研究對象,用調查問卷的方式對我國基礎教育實踐中教師TPACK的構成進行了實證研究。研究發...

      摘要:整合技術的學科教學知識(TPACK)是教師信息技術應用能力的知識基礎。在國內外相關研究成果基礎上,以初中數學教師為研究對象,用調查問卷的方式對我國基礎教育實踐中教師TPACK的構成進行了實證研究。研究發現,初中數學教師整合技術的學科教學知識(TPACK)包括整合技術教授數學的統領性觀念、學生理解知識、課程和課程資源知識、教學評價知識、教學策略知識等五個因子,并借助結構方程模型揭示了因子之間的系統互動關系。為提升教師信息技術應用能力和促進教師專業發展提供了策略制定依據。


      關鍵詞:初中數學教師;TPACK;構成;因子;關系;


      作者簡介:段元美(1976—),女,山東萊蕪人。講師,碩士,主要從事信息技術支持的教師專業發展研究。


      隨著信息技術的不斷發展及其在教育教學中的深入應用,技術對教師專業知識產生了巨大影響和挑戰。教師必須把技術這一要素納入到自身專業知識結構中去,才能更好地勝任信息技術環境下的教學。正是意識到這一問題的重要性和迫切性,美國密西根州立大學的Mishra和Koehler基于Shulman的“學科教學知識(PCK)”概念,于2006年正式提出了“整合技術的學科教學知識(TPACK)”這一理論框架,用來說明包括技術要素在內的新型教師知識結構。[1]為了揭示實踐中教師TPACK的實然狀況,以便有針對性地制定策略提高教師TPACK水平,進一步提升教師信息化應用能力及促進教師專業發展,本文以初中數學教師為研究對象,用調查問卷的方式對我國基礎教育實踐中教師TPACK的構成進行了實證研究,并用結構方程模型說明了構成因子之間的關系,深化了教師TPACK研究。


      一、文獻綜述


      要對初中數學教師TPACK的構成進行研究,首先需要了解數學教師TPACK構成的相關研究基礎。包括數學教師學科教學知識(PCK)構成以及TPACK構成兩個方面。


      學科內容知識和教學法知識是教師知識的核心成分。但是20世紀80年代以前,這兩種成分一直處于分離狀態。針對這種狀況,美國學者Shulman提出學科教學知識(PCK)這一概念,強調應該把教師的學科教學知識和教學法知識結合起來。Shulman認為學科教學知識(PCK)主要包括兩種成分:一是有關特定內容的教學方法與策略的知識,是指如何用最有效的表征方式(如實例、解釋、演示等)組織課程內容;二是有關學生思維的知識,包括不同發展階段的學生對某一主題的理解、錯誤的想法、學生學習的重難點以及學生可能遇到的困難。[2]眾多研究者對Shulman的學科教學知識概念進行了豐富和發展。Grossman關于PCK的研究有了較大突破和創新,他認為PCK包含以下四個要素:教師關于學科在不同年級水平上的教學目的的統領性觀念;學生的理解、日常概念和誤解的知識;課程知識;特定主題的教學策略和教學表征的知識。[3][4]隨著后來研究的深入,Grossman也在不斷豐富和發展PCK的構成框架。[5]我國學者在借鑒國外研究成果的同時,對PCK構成進行了大量研究,主要集中在數學這個領域。如范良火在Grossman的PCK構成基礎上,從學生理解和教學策略的角度闡釋了數學教師的PCK;[6]李瓊在Grossman的PCK構成基礎上進一步對數學教師的PCK作了細化。[7]董濤以Grossman的PCK框架為基礎,提出數學教師的PCK包括數學教學的統領性觀念和特定課題學與教的知識兩大要素,并把特定課題學與教的知識這一要素細化為學生理解的知識、內容組織的知識、效果反饋的知識和教學策略的知識等四個部分。[8]綜合以上關于數學教師PCK構成成分的研究,我們不難發現雖然學者們對數學教師的PCK有不同的理解,但是他們都認為數學教師的PCK包括統領性觀念、學生知識、課程內容的知識和教學策略的知識等四個共同成分。上述數學教師PCK構成的相關成果為數學教師TPACK構成的研究提供了研究基礎。


      Mishra和Koehler在Shulman的“學科教學知識(PCK)”理論基礎上,提出了整合技術的學科教學知識(TPACK)這一概念框架。他們認為TPACK框架包括PK、CK、TK、PCK、TPK、TCK和TPACK等七個要素,并對七個要素的概念進行了界定。[9]后來,Cox博士在自己的畢業論文中對TPACK框架的七要素作了更詳細的概念分析,以更好地明確和區分各要素的內涵。[10]基于以上研究基礎,有多位學者以TPACK框架的七個要素為測量維度,對教師TPACK進行了測評,并說明了七個要素之間的關系。[11][12]


      美國俄勒岡州立大學的Niess在研究整合技術的學科教學知識(TPACK)內涵時關注的不是整個TPACK框架,而是框架中核心成分的整合技術的學科教學知識(TPACK)。因為它是由技術、課程和教學等三個要素融會貫通形成的一類知識,是教師使用技術有效教學的基礎。Niess從這個視角出發,以Shulman的PCK構成研究為基礎提出了TPACK的四個構成要素:關于技術與學科教學整合目的的統領性觀念;關于學生利用技術來理解、思考和學習學科主題的知識;關于技術與學科教學整合的課程和課程材料的知識;關于技術與學科教學整合的教學策略和教學表征的知識。[13]針對核心成分的TPACK,Niess進行了大量研究并從不同角度對TPACK的四個構成要素特征作了詳細描述。[14][15][16]但是他的這些研究并未經過統計學意義上的驗證,也沒有對各構成要素之間的關系作深入分析。國外有學者以核心成分TPACK為基礎對職前教師TPACK進行了測量,[17]國內的鐘洪蕊、張育桂也以Niess的研究為基礎分別對小學科學課教師和小學數學課教師TPACK構成進行了實證研究。[18][19]以上這些關于核心成分TPACK構成的實證研究存在的不足主要表現在以下兩個方面:一是針對基礎教育教師TPACK構成的研究不多,國內僅有的兩個實證研究也存在樣本容量較小的問題;二是沒有深入揭示教師TPACK構成要素之間的關系。


      二、研究問題和假設


      要研究教師整合技術的學科教學知識(TPACK),必須與具體學科相結合。我國經過多年信息技術與學科教學整合的實踐探索,取得了大量成果。黃德群對近十年來我國信息技術與課程整合的實踐進行了研究,發現中小學語文、數學等重點學科與信息技術的整合遠高于其他學科。[20]而關于教師PCK的已有研究中,數學這門學科的研究成果較多,具有比較豐富的研究基礎。為進一步推動基礎教育實踐中教師TPACK的深入研究,本研究選擇初中數學作為研究學科。本研究試圖回答下面的研究問題:初中數學教師TPACK的構成是怎樣的?初中數學教師TPACK構成成分之間的關系如何?


      在文獻研究的基礎上,本研究提出如下研究假設。


      假設1:初中數學教師TPACK由整合技術教授數學的統領性觀念、整合技術教授數學的學生理解知識、整合技術教授數學的課程和課程資源知識、整合技術教授數學的教學評價知識、整合技術教授數學的教學策略知識等五個維度構成。


      假設2:初中數學教師TPACK的五個維度之間是相互影響、相互作用的關系。


      三、研究設計


      本研究主要采用問卷調查的方法收集數據,下面對問卷設計進行說明。


      (一)調查問卷初稿的編制


      由于目前還沒有以核心成分TPACK為測量基礎的初中數學教師TPACK調查問卷,所以本研究自己編制了問卷。本研究以Niess的研究為基礎,結合我國數學教師PCK構成和TPACK構成的研究成果以及對初中數學教師初步訪談的結果,把初中數學教師整合技術的學科教學知識(TPACK)的構成因子確定為以下五個:整合技術教授數學的統領性觀念、整合技術教授數學的學生理解知識、整合技術教授數學的課程和課程資源知識、整合技術教授數學的教學評價知識、整合技術教授數學的教學策略知識。在Niess的TPACK四要素中,評價的知識是包含在“技術與學科教學整合的課程和課程材料的知識”這一要素里面的。但是,Niess等人也提出了數學教師TPACK標準,用來評價數學教師的TPACK。其中明確把“評價和評估———教師通過使用技術獲得多種有效的評價和評估策略”作為評價數學教師TPACK的一條獨立標準。[21]因此,本文把整合技術教授數學的教學評價知識作為一個獨立的成分,以更好地明確和區分各構成因子的內涵構成和邊界。


      1.整合技術教授數學的統領性觀念


      整合技術教授數學的統領性觀念是一種理念,是指導數學教師在信息化環境下開展數學教學的總體思想和觀念。這種理念包括教師對數學學科的理解、對技術在數學中的地位的理解、對如何整合技術教數學的理解、對學生如何使用技術學數學的理解等方面的知識。技術這個要素在教師的數學課程觀中成了一個纏繞概念。《義務教育數學課程標準(2011)》的課程理念部分從課程目標、課程內容、課程教學、學習評價、信息技術與課程整合等五個方面對數學課程作了規定,并明確指出“信息技術對數學教育的價值、目標、內容和教學方式產生了很大的影響”,[22]“要把信息技術作為學生學習數學和解決問題的一個有力工具,有效地改進教與學的方式,使學生樂意并有可能投入到現實的、探索的數學活動中去”。[23]從新課程理念中我們可以看出,數學課程是一張網,而信息技術則成為網中一個無處不在的交織元素。義務教育數學課程理念是初中數學教學的指揮棒,結合這個標準,本維度從課程觀、教學觀和信息技術觀等三個方面入手設計了8個題目。


      2.整合技術教授數學的學生理解知識


      整合技術教授數學的學生理解知識,是對學生如何學習數學的理解和認識。數學課程的目標是使學生獲得數學知識,在數學上得到發展,所以落腳點還是在學生身上,涉及學生如何學的問題。在數學學習中,學生有什么樣的學習需求?對于特定主題的內容,學生已經具備了什么樣的學習經驗?學生學習時的認知特點如何?學生理解的發展歷程是怎樣的?學生可能出現的典型錯誤是什么?如何使學生發展數學思維能力?在信息技術環境下的數學教學中,教師如何合理使用技術解決以上問題就會反映出不同的教師知識。本維度共有6個題目。


      3.整合技術教授數學的課程和課程資源知識


      整合技術教授數學的課程和課程資源知識是信息化教學環境下,數學教師對課程內容的理解和把握,包括教師自身的數學知識以及如何把這些數學知識更好地傳授給學生的知識。課程內容是學生要學習的知識。課程內容包含若干不同的子主題內容。在不同的主題內容中,數學教師擁有不同程度的知識。在技術的支持和幫助下,數學教師需要考慮以下方面的問題:1特定的主題內容在整個學科中的定位,如何和前后知識以及相關學科知識進行銜接?2如何使課程內容和資源反映當前社會需要和數學的特點,符合學生的認知規律和實際經驗?3如何組織內容和資源才能使學生更好地理解知識,更好地體驗數學學習的過程,獲得不同層次的發展?本維度從課程內容、課程組織和課程資源等三個方面入手設計了10個題目。


      4.整合技術教授數學的教學評價知識


      整合技術教授數學的教學評價知識是信息技術環境下,教師對數學教學評價的認識和理解。《義務教育數學課程標準(2011)》指出“應建立目標多元、方法多樣的評價體系”。[24]信息技術使得數學教學的評價方式更加豐富多樣。不同教師使用信息技術進行數學教學評價的知識水平不同。教師可以開發多種技術支持的評價方式對學生的數學學習過程和學習結果進行評價,既可以評價學生學到的知識,也可以評價學生學習過程中的認識和情感變化。本維度共有7個題目。


      5.整合技術教授數學的教學策略知識


      教學策略指為達到特定教學目標,對教學順序、教學活動程序、教學組織形式、教學方法和教學媒體等的綜合考慮。教學策略涉及針對特定主題內容如何教的問題。整合技術教授數學的教學策略知識則是信息化環境中有關怎樣開展教學的知識。實際教學中,數學教師如何使用各種技術手段有效地表征教學內容;如何使用技術合理安排教學順序,設計多種教學活動;如何使用技術創設多樣化的學習環境和學習方式;如何在技術的幫助下使用多種教學方法;如何不斷使用技術更新自己的教學方法和教學能力;如何在信息化環境下實現有效的課堂管理。這些問題都反映了教師信息環境下的教學策略知識的水平。本維度從以上多個方面對教師如何整合信息技術教授數學進行考察,共設計了13個題目。


      在上述研究的基礎上,編制了初中數學教師TPACK問卷初稿。初稿進行修訂后,征求了專家意見,請他們對問卷的語義表達及適用性作出評價。專家包括教育技術領域和數學教育領域內的10位成員。在征求意見的過程中,和各位專家進行了詳細的交流和討論。根據專家反饋意見對問卷作了進一步修改。


      經專家審議并修訂后的問卷共有55個題目,包括基本信息和量表兩大部分內容。基本信息共11個題目,涉及性別、職稱、數學教學中使用的技術等若干方面。量表部分共44個題項,量表包括整合技術教授數學的統領性觀念、整合技術教授數學的學生理解知識、整合技術教授數學的課程與課程資源知識、整合技術教授數學的教學評價知識、整合技術教授數學的教學策略知識等五個維度。量表采用里克特5點量表進行等級評定,從1到5分別表示“1非常不符合,2不符合,3不確定,4符合,5非常符合”,使用SPSS19.0統計軟件作因子分析。


      (二)研究對象


      2014年2月25日至4月18日,我校2011級部分專業的同學到煙臺各縣市區進行了為期兩個月的教育實習。實習學校涉及煙臺六區七市一縣的30多所中學。借助這次實習的機會,根據整群隨機抽樣和方便抽樣的原則,選取了其中的20所初中。在每所學校安排一名同學專門負責調查問卷的發放和回收。


      問卷的發放與回收從2014年4月5日至4月20日,歷時15天。共發放問卷305份,實際回收問卷298份,回收率為97.70%。在問卷回收時,對問卷中數據的質量及有效性進行了檢視,剔除無效問卷后,得到有效問卷276份,有效率為92.62%。


      四、初中數學教師TPACK構成因子分析


      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對收集的數據進行了探索性因素分析,抽取了初中數學教師TPACK的五個共同因子。


      結構方程模型可以通過可測變量間接測量潛變量,也可以同時研究可測變量和不能直接測量的潛變量以及潛變量之間的關系,并且允許這兩類變量存在測量誤差。[26]這種方法非常適合用于本研究中對教師TPACK構成因子之間的關系研究。


      (一)研究假設1的驗證


      研究首先對收集的數據作了項目分析。根據項目分析的結果,刪掉了TPACK量表中的3個題目。在進行探索性因素分析時,預試樣本人數最好是題項的5倍。[27]初中數學教師TPACK調查問卷中量表部分包括44個題目,調查中回收問卷298份,其中有效問卷276份,符合題項5倍的要求。使用SPSS19.0軟件對項目分析后的問卷數據進行了Bartlett球形檢驗和KMO檢驗。結果表明:顯著性概率值p=0.000<0.05,達到了0.05的顯著水平,表明題目間有共同因素存在,適合進行因素分析。同時KM0=0.931,表示題項之間的關系是極佳的,題項變量之間的關系非常適合進行因素分析。


      研究使用了主成分分析法———正交轉軸法進行因素分析。在因素分析的過程中遵循以下標準:[28]一是萃取特征值大于1的因素;二是轉軸后的共同因素的負荷量均在0.4以上;三是萃取共同因素后,保留的因素聯合解釋變異量要達到60%以上;四是探索性因素分析完成后,每個因素保留3至6個測量題項,總量表的題項保留在20至25題;五是探索性因素分析過程中,要經過多次反復探索和試探以形成最佳的量表結構。


      經多次反復探索后,得到的因子結果見表1。從表1中,我們可以看出共提取了5個共同因子,因子的聯合解釋變異量達到了66.608%。因子負荷量在0.4以下的題目均被刪除,最后保留的題目總數為22個(22個題目的具體內容見表2)。


      使用同質信度分別檢驗整張量表的信度以及五個維度的信度,獲得了表3的結果。信度檢驗結果表明:整張量表α系數是0.933,各維度的α系數在0.686~0.873之間。說明整張量表的信度非常高,各維度的信度也比較高。


      (二)研究假設2的驗證


      根據上述因子分析的結果,使用AMOS假設了五個構成因子之間的理論關系模型。帶入實際收集的問卷數據進行運算,并經過模型修正后得到圖1、表4和表5的結果。為了使圖形看起來更簡便,在圖1中用F1~F5分別表示上述的五個因子,也就是五個潛在變量。觀察變量(也就是保留的22個題目)用a12~a49表示,相應的誤差變量用e12~e49表示。圖1的結果表明:各潛在變量與其觀察變量間的因素負荷量均在0.50~0.95之間。同時,圖1還顯示了五個因子之間的相關系數,表4對五個因子之間的這種相關關系做了進一步說明。另外,模型內各參數的標準誤差均在0.033~0.048之間,沒有出現負值并且誤差都很小;22個參數的臨界比值CR最小的為6.727。所以,所有參數的P小于0.05,達到了顯著水平。表5的結果表明:模型的各項指標值都非常理想。參照吳明隆的建議并綜合以上結果,[29]說明初始假設的理論模型與實際數據契合非常好,初中數學教師TPACK構成因子模型(圖1)能夠很好地揭示五個構成因子之間系統的互動關系。


      五、發現與討論


      通過前面的研究我們發現,初中數學教師整合技術的學科教學知識(TPACK)的五個構成因子各自的作用不同,共同反映了信息技術環境下數學教師靈活使用技術有效教學的知識水平:統領性觀念反映的是數學教師教學的整體理念知識;學生理解知識反映的是信息化環境下對學生“如何學”的有關問題的理解;課程和課程資源知識反映的是數學教師對課程內容的理解和組織;評價知識反映了信息技術環境下教師對教學評價的認識和理解;教學策略知識則反映了信息化環境下“如何教”的有關問題。Niess認為TPACK有四個構成要素,本研究把初中數學教師TPACK的構成因子細化到五個,以更好地明確各個構成因素之間的內涵和外延。


      初中數學教師整合技術的學科教學知識(TPACK)的五個構成因子之間是相互影響、相互作用的關系。從表4中可以看出,五個構成因子之間的相關系數在0.290~0.778之間,臨界比值CR最小的是4.314,達到0.05的顯著水平。表示五個因素中任何兩個因子之間的相關都達到了顯著水平,充分說明了實踐中數學教師TPACK的五個要素之間是相互影響、相互作用的。董濤在研究數學教師的PCK結構時也得出了類似的結論。[30]但是,他的結論沒有經過實際驗證。Mishra和Koehler在提出TPACK理論時,認為TPACK的七個要素之間既各自獨立,又相互關聯、相互影響,形成復雜的知識結構系統。[31]本文在研究核心成分TPACK的構成時也有了同樣的發現。


      第一個因子F1(整合技術教授數學的統領性觀念)和其他四個因子的共變關系系數分別是0.450、0.290、0.485、0.448。說明“理念”這一知識維度和其他知識維度之間呈現顯著正相關。當然,這幾個數值相對來說處于較低的水平,說明“整合技術教授數學的統領性觀念”這個因子是一個相對較上位的概念。有學者在研究教師信念對信息技術與數學課程整合的影響時也得出了類似的研究結論。[32]表明數學教師只有具備了正確的課程觀、教學觀和信息技術使用觀,才能在信息化環境下實現有效的教學。同時,因為是正相關的關系,整合技術教授數學的統領性觀念也會伴隨著對信息化環境下的課程、學生和教學的不斷認識而逐漸深化。因此,在教師TPACK發展項目中,首先要從提升教師理念入手,幫助他們樹立正確使用信息技術有效教學的整體理念。接下來隨著項目環節的逐步深入,教師通過使用技術教學的大量實踐,就會進一步提高理念的認識層次和水平。


      第二個因子F2(整合技術教授數學的學生理解知識)、第三個因子F3(整合技術教授數學的課程與課程資源知識)、第四個因子F4(整合技術教授數學的教學評價知識)和第五個因子F5(整合技術教授數學的教學策略知識)之間的兩兩相關系數分別是0.686、0.611、0.773、0.625、0.778、0.682,系數值都達到了一個比較高的水平,呈現顯著正相關的關系。除此之外,上文圖1的模型增加了很多誤差變量的共變關系,也充分表明潛在變量(構成因子)之間對應的共同特質存在著不同程度的關聯。在編制問卷題目的時候,筆者也深深地體會到了這一點。有些問題很難明確到底是該歸于哪個維度中。比如“我知道怎樣合理使用信息技術(教學平臺、資源庫、教學軟件等)發展學生的數學推理能力、思考能力和問題解決能力”這個問題,既可以放在“有關學生的知識”這一維度,也可以放在“有關教學的知識”這一維度。課程、學生、教學、評價是信息化環境下教學的四個要素,教學要以課程和學生為基礎,教學的目的就是促進學生的發展。同時,評價是針對學生的評價,又可以根據評價的結果進一步調整課程和教學。綜合以上分析我們發現,實際教學中關于課程的知識、關于學生的知識、關于評價的知識和關于教學的知識這幾個要素是相互交織在一起的,互相影響的程度非常大,而教師的TPACK就是在不斷探尋這些因素間的動態平衡、不斷解決實際教學問題的過程中得到發展的。


      六、結論


      通過實證研究,我們發現初中數學教師整合技術的學科教學知識(TPACK)的構成包括整合技術教授數學的統領性觀念、學生理解知識、課程與課程資源知識、教學評價知識、教學策略知識等五個因子。初中數學教師TPACK的五個構成成分之間是系統的、互動的正相關關系。其中整合技術教授數學的統領性觀念是一個較上位的因子,它與其他四個因子之間的正相關系數值較小;學生理解知識、課程與課程資源知識、教學評價知識和教學策略知識這四個因子之間的正相關系數值比較大,呈現高度正相關關系,說明教學實踐中這四個要素互相影響和作用的程度很高。


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