TPACK/科學教師教育的多方面

TPACK在科學教師教育中的應用

作者：Gamze Çetinkaya

"越來越明顯的是，僅僅將技術引入教育過程不足以確保技術整合，因為技術本身不會導致變化" (Koehler, & Mishra, 2005)。

近年來，將技術整合到教育中（所有領域）都變得非常重要，科學教育也不例外；教育技術可以有效地支援教學和學習實踐，不僅在科學教育中，而且在科學教師教育專案中也是如此。在早些年，重點是技術技能，而忽略了教學法和內容方面；但是，教育者意識到，對技術的瞭解並不能保證其在促進學生學習方面的有效使用，重點轉向了將技術有意義地整合到教學中 (Graham, Burgoyne, Cantrell, Smith, Clair, & Harris, 2009)。具體來說，在科學教育方面，有效使用技術工具可能有助於學生參與科學探究、構建自己的知識、像科學家一樣工作，並提高他們的解決問題的能力 (Guzey, & Roehrig, 2009; Trowbridge, Bybee, & Powell, 2008)。透過有效地結合技術、教學法和內容知識，學習和教學過程可能會得到改善。

為什麼我們需要“T”？

術語教學內容知識 (PCK)，由舒爾曼 (1987) 首次提出，指的是教師將他們的教學知識 (關於教學方法、學生特徵、課堂管理策略、課程、評估等的知識) 與學科知識 (他們對主題/內容的瞭解) 結合起來，以促進學生學習的能力。為了有效地進行科學教學，教師的教學知識水平與他們的內容知識一樣重要；但是，分別瞭解它們並不意味著任何東西。教師還應該能夠將這些知識領域結合起來，發展他們的教學內容知識 (Van Driel, Verloop, & De Wos, 1998)。大多數與科學教師的 PCK 相關的研究表明，教師在融合教學法和內容知識以及以有效和有意義的方式呈現內容方面存在困難。因此，PCK 研究變得非常重要，並且已經進行了多項研究以找到發展科學教師 PCK 的有效方法。

2005 年，科勒和米什拉以舒爾曼的 PCK 模型為基礎，並將其更進一步，加入了技術 (T) 元件。根據這個名為技術教學內容知識 (TPACK) 的新模型，“好的教學不僅僅是將技術新增到現有的教學和內容領域；相反，技術的引入會導致新概念的呈現，並需要培養對 TPACK 框架所暗示的所有三個元件之間動態、交易關係的敏感性” (Koehler, & Mishra, 2005, p. 134)。

在科學教育方面，麥卡羅裡 (2008, p. 195) 聲稱，對科學、學生、教學法和技術的瞭解協同工作，“瞭解在 [課程中的] 哪裡使用技術、使用什麼技術以及如何用它進行教學”。她還確定了一些示例實踐，解釋了為什麼將技術元件新增到教學實踐中是必要的和有效的，這些實踐是

1. 透過模擬自然事件 (例如，地質動畫) 來加快時間
2. 透過資料收集裝置和/或記錄否則難以收集的資料 (例如，數字探頭) 來節省時間
3. 看到否則無法看到的東西 (例如，數字顯微鏡)
4. 組織否則難以組織的資料 (例如，電子表格、圖形視覺化模型) (McCrory, 2008)。

同樣，吉莫伊安尼斯 (2010) 強調了將技術整合到科學教育中的重要性，並指出有各種有效的教育技術可用於科學教育 (例如，模擬、建模工具、網路資源、電子表格、計算機輔助實驗室等)，這些技術可能對教學實踐產生重大改進。他進一步論證說，“資訊和通訊技術 (ICT) 整合到科學教育中不應旨在簡單地改進傳統的教學；相反，它與學習過程的根本變化有關，而教學職業正在從以教師為中心的教學轉向以學生為中心的學習環境” (Jimoyiannis, 2010, p. 1261)。這意味著將技術整合到科學教育中不僅僅是呈現資訊的另一種方式；技術、教學法和內容應該以這樣的方式結合起來，使學生成為積極的學習者，參與適當的學習活動。技術應該被用作改進學習過程的工具；而不是用來進行直接教學，線上呈現閱讀材料的工具。

研究表明了什麼？

由於近年來技術快速發展，並影響到生活的各個方面，其在教育中的重要性也迅速增加。因此，已經進行了幾項研究，以調查將技術整合到教育中最有效的方式，並提高教師的技術教學內容知識。在本節中，首先給出了選定文章的總體概述，然後更詳細地解釋了其中的一些文章。

研究文章的總體概述

在本節中，審查了七篇在科學教育領域進行的研究文章 (見 文獻表)。在所有這些文章中，都實施了一個專業發展計劃，以提高科學教師的 TPACK，這是科學教育中最常用的研究方法。但是，它們在背景、參與者、資料收集和結果方面彼此不同。此外，其中一些研究文章遵循了一種轉化方法，假設 TPACK 是一種新型的知識，而不是其各個部分的總和，而另一些則遵循一種綜合方法，假設 TPACK 是技術、教學法和內容知識的結合 (Graham, 2011)。在接下來的部分中，總結了這些研究的背景、參與者、資料收集方法、方法和結果，並進行了比較。

背景

在背景方面，五項研究被設計為專業發展計劃，其中一項被設計為教師教育專案中的課程，另一項被組織為研究生級別的教師教育專案。在所有研究中，參與者都被介紹了新的技術工具，並瞭解瞭如何將它們與教學法和內容相結合。之後，他們準備並參加了技術整合的科學課程。此外，還有一些小組討論、線上論壇和社群，供參與者彼此分享資訊並從專家那裡獲得反饋。此外，還有一些關於他們同伴/同事或專家技術整合科學課程的觀察。

除了 Allan、Erickson、Brookhouse 和 Johnson (2010) 以及 Graham、Burgoyne、Cantrell、Smith、St Clair 和 Harris (2009) 的研究外，科學內容在這些研究中不是特定於單元/預先確定的；他們的研究重點是使用技術整合來教授生態學和生物學/地球科學概念。此外，參與者使用技術整合準備課程計劃的年級水平在這些研究中和研究之間各不相同，從初中到高中不等。

參與者

這些研究的參與者主要是教師；然而，他們的經驗水平在研究之間和研究內部各不相同。此外，Graham (2011) 的研究是在教師教育專案中的“科學和技術中的教學內容知識”課程中進行的，而 Jimoyiannis (2010) 的研究是與來自希臘五個不同大學的教師培訓師進行的。此外，參與者的教育領域在小學科學、物理、化學和生物學之間有所不同。這些研究中沒有任何小學或高中的學生作為參與者。

資料收集

這些研究的資料收集工具非常多樣，包括書面作業、反思性日記、訪談、影片記錄、調查、課程計劃和問卷調查。在大多數研究中，使用了各種資料收集工具進行三角測量，並獲得了有關參與者在參加 TPACK 發展計劃後的豐富資料。

結果

在所有研究中，都聲稱，在參加與將技術整合到科學教育中相關的課程或專案後，所有參與者都表現得更好，並表示這些型別的開發計劃在提高他們的技術整合技能方面是有效的。根據這些研究的結果，普遍認為，教師需要專業幫助、與同事的合作和持續的反饋，才能發展他們的 TPACK。

選定文章的詳細概述

Jang 和 Chen (2009) 開發了一個整合技術與同伴指導的轉化模型，並研究了該模型對發展職前科學教師 (PST) 的科技教學內容知識的影響。 “科學與技術的教學內容知識”課程根據轉化模型的四個階段重新設計。 這四個階段是：（1）TPACK理解，包括理解教學內容知識和TPACK概念的主要活動；（2）TPACK觀察，觀察兩位經驗豐富的科學教師如何將技術融入教學；（3）TPACK實踐，透過將計算機活動與適當的教學方法相結合來準備課程計劃，以教授全班 30 分鐘的課程；（4）TPACK反思，與教師一起觀看教學錄影帶，與同伴分享經驗並寫日記。 資料透過 12 名 PST 的書面作業、反思性日記、線上討論、作業、線上資訊、影片錄製和訪談收集。 研究結果總結為“(1) PST 意識到，在一些抽象單元上很難實施傳統的教學策略；因此，他們傾向於融入強大的教學法；（2）觀察經驗豐富的科學教師幫助 PST 模仿和應用教學策略、電影和動畫到他們的教學中；（3）該模型為 PST 提供了實際機會，讓他們在課程設計中選擇和轉換科技工具與科學教學法；（4）PST 反思他們已經學習了 TPACK，以及如何將技術與教學相結合”（Jang & Chen, 2009, pp. 559-561）。 在研究結束時，研究人員得出結論，該模型在發展 PST 在特定學科主題上的 TPACK 方面取得了成功。

在另一項研究中，Allan、Erickson、Brookhouse 和 Johnson (2010) 與模擬軟體開發人員、初中科學教師、緬因州筆記型電腦專案（緬因州所有七年級和八年級教師和學生都擁有筆記型電腦）、環境教育工作者、外部評估員和一個在教師指導的課程開發方面經驗豐富的領先組織合作設計了一個專案。 EcoScienceWorks (ESW) 專案旨在“提供教師專業發展，作為教師參與專案任務的產物——特別是編寫將計算機模擬融入教學的課程”（Allan 等人，2010，p. 37）。 資料來自 23 名緬因州初中科學教師，透過觀察、記錄、訪談和調查，持續三年收集資料。 資料分析結果表明：（1）ESW 專案提高了教師在教學和學習中整合模擬軟體的能力；（2）教師有效地擴充套件了他們在教學和學習中使用電子表格的範圍；（3）教師提高了他們增強學生對計算機模擬和程式設計的理解的能力；（4）教師對準備教授生態學概念的勝任感顯著提高；（5）ESW 專案對教師繼續使用計算機模擬教授生態學的意願產生了積極影響。 基於這些發現，研究人員得出結論，教師提高了他們的內容、教學法和技術知識，該專案可能成為發展教師 TPACK 技能的有效模式。

另一項鼓舞人心的研究是由 Jimoyiannis (2010) 在希臘進行的；透過開發基於 TPACK 框架組成部分的科學教師教育專案，旨在改善 ICT 在課堂上的整合。 該專案的課程總共 350 小時；170 小時用於一般理論模組（教學法、學習理論、教育中的 ICT、ICT 工具和教師培訓方法），180 小時用於科學教育中的 ICT（科學教育原則、科學教育的教育軟體和工具、學科學習場景和學生學習活動，由教師開發新穎的原始學習場景和學習活動）。 資料是在專案結束時透過訪談從四位科學教師那裡收集的。 研究結果表明，參與者在科學教育中對 TPACK 框架有了深刻的理解，增加了將 ICT 應用於課堂的意願，並提高了將 ICT 整合到科學內容和課程中的能力。 此外，教師在整合 ICT 方面遇到的困難被確定為：（1）需要覆蓋科學課程和教科書中擴充套件的內容集；（2）科學教科書對教學實踐的限制；（3）需要為學生準備期末考試；（4）缺乏時間為滿足學生需求的學習活動做準備；（5）學校固有的抵制變革，迫使大多數教師將他們的教學適應已建立的學校文化和實踐（Jimoyiannis, 2010, p. 605）。

除了上面詳細解釋的研究之外，Niess (2005) 還研究了職前科學和數學教師在一個將教學和學習與技術相結合的教師準備專案中的 TPCK，並得出結論，職前教師對技術整合和學科性質的看法是 TPACK 發展的重要方面。 在另一項研究中，Graham 等人 (2009) 試圖幫助理解如何在科學教學中衡量 TPACK 並評估專業發展專案中參與者 TPACK 信心的變化。 結果表明，該專案幫助 PST 提高了他們的 TPACK 信心，但應該做更多的事情來幫助他們提高與內容特定技術相關的技術內容知識 (TCK) 信心。 同樣，Guzey 和 Roehrig (2009) 研究了以支援科學探究式教學為重點的專業發展專案的影響。 在研究結束時，研究人員發現該專案在促進科學教師 TPACK 的發展方面是有效的，學校環境和教師的推理能力是影響 TPACK 發展的重要因素。

啟示和建議

研究摘要表明，科學教育中 TPACK 研究的趨勢是通常開發專業發展或培訓專案，以幫助科學教師為科學教育發展 TPACK。 所有這些研究可能對科學教師教育專案都有獨特而重要的貢獻。 他們的結果表明，透過積極參與、持續反饋、指導和參與，科學教師可以發展他們的 TPACK。 這些研究可以作為重新組織和改進我們的科學教師教育專案的指南。

然而，還需要更多未來的研究來確定如何改善科學教師教育專案，以使職前科學教師在成為科學教師時能夠發展 TPACK。 此外，還可以進行初級教師和經驗豐富教師之間的比較研究，或使用不同的技術。 此外，需要進行長期研究和後續研究，以觀察 TPACK 發展的永續性。

最後，技術整合對學生成績、學習動機、態度等的影響在本章討論的所有研究中都缺失了。 需要進行一些未來的研究，這些研究不能忽視技術整合到科學教育中的學生組成部分。

參考文獻

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