TPACK視角下初中數(shù)學課堂網(wǎng)絡畫板技術應用效果分析研究

摘要：數(shù)字技術賦能教育高質(zhì)量發(fā)展要求教育研究者關注技術對課堂教學的影響，并重視利用科學方法評估技術應用的教學效果。本研究選取網(wǎng)絡畫板技術作為需要評測的技術工具，以TPACK理論為基礎，挑選Z市30名學習網(wǎng)絡畫板的初中數(shù)學教師作為實驗組，通過量表測量、教案評價和教學視頻行為分析等方法，全面評估網(wǎng)絡畫板在實際教學中的應用效果，并總結(jié)其對教學的影響，從而為技術融合教學評估研究提供實證研究支持和參考依據(jù)。

關鍵詞：數(shù)字化課堂；課堂教學行為；TPACK理論；網(wǎng)絡畫板

中圖分類號：G434"文獻標識碼：A"論文編號：1674-2117（2025）02-0070-06

根據(jù)《義務教育數(shù)學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）[1]對學生的數(shù)學核心素養(yǎng)的描述，教師需要運用信息技術手段培養(yǎng)學生的數(shù)學眼光，鍛煉學生的數(shù)學思維和數(shù)學語言。[2]當前，以網(wǎng)絡畫板為代表的數(shù)學學科輔助型教學工具已經(jīng)應用到中小學數(shù)學教學的各個環(huán)節(jié)中，但這也導致出現(xiàn)了新的問題：網(wǎng)絡畫板技術應用對目前的數(shù)學教學有哪些影響？如何評估數(shù)學課堂網(wǎng)絡畫板技術應用的實際效果？為此，本研究構建了初中數(shù)學課堂技術應用評估框架，選取Z市掌握網(wǎng)絡畫板技術的初中數(shù)學教師為研究對象，以TPACK理論為基礎，借助TPACK量表、iFIAS分析工具和教案評價表進行分析，探索網(wǎng)絡畫板技術應用對課堂教學的實際影響。

理論基礎和技術工具

1.基于TPACK理論的課堂教學分析

TPACK是TechnologicalPedagogicalContentKnowledge的縮寫，即整合技術的學科教學知識，它包含三個基礎元素：學科內(nèi)容知識（CK）、教學法知識（PK）和技術知識（TK）。這三個知識元素相互作用結(jié)合形成了四個復合知識元素，即整合技術的教學法知識（TPK）、整合技術的學科內(nèi)容知識（TCK）、學科教學知識（PCK）以及整合技術的學科教學知識（TPACK）。[3]TPACK理論重視教師技術融合教學的實踐，適合測量課堂教學的數(shù)字化應用效果。[4]

課堂教學行為分析是教師教學實證研究的重要方式，課堂教學行為分析通常采用弗蘭德斯互動分析系統(tǒng)（FIAS）和S-T分析系統(tǒng)[5]，從師生語言互動行為對課堂教學產(chǎn)生的教育影響角度進行結(jié)構化的觀察和分析。FIAS主要關注教師和學生的語言互動，忽視數(shù)字化教學背景下教師技術應用帶來的教學轉(zhuǎn)變，因此本研究在FIAS的基礎上，借鑒方海光等學者設計的改進型弗蘭德斯互動分析系統(tǒng)（iFIAS）[6]和TPACK理論，對初中數(shù)學課堂網(wǎng)絡畫板技術應用效果進行分析。

2.網(wǎng)絡畫板工具

網(wǎng)絡畫板除了具有基礎的圖像繪制和動畫設置功能，還可以將動態(tài)幾何和符號演算、自動推理、編程環(huán)境以及課件制作等進行有機的集成。同時，它還具有3D作圖功能，是可以直接在網(wǎng)頁上進行圖形編輯的數(shù)學實驗室。[7]

研究設計

1.研究對象

本研究的研究對象為Z市5所初中的數(shù)學教師，實驗組與對照組的教師人數(shù)均為30人，其中實驗組男性8人，女性22人，對照組男性11人，女性19人。實驗組教師統(tǒng)一接受時長為20課時的《網(wǎng)絡畫板技術》學習，并在學習期間使用網(wǎng)絡畫板工具設計和實施教學活動。

根據(jù)教學前的調(diào)查可知，所有初中數(shù)學教師都具有基本的信息技術知識，掌握一定的數(shù)字技術應用技能，能夠熟練使用常見的辦公軟件，了解功能性軟件的操作流程，在實踐操作方面，均已學會使用PPT制作幾何圖形并將其投入到課堂實踐中，具有將技術知識和教學內(nèi)容結(jié)合的實踐經(jīng)歷。這些基礎為數(shù)學教師數(shù)字化教學活動的設計與實施提供了可行性。

2.研究工具

（1）TPACK量表測量法

本研究在《職前教師教學和技術知識調(diào)查》量表的基礎上對其進行改編，共設計27道題目，包括TK、PK、CK、TCK、TPK、TPK、TPACK七個模塊，采用李克特五級量表法評分，滿分135分，得分越高代表TPACK能力越強，不同模塊的分數(shù)越高代表對應的能力要素越強。本研究使用SPSS分析工具，對TPACK量表進行信度檢驗，信度值系數(shù)Cronbachα為0.869，大于0.8，校正項與總計相關性均大于0.4，說明研究結(jié)果可信。KMO值=0.805（gt;0.6），同時，所有項的對應的共同度均大于0.4，旋轉(zhuǎn)后累計方差解釋率為75.725%（gt;50%），說明量表具備良好的效度。

（2）教案評價表

本研究借鑒藍曦學者設計的信息化教學環(huán)境教學課例評價量規(guī)[8]，從CK、TK、TPK、TCK、TPACK五個TPACK維度評價教師的教學實踐。最終量表的設計在不同維度的題項數(shù)目：CK維度有2個，TK維度有3個，TPK維度有3個，TCK維度有3個，TPACK維度有法3個。每個維度中的題項的評價值均分為五個等級，分別為非常符合（5分）、符合（4分）、基本符合（3分）、不符合（2分）、非常不符合（1分）。

（3）基于TPACK的iFIAS視頻分析

本研究從實驗組教師的課堂教學視頻中按照學習網(wǎng)絡畫板技術的不同階段（前期和后期兩個階段）各抽取包含函數(shù)與代數(shù)、圖形與幾何、概率與統(tǒng)計的部分課堂教學視頻進行分析研究。6節(jié)課堂的教學均在多媒體支撐的環(huán)境下進行，每節(jié)課的標準上課時間為40分鐘。

本研究借鑒iFIAS和TPACK理論，將教師教學實踐的實錄視頻以3s一次的頻率進行取樣編碼，將整個教學過程劃分為課堂行為維度、媒體技術維度、TPACK維度，如上頁表1所示。

分析結(jié)果

1.TPACK量表測量結(jié)果分析

本研究在實驗開始前，通過運用獨立樣本t檢驗對實驗組與對照組的測試結(jié)果進行對比分析，發(fā)現(xiàn)實驗組與對照組在TPACK不同維度的p值均大于0.05。這說明在實驗開始前，實驗組與對照組的教師在TPACK各維度方面不具備顯著差異，說明兩組的TPACK能力水平相近，實驗組與對照組符合準實驗的基本要求。

在網(wǎng)絡畫板技術學習和實踐應用后，對實驗組教師的后測數(shù)據(jù)進行獨立樣本t檢驗，發(fā)現(xiàn)顯著性為0.005（lt;0.05），說明在教學展開后，實驗組教師的TPACK能力水平有顯著性差異。這說明網(wǎng)絡畫板技術的應用促進教師數(shù)字化教學的轉(zhuǎn)型，提升教師的技術融合學科教學的水平。

如表2所示，通過對數(shù)學教師TPACK能力測量量表的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，實驗組的數(shù)學教師的前后測數(shù)據(jù)有顯著差異，這說明基于循證理念的教師TPACK能力模式對初中數(shù)學教師TPACK能力的提升有促進作用。實驗組教師在整合技術的教學法知識（TPK）維度和整合技術的學科內(nèi)容知識（TCK）維度有明顯進步。

2.教案評價表結(jié)果分析

本研究通過對實驗組教師教學的課件分析和教案分析，了解TPACK視角下網(wǎng)絡畫板技術的應用情況。本研究將函數(shù)與代數(shù)、圖形與幾何、概率與統(tǒng)計、綜合與實踐四個數(shù)學領域下的教學主題供教師進行選擇，教師在確定教學內(nèi)容后運用網(wǎng)絡畫板技術進行課件制作。

將不同內(nèi)容的課件按照初中數(shù)學課程內(nèi)容領域歸類，每個領域隨機抽取部分課件和與之對應的教案設計，參照技術行為應用量表對其進行TPACK結(jié)構分析，并按照量表描述打分得到五個評價結(jié)果的平均值作為TPACK各維度的水平數(shù)值，其結(jié)果如下頁表3所示。

在以函數(shù)與代數(shù)為主題的教學實踐中發(fā)現(xiàn)：教師的學科內(nèi)容知識（CK）水平較高，這說明教師的學科基礎扎實，對數(shù)學知識的認識和理解較為深刻，能夠根據(jù)初中數(shù)學課程標準設立的教學目標開展教學活動，但是技術知識（TK）的掌握不夠穩(wěn)固。整合技術的學科內(nèi)容知識（TCK）和整合技術的學科教學法知識（TPK）的均值較高，說明代數(shù)內(nèi)容適合用信息技術的方式進行教學。

圖形與幾何主題是教師測評成績最突出的部分，教案在五個維度均有較高的評價，CK、TK、TCK的維度數(shù)值都超過4，僅有TPK和TPACK維度的部分數(shù)值低于3.67。這說明教師對幾何圖形的知識內(nèi)容理解深入，技術與教學內(nèi)容進行融合的熟練度高，但是教師還需要在整合技術的學科知識基礎上進一步改進教學策略，達到提升效率的目的。

概率與統(tǒng)計主題在初中數(shù)學教學中占的比例較少，同時它的TPACK各維度得分相較函數(shù)與代數(shù)主題、圖形與幾何主題更低，說明教師的TAPCK能力的表現(xiàn)在概率與統(tǒng)計內(nèi)容上不如其他數(shù)學內(nèi)容。TPK的II維度均低于3.67，說明教師在當前信息技術的支持下應用教學策略影響教學效果的提升，教師需要加強信息技術與教學實施的融合實踐。

觀察綜合與實踐主題的TPACK各維度數(shù)值，發(fā)現(xiàn)CK的平均數(shù)值明顯低于函數(shù)與代數(shù)、圖形與幾何、概率與統(tǒng)計三類主題，這說明教師對單一主題的學科內(nèi)容知識（CK）掌握程度很高，但是在強調(diào)跨學科、重視多主題融合的綜合實踐活動中需要加強綜合性知識的掌握。教師在TK方面反而比概率與統(tǒng)計的數(shù)值表現(xiàn)好，尤其是TK的III維度，說明在綜合實踐方面，教師能有效使用各種信息技術手段制作數(shù)字化課件，通過項目式學習的方法加深教學對象對數(shù)學概念的理解，提升數(shù)學知識綜合應用的能力。

3.基于TPACK和iFIAS的教學行為分析

本研究在對實驗組教師的數(shù)字化教學實踐過程進行完整的觀察記錄后，將錄制視頻進行3s一次的編碼處理，得到課堂行為編碼記錄表，總計獲得4800個編碼結(jié)果，并對每個編碼結(jié)果所包含的TPACK要素進行判斷和分類。此外，本研究進一步對課堂行為編碼記錄表進行匯總計算，得到課堂行為編碼統(tǒng)計表。通過對三個維度的取樣頻次和時間分布范圍的精確記錄和統(tǒng)計，對教師在課堂上對教學內(nèi)容的設計、教學策略的使用和各類技術的應用進行量化的數(shù)據(jù)處理，方便研究者能基于證據(jù)分析教師在實際教學過程中TPACK能力發(fā)展的情況。

從視頻分析的課堂結(jié)構來看，教師語言在課堂中所占的比例較低，學生語言和技術在課堂中所占的比例較高。在視頻A中，教師語言的比例為60.87%，學生語言的比例為25.57%。在視頻F中，教師語言的比例為40.66%，學生語言的比例為41.05%。說明教師的教學策略發(fā)生轉(zhuǎn)變，在教學實踐中會有意識地控制講授時間，保證學生有充足的時間自主探究學習內(nèi)容，課堂從傳統(tǒng)的以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W生為中心。

從教學行為中TPACK各要素占比來看，視頻A與視頻D均為函數(shù)與代數(shù)內(nèi)容的教學視頻，觀察兩者的課堂TPACK要素頻度圖，PCK始終保持在40%左右的比例，說明在當前的初中數(shù)學課堂，整合學科內(nèi)容的教學法（PCK）是課堂教學的核心內(nèi)容之一，不會因信息技術的使用發(fā)生大的變動。CK、TK、PK三類核心要素的總占比下降，TCK、TPK、TPACK三類復合要素的總占比上升，說明在初中數(shù)學關于函數(shù)與代數(shù)內(nèi)容的課堂教學中，TPACK能力的單一知識的使用變少，TCK、TPK、TPACK這類復合知識使用增多，教師整合教學活動與技術手段的能力變強。TPACK的占比也得到一定增加，說明教師已經(jīng)有意識地嘗試將技術、教學策略和教學內(nèi)容三者結(jié)合進行實踐。

視頻B與視頻E均為圖形與幾何內(nèi)容的教學視頻，觀察兩者的課堂TPACK要素頻度占比圖，教師TPACK能力變化更為明顯，PCK占比下降，TPK、TCK、TPACK占比上升，說明在圖形與幾何教學中，教師注重技術與教學內(nèi)容和教學方法的結(jié)合。在進行網(wǎng)絡畫板技術學習后，教師的TPK、TCK、TPACK應用能力會得到一定的提升，特別是TCK的提升明顯，說明教師在課堂教學中有效應用了信息技術手段或工具。

視頻C與視頻F均為概率與統(tǒng)計內(nèi)容的教學視頻，觀察兩者的課堂TPACK要素頻度占比圖，發(fā)現(xiàn)PCK、PK占比下降，CK、TK的占比上升，這說明教師在進行概率統(tǒng)計內(nèi)容的教學中，應用信息技術的頻率上升，對教學策略的應用頻率有所降低。在復合要素中，TPK、TCK、TPACK占比上升，TPACK的進步最明顯，說明在概率與統(tǒng)計的教學活動中，教師的TPACK能力發(fā)展狀況最好。教師對技術、教學內(nèi)容和教學策略的整合比較熟練，已經(jīng)能夠根據(jù)教學內(nèi)容和與之相關的教學資源、工具手段綜合設計教學過程。

研究結(jié)論

1.網(wǎng)絡畫板技術能夠促進教學主體轉(zhuǎn)變

通過分析課堂師生互動結(jié)構可知，課堂學生語言的比例隨著教師對網(wǎng)絡畫板技術的逐步掌握和合理利用得到穩(wěn)定提升，課堂技術的使用頻率不斷增高，教師語言和沉寂的比例降低，課堂結(jié)構從教師主導逐步向師生合作轉(zhuǎn)變，說明融入網(wǎng)絡畫板技術的數(shù)學教學令學生的學習主動性增強，學生自主探究數(shù)學知識和規(guī)律的意愿得到提升。這種情況具體體現(xiàn)在：①網(wǎng)絡畫板技術影響教學內(nèi)容的設計和呈現(xiàn)，將原本需要教師口授重復的知識轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g的應用表現(xiàn)，提升教師講授新知識的效率，教師的教學活動因此具有更多的創(chuàng)新空間，間接促進學生在師生互動中主動性的提升。②網(wǎng)絡畫板技術的應用幫助教師深入探索新舊知識的特點和聯(lián)系，教師對學生的提問可以更偏向開放性和擴展性，幫助學生在腦海中建立不斷發(fā)展的數(shù)學知識體系，有助于培養(yǎng)學生的數(shù)學核心素養(yǎng)。

2.網(wǎng)絡畫板技術能夠推動教學內(nèi)容創(chuàng)新

網(wǎng)絡畫板作為具備學科性和技術性的工具，不僅影響教學內(nèi)容的呈現(xiàn)，而且在一定程度上決定了教學內(nèi)容的設計與組織。通過比較教案評價表和視頻教學行為可知，技術與教學的結(jié)合不是簡單的功能疊加，而是一種深度的融合和創(chuàng)新。

從教學內(nèi)容上看，幾何與圖形部分的數(shù)學知識最適合應用網(wǎng)絡畫板技術進行教學，圖形繪制技術的加入使得抽象的幾何概念轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w的圖像建模。教師通過繪制不同條件下形成的幾何圖形，展示其變換和性質(zhì)，幫助學生更好地理解和掌握幾何知識。同時，網(wǎng)絡畫板的動態(tài)演示功能，能夠讓學生觀察到幾何圖形在不同條件下的變化，讓他們對初中數(shù)學的空間關系有更為深入的了解。

3.網(wǎng)絡畫板技術能夠提升教師數(shù)字素養(yǎng)

通過觀察和分析研究結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，教師在學習并應用網(wǎng)絡畫板工具的過程中，既提升了技術應用能力，也提升了對技術和教學策略以及教學內(nèi)容相結(jié)合的熟練度。教師在教學實踐中反思數(shù)字化教學的效果，評估傳統(tǒng)教學與技術融合教學的差異性，增強對數(shù)字技術工具學科化的認識，鍛煉將所學技術知識融入實踐的能力，從而實現(xiàn)數(shù)字素養(yǎng)的提升。

總結(jié)與展望

本研究通過采用TPACK量表、教師數(shù)字化教案分析、基于iFIAS和TPACK理論的教學行為視頻分析方法，對接受網(wǎng)絡畫板技術學習的30位初中數(shù)學教師的TPACK前后測結(jié)果、網(wǎng)絡畫板教案設計以及網(wǎng)絡畫板應用教學視頻進行分析，總結(jié)初中數(shù)學課堂網(wǎng)絡畫板技術應用效果，并從教學主體轉(zhuǎn)變、教學內(nèi)容創(chuàng)新和教師數(shù)字素養(yǎng)提升三個方面探討其影響，為數(shù)學教師的數(shù)字化教學應用提供參考和支持。但本研究目前仍存在教學視頻數(shù)量較少、缺少對其他技術工具融合教學探索的問題，為了全面了解初中數(shù)學教師的數(shù)字化教學效果，還需要進一步開展更大規(guī)模的實證研究，并深入討論課堂教學不同數(shù)字技術的相互作用。

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