数学师范生TPACK现状调查与教学设计——以“二次函数”为例.pdf

第31卷第2期2023年4月呼伦贝尔学院学报Journal of Hukmbuir UniversityNo.2 Vol.31Published in Apr.2023数学师范生TPACK现状调查与教学设计以“二次函数”为例敖国艳吴红艳边静（呼伦贝尔学院 内蒙古 海拉尔021008）摘要：信息化时代，数学教师的TPACK能力显得尤为重要。作为未来的教卯，卯范生的 TPACK能力水平值得研究。本文通过问卷调查的方法，对H学院数学师范生的TPACK能力现状 进行了分析。以初中数学二次函数”一节课为例，构建了 TPACK理念下餉新型教学设计,促进信 息技术与课堂教学的有效整合,培养学生的概念建构能力。关键词:数学师范生;TPACK；问卷调查;教学设计中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1009-4601（2023）02-0126-06引言随着“互联网+”教育的普及，传统的教育教 学模式逐渐不满足当前的教育形势，将信息技术 运用到教育教学中,使教师更好地评价和管理课 堂。教师在教学活动中用科学的方法及时掌握学 生的学习动态与学习情况,并适时地进行学习干 预,可有效提升课堂教学效果。在教育信息化的 推进过程中,教师信息素养不足是制约其发展的 关键因素。Technological Pedagogical Content Knowledge 简 称“TPACK”（学科教学知识整合技术）。它是信息 技术与课程教学整合的一个重要组成部分。它以 教学内容为基础，重视教师的专业素养和信息技 术素养。从20世纪80年代开始，国内外研究者对 其进行了大量的研究，形成了多种教师知识结构 的模型。随着信息技术在教育领域的不断渗 透,TPACK也逐渐成为一项重要研究课题。众所 周知,二次函数是一些单变量优化问题的简单数 学模型。它是初中阶段非常重要的基础内容之-o因此，二次函数概念的教学设计研究,尤其是 如何将信息技术有效地融入抽象的数学概念的教 学，在重构教学内容的过程中启发学生理解概念 的内涵和外延极为重要。本文从数学师范生的角度，通过问卷调查对 其TPACK能力现状进行了调查，与初中数学“二 次函数”概念形成的过程结合，构建TPACK理念 下的新型教学设计,以促进信息技术与课堂教学 有效融合的目的,培养学生建构数学概念的能力，进而提高教学质量。一、数学师范生TPAGK水平现状调查信息技术正深刻地影响着教育教学的各个方 面。数学师范生的TPACK水平如何,直接影响着他 们未来的职业发展。师范生对自身TPACK能力是 否具有较为合理的预期，在一定程度上能够表明他 收稿日期：2022-07-11作者简介:敖国艳（1988-）,女，呼伦贝尔学院数学与统计学院，讲师，硕士。研究方向：图论及其理论研究。吴红艳（1979-）,女，呼伦贝尔学院数学与统计学院,讲师。研究方向:应用数学。边静（1999-），女,呼伦贝尔学院数学与统计学院,2018级数学与应用数学专业学生。基金项目：2021年呼伦贝尔学隐教学研究课题“新师范背景下师范生信息化教学能力培养的路径与对策研究”（JYZD2021032）o126 们未来是否能够有效整合信息技术能力的信心与可 能性，因而有必要对其TPACK水平、信息化教学中 技术使用情况、获取擁等方面进行调查研究。（一）问卷设计对数学师范生TPACK现状进行了问卷调查,题目的选定借鉴了李慧慧的基于TPACK的中学 化学教师信息技术应用能力提升研究何调查量 表,同时结合国内中小学教师教育技术能力标 准和H学院数学专业的在校师范生的实际情况 进行了修订，共31项。本研究的样本来源于H学院数学专业的在校 师范生。调查釆用群集抽样方式。该量表以在线 问卷的形式分发，共发放了 300份问卷，共回收 294份问卷，回收率约为98%。有效问卷294份,有效率为100%（男生154名，女生140名）。本次 调查利用统计分析软件SPSS22.0进行数据录入 和相关分析研究。（二）问卷信度与效度检验问卷调查分析需要对问卷设计的质量进行信 度和效度检验。1 信度检验克朗巴赫系数法是一种常用的可靠性测量方 法,克伦巴赫系数（CronbachE a）是通过量表的所 有可能项目划分方法获得的半循环可靠性系数的 平均值。调查信度质量的判断方法，如表1所示。表1 a系数信度质量判断方法系数（介于0和1之间）信度质量判断不超过0.6量表内部一致信度不足0.7-0.8量表有相当的信度0.8-0.9量表信度非常好从上表可以看出：问卷的信度系数大于0.7,综合表明数据的信度质量较高，可用于进一步分 析。本次问卷针对在校数学师范生，主要从信息 技术应用能力的现阶段发展情况、信息技术应用 能力的基本知识与技能、教学应用的创新以及进 行信息化教学设计调查的动机等方面设计了调查 问卷。接下来，对信息技术应用能力的现阶段发 展情况、基本知识与技能、教学应用的创新方面作 信度分析。表2问卷调查数据Cronbach信度分析信息技术应用调査方向项数样本量Cronbach 直整体问卷14500.852现阶段发展情况4500.749基本知识与技能4500.843教学创新6500.902如表2所示,总体问卷及各维度的Cronbach令 a系数值均大于0.65。可以推断问卷的内部一致 性和信度较高。因此问卷内容及结构设计合理,总体说明该调查问卷具有较高的信度，其结果具 有参考价值。2.效度检验问卷质量的效度检验,KM0测试主要用于测 试变量之间的净相关性，其值介于0和1之间。Kaiser给出了一个KM0的度量标准，如表3所示。表3 KM0值度量标准KM0值分析的适用性0.90-1.00非常好0.80-0.89好0.70-0.79一般0.60-0.69差0.50-0.59很差0.00-0.49不能进行分析Bartlett球面检验用于检验变量之间的相关 性。SPSS检验结果表明,如果显著性p值为0.05,则变量之间存在相关性。如果问卷具有结构效 度，那么KM0检验系数应大于0.5且Bartlett球面 检验的显著性概率P值应小于0.05o问卷的有效 性通过SPSS22进行测量,测试结果如表4所示。表4 KM0和巴特利特检验KM0取样适切性量数0.955Bartlett的球形度检验上次读取的卡方4044.720自由度153显著性0.000127 问卷数据通过了 0.05的Bartley sphere显著 性水平检验，其Sig值为0.000,并且KMO值为 0.955，问卷数据适合进行因子分析。（三）问卷分析参与调查的学生中有84.35%为大学四年级 学生，他们已经完成了相关专业课程、教育学、心 理学和教学法等课程，即将进入实习阶段。图展 示了参与调查的师范生对信息技术应用能力的现 阶段发展情况。能强列断借息技术应用过程中会发生曲 W31.并制定出解决亦法館够依据高中学科目标和教学内容设计借 息化学习活动和学习任务0 0.2 0.4 0.6 0.8 1符合不确定不符合图3信息技术应用能力在教学应用的创新情况接下来，问卷对信息化教学设计调查的动机 方面进行了调查，如图4所示。拮育KSI定不肖育更用怙息玫木併课，有较多部弁靱帅恳支執苛 和愉快经常应用信息技术辅助开展学科教学魏盘图1信息技术应用能力的现阶段发展情况提高个人水平,40.14%图4信息技术教学设计调查的动机情况提高个人水平教学帚要学校要求参加 教学竟赛从图1的数据发现，参与调查的某学院数学专 业的在校师范生的信息技术应用能力较强,对于 信息技术的应用的认可度很高，可见信息技术已 成为数学学科教学中不能缺少的教学手段。调查数据显示,49.32%的调查对象通过教学 网站进行查找学习;&16%的调查对象通过其他渠 道査找学习。27.55%的调查对象通过百度进行查 找学习；14.97%的调查对象通过査找书籍资料进 行查找学习。显然,调查对象的查阅教学资料的 渠道多样。在信息技术应用能力的基本知识与技 能方面现阶段发展情况，如图2所示。館够熱练应用与教学相关的学科软件认为s己非常了解现育教学中信息技术 的相关细识0 0.2 0.4 0.6 0.81符合不購定不样合图2信息技术应用能力的基本知识与技能应用情况信息技术应用能力是当代数学教师信息技术 能力考核的重要依据。从图3的数据可知,参与调 查的师范生的信息技术应用水平较高，具备了知 识素养和一定的信息素养。从图4中的数值可知，从各个方面发现信息化 教学适应当前教育形势的发展需求。在信息化教 学及其设计的相关培训调查方面，有126人参与过 相关培训,培训内容大多是围绕多媒体教学素材 搜索与制作方法。培训过程中存在的问题多为培 训内容理论性强、培训不能结合实际、培训不能从 师范生的自身需求出发。学生们希望提升教学媒 体操作技能、教学设计、多媒体课件制作技术等方 面的信息技术。此外，调查对象的26.19%通过入 学后自学获取信息技术应用能力;24.15%通过上 课时和师范生学习获得信息技术应用能力;参加 培训获得信息技术应用能力；与同学交流获得信 息技术应用能力;5.78%通过其他渠道获取。因 此，将信息技术应用技能与教学相结合有助于未 来的教育教学，怎样将信息技术与实际的学科教 学相融合是一个值得研究的问题。TPACK框架包含三个核心要素,分别是学科 知识（CK）、教学知识（PK）以及技术知识（TK）。组织、组合形成四个复合要素,分别是学科教学知 识（PCK）、学科内容知识下的综合技术（TCK）、教 学知识整合技术（TPK）与学科教学知识整合技术（TPACK）。那么,TPACK框架整体形成了一种新 的知识，如图5所示。128 传统的教学过程大多是信息技术使用过于简 单，甚至有时候都不使用技术知识(TK)O抽象的 数学概念,如果仅用粉笔和黑板讲授、或者简单的 PPT演示,学生理解起来较为困难，同时也难以把 抽象、复杂的情境展示给学生。如果教师在课堂 中合理利用现代信息技术,提供丰富的学习资源,设计生动的教学活动，不仅可以让学生直观感受 数学概念，也可改变传统的讲授教学模式,有利于 激发学生的创新思维,提升学生的探究热情,提高 自主合作与探究的能力。二、基于TPACK框架下的二次函数的教学设计基于TPACK框架下的教育教学，我们采用多 种信息技术和设备来辅助教学活动的开展，从而 提高教学质量。首先，教师设置情境问题，让学生 区分出已学过的各个函数概念;其次，教师创设情 境，让学生思考问题,以小组合作交流的形式引入 二次函数的概念;最后,结合信息技术GeoGebra软 件画出二次函数的图象，给学生最直观的学习体 验,为学习二次函数的性质打好基础。教学过程,如表5所示:表5“二次函数”教学设计一、教学环境及资源准备教学环境:多媒体环境资源准备:多媒体课件教学PPT、打印的拓展资源(学案表)、GeoGebra二、教学过程教学过程教师授课过程学生活动过程设计意图及资源准备复习回顾 自主预习教师带领学生填写学案表，复习函数(一 次函数与反比例函数)的概念。填写学案表,提前预 习看书回答问题。引入课程，引入学科内容知识(CK)创设情境 自主探究教师创设情境:教师播放视频,向学生展示 在生活中的抛物线视频。比如，现代农业 浇灌的喷水装置喷射的水流，发射导弹的 运行轨迹,足球射门的轨迹等。思考并小组讨论:视频中的这些抛物线有 何特点？再将其用函数表示，引出二次函 数的概念。归纳总垦:二次函数的概念;用GeoGebra 把视频中的二次函数进行绘制。学生自主探究:通过 教师所展示的视频，四人为一个小组，思 考并讨论抛物线的特 点。教师通过展示视频中的抛物线，让学 生直观感受二次函数的图像。类比一 次函数与反比例函数的教学方式，归 纳总结二次函数的概念。讲授数学学 科知识(CK),采用小组讨论的形式，体现了教学法知识(PK)进行讲授新 课。对于二次函数的图像，使用GeoGebra 软件绘制体现了信息技术知识(TK)O总体上，本节课的教学体现了 整合技术下的数学学科内容知识(TCK)、整合技术下的教学法知识(TPK)以及整合技术下的学科教学知 识(TPACK)o加深印象 图像分析打开GeoGebra软件，在GeoGebra软件中 构建函数,绘制二次函数的图像，展示函数 的动态变化过程。学生观察教师在 GeoGebra软件中所 绘制的函数图像，观 察二次函数图像。在GeoGebra软件中通过对二次函数 的各项数值的变化，使学生更深层次 理解二次函数的图像和性质。GeoGebra 软件在课堂上的使用，体现了整合 技术下的学科内容知识(TCK)、整合 技术下的教学法知识(TPK)以及整合 技术下的学科教学知识(TPACK)o129 续表5例题讲解 巩固练习例1观察下列函数，判断哪些是二次函数(口答)。(1)y=5x+l,(2)y=2x3+3x2,(3)y=4x2+3,(4)y=5x4-3x2+1.例2确定下列函数的解析式。(1)写出圆的周长X与它的面积s之间的 函数表达式。(1)矩形的长度是宽度的两倍。写出矩形 的宽度和面积s之间函数表达式。(3)已 知圆柱的高为20,求圆柱的底面半径r与 体积V之间的函数表达式。(4)已知正方 形的边长为24,若边长减少x,面积为y,写 出y与x之间的表达式。例1答案：(：(1)(2)(4)不是二次函数，是二次函数。例2答案：(1)s=f(討(2)s=2x2,(3)V=20irr2,(4)y=(24-x)2通过例题加深二次函数的印象，有助 于教师对学生的掌握程度的了解，检 验课堂质量。课堂小结二次函数的概念:形如y=ax+bx+c的 函数叫作x的二次函数，其中a,b,c是常 数,aMO。跟随教师整理二次函 数的内容。对本节课的整体内容进行梳理总结。布置作业作业:为了贯彻落实生态保护建设政策,改 善环境，一个社区决定在靠近围墙的地面 上修建一条矩形绿化带。这堵墙有30米 长。绿化带的一侧靠近墙壁(没有围栏)，其他三面被一道总长80米的围栏包围。假设绿化带的一侧有x米长，绿化带面积 为平方米。求y和x之间的函数关系，并 给出自变量X的取值范围。规定时间内完成作 业。课后的复习巩固。GeoGebra是一个动态的数学APP,可使多种 数学模型集中在一个平台中展示,是一个很容易 上手使用的软件。它可对函数几何图形的动态变 换作出直观绘制，并对函数的代数特征进行动态 更新。GeoGebra绘制二次函数的步骤：步骤1新建参数A、B、c作为二次函数的常 量。打开GeoGebra软件，在工作区选择建立滑动 条，新建参数A、B、C作为二次函数的常量，如图6 所示。步骤2绘制二次函数图像。新建好参数A、B、C之后，代数定义区输入二次函数解析式，如图 7所示。步骤3画出函数解析式。输入好函数解析式 后，点击确定。随着三个滑动条数值的改变，可改 变三个参数的数值,让学生观察数值变化后的函 数变化情况。130 三、结语本文通过对H学院数学专业在校师范生的教 师信息技术应用能力情况的调查发现，师范生对 信息技术应用的认可度较高，可见信息技术已成 为数学学科教学中不能缺少的教学手段。以初中 数学“二次函数”为例，对TPACK理论进行梳理分 析，围绕TPACK四个复合要素设计了教学方案，以期优化信息化教学环境。一个切合数学学科知 识的信息教育技术课程案例,能够使数学教师具 备自身的技术能力转化为解决或辅助教学问题的 能力，提高现代信息技术课程的教学效果。因此,师范生在校期间不仅要提高知识素养，同时还需 要具备一定的信息素养,掌握信息化教学设备、软 件、平台及其他新技术的常用操作,持续完善信息 化教学相关知识，了解其对教育教学的支持作用，不断提高信息技术应用能力,才能推动自身的专 业发展。参考文献：1马可，班軒，杨振涛.信息化环境下教师专业能力发展 的实践研究一以校际间协作促进教师专业发展 J.中国电化教育,2015(6):110-115.2 木塔里甫.浅谈教师整合技术的学科教学知识对学生 核心素养的影响 J.现代经济信息,2018(21)=446.3 张会敏.教师专业化背景下高师现代教育技术课程 内容体系建构 D.南京:南京师范大学,2014.4 张妮，莫洪武，潘细妹.教育信息化2.0时代职业院校 教师信息技术应用能力培养研究一基于TPACK框 架视角J 广西教育,2019(35)：35-37.5 徐鹏，张海，王以宁，等.TPACK国外研究现状及启示 J.中国电化教育,2013(9):112-116.6 詹艺，任友群.整合技术的学科教学法知识的内涵及其研 究现状简述 J.远程教育杂志,2010,28(4)：78-87.7 刘小平.基于TPACK框架的高师院校学生专业能力培 养研究 J.科教导刊,2021(28)：28-30.8 高雅，周莹.TPACK视域下的数学概念教学设计以“直线的倾斜角与斜率”为例 J.中学数学研究(华南 师范大学版),2020(18)=2-5.9 李慧慧.基于TPACK的中学化学教师信息技术应用能 力提升研究 D.昆明：云南师范大学,2020.TPACK Investigation and Teaching Design of Mathematics Normal University Students-Taking Quadratic Function as an ExampleAO Guo-yan,WU Hong-yan,BIAN Jing(Hulunbuir University,Hailar,Inner Mongolia,021008)Abstract:In the information age,the TPACK ability of mathematics teachers is particularly important.As future teachers,the TPACK level of normal university students is worth studying.In this paper,we analyzed the current situation of TPACK ability of normal university students through a questionnaire survey.In addition,taking the secondary mathematics quadratic function course as an example,a new teaching design under the TPACK concept is constructed to promote the effective integration of information technology and classroom teaching,and to cultivate students*conceptual construction ability.Key words:mathematics normal university students；TPACK；questionnaire survey；teaching design责任编辑:李海亮131