TPACK视角下初中数学课堂网络画板技术应用效果分析研究

摘要：数字技术赋能教育高质量发展要求教育研究者关注技术对课堂教学的影响，并重视利用科学方法评估技术应用的教学效果。本研究选取网络画板技术作为需要评测的技术工具，以TPACK理论为基础，挑选Z市30名学习网络画板的初中数学教师作为实验组，通过量表测量、教案评价和教学视频行为分析等方法，全面评估网络画板在实际教学中的应用效果，并总结其对教学的影响，从而为技术融合教学评估研究提供实证研究支持和参考依据。

关键词：数字化课堂；课堂教学行为；TPACK理论；网络画板

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2025）02-0070-06

根据《义务教育数学课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）[1]对学生的数学核心素养的描述，教师需要运用信息技术手段培养学生的数学眼光，锻炼学生的数学思维和数学语言。[2]当前，以网络画板为代表的数学学科辅助型教学工具已经应用到中小学数学教学的各个环节中，但这也导致出现了新的问题：网络画板技术应用对目前的数学教学有哪些影响？如何评估数学课堂网络画板技术应用的实际效果？为此，本研究构建了初中数学课堂技术应用评估框架，选取Z市掌握网络画板技术的初中数学教师为研究对象，以TPACK理论为基础，借助TPACK量表、iFIAS分析工具和教案评价表进行分析，探索网络画板技术应用对课堂教学的实际影响。

理论基础和技术工具

1.基于TPACK理论的课堂教学分析

TPACK是Technological Pedagogical Content Knowledge的缩写，即整合技术的学科教学知识，它包含三个基础元素：学科内容知识（CK）、教学法知识（PK）和技术知识（TK）。这三个知识元素相互作用结合形成了四个复合知识元素，即整合技术的教学法知识（TPK）、整合技术的学科内容知识（TCK）、学科教学知识（PCK）以及整合技术的学科教学知识（TPACK）。[3]TPACK理论重视教师技术融合教学的实践，适合测量课堂教学的数字化应用效果。[4]

课堂教学行为分析是教师教学实证研究的重要方式，课堂教学行为分析通常采用弗兰德斯互动分析系统（FIAS）和S-T分析系统[5]，从师生语言互动行为对课堂教学产生的教育影响角度进行结构化的观察和分析。FIAS主要关注教师和学生的语言互动，忽视数字化教学背景下教师技术应用带来的教学转变，因此本研究在FIAS的基础上，借鉴方海光等学者设计的改进型弗兰德斯互动分析系统（iFIAS）[6]和TPACK理论，对初中数学课堂网络画板技术应用效果进行分析。

2.网络画板工具

网络画板除了具有基础的图像绘制和动画设置功能，还可以将动态几何和符号演算、自动推理、编程环境以及课件制作等进行有机的集成。同时，它还具有3D作图功能，是可以直接在网页上进行图形编辑的数学实验室。[7]

研究设计

1.研究对象

本研究的研究对象为Z市5所初中的数学教师，实验组与对照组的教师人数均为30人，其中实验组男性8人，女性22人，对照组男性11人，女性19人。实验组教师统一接受时长为20课时的《网络画板技术》学习，并在学习期间使用网络画板工具设计和实施教学活动。

根据教学前的调查可知，所有初中数学教师都具有基本的信息技术知识，掌握一定的数字技术应用技能，能够熟练使用常见的办公软件，了解功能性软件的操作流程，在实践操作方面，均已学会使用PPT制作几何图形并将其投入到课堂实践中，具有将技术知识和教学内容结合的实践经历。这些基础为数学教师数字化教学活动的设计与实施提供了可行性。

2.研究工具

（1）TPACK量表测量法

本研究在《职前教师教学和技术知识调查》量表的基础上对其进行改编，共设计27道题目，包括TK、PK、CK、TCK、TPK、TPK、TPACK七个模块，采用李克特五级量表法评分，满分135分，得分越高代表TPACK能力越强，不同模块的分数越高代表对应的能力要素越强。本研究使用SPSS分析工具，对TPACK量表进行信度检验，信度值系数Cronbach α为0.869，大于0.8，校正项与总计相关性均大于0.4，说明研究结果可信。KMO值=0.805（>0.6），同时，所有项的对应的共同度均大于0.4，旋转后累计方差解释率为75.725%（>50%），说明量表具备良好的效度。

（2）教案评价表

本研究借鉴蓝曦学者设计的信息化教学环境教学课例评价量规[8]，从CK、TK、TPK、TCK、TPACK五个TPACK维度评价教师的教学实践。最终量表的设计在不同维度的题项数目：CK维度有2个，TK维度有3个，TPK维度有3个，TCK维度有3个，TPACK维度有法3个。每个维度中的题项的评价值均分为五个等级，分别为非常符合（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视频分析

本研究从实验组教师的课堂教学视频中按照学习网络画板技术的不同阶段（前期和后期两个阶段）各抽取包含函数与代数、图形与几何、概率与统计的部分课堂教学视频进行分析研究。6节课堂的教学均在多媒体支撑的环境下进行，每节课的标准上课时间为40分钟。

本研究借鉴iFIAS和TPACK理论，将教师教学实践的实录视频以3s一次的频率进行取样编码，将整个教学过程划分为课堂行为维度、媒体技术维度、TPACK维度，如上页表1所示。

分析结果

1.TPACK量表测量结果分析

本研究在实验开始前，通过运用独立样本t检验对实验组与对照组的测试结果进行对比分析，发现实验组与对照组在TPACK不同维度的p值均大于0.05。这说明在实验开始前，实验组与对照组的教师在TPACK各维度方面不具备显著差异，说明两组的TPACK能力水平相近，实验组与对照组符合准实验的基本要求。

在网络画板技术学习和实践应用后，对实验组教师的后测数据进行独立样本t检验，发现显著性为0.005（<0.05），说明在教学展开后，实验组教师的TPACK能力水平有显著性差异。这说明网络画板技术的应用促进教师数字化教学的转型，提升教师的技术融合学科教学的水平。

如表2所示，通过对数学教师TPACK能力测量量表的数据分析发现，实验组的数学教师的前后测数据有显著差异，这说明基于循证理念的教师TPACK能力模式对初中数学教师TPACK能力的提升有促进作用。实验组教师在整合技术的教学法知识（TPK）维度和整合技术的学科内容知识（TCK）维度有明显进步。

2.教案评价表结果分析

本研究通过对实验组教师教学的课件分析和教案分析，了解TPACK视角下网络画板技术的应用情况。本研究将函数与代数、图形与几何、概率与统计、综合与实践四个数学领域下的教学主题供教师进行选择，教师在确定教学内容后运用网络画板技术进行课件制作。

将不同内容的课件按照初中数学课程内容领域归类，每个领域随机抽取部分课件和与之对应的教案设计，参照技术行为应用量表对其进行TPACK结构分析，并按照量表描述打分得到五个评价结果的平均值作为TPACK各维度的水平数值，其结果如下页表3所示。

在以函数与代数为主题的教学实践中发现：教师的学科内容知识（CK）水平较高，这说明教师的学科基础扎实，对数学知识的认识和理解较为深刻，能够根据初中数学课程标准设立的教学目标开展教学活动，但是技术知识（TK）的掌握不够稳固。整合技术的学科内容知识（TCK）和整合技术的学科教学法知识（TPK）的均值较高，说明代数内容适合用信息技术的方式进行教学。

图形与几何主题是教师测评成绩最突出的部分，教案在五个维度均有较高的评价，CK、TK、TCK的维度数值都超过4，仅有TPK和TPACK维度的部分数值低于3.67。这说明教师对几何图形的知识内容理解深入，技术与教学内容进行融合的熟练度高，但是教师还需要在整合技术的学科知识基础上进一步改进教学策略，达到提升效率的目的。

概率与统计主题在初中数学教学中占的比例较少，同时它的TPACK各维度得分相较函数与代数主题、图形与几何主题更低，说明教师的TAPCK能力的表现在概率与统计内容上不如其他数学内容。TPK的II维度均低于3.67，说明教师在当前信息技术的支持下应用教学策略影响教学效果的提升，教师需要加强信息技术与教学实施的融合实践。

观察综合与实践主题的TPACK各维度数值，发现CK的平均数值明显低于函数与代数、图形与几何、概率与统计三类主题，这说明教师对单一主题的学科内容知识（CK）掌握程度很高，但是在强调跨学科、重视多主题融合的综合实践活动中需要加强综合性知识的掌握。教师在TK方面反而比概率与统计的数值表现好，尤其是TK的III维度，说明在综合实践方面，教师能有效使用各种信息技术手段制作数字化课件，通过项目式学习的方法加深教学对象对数学概念的理解，提升数学知识综合应用的能力。

3.基于TPACK和iFIAS的教学行为分析

本研究在对实验组教师的数字化教学实践过程进行完整的观察记录后，将录制视频进行3s一次的编码处理，得到课堂行为编码记录表，总计获得4800个编码结果，并对每个编码结果所包含的TPACK要素进行判断和分类。此外，本研究进一步对课堂行为编码记录表进行汇总计算，得到课堂行为编码统计表。通过对三个维度的取样频次和时间分布范围的精确记录和统计，对教师在课堂上对教学内容的设计、教学策略的使用和各类技术的应用进行量化的数据处理，方便研究者能基于证据分析教师在实际教学过程中TPACK能力发展的情况。

从视频分析的课堂结构来看，教师语言在课堂中所占的比例较低，学生语言和技术在课堂中所占的比例较高。在视频A中，教师语言的比例为60.87%，学生语言的比例为25.57%。在视频F中，教师语言的比例为40.66%，学生语言的比例为41.05%。说明教师的教学策略发生转变，在教学实践中会有意识地控制讲授时间，保证学生有充足的时间自主探究学习内容，课堂从传统的以教师为中心转变为以学生为中心。

从教学行为中TPACK各要素占比来看，视频A与视频D均为函数与代数内容的教学视频，观察两者的课堂TPACK要素频度图，PCK始终保持在40%左右的比例，说明在当前的初中数学课堂，整合学科内容的教学法（PCK）是课堂教学的核心内容之一，不会因信息技术的使用发生大的变动。CK、TK、PK三类核心要素的总占比下降，TCK、TPK、TPACK三类复合要素的总占比上升，说明在初中数学关于函数与代数内容的课堂教学中，TPACK能力的单一知识的使用变少，TCK、TPK、TPACK这类复合知识使用增多，教师整合教学活动与技术手段的能力变强。TPACK的占比也得到一定增加，说明教师已经有意识地尝试将技术、教学策略和教学内容三者结合进行实践。

视频B与视频E均为图形与几何内容的教学视频，观察两者的课堂TPACK要素频度占比图，教师TPACK能力变化更为明显，PCK占比下降，TPK、TCK、TPACK占比上升，说明在图形与几何教学中，教师注重技术与教学内容和教学方法的结合。在进行网络画板技术学习后，教师的TPK、TCK、TPACK应用能力会得到一定的提升，特别是TCK的提升明显，说明教师在课堂教学中有效应用了信息技术手段或工具。

视频C与视频F均为概率与统计内容的教学视频，观察两者的课堂TPACK要素频度占比图，发现PCK、PK占比下降，CK、TK的占比上升，这说明教师在进行概率统计内容的教学中，应用信息技术的频率上升，对教学策略的应用频率有所降低。在复合要素中，TPK、TCK、TPACK占比上升，TPACK的进步最明显，说明在概率与统计的教学活动中，教师的TPACK能力发展状况最好。教师对技术、教学内容和教学策略的整合比较熟练，已经能够根据教学内容和与之相关的教学资源、工具手段综合设计教学过程。