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基于TPACK的翻转课堂教学模式构建与实现路径
一、引言
教育部《关于全面提高高等教育质量的若干意见》和《浙江省中长期教育改革和发展规划纲要（2010―2020年）》明确提出“推进高校创新课堂教学，全面提高人才培养质量，遵循教育教学规律和人才成长规律，促进教师更加重视课堂教学，充分发挥学生在学习中的主观能动作用，深化教学方式方法改革，努力构建优质高效课堂。”[1]所以研究回归本源的课堂教学模式变革是高校教学创新的主要方向。翻转课堂教学模式与微视频教学方法的应用促进了高校课堂教学改革的理论与实践探究，它利用“接受―发现”和“自主探究”教学理论，利用教学时空观的方式翻转，根本性地改变了传统课堂教学时间的分配，构建了以个性化学习为目标的知识传授和知识内化的新理论。所以本研究在引入TPACK理论基础上，结合《信息技术》课程教学实践，建构了翻转课堂教学模式与分析实现路径，对于促进高校课堂教学模式的改革研究具有借鉴价值。
二、翻转课堂特征
乔纳森?贝格曼和亚伦?萨姆斯指出“翻转课堂模式并非源自新的教育和学习理论，其仍然采用的是为广大教师所熟悉的掌握学习法”。翻转课堂是根植于传统课堂教学的一种实践变革，以改变传统课堂教学秩序与时间安排为导向的一种新的教学模
式。[2]对于促进教学方式、教学模式与教学方法变革上是一种尝试与探究。其主要形式是颠倒了教学进程、教学时序、教学空间与教学结构，其核心技术支持是利用微视频技术、网络平台技术等信息技术大环境下自定调整进行的一种个性化学习，其目的是推动学习者通过翻转课堂，主动获得知识学习与作业练习，转变传统课堂教学被动获取知识的状态，通过教学组织者的引领实现协作学习、讨论、交流与协同等主动实现知识的内化。
教学是一个比较复杂的结构型学习领域，突破其复杂性的最主要方法是建立“以个性化学习”为核心思想的模式，所以翻转课堂教学模式改变了传统教学结构、教学方式和教学流程，更新了传统教学理论、创新了教学方式，实现了个性化学习理念，其主要特征如下：
1.教与学的双主体角色
翻转课堂是以个性化方式去构建结构化与半结构化知识体系的协作性学习课堂，每一个学习者是构成翻转课堂的学习主体，学习者通过微视频技术与网络学习平台，相对独立地完成学习任务与目标，通过高度参与技术支持下的协作学习，有选择性地与学伴、教师进行线上与线下混合式交流，从而拓展和创造了多视角的学科知识。同时利用技术高效筛选微视频资源获取所需知识，每个学习者个性化自定学习步调，有效控制学习时间、学习地点与学习方式。
教师作为组织者、促进者和指导者，是构成翻转课堂教学主
体，也是微视频设计者、开发者。为学习者提供了丰富且有效的资源与技术支持，是学习者有效获取、利用、加工学习信息的核心主体。教师主导学习者的协作交流，帮助学习者建构协作情景下的系统知识与技能体系。
2.个性化的学习环境
建构翻转课堂个性化学习环境要素：一是综合技术要素，核心技术包括微视频技术与网络平台技术，加上具有评价与诊断功能的个性化学习分析系统；二是时空场地变换要素，根据个性化学习理论，已经由关注单一课堂学习场所转变为以学生为主的家庭、学校与社区等相结合的综合性学习场地，所以每个学习者可以根据需要在多个学习场地进行选择性学习；三是学习活动进程要素，核心思想是开展个性化课前学习、协作式课中交流与反思性课后评价等的学习活动进程。[3]
3.有效的微学习系统
翻转课堂更关注的是将信息技术与教学模式、教学方法实现无缝对接，在构建翻转课堂模式时主要聚焦于设计与开发个性化微视频资源，建立有效的微学习系统，翻转课堂的微学习系统包括学习主体、技术工具、组织主体、教学分工、交流共同体和微学习资源六大要素，加上学习活动设计、学习时间分配、学习进程设计和学习评价四个子系统等学习活动系统，[4]其最终目标是让微学习系统要素之间的整合性达到最大，让每个学习者主体提高学习效率。
三、翻转课堂面临的挑战与困惑
认知负荷理论强调如何在有限的学习记忆中化解复杂问题带来的压力。任何教学模式与设计的核心思想是要降低无关性认知负荷来释放学习压力。翻转课堂一定程度上变革了传统教学课堂模式，也激励了广大师生教与学的潜力，但是在实际教学过程中也带来了认知负荷与技术整合方法的困惑。
1.加重了无关性认知负荷
由于信息技术的学习冗余性给师生带来了部分记忆额外的负荷，即无关性认知负荷。无关性认知负荷妨碍或加重了学习负担。[5]微视频设计过程中，无关性认知负荷占据了组织者与学习者比较多的时间，加上数字化课件设计与使用的不当，师生占用大量的学习时间去处理与课程内容无关的冗余技术，在应用技术缺乏系统理论指导而使有限教学时间更加紧张。在微视频设计中过量的学习内容负荷影响了学习者构建长时记忆，从而影响了学习效果。所以如何有效整合技术来降低无关性认知负荷是翻转课堂学习认知首要关心的问题。
2.缺乏系统性知识的建构
Scardamalia和Bereiter认为系统性知识建构是一个不断创建与分享个人知识，并不断修正系统知识的认知过程，是通过创建认知目标、小组协同讨论、协商以达到综合的目标，以及创建新的共同的认知产物的过程来得以实现的。[6] 翻转课堂通过微视频的碎片化学习在协同知识建构方面目前无法实现以下几
点：（1）无法让学习者先前的知识结构和后期经验总结紧密联系；（2）在关注碎片化和系统性知识的双重建构中缺乏技术作为整合纽带；（3）微视频过分强调建构任务的技术性与情境性，而没有真正实现结构化知识系统性等。 3.教学法与技术之间的失衡
根据知识内化理论，翻转课堂中的协同知识建构需要教师相适宜的教法与学习者对应的学法，而优化和丰富教师翻转课堂教学法与技术的融合路径是实现个性化学习的主要手段。目前如何将技术纳入教师与学生的知识体系，全面提升教师对翻转课堂的掌控能力成为信息化教育的重要任务，实现“学习是一个协作知识建构的社会与技术过程”。[7]如何借助网络学习环境来促进教师对翻转课堂教学法的探究，以求解决并展示教师对技术与教学的实践智慧是目前翻转课堂亟待解决的问题。
四、TPACK对翻转课堂的支持
TPACK（Technological Pedagogical and Content Knowledge）由美国学者克勒和米什拉提出关于建构一种整合技术的学科教学知识思想。TPACK融合了技术、教学方法和学科内容三种要素，并提炼出三种要素交集范围内的一种新知识形态，它表征的是一种用技术思想来规范教育信息化应用的概念。
1.TPACK对翻转课堂教学的理论支持
TPACK是基于技术与教学融合的需求，是与网络化学习维度的构建相符合的，利用技术支持根据不同的教学需求构建个性化
的学习环境。TPACK分析了翻转课堂学习维度的构成，阐述了翻转课堂学习空间具备的特征与功能，通过把翻转课堂学习的各模块功能特性与TPACK中的各要素进行融合与对接，建立了技术维度、教学法维度与学科内容维度相结合的教学模式，同时再结合学习者的学习效能维度和学习自我管理维度，从而建构以“个性化、连通性、数字化”为特点的翻转课堂时空维度。
TPACK吸取了建构主义理念利用技术内化学科知识的一种教学范式，美国学者Cox在其开展的TPACK实证研究的基础上，强调利用教学概念图来细化TPACK的框架，分析了TPACK在翻转课堂教学中对学科内容的教学策略，阐述了学科内容的具体表征，并要求教师掌握使用新媒体技术基础上组织具有部分特定主题的学习资源设计与教学实践活动，并通过系统平台将与特定主题内容的表征对应起来，从而促进个性化学习。Kelly在此基础上还探讨了TPACK对课前学习的境脉进行分析与应用，进一步强调TPACK在知识学习中主动性与个性化选择的重要性。[8]
2.TPACK对翻转课堂教学的实践支持
TPACK实践性强调真实的情境设计、可重复性的微视频源建设与个性化的教学进程安排，要求教师始终坚持结合实际问题进行翻转课堂教学，开展个性化学习探究，从而支持并促进师生积极提升教学媒体应用能力、分析系统知识体系能力，增强个性化学习培育能力和组织协作性学习能力。
（1）对翻转课堂进程的设计支持
翻转课堂教学进程设计的特征与技术整合具有一致性，TPACK支持的关键在于形成教师对技术融入教学进程的创造性设计思维和主动性建构习惯。教学进程设计是一个系统性问题，根据教学设计系统性原理，教学进程将各种教学方法、教学情境、视频资源和学习案例进行混合式整合，TPACK强调教师由课程设计消费者向课程设计管理者转变，进行多维度、高层次的课堂教学进程设计管理。
（2）对翻转课堂实施的技术支持
TPACK对翻转课堂实施提供两个维度的技术支持，一个是内在维度，是教师需要一定的泛在思维，需要具备对技术、教学、内容三者融合后复杂关系的深层次理解和教学决策能力，技术作为核心动力帮助教师成为翻转课堂教学实施的主要支持。另一个是外延维度，TPACK整合教学法与技术是课堂教学的外在推动力。师生必须要掌握一定的外在技术才能够有效进行教与学。技术是TPACK发展的外向路径，无论是从翻转课堂学习内容、学习目标、学习方式上来讲，翻转课堂实施都处于技术的包围圈里，呈现明显的技术性需求。
（3）对翻转课堂教学目标的生成性支持
生成性是指教学过程中，让学习者由隐形知识到显性知识的动态转化过程，实现各种教学思想与学科知识的融合，TPACK创新了师生对教学目标的生成性转化，通过教学法与技术实践，使生成性内容与知识得以共享与提炼，实现翻转课堂的有效开展。
所以生成性支持将成为课堂教学知识内化的一个关键特性。
（4）对翻转课堂实践的系统性支持
TPACK包含了教学、知识与技术相互交集成分，是一种复杂性方式影响教师开展信息技术与课程整合的教学范式。通过TPACK实施实现翻转课堂个性化学习元素的高度体现，提高翻转课堂实践的系统性应用。目前以探究为主的翻转课堂教学模式变革了以知识本位为主的传统课堂教学模式，这种模式要求教师获得技术、教学法与知识系统性支持。
五、基于TPACK的翻转课堂教学模式的构建
根据翻转课堂设计要素与建构主义学习理论，结合TPACK思想，笔者建构了基于TPACK的翻转课堂教学模式，该教学模型按课前学习活动和课中学习活动两部分进行，由TCK模式、PCK模式、TPK模式与TPACK综合应用模式组成。通过TPACK开展翻转课堂教学实现了个性化与协作式学习环境的构建与生成，如图1所示。
1.TCK模式
翻转课堂中的TCK模式是整合技术的教学应用模式。在翻转课堂教学中对相关学科知识整合信息技术的教学应用，强调了信息技术与课程、知识教学的深层次整合。通过分析课程知识语义，建立导航、分类、链接与索引等结构体系，对学科内容在学习资源情景中实行分类与操作，实现高层次语义结构所定义的学习目标，进一步驱动学习内容的分析与知识迁移。[9]
翻转课堂教学中课前时间内，学生通过技术知识（TK）加上对学科知识（CK）的认识与识别，利用网络平台与微视频技术，加强课前练习，完成一定的学习任务。通过实践教学创设具有新媒体技术风格与特征，实现为学习者创设具有丰富资源的、多样化表现形式的教学前期环境，为进一步拓展课中协作学习积累学习容量，从而促进并提升翻转课程的教学质量。 2.PCK
模式
翻转课堂中的PCK模式是指学科教学知识模式，是指教师通过课前准备，对课程教学中的教学目标进行细化与阐述，目标是培养学习者的独立学习与实践创新能力等。通过学科教学知识集合掌握多个学习语义单位，承载多次个性化学习子任务，完成多次个性化学习子过程，最终实现信息技术书包支持个性化学习的内容结构准确性与科学性。[10]
所以在翻转教学过程中，教师通过课前设计学习活动方案，设计知识微视频源，通过网络交流平台与上传学习资源活动，注重教学知识内容的主题性和系列性，重点创设以个性化、综合性、情景性教学资源为主。将课程中若干个相互关联的任务与项目进行主题式分类与融合，让学习者在课前通过微视频多次重复相同的内容，方便学生理解课程知识并能融会贯通，以达到举一反三、触类旁通的学习效果。
3.TPK模式
翻转课堂中的TPK模式是指整合技术的教学法知识模式，是
指师生通过信息技术来创设教学情境、组织课堂学习活动，通过一定的基于技术下的会话交流与协作学习，让泛在化学习内容为主线向个性化学习活动为主线的螺旋式活动转化。让静态知识呈现方式的教材内容转化为动态式、数字化、个性化的活动内容。此模式一定程度上改革了传统教材内容的编制规则，充分利用新媒体技术实现个性化学习活动、学习过程、学习方式。强化学习者需求的差异化和递推性实现教师课前预设的教学各目标，完成教学内容的理解与应用，达到有效的信息与知识的意义建构。
[11]
此模式通过TP与TK相结合，实现技术对教学法与知识的无缝对接与支撑，利用技术对师生进行了适时与实时的引导，保证了系统化课程教学内容的严谨性，又不缺乏必要的个性化。因此在翻转课堂中利用TPK模式适用于启发式教学与探究式教学等教学方法。
4.TPACK模式
翻转课堂中的TPACK模式是利用技术、教学法与学科内容整合的知识学习模式，翻转课堂中学科知识是在技术、教学法与学科内容的相互作用中产生的，并不是三者的简单相加，而是强调技术与学科教学深入、有意义的整合。达到信息化技术单体与复合体的综合应用，突破以个体自我封闭化、孤立化学习氛围，实现体现协作性与交流性的学习团队，在团队中体现每个学习者不同的学习价值取向与风格。[12]在协作与会话层中主要包括实践
交流、协作与反馈，通过“协作学习”为主线的内容组织方式，采用预先设计的个性化学习技术，加以深层次的学习策略与多元化学习资源的呈现，真正实现会话学习，突破传统意义上封闭性、割裂性缺陷，这种协作与会话层，使学习者与组织者能有效发挥主观能动性，通过恰当的学习反馈从而提高学习绩效。
所以利用这种模式实现技术、教学法以及学科内容之间是一种动态关系，每位学习者与教师都能够将技术、教学法与学科内容整合的知识灵活地应用于各自学习知识内容中，能够根据学习实际创设符合个性化的技术、教学法与学科内容的融合方式中，从而达到最优化的教学效果。
六、基于TPACK的翻转课堂教学活动实现路径
根据以上模式的分析，笔者通过两年来对《信息技术》课程的翻转课堂教学实践，重点探究了翻转课堂模式在教学中的运行进程与实况，根据TPACK主要要素、翻转课堂特征及个性化学习要求，本研究从基于交互的微视频源设计与开发、基于系统认知的协作性学习探究与基于技术下的学习反思等三个方面作为实
现路径。
1.基于交互的微视频源设计与开发
布鲁姆认为学习者课堂中学习效果有差异的原因主要是由
于课前知识结构把握水平参差不齐。而翻转课堂是利用微视频技术支撑了每一个学习者对课前的学习方式自由把握，并提供了多样化的主题分类，所以设计交互性强的微视频可以实现缩减学习
者之间对课前知识结构掌握的差距，并进一步激发学习者的学习兴趣与动力。
微视频交互特性是属于数字化知识分类与信息化服务方式
的交互行为范畴，根据不同的需求和学习者个体特征，将内容、技术和服务实施一定的智能化交互。交互性微视频源包括实验性、操作类、习题类与理论类微视频设计与开发，其中交互过程需要动态性、反馈性与即时性，利用TPACK模式设计学习交互方式与服务，以支持学生个性化学习和泛在学习能力的提升。利用互动设计分析、内容交互分析与交互评价分析理论，通过实施互动式浏览、更新、搜索与链接等动作，真正实现数字化学习特性的人机界面交互方式、共享性资源加工技术移动式交互等交互行为，如图2所示。
2.基于系统认知的协作性学习探究
系统认知水平是指学习者个体对信息与知识源的认识、判断、评价的能力，认知水平与学习实践经验、原有知识结构、个体思维能力及知识存储量等因素有关，是影响学习者学习效果的主要因素之一。TPACK模式中强调技术对系统认知的促进与发展，所以基于系统认知下开展协作性学习，是个性化学习方式的预处理、主动接受协作学习的探究进程。
在技术支撑下，通过翻转课堂中的小组协作学习的基本方式：竞争、辩论、合作、角色扮演与问题解决等过程，实现学习者对系统认知中信号进行有序编码、合理储存、量化提取、概念
形成和问题解决的信息加工处理过程。所以说基于系统认知下的协作学习主要是帮助学习者对所知觉的信息在头脑中的多次深
入加工与处理，这也是系统认知的本质所在，如图3所示。
3.基于技术的翻转课堂教学反思构建
TPACK模式中强调技术与教学方法的有机整合，所以翻转课堂教学反思需要建立一种基于技术的反思平台，包括利用网络平台、MOOC平台、社会性软件交流平台等建立一个多维度的教学反思系统。这种翻转课堂教学反思是在如何改变学习者学习风格基础上提炼的，通过对教学方式与方法的深入追本溯源，缩短个性化学习时间与进程，实现教学效果的自我完善与提升。所以基于技术的教学反思最终就是要改变教学者与学习者的学习习惯
与思维认知，通过反思让学习者的认知、理解、学习、行动等发生质的变化，从而真正实现个性学习成效，实现知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三维一体的教学目标。七、结语
随着新媒体技术的广泛应用，如何有效地支持翻转课堂教与学，促进学生的个性发展成为信息化教育的重要任务。而TPACK 的发展为翻转课堂提供了其教育应用理论支撑，TPACK协调技术、学科知识和教学法三者的动态平衡，所以通过TPACK拓展了教师实施翻转课堂教学应用的时空与技术观等视角，为实现数字化学习的过程性评价、个性化学习发展提供了可能，对当前教学模式的变革与创新具有重要意义，也为今后开展基于大数据下的个性
化学习分析研究提供了理论框架。本研究下一阶段将以翻转课堂教学模式为基础，以学生个性化学习目标为理论指导，以TPACK 框架为实践应用，探究由泛在化地解释教学现象向系统性地为教育者工作者提供智能化阐述教学本质的转变过程。