基于AI-TPACK理論的師范生人工智能素養框架研究

王朋嬌 遼寧師范大學影視藝術學院

王玉兒 遼寧師范大學教育學部

王爽 遼寧省大連市西崗區中小學勞動技能培訓中心

●引言

師范生作為未來的“從教者”，其人工智能素養的高低既是教學勝任力的體現，也直接影響到對未來人才的培養。王以寧教授認為TPACK（整合技術的學科教學知識）是師范生勝任教學和自身發展的一種不可或缺的知識結構。在人工智能技術的推動下，其學與教的方式需要重新被審視和界定。AITPACK理論符合人機協同思維下的人工智能技術、學科內容、教學方法之間的交互關系轉變。師范生人工智能素養的培養要求能夠在人工智能環境下，整合技術開展學科教學，以達到實現人工智能教學勝任力的要求。[1]然而，當前國內外學者對人工智能素養的研究尚未明確，對人工智能素養框架研究各有側重。從整體上看，現有的人工智能素養框架主要面向對象為教師和學生兩個群體，大部分框架中雖確定相應維度但未說明具體應用原則，雖闡述素養培養策略但指向性較為宏觀。因此，師范生人工智能素養框架構建及應用策略的研究成為必須關注并面對的現實問題。

●人工智能素養框架概述

1.人工智能素養

美國麻省理工學院的Cynthia Breazeal教授認為，人工智能素養是人工智能核心概念在計算思維和設計思維中的體現，包括對人工智能技術的感知、表示和推理，機器學習，人際交互和社會影響。[2]國內學者認為人工智能素養包括與人工智能相關的知識、能力和倫理態度，是公民在人工智能時代下生產生活和自身發展的必備品格和能力。當前，圍繞人工智能概念的研究主要分為兩類，廣義上的人工智能素養是人工智能時代下公民適應社會所需的能力，狹義上的人工智能素養代表著綜合素養，不僅有人工智能知識和能力作為基礎，同時，更加強調思維和倫理的重要性。[3]不論是能力論還是綜合素養論，都強調以知識和能力為基礎來培養倫理態度，并且都將人工智能素養看成公民適應新時代所具備的核心素養。

所以，根據狹義上的人工智能素養內容的劃分，師范生要掌握人工智能素養理論，要有應用理論的實踐能力，要在理論指導實踐的過程中辯證看待人工智能技術的正確倫理觀。基于此，師范生人工智能素養可以理解為師范生在人工智能時代下提升自身學習能力和未來職業發展需求，集知識、能力、態度和倫理于一體的綜合素養。這種素養包括師范生對人工智能技術的深層感知，以及在學習和教學實踐中開展整合和批判技術的意識和能力，它是需要師范生后天自主習得的一種行為。

2.人工智能素養框架

本研究采用文獻分析法，在中國知網以“人工智能素養”“智能素養”為關鍵詞，檢索到近五年相關文獻共32篇，與本研究直接相關的有14篇；在WOS、ACM等數據庫以“AI Literacy”為關鍵詞檢索到相關文獻30篇。通過文獻研讀，篩選出與人工智能素養框架相關并且具有代表性的文章7篇，如表1所示。

表1

從表1可以看出，國內學者在基于人才培養目標的背景下，結合研究對象的具體特征，從知識、技能和情感態度三維目標構建人工智能素養框架。開發的框架和模型從內容上看涵蓋了知識、能力和倫理這三個層面，并且內容較為全面，但忽略了可操作性指導建議的設計。國外學者則側重于從人工智能技術角度構建素養框架，并指導教育者實施框架應考慮的因素。

綜上所述，人工智能素養框架主要面向對象分為教師和學生兩個層面，強調教師能夠使用智能技術教學的能力，提升AI時代下人工智能教學勝任力，從而培養學生在人工智能時代下的學習和生存能力，促進學生的發展。但是，大部分的框架中僅構建人工智能素養框架的相應維度，未說明培養學生人工智能素養的具體策略，及應當遵循哪些原則，存在落地實現難度較大的問題；對師范生人工智能素養的框架維度的劃分，其僅將學生和教師兩個群體的框架結合，沒有考慮到師范生教學法的相關知識和能力的培養，同時框架意識維度中缺少師范生職業道德的培養。因此，對師范生人工智能素養框架和指標的探討還有待進行精細化研究。

●基于AI-TPACK理論的師范生人工智能素養框架的構建

筆者根據表1中具有代表性的7個框架的一級維度內容歸類與分析，并結合我國師范生培養目標進行本土化設計，構建了更具有針對性、更全面的師范生人工智能素養框架，如上頁表2所示。

表2

1.基于AI-TPACK理論的師范生人工智能素養框架維度

（1）一級維度

AI知識、AI能力和AI倫理是師范生人工智能素養的一級維度。AI知識是培養人工智能素養的基本保障，是開展教學活動的前提條件，是培養技術能力、智能思維、倫理態度的文化基礎。AI能力是核心概念和智能思維得以應用到實際教學實踐、學習和生活中的必備條件。AI倫理反映對人工智能技術參與教育教學的價值認同感。

這三個維度結合師范生核心素養和教師職業素養，衍生出師范生人工智能素養培養的三大目標：學會發展、學會教學、學會育人。其中，學會發展是師范生發展人工智能技術基本知識和原理的教學法知識的前進方向，AI知識為師范生達成目標提供動力原料。學會教學作為師范生AI能力發展的導向，強調自主發展理念下對學生自身潛力的挖掘，培養AI時代下整合人工智能技術的學習和教研能力，為培養師范生能力同向助力。學會育人強調師范生在AI時代下肩負的責任與道德準則，強調人工智能素養的可持續性、終身性和系統性。

（2）二級維度

筆者基于AI-TPACK理論，依托師范生人工智能素養框架一級維度，結合國內外相關人工智能素養框架，設計了師范生人工智能素養框架的二級維度，包括AI知識、AI能力和AI倫理三個維度。

①AI知識。AI知識依據AITPACK理論，將知識維度分為人工智能基本原理知識(AI-TK)、整合人工智能技術的學科知識(AICK)、整合人工智能技術的教學知識(AI-TPK)和整合人工智能技術的學科教學知識(AI-TPACK)。AI知識二級維度及具體要求如上頁表3所示。

表3

②AI能力。AI能力主要指師范生具有整合人工智能技術學習和教學能力，AI能力的二級維度和具體要求如上頁表4所示。

表4

③AI倫理。AI倫理是指師范生對人工智能技術的態度意識，以及在智能教育中的價值導向。AI倫理的二級維度和具體要求如上頁表5所示。

表5

2.基于AI-TPACK理論的師范生人工智能素養框架應用原則

（1）AI知識維度應用原則

AI知識的培養離不開人工智能教育，由于專業不同，師范生的知識經驗基礎也就不同，所以需要分析教學內容和教學對象，并圍繞課程標準，明確學生知識維度目標層次，采取差異化策略。同時，教師還應幫助學生理解AI-TPACK等相關的知識和學習資源，包括其定義、優勢、局限性和教學應用。為了讓學生更加直接地了解相關內容，還應提供整合人工智能技術學科教學的知識內容以供師范生自主學習、自主探討。

（2）AI能力維度應用原則

師范生學習能力的培養強調真實情境，教師根據學生已有的知識基礎，借助技術為學生構筑一個集協同化和個性化等多重優勢于一體的人工智能教育場域。同時，給予學生提出假設和選擇的機會，通過實踐創造性地將理論知識推向新高度，讓學生在教學實踐中發展高階思維。

（3）AI倫理維度應用原則

AI倫理具有內隱性特征，倫理的培養需要滲透在知識和能力中。教師在教學過程中，應將思政教育置于首位，提升“三全育人”質量；需從“傳統教師”轉變成為具有正確AI倫理觀的“新型教師”；既要關注學生在學習和實踐過程中的認知過程，也要關注學生對人工智能技術的態度等非認知過程。

●師范生人工智能素養培養策略

1.構建多層次人工智能教育課程

AI知識的系統培養要以人工智能教育課程為主要途徑，構建多層次、多元化的人工智能教育形態，可以從以下兩方面入手：在宏觀層面上，針對師范生群體，明確人工智能素養培養目標和框架，確立學生發展要求。對師范生AI-TK、AI-CK、AI-TCK和AI-TPACK的考查，高校可以借鑒國內外相關TPACK評價工具，進行本土化修訂。在微觀層面上，高校開設人工智能系列通識課，構建新的課程體系。例如，在公共課《現代教育技術》中，課程要注重學生的實踐課程的建設，培養學生利用智能技術、智能化設備開展“AI+”課程，在潛移默化中提升學生的人工智能素養。同時，高校也可開設校本課程，將人工智能的教育內容融入到不同專業的教學中，針對不同專業的學生開設具有針對性的課程。目前，國家高等教育智慧平臺整合了人工智能相關優質課程，如“人工智能與未來教育”“青少年人工智能教育”等，這些課程為師范生理解和使用人工智能技術提供了豐富的學習資源。

2.開展高質量的人工智能教學活動

AI能力的培養要落實到真實教學情境中，以高質量的教學活動培養師范生整合技術的能力和教學能力。①整合技術的學習能力。可以設計人工智能相關競賽活動，以具體項目活動加強對學生基礎通用能力和高階思維能力的培養。設計人工智能活動，強調小組協作能力、人機協同能力，并基于AI-TK、AI-CK和AI-TCK理論知識，加強對學生算法、編程、數據和計算思維等多方面能力的考查與培養。師范生群體的專業不同，在活動能力考查時，不必對各個高階思維面面俱到，需有不同的側重點，采取差異化培養策略。②在培養整合人工智能技術的教學能力時，高校可以通過具體的教學實踐方式展開，如教育見習、教育研習和教學實習。傳統的教學實踐場所是中小學或幼兒園，面對人工智能技術的快速發展，當前的實踐場所已無法滿足對師范生人工智能素養的培養。所以，在傳統的師范院校、政府和中小學的基礎上，應增加與人工智能技術相關的企業、科技場館和電化教育館等，開展線上線下融合式教學實踐。

3.采用多元化人工智能教學評價

AI倫理具有內隱性特征，因此，AI倫理的培養應貫穿于師范生人工智能素養知識和能力的維度中。師范生AI倫理培養首先要求教師具備正確的倫理觀，用“以評促教、以評促學”的育人功能正向引導學生AI倫理的發展，堅持全程育人。首先，應積極探索師范生增值性評價，借助人工智能技術客觀、公平、精準的特性對學生進行描述、刻畫和評定，發揮評價的診斷功能、導向功能和激勵功能。同時，也可結合人工智能實驗室守則、團隊公約、人工智能素養測試量表等，對師范生人工智能素養作縱向評價，并注重提高師范生在教育教學實踐中的自我評價、自我反思能力。其次，人工智能本身的數據算法的特性，使得之后的評價呈現技術取代人為評價的趨勢。實際上，對師范生的評價是一種較為復雜的實踐活動，對于認知結構可通過線性數學模型精準分析，但對于非知識結構來說，則需要評價情感的介入和調控。強調以人為本的實踐邏輯，才能培養師范生在向教師身份過渡過程中的正確AI倫理觀、學生觀和教師觀。

●結論

教育的發展需要具備人工智能素養的人才，師范生人工智能素養的培養是推進基礎教育智能化的關鍵環節。筆者以培養人工智能素養為目標導向，融合TPACK理論，為師范院校開展適合師范生職業發展的相關課程活動提供有效策略。師范生人工智能素養的培養還需不斷進行理論研究與實踐檢驗才能真正落地，所以，未來應增強TPACK理論下人工智能素養框架的可操作性研究，設計科學的師范生人工智能素養的評價指標體系，從而對其素養培養進行動態評價。