AI-TPACK視域下初中信息科技教學案例設計與實踐

【摘 要】AI-TPACK理論是融合學科內容、教學法和人工智能技術的新型教育理念。文章在TPACK的框架中加入人工智能技術，用來指導初中信息科技教學案例的設計，優化信息科技教師的教學過程。將設計的教學案例應用于中學教學實踐，通過對比實驗發現，基于AI-TPACK框架的教學不僅能夠提高教師的教學效果，而且能夠提升學生的學習熱情和課堂參與度，可有效地培養學生的創新思維和解決問題能力。

【關鍵詞】AI-TPACK 信息科技 教學案例 教學實踐

【中圖分類號】G623.58 " 【文獻標識碼】A" 【文章編號】1002-3275（2025）01-58-04

隨著信息技術和人工智能技術在教育領域的廣泛應用，初中信息技術教育的教學方法需要改進、教學案例的設計需要更新。AI-TPACK（Artificial Intelligence-Technological Pedagogical Content Knowledge）將學科內容、教學法、人工智能技術進行有效整合，它強調教師在教學過程中整合人工智能技術賦能信息科技課程，構建符合人工智能時代發展的教學內容、教學方法、教學手段，給學生提供豐富的學習資源和學習體驗，以更好地滿足學生的個性化需求，培養學生的創新能力，促使學生的學習順應時代的發展，掌握應有的知識和技能。

一、AI-TPACK理論基礎

AI-TPACK框架是在TPACK框架的基礎上整合了人工智能技術，是人工智能技術與教師教學活動的有機結合，其具體組成及含義如表1所示。

在AI-TPACK框架下，通過AI智能感知掌握學生的真實學習數據，創新教師的知識體系，通過AI-TPK、AI-TCK設計真實、生動、有意義的教學案例，提供精準的學習服務，提升教學的個性化和精準性。

對中國知網中2020年至2024年篇名或關鍵詞與“AI-TPACK”相關的文獻進行檢索，共檢索到文獻13篇，總下載次數為19974次。國內對于AI-TPACK的研究尚處于起步階段，相關研究主要集中于教師智能素養框架構建［1］、提升策略［2］、師資培養［3］、專業發展［4］、理論框架構建［5］等理論探討和初步應用嘗試，缺乏系統的實證研究和實踐經驗總結。AI-TPACK視域下的教學案例設計對信息科技教師提出了更高的要求，教師需要不斷學習新知識、掌握新技能、運用新方法，提升自身的智能素養和教學能力，將人工智能技術有效地運用在教學中，推動教育的數字化轉型，提高教學質量和效率。

二、教學案例設計與實踐

（一）研究對象分析

本文以湖南省衡陽市某中學初一學生為研究對象，此次研究共包含六個班級，將他們分為A、B兩組，每組三個班級，兩組學生信息科技學習水平相當，學習能力相差不大，思維能力差異不大。其中A組采用基于AI-TPACK框架設計的教學案例進行授課，B組采用學校以往常用的教學模式。

（二）研究工具

本次研究將根據調查問卷來進行實驗結果判定，對A、B組學生在實驗前后的相關表現數據進行分析。實驗前調查問卷的主要作用是對兩組學生的初始情況進行摸底，同時將相關數據作為對照組數據，實驗后調查問卷相關數據作為實驗組數據。將實驗前后的數據進行對比分析，由此得出AI-TPACK理論框架是否能對信息科技教學產生積極的影響。

（三）教學案例

1．教學設計思路

本次教學活動基于“認識計算機”這一教學內容開展，活動內容為了解計算機的發展史和認識計算機的組成。教師先向學生講述計算機的發展史，對于各個階段的計算機的特點進行總結歸納，讓學生了解計算機的發展史，然后教師從計算機的外觀到內部組成、從硬件到軟件帶領學生認識計算機，最后向學生講解計算機的工作原理。本次教學活動涉及的學科內容知識、技術教學內容知識、學科教學知識、技術教學知識的總結如表2所示。對應用人工智能技術的教學活動中的各項知識進行總結如表3所示。

2．教學反思

教師根據學生在課堂上的反饋，收集到以下問題：學生對計算機的發展史不感興趣，但是對計算機的組成比較感興趣；學生對課本上的知識興趣不高，想要了解主機內部的組成，如CPU、顯卡、內存等知識。

教師針對以上問題進行課后教學反思，對教學內容進行調整，在滿足課程標準要求的前提下對所教授的知識的占比進行調整，進一步豐富學生感興趣的內容，逐步培養學生的學習興趣。對于學生不感興趣的課本知識，教師可以在講授這部分內容時多舉一些有趣的例子，用生動詼諧的語言提高學生的學習興趣，對于學生感興趣的知識教師可以適當拓展內容，鼓勵學生進行探究。

三、教學數據分析

（一）實驗前問卷分析

該問卷主要調查內容包括學生對計算機原理的了解程度、學生對信息科技課程的喜愛程度、學生對AI-TPACK的了解程度、學生對教學中運用AI-TPACK的接受程度、影響學生學習信息科技課程的因素。本次調查共發放153份問卷，全部收回且均有效。具體問卷內容分析如下：

1．學生對計算機原理的了解程度

關于對計算機原理的了解程度，選擇“不了解”的學生人數最多，達到40人，而選擇“清楚”和“了解”的學生人數相對較少，分別為18人和32人，有35個學生表示“聽說過”，還有28個學生表示“沒聽過”。這表明接受調查的學生對計算機原理普遍認知不足，學生在日常生活中鮮有機會接觸到與計算機原理相關的知識。針對上述問題，教師在教學時可結合生動的實例和實踐操作，以更直觀和有趣的方式，助力學生更深入地理解和掌握計算機的基本原理。

2．學生對信息科技課程的喜愛程度

關于對信息科技課程的喜愛程度，選擇喜歡信息科技課程的學生占了大半，不喜歡的學生占少部分，約有四分之一的學生對信息科技課程持中立態度。這說明大部分學生對這門學科有著濃厚興趣并且保持較積極的態度。

3．學生對AI-TPACK的了解程度

大部分學生不了解AI-TPACK，這表明這一新興教育概念的普及還有待加強。少部分學生對AI-TPACK概念有所了解，這可能與他們之前的相關學習經歷或是對新技術的特別關注有關。為了提升學生的信息素養和技術應用能力，教師有必要在教學中加強對AI-TPACK等前沿科技知識的介紹和教學。

4．學生對教學中運用AI-TPACK的接受程度

大部分學生對于新知識持積極接受態度，他們樂于探索未知，對新的學習內容和方式保持開放心態。也有少部分學生表示難以接受或是需要更多時間來適應新的學習方式。

5．影響學生學習信息科技課程的因素

影響學生學習信息科技課程的因素包括知識難度、教學資源、師資力量、學生興趣、學習動機等。這些因素在不同程度上影響學生學習信息科技課程的效果。值得注意的是，各個因素的影響程度有所差異，相較于其他因素，知識難度對學生學習信息科技課程的影響最為顯著。

（二）實驗后問卷分析

實施教學方案后，研究者發放問卷對實驗效果進行調查，該問卷的調查內容包括對信息科技課程的態度、課堂行為變化等方面。本次調查共發放100份問卷，全部收回且有效。具體問卷內容分析如下：

1．學生對信息科技課程的態度變化

AI-TPACK這一融合學科內容、教學法、人工智能技術的新概念，在一定程度上激發了學生對信息科技課程的興趣。引入AI-TPACK后，學生的聽課積極性顯著提升，這反映出學生對新興技術的好奇心和探索欲。更重要的是，AI-TPACK融入教學使得大部分學生在上課時更專心致志地聽講，而不是利用課堂時間去完成其他科目的學習任務。這種變化不僅提高了學生的學習效率，而且為信息科技課程的教學帶來了活力和新的方向。

2．學生在信息科技課堂的行為變化

基于AI-TPACK設計的教學案例能夠讓學生更加輕松地跟隨教師的思維開展學習。調查數據顯示，學生課堂參與度顯著提高，并且能夠清楚地知道自己每節課所學的知識重點，從而加深對知識的理解和鞏固。此外，AI-TPACK教學案例中獨特的教學設計和互動性使教學效果得到顯著提升，學生得以在愉快的學習氛圍中掌握知識。

（三）訪談分析

為了了解學生在課堂上更加具體的學習細節，研究者在課后對學生進行了訪談。本次訪談涉及四個問題，對象包括15個學生，每個問題及其具體回答情況如下：

問題一是本節課的課題導入環節設計得如何？能夠吸引你的興趣讓你更有學習的動力嗎？

10個學生表示課題導入環節的圖片有助于他們將注意力集中于課堂教學內容，有助于提高他們的學習效率，激發他們的學習興趣。3個學生表示課題導入環節進行得太快，他們來不及接收所有信息就結束了。2個學生表示對課程內容不感興趣，上課時沒有用心觀看。

問題二是你們覺得課堂上通過播放視頻讓你們了解計算機的組成部分的教學形式如何？對于你們的學習有幫助嗎？

13個學生表示視頻講解能讓他們在短時間內形成一種瞬時記憶，通過將圖片、聲音與視頻結合進行教學，學生能夠更加深刻地理解知識。同時教學視頻中將CPU比作大腦、顯示屏比作眼睛等，能夠讓學生更簡單地理解知識。2個學生表示書本上的知識方便后續識記，而視頻中的內容只能讓他們在課堂上記住，課后容易忘記。

問題三是課堂上運用AI-TPACK理論進行知識講授，會讓你們有耳目一新的感覺嗎？能夠讓你們產生學習信息科技課程的興趣嗎？

12個學生表示運用新的技術來教學會讓他們感到新穎，有助于提高他們的學習興趣，但也有3個學生表示運用新的技術來教學會讓他們感到陌生，有時跟不上教師的教學思路。

問題四是你們希望老師在教授書本知識后，在有時間的情況下給你們講授一些關于計算機其他方面的知識嗎？

14個學生表示想聽教師講解其他知識，1個學生表示希望教師能夠留一些時間讓他自主復習本節課所學知識。

四、結語

根據實驗前后的調查問卷數據和訪談信息可知，AI-TPACK在信息科技教學中起到積極作用，通過融入人工智能相關的技術與知識，學生的信息素養得到提升，學習興趣也被激發。并且結合課堂觀察發現，學生的課堂參與度明顯提升，課堂行為也表現為正反饋。教師需要注意的是，不是所有學生都能在短時間內接受新技術和新概念，教師需要把握好節奏，以免教學變化過大挫傷學生學習的積極性。此外，教師應根據學生的實際需求和興趣，適當拓展教學內容，使學生在學習書本知識之余進一步拓寬視野，增強綜合素質。

【參考文獻】

［1］王朋嬌，王玉兒，王爽．基于AI-TPACK理論的師范生人工智能素養框架研究［J］．中國信息技術教育，2023（20）：67-71.

［2］庫在強，田茂棟，葉蕾．人工智能視域下高中數學教師AI-TPACK的提升策略［J］．中小學教師培訓，2023（9）：28-33.

［3］馬睿，曾玲，羅生全．基于整合人工智能技術的學科教學知識（AI—TPACK）理念的教師校本發展模式［J］．中小學教材教學，2023（8）：65-70.

［4］張群，田格格．AI-TPACK理論視角下教師智能教育素養：模型構建及培養策略［J］．開放學習研究，2023，28（6）：30-40.

［5］閆志明，付加留，朱友良，等．整合人工智能技術的學科教學知識（AI-TPACK）：內涵、教學實踐與未來議題［J］．遠程教育雜志，2020（5）：23-34.

焦鉻 / 衡陽師范學院計算機學院，教授，博士，從事人工智能教育教學研究（衡陽 421000）；曾令成 / 湖南常寧市松柏中學，一級教師，從事中學信息科技教學（常寧 421500）；蔣穎潔 / 湖南衡陽市船山實驗中學，高級教師，從事中學信息科技教學（衡陽 421000）；曾蕾 / 湖南衡陽師范學院祁東附屬中學，二級教師，從事中學信息科技教學（祁東 421600）；鄭光勇 / 衡陽師范學院計算機學院，副教授，從事計算機教育教學研究（衡陽 421000）

【基金項目】湖南省基礎教育教學改革重點項目“AI-TPACK視域下初中信息技術教師智能素養提升策略研究”（Z2023154）