基于AI-TPACK理论的师范生人工智能素养框架研究

王朋娇 辽宁师范大学影视艺术学院

王玉儿 辽宁师范大学教育学部

王爽 辽宁省大连市西岗区中小学劳动技能培训中心

●引言

师范生作为未来的“从教者”，其人工智能素养的高低既是教学胜任力的体现，也直接影响到对未来人才的培养。王以宁教授认为TPACK（整合技术的学科教学知识）是师范生胜任教学和自身发展的一种不可或缺的知识结构。在人工智能技术的推动下，其学与教的方式需要重新被审视和界定。AITPACK理论符合人机协同思维下的人工智能技术、学科内容、教学方法之间的交互关系转变。师范生人工智能素养的培养要求能够在人工智能环境下，整合技术开展学科教学，以达到实现人工智能教学胜任力的要求。[1]然而，当前国内外学者对人工智能素养的研究尚未明确，对人工智能素养框架研究各有侧重。从整体上看，现有的人工智能素养框架主要面向对象为教师和学生两个群体，大部分框架中虽确定相应维度但未说明具体应用原则，虽阐述素养培养策略但指向性较为宏观。因此，师范生人工智能素养框架构建及应用策略的研究成为必须关注并面对的现实问题。

●人工智能素养框架概述

1.人工智能素养

美国麻省理工学院的Cynthia Breazeal教授认为，人工智能素养是人工智能核心概念在计算思维和设计思维中的体现，包括对人工智能技术的感知、表示和推理，机器学习，人际交互和社会影响。[2]国内学者认为人工智能素养包括与人工智能相关的知识、能力和伦理态度，是公民在人工智能时代下生产生活和自身发展的必备品格和能力。当前，围绕人工智能概念的研究主要分为两类，广义上的人工智能素养是人工智能时代下公民适应社会所需的能力，狭义上的人工智能素养代表着综合素养，不仅有人工智能知识和能力作为基础，同时，更加强调思维和伦理的重要性。[3]不论是能力论还是综合素养论，都强调以知识和能力为基础来培养伦理态度，并且都将人工智能素养看成公民适应新时代所具备的核心素养。

所以，根据狭义上的人工智能素养内容的划分，师范生要掌握人工智能素养理论，要有应用理论的实践能力，要在理论指导实践的过程中辩证看待人工智能技术的正确伦理观。基于此，师范生人工智能素养可以理解为师范生在人工智能时代下提升自身学习能力和未来职业发展需求，集知识、能力、态度和伦理于一体的综合素养。这种素养包括师范生对人工智能技术的深层感知，以及在学习和教学实践中开展整合和批判技术的意识和能力，它是需要师范生后天自主习得的一种行为。

2.人工智能素养框架

本研究采用文献分析法，在中国知网以“人工智能素养”“智能素养”为关键词，检索到近五年相关文献共32篇，与本研究直接相关的有14篇；在WOS、ACM等数据库以“AI Literacy”为关键词检索到相关文献30篇。通过文献研读，筛选出与人工智能素养框架相关并且具有代表性的文章7篇，如表1所示。

表1

从表1可以看出，国内学者在基于人才培养目标的背景下，结合研究对象的具体特征，从知识、技能和情感态度三维目标构建人工智能素养框架。开发的框架和模型从内容上看涵盖了知识、能力和伦理这三个层面，并且内容较为全面，但忽略了可操作性指导建议的设计。国外学者则侧重于从人工智能技术角度构建素养框架，并指导教育者实施框架应考虑的因素。

综上所述，人工智能素养框架主要面向对象分为教师和学生两个层面，强调教师能够使用智能技术教学的能力，提升AI时代下人工智能教学胜任力，从而培养学生在人工智能时代下的学习和生存能力，促进学生的发展。但是，大部分的框架中仅构建人工智能素养框架的相应维度，未说明培养学生人工智能素养的具体策略，及应当遵循哪些原则，存在落地实现难度较大的问题；对师范生人工智能素养的框架维度的划分，其仅将学生和教师两个群体的框架结合，没有考虑到师范生教学法的相关知识和能力的培养，同时框架意识维度中缺少师范生职业道德的培养。因此，对师范生人工智能素养框架和指标的探讨还有待进行精细化研究。

●基于AI-TPACK理论的师范生人工智能素养框架的构建

笔者根据表1中具有代表性的7个框架的一级维度内容归类与分析，并结合我国师范生培养目标进行本土化设计，构建了更具有针对性、更全面的师范生人工智能素养框架，如上页表2所示。

表2

1.基于AI-TPACK理论的师范生人工智能素养框架维度

（1）一级维度

AI知识、AI能力和AI伦理是师范生人工智能素养的一级维度。AI知识是培养人工智能素养的基本保障，是开展教学活动的前提条件，是培养技术能力、智能思维、伦理态度的文化基础。AI能力是核心概念和智能思维得以应用到实际教学实践、学习和生活中的必备条件。AI伦理反映对人工智能技术参与教育教学的价值认同感。

这三个维度结合师范生核心素养和教师职业素养，衍生出师范生人工智能素养培养的三大目标：学会发展、学会教学、学会育人。其中，学会发展是师范生发展人工智能技术基本知识和原理的教学法知识的前进方向，AI知识为师范生达成目标提供动力原料。学会教学作为师范生AI能力发展的导向，强调自主发展理念下对学生自身潜力的挖掘，培养AI时代下整合人工智能技术的学习和教研能力，为培养师范生能力同向助力。学会育人强调师范生在AI时代下肩负的责任与道德准则，强调人工智能素养的可持续性、终身性和系统性。

（2）二级维度

笔者基于AI-TPACK理论，依托师范生人工智能素养框架一级维度，结合国内外相关人工智能素养框架，设计了师范生人工智能素养框架的二级维度，包括AI知识、AI能力和AI伦理三个维度。

①AI知识。AI知识依据AITPACK理论，将知识维度分为人工智能基本原理知识(AI-TK)、整合人工智能技术的学科知识(AICK)、整合人工智能技术的教学知识(AI-TPK)和整合人工智能技术的学科教学知识(AI-TPACK)。AI知识二级维度及具体要求如上页表3所示。

表3

②AI能力。AI能力主要指师范生具有整合人工智能技术学习和教学能力，AI能力的二级维度和具体要求如上页表4所示。

表4

③AI伦理。AI伦理是指师范生对人工智能技术的态度意识，以及在智能教育中的价值导向。AI伦理的二级维度和具体要求如上页表5所示。

表5

2.基于AI-TPACK理论的师范生人工智能素养框架应用原则

（1）AI知识维度应用原则

AI知识的培养离不开人工智能教育，由于专业不同，师范生的知识经验基础也就不同，所以需要分析教学内容和教学对象，并围绕课程标准，明确学生知识维度目标层次，采取差异化策略。同时，教师还应帮助学生理解AI-TPACK等相关的知识和学习资源，包括其定义、优势、局限性和教学应用。为了让学生更加直接地了解相关内容，还应提供整合人工智能技术学科教学的知识内容以供师范生自主学习、自主探讨。

（2）AI能力维度应用原则

师范生学习能力的培养强调真实情境，教师根据学生已有的知识基础，借助技术为学生构筑一个集协同化和个性化等多重优势于一体的人工智能教育场域。同时，给予学生提出假设和选择的机会，通过实践创造性地将理论知识推向新高度，让学生在教学实践中发展高阶思维。

（3）AI伦理维度应用原则

AI伦理具有内隐性特征，伦理的培养需要渗透在知识和能力中。教师在教学过程中，应将思政教育置于首位，提升“三全育人”质量；需从“传统教师”转变成为具有正确AI伦理观的“新型教师”；既要关注学生在学习和实践过程中的认知过程，也要关注学生对人工智能技术的态度等非认知过程。

●师范生人工智能素养培养策略

1.构建多层次人工智能教育课程

AI知识的系统培养要以人工智能教育课程为主要途径，构建多层次、多元化的人工智能教育形态，可以从以下两方面入手：在宏观层面上，针对师范生群体，明确人工智能素养培养目标和框架，确立学生发展要求。对师范生AI-TK、AI-CK、AI-TCK和AI-TPACK的考查，高校可以借鉴国内外相关TPACK评价工具，进行本土化修订。在微观层面上，高校开设人工智能系列通识课，构建新的课程体系。例如，在公共课《现代教育技术》中，课程要注重学生的实践课程的建设，培养学生利用智能技术、智能化设备开展“AI+”课程，在潜移默化中提升学生的人工智能素养。同时，高校也可开设校本课程，将人工智能的教育内容融入到不同专业的教学中，针对不同专业的学生开设具有针对性的课程。目前，国家高等教育智慧平台整合了人工智能相关优质课程，如“人工智能与未来教育”“青少年人工智能教育”等，这些课程为师范生理解和使用人工智能技术提供了丰富的学习资源。

2.开展高质量的人工智能教学活动

AI能力的培养要落实到真实教学情境中，以高质量的教学活动培养师范生整合技术的能力和教学能力。①整合技术的学习能力。可以设计人工智能相关竞赛活动，以具体项目活动加强对学生基础通用能力和高阶思维能力的培养。设计人工智能活动，强调小组协作能力、人机协同能力，并基于AI-TK、AI-CK和AI-TCK理论知识，加强对学生算法、编程、数据和计算思维等多方面能力的考查与培养。师范生群体的专业不同，在活动能力考查时，不必对各个高阶思维面面俱到，需有不同的侧重点，采取差异化培养策略。②在培养整合人工智能技术的教学能力时，高校可以通过具体的教学实践方式展开，如教育见习、教育研习和教学实习。传统的教学实践场所是中小学或幼儿园，面对人工智能技术的快速发展，当前的实践场所已无法满足对师范生人工智能素养的培养。所以，在传统的师范院校、政府和中小学的基础上，应增加与人工智能技术相关的企业、科技场馆和电化教育馆等，开展线上线下融合式教学实践。

3.采用多元化人工智能教学评价

AI伦理具有内隐性特征，因此，AI伦理的培养应贯穿于师范生人工智能素养知识和能力的维度中。师范生AI伦理培养首先要求教师具备正确的伦理观，用“以评促教、以评促学”的育人功能正向引导学生AI伦理的发展，坚持全程育人。首先，应积极探索师范生增值性评价，借助人工智能技术客观、公平、精准的特性对学生进行描述、刻画和评定，发挥评价的诊断功能、导向功能和激励功能。同时，也可结合人工智能实验室守则、团队公约、人工智能素养测试量表等，对师范生人工智能素养作纵向评价，并注重提高师范生在教育教学实践中的自我评价、自我反思能力。其次，人工智能本身的数据算法的特性，使得之后的评价呈现技术取代人为评价的趋势。实际上，对师范生的评价是一种较为复杂的实践活动，对于认知结构可通过线性数学模型精准分析，但对于非知识结构来说，则需要评价情感的介入和调控。强调以人为本的实践逻辑，才能培养师范生在向教师身份过渡过程中的正确AI伦理观、学生观和教师观。

●结论

教育的发展需要具备人工智能素养的人才，师范生人工智能素养的培养是推进基础教育智能化的关键环节。笔者以培养人工智能素养为目标导向，融合TPACK理论，为师范院校开展适合师范生职业发展的相关课程活动提供有效策略。师范生人工智能素养的培养还需不断进行理论研究与实践检验才能真正落地，所以，未来应增强TPACK理论下人工智能素养框架的可操作性研究，设计科学的师范生人工智能素养的评价指标体系，从而对其素养培养进行动态评价。