基于AI-TPACK理論的師范生人工智能素養(yǎng)框架研究

王朋嬌 遼寧師范大學(xué)影視藝術(shù)學(xué)院

王玉兒 遼寧師范大學(xué)教育學(xué)部

王爽 遼寧省大連市西崗區(qū)中小學(xué)勞動(dòng)技能培訓(xùn)中心

●引言

師范生作為未來的“從教者”，其人工智能素養(yǎng)的高低既是教學(xué)勝任力的體現(xiàn)，也直接影響到對(duì)未來人才的培養(yǎng)。王以寧教授認(rèn)為TPACK（整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)知識(shí)）是師范生勝任教學(xué)和自身發(fā)展的一種不可或缺的知識(shí)結(jié)構(gòu)。在人工智能技術(shù)的推動(dòng)下，其學(xué)與教的方式需要重新被審視和界定。AITPACK理論符合人機(jī)協(xié)同思維下的人工智能技術(shù)、學(xué)科內(nèi)容、教學(xué)方法之間的交互關(guān)系轉(zhuǎn)變。師范生人工智能素養(yǎng)的培養(yǎng)要求能夠在人工智能環(huán)境下，整合技術(shù)開展學(xué)科教學(xué)，以達(dá)到實(shí)現(xiàn)人工智能教學(xué)勝任力的要求。[1]然而，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)人工智能素養(yǎng)的研究尚未明確，對(duì)人工智能素養(yǎng)框架研究各有側(cè)重。從整體上看，現(xiàn)有的人工智能素養(yǎng)框架主要面向?qū)ο鬄榻處熀蛯W(xué)生兩個(gè)群體，大部分框架中雖確定相應(yīng)維度但未說明具體應(yīng)用原則，雖闡述素養(yǎng)培養(yǎng)策略但指向性較為宏觀。因此，師范生人工智能素養(yǎng)框架構(gòu)建及應(yīng)用策略的研究成為必須關(guān)注并面對(duì)的現(xiàn)實(shí)問題。

●人工智能素養(yǎng)框架概述

1.人工智能素養(yǎng)

美國(guó)麻省理工學(xué)院的Cynthia Breazeal教授認(rèn)為，人工智能素養(yǎng)是人工智能核心概念在計(jì)算思維和設(shè)計(jì)思維中的體現(xiàn)，包括對(duì)人工智能技術(shù)的感知、表示和推理，機(jī)器學(xué)習(xí)，人際交互和社會(huì)影響。[2]國(guó)內(nèi)學(xué)者認(rèn)為人工智能素養(yǎng)包括與人工智能相關(guān)的知識(shí)、能力和倫理態(tài)度，是公民在人工智能時(shí)代下生產(chǎn)生活和自身發(fā)展的必備品格和能力。當(dāng)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(yǎng)是人工智能時(shí)代下公民適應(yīng)社會(huì)所需的能力，狹義上的人工智能素養(yǎng)代表著綜合素養(yǎng)，不僅有人工智能知識(shí)和能力作為基礎(chǔ)，同時(shí)，更加強(qiáng)調(diào)思維和倫理的重要性。[3]不論是能力論還是綜合素養(yǎng)論，都強(qiáng)調(diào)以知識(shí)和能力為基礎(chǔ)來培養(yǎng)倫理態(tài)度，并且都將人工智能素養(yǎng)看成公民適應(yīng)新時(shí)代所具備的核心素養(yǎng)。

所以，根據(jù)狹義上的人工智能素養(yǎng)內(nèi)容的劃分，師范生要掌握人工智能素養(yǎng)理論，要有應(yīng)用理論的實(shí)踐能力，要在理論指導(dǎo)實(shí)踐的過程中辯證看待人工智能技術(shù)的正確倫理觀?；诖?，師范生人工智能素養(yǎng)可以理解為師范生在人工智能時(shí)代下提升自身學(xué)習(xí)能力和未來職業(yè)發(fā)展需求，集知識(shí)、能力、態(tài)度和倫理于一體的綜合素養(yǎng)。這種素養(yǎng)包括師范生對(duì)人工智能技術(shù)的深層感知，以及在學(xué)習(xí)和教學(xué)實(shí)踐中開展整合和批判技術(shù)的意識(shí)和能力，它是需要師范生后天自主習(xí)得的一種行為。

2.人工智能素養(yǎng)框架

本研究采用文獻(xiàn)分析法，在中國(guó)知網(wǎng)以“人工智能素養(yǎng)”“智能素養(yǎng)”為關(guān)鍵詞，檢索到近五年相關(guān)文獻(xiàn)共32篇，與本研究直接相關(guān)的有14篇；在WOS、ACM等數(shù)據(jù)庫以“AI Literacy”為關(guān)鍵詞檢索到相關(guān)文獻(xiàn)30篇。通過文獻(xiàn)研讀，篩選出與人工智能素養(yǎng)框架相關(guān)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(guó)內(nèi)學(xué)者在基于人才培養(yǎng)目標(biāo)的背景下，結(jié)合研究對(duì)象的具體特征，從知識(shí)、技能和情感態(tài)度三維目標(biāo)構(gòu)建人工智能素養(yǎng)框架。開發(fā)的框架和模型從內(nèi)容上看涵蓋了知識(shí)、能力和倫理這三個(gè)層面，并且內(nèi)容較為全面，但忽略了可操作性指導(dǎo)建議的設(shè)計(jì)。國(guó)外學(xué)者則側(cè)重于從人工智能技術(shù)角度構(gòu)建素養(yǎng)框架，并指導(dǎo)教育者實(shí)施框架應(yīng)考慮的因素。

綜上所述，人工智能素養(yǎng)框架主要面向?qū)ο蠓譃榻處熀蛯W(xué)生兩個(gè)層面，強(qiáng)調(diào)教師能夠使用智能技術(shù)教學(xué)的能力，提升AI時(shí)代下人工智能教學(xué)勝任力，從而培養(yǎng)學(xué)生在人工智能時(shí)代下的學(xué)習(xí)和生存能力，促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展。但是，大部分的框架中僅構(gòu)建人工智能素養(yǎng)框架的相應(yīng)維度，未說明培養(yǎng)學(xué)生人工智能素養(yǎng)的具體策略，及應(yīng)當(dāng)遵循哪些原則，存在落地實(shí)現(xiàn)難度較大的問題；對(duì)師范生人工智能素養(yǎng)的框架維度的劃分，其僅將學(xué)生和教師兩個(gè)群體的框架結(jié)合，沒有考慮到師范生教學(xué)法的相關(guān)知識(shí)和能力的培養(yǎng)，同時(shí)框架意識(shí)維度中缺少師范生職業(yè)道德的培養(yǎng)。因此，對(duì)師范生人工智能素養(yǎng)框架和指標(biāo)的探討還有待進(jìn)行精細(xì)化研究。

●基于AI-TPACK理論的師范生人工智能素養(yǎng)框架的構(gòu)建

筆者根據(jù)表1中具有代表性的7個(gè)框架的一級(jí)維度內(nèi)容歸類與分析，并結(jié)合我國(guó)師范生培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行本土化設(shè)計(jì)，構(gòu)建了更具有針對(duì)性、更全面的師范生人工智能素養(yǎng)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(yǎng)框架維度

（1）一級(jí)維度

AI知識(shí)、AI能力和AI倫理是師范生人工智能素養(yǎng)的一級(jí)維度。AI知識(shí)是培養(yǎng)人工智能素養(yǎng)的基本保障，是開展教學(xué)活動(dòng)的前提條件，是培養(yǎng)技術(shù)能力、智能思維、倫理態(tài)度的文化基礎(chǔ)。AI能力是核心概念和智能思維得以應(yīng)用到實(shí)際教學(xué)實(shí)踐、學(xué)習(xí)和生活中的必備條件。AI倫理反映對(duì)人工智能技術(shù)參與教育教學(xué)的價(jià)值認(rèn)同感。

這三個(gè)維度結(jié)合師范生核心素養(yǎng)和教師職業(yè)素養(yǎng)，衍生出師范生人工智能素養(yǎng)培養(yǎng)的三大目標(biāo)：學(xué)會(huì)發(fā)展、學(xué)會(huì)教學(xué)、學(xué)會(huì)育人。其中，學(xué)會(huì)發(fā)展是師范生發(fā)展人工智能技術(shù)基本知識(shí)和原理的教學(xué)法知識(shí)的前進(jìn)方向，AI知識(shí)為師范生達(dá)成目標(biāo)提供動(dòng)力原料。學(xué)會(huì)教學(xué)作為師范生AI能力發(fā)展的導(dǎo)向，強(qiáng)調(diào)自主發(fā)展理念下對(duì)學(xué)生自身潛力的挖掘，培養(yǎng)AI時(shí)代下整合人工智能技術(shù)的學(xué)習(xí)和教研能力，為培養(yǎng)師范生能力同向助力。學(xué)會(huì)育人強(qiáng)調(diào)師范生在AI時(shí)代下肩負(fù)的責(zé)任與道德準(zhǔn)則，強(qiáng)調(diào)人工智能素養(yǎng)的可持續(xù)性、終身性和系統(tǒng)性。

（2）二級(jí)維度

筆者基于AI-TPACK理論，依托師范生人工智能素養(yǎng)框架一級(jí)維度，結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)人工智能素養(yǎng)框架，設(shè)計(jì)了師范生人工智能素養(yǎng)框架的二級(jí)維度，包括AI知識(shí)、AI能力和AI倫理三個(gè)維度。

①AI知識(shí)。AI知識(shí)依據(jù)AITPACK理論，將知識(shí)維度分為人工智能基本原理知識(shí)(AI-TK)、整合人工智能技術(shù)的學(xué)科知識(shí)(AICK)、整合人工智能技術(shù)的教學(xué)知識(shí)(AI-TPK)和整合人工智能技術(shù)的學(xué)科教學(xué)知識(shí)(AI-TPACK)。AI知識(shí)二級(jí)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(shù)學(xué)習(xí)和教學(xué)能力，AI能力的二級(jí)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(duì)人工智能技術(shù)的態(tài)度意識(shí)，以及在智能教育中的價(jià)值導(dǎo)向。AI倫理的二級(jí)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(yǎng)框架應(yīng)用原則

（1）AI知識(shí)維度應(yīng)用原則

AI知識(shí)的培養(yǎng)離不開人工智能教育，由于專業(yè)不同，師范生的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)也就不同，所以需要分析教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)對(duì)象，并圍繞課程標(biāo)準(zhǔn)，明確學(xué)生知識(shí)維度目標(biāo)層次，采取差異化策略。同時(shí)，教師還應(yīng)幫助學(xué)生理解AI-TPACK等相關(guān)的知識(shí)和學(xué)習(xí)資源，包括其定義、優(yōu)勢(shì)、局限性和教學(xué)應(yīng)用。為了讓學(xué)生更加直接地了解相關(guān)內(nèi)容，還應(yīng)提供整合人工智能技術(shù)學(xué)科教學(xué)的知識(shí)內(nèi)容以供師范生自主學(xué)習(xí)、自主探討。

（2）AI能力維度應(yīng)用原則

師范生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)強(qiáng)調(diào)真實(shí)情境，教師根據(jù)學(xué)生已有的知識(shí)基礎(chǔ)，借助技術(shù)為學(xué)生構(gòu)筑一個(gè)集協(xié)同化和個(gè)性化等多重優(yōu)勢(shì)于一體的人工智能教育場(chǎng)域。同時(shí)，給予學(xué)生提出假設(shè)和選擇的機(jī)會(huì)，通過實(shí)踐創(chuàng)造性地將理論知識(shí)推向新高度，讓學(xué)生在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)展高階思維。

（3）AI倫理維度應(yīng)用原則

AI倫理具有內(nèi)隱性特征，倫理的培養(yǎng)需要滲透在知識(shí)和能力中。教師在教學(xué)過程中，應(yīng)將思政教育置于首位，提升“三全育人”質(zhì)量；需從“傳統(tǒng)教師”轉(zhuǎn)變成為具有正確AI倫理觀的“新型教師”；既要關(guān)注學(xué)生在學(xué)習(xí)和實(shí)踐過程中的認(rèn)知過程，也要關(guān)注學(xué)生對(duì)人工智能技術(shù)的態(tài)度等非認(rèn)知過程。

●師范生人工智能素養(yǎng)培養(yǎng)策略

1.構(gòu)建多層次人工智能教育課程

AI知識(shí)的系統(tǒng)培養(yǎng)要以人工智能教育課程為主要途徑，構(gòu)建多層次、多元化的人工智能教育形態(tài)，可以從以下兩方面入手：在宏觀層面上，針對(duì)師范生群體，明確人工智能素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)和框架，確立學(xué)生發(fā)展要求。對(duì)師范生AI-TK、AI-CK、AI-TCK和AI-TPACK的考查，高校可以借鑒國(guó)內(nèi)外相關(guān)TPACK評(píng)價(jià)工具，進(jìn)行本土化修訂。在微觀層面上，高校開設(shè)人工智能系列通識(shí)課，構(gòu)建新的課程體系。例如，在公共課《現(xiàn)代教育技術(shù)》中，課程要注重學(xué)生的實(shí)踐課程的建設(shè)，培養(yǎng)學(xué)生利用智能技術(shù)、智能化設(shè)備開展“AI+”課程，在潛移默化中提升學(xué)生的人工智能素養(yǎng)。同時(shí)，高校也可開設(shè)校本課程，將人工智能的教育內(nèi)容融入到不同專業(yè)的教學(xué)中，針對(duì)不同專業(yè)的學(xué)生開設(shè)具有針對(duì)性的課程。目前，國(guó)家高等教育智慧平臺(tái)整合了人工智能相關(guān)優(yōu)質(zhì)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(shù)提供了豐富的學(xué)習(xí)資源。

2.開展高質(zhì)量的人工智能教學(xué)活動(dòng)

AI能力的培養(yǎng)要落實(shí)到真實(shí)教學(xué)情境中，以高質(zhì)量的教學(xué)活動(dòng)培養(yǎng)師范生整合技術(shù)的能力和教學(xué)能力。①整合技術(shù)的學(xué)習(xí)能力?？梢栽O(shè)計(jì)人工智能相關(guān)競(jìng)賽活動(dòng)，以具體項(xiàng)目活動(dòng)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)通用能力和高階思維能力的培養(yǎng)。設(shè)計(jì)人工智能活動(dòng)，強(qiáng)調(diào)小組協(xié)作能力、人機(jī)協(xié)同能力，并基于AI-TK、AI-CK和AI-TCK理論知識(shí)，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生算法、編程、數(shù)據(jù)和計(jì)算思維等多方面能力的考查與培養(yǎng)。師范生群體的專業(yè)不同，在活動(dòng)能力考查時(shí)，不必對(duì)各個(gè)高階思維面面俱到，需有不同的側(cè)重點(diǎn)，采取差異化培養(yǎng)策略。②在培養(yǎng)整合人工智能技術(shù)的教學(xué)能力時(shí)，高校可以通過具體的教學(xué)實(shí)踐方式展開，如教育見習(xí)、教育研習(xí)和教學(xué)實(shí)習(xí)。傳統(tǒng)的教學(xué)實(shí)踐場(chǎng)所是中小學(xué)或幼兒園，面對(duì)人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，當(dāng)前的實(shí)踐場(chǎng)所已無法滿足對(duì)師范生人工智能素養(yǎng)的培養(yǎng)。所以，在傳統(tǒng)的師范院校、政府和中小學(xué)的基礎(chǔ)上，應(yīng)增加與人工智能技術(shù)相關(guān)的企業(yè)、科技場(chǎng)館和電化教育館等，開展線上線下融合式教學(xué)實(shí)踐。

3.采用多元化人工智能教學(xué)評(píng)價(jià)

AI倫理具有內(nèi)隱性特征，因此，AI倫理的培養(yǎng)應(yīng)貫穿于師范生人工智能素養(yǎng)知識(shí)和能力的維度中。師范生AI倫理培養(yǎng)首先要求教師具備正確的倫理觀，用“以評(píng)促教、以評(píng)促學(xué)”的育人功能正向引導(dǎo)學(xué)生AI倫理的發(fā)展，堅(jiān)持全程育人。首先，應(yīng)積極探索師范生增值性評(píng)價(jià)，借助人工智能技術(shù)客觀、公平、精準(zhǔn)的特性對(duì)學(xué)生進(jìn)行描述、刻畫和評(píng)定，發(fā)揮評(píng)價(jià)的診斷功能、導(dǎo)向功能和激勵(lì)功能。同時(shí)，也可結(jié)合人工智能實(shí)驗(yàn)室守則、團(tuán)隊(duì)公約、人工智能素養(yǎng)測(cè)試量表等，對(duì)師范生人工智能素養(yǎng)作縱向評(píng)價(jià)，并注重提高師范生在教育教學(xué)實(shí)踐中的自我評(píng)價(jià)、自我反思能力。其次，人工智能本身的數(shù)據(jù)算法的特性，使得之后的評(píng)價(jià)呈現(xiàn)技術(shù)取代人為評(píng)價(jià)的趨勢(shì)。實(shí)際上，對(duì)師范生的評(píng)價(jià)是一種較為復(fù)雜的實(shí)踐活動(dòng)，對(duì)于認(rèn)知結(jié)構(gòu)可通過線性數(shù)學(xué)模型精準(zhǔn)分析，但對(duì)于非知識(shí)結(jié)構(gòu)來說，則需要評(píng)價(jià)情感的介入和調(diào)控。強(qiáng)調(diào)以人為本的實(shí)踐邏輯，才能培養(yǎng)師范生在向教師身份過渡過程中的正確AI倫理觀、學(xué)生觀和教師觀。

●結(jié)論

教育的發(fā)展需要具備人工智能素養(yǎng)的人才，師范生人工智能素養(yǎng)的培養(yǎng)是推進(jìn)基礎(chǔ)教育智能化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。筆者以培養(yǎng)人工智能素養(yǎng)為目標(biāo)導(dǎo)向，融合TPACK理論，為師范院校開展適合師范生職業(yè)發(fā)展的相關(guān)課程活動(dòng)提供有效策略。師范生人工智能素養(yǎng)的培養(yǎng)還需不斷進(jìn)行理論研究與實(shí)踐檢驗(yàn)才能真正落地，所以，未來應(yīng)增強(qiáng)TPACK理論下人工智能素養(yǎng)框架的可操作性研究，設(shè)計(jì)科學(xué)的師范生人工智能素養(yǎng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，從而對(duì)其素養(yǎng)培養(yǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)。