閆志明 付加留 朱友良 段元美

（1.魯東大學(xué) 教育科學(xué)學(xué)院；2.魯東大學(xué) 教師教育學(xué)院，山東煙臺(tái) 264011）

一、引言

人工智能技術(shù)正從本質(zhì)上改變著技術(shù)與人的關(guān)系，重塑著教育生態(tài)系統(tǒng)，成為世界各國政府、教育部門、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)等爭先關(guān)注的焦點(diǎn)[1]。在國內(nèi)，2017年7月，國務(wù)院頒發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》要求“實(shí)施全民智能教育項(xiàng)目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程”；2018年4月，教育部頒發(fā)《教育信息化2.0 行動(dòng)計(jì)劃》，提出要以人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)為基礎(chǔ)，積極開展智慧教育創(chuàng)新研究和示范，推動(dòng)新技術(shù)支持下的教育模式變革和生態(tài)重構(gòu)。在國外，為抓住人工智能發(fā)展的戰(zhàn)略機(jī)遇，美國在2016 至2018年先后發(fā)布《為人工智能的未來做好準(zhǔn)備》《美國人工智能研發(fā)戰(zhàn)略規(guī)劃》和《美國機(jī)器智能國家戰(zhàn)略》 三份國家級人工智能戰(zhàn)略報(bào)告，均強(qiáng)調(diào)教育是人工智能技術(shù)應(yīng)用最重要的領(lǐng)域之一[2]。英國開放大學(xué)2019年在《創(chuàng)新教學(xué)報(bào)告》中，提出了“機(jī)器人陪伴學(xué)習(xí)”的概念，在2020 版中繼續(xù)關(guān)注人工智能主題，將“人工智能教育應(yīng)用”作為開篇，并對人工智能教育應(yīng)用作了詳細(xì)的論述，認(rèn)為其未來發(fā)展前景廣闊[3]。2019年5月，聯(lián)合國教科文組織在中國北京召開了主題為“規(guī)劃人工智能時(shí)代的教育：引領(lǐng)與跨越”的人工智能與教育大會(huì)，會(huì)議發(fā)布的文件圍繞政策制定、教育管理、教學(xué)與教師、學(xué)習(xí)與評價(jià)等10 個(gè)議題，對人工智能時(shí)代的教育做出了全面規(guī)劃[4]。這些均標(biāo)志著人工智能促進(jìn)教育變革，已經(jīng)成為一種國際性共識(shí)與行動(dòng)路徑。

近年來，從智能導(dǎo)師系統(tǒng)，到智能化學(xué)習(xí)環(huán)境，再到人工智能教師，隨著人工智能技術(shù)為教育變革不斷注入活力，在重塑新的教育生態(tài)的同時(shí)，也對教師的知識(shí)能力結(jié)構(gòu)提出了新的要求。智能代理、專家系統(tǒng)、虛擬化與網(wǎng)絡(luò)化的智能學(xué)習(xí)環(huán)境等人工智能技術(shù)在教育中的廣泛應(yīng)用，要求教師不斷提高自己的技術(shù)與信息素養(yǎng)，提升人工智能教育應(yīng)用水平；人工智能技術(shù)改變了教學(xué)環(huán)境和教學(xué)模式，要求教師不斷探究適合智能化學(xué)習(xí)環(huán)境的教學(xué)模式、策略和方法，提升個(gè)性化教學(xué)的設(shè)計(jì)、實(shí)施與評價(jià)水平；人工智能技術(shù)改造了人類知識(shí)的理念，要求教師根據(jù)教學(xué)需求重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，把硬知識(shí)、軟知識(shí)、通過AI獲取的“灰知識(shí)”、人機(jī)合作的“黑知識(shí)”[5]以及人工智能知識(shí)融合在一起，構(gòu)建新的教學(xué)內(nèi)容知識(shí)體系。

早在2006年，美國密西根州立大學(xué)米什拉和科勒（Mishra & Koehler）在舒爾曼（Shulman）學(xué)科教學(xué)知識(shí)（Pedagogical Content Knowledge，簡稱PCK）的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了教師知識(shí)理論模型。認(rèn)為在信息時(shí)代，教師的專業(yè)知識(shí)包含技術(shù)知識(shí)（Technological Knowledge，簡稱TK）、教學(xué)知識(shí)（Pedagogical Knowledge，簡稱PK）和學(xué)科知識(shí)（Content Knowledge，簡稱CK）三種基本形式。三者兩兩結(jié)合分別構(gòu)成了整合技術(shù)的教學(xué)知識(shí)（Technological Pedagogical Knowledge，簡稱TPK）、整合技術(shù)的學(xué)科知識(shí)（Technological Content Knowledge，簡稱TCK）和學(xué)科教學(xué)知識(shí)（Pedagogical Content Knowledge，簡稱PCK）。而三種知識(shí)結(jié)合在一起，就形成了整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)知識(shí)（Technological Pedagogical Content Knowledge，簡稱TPACK）。

TPACK 理論框架的提出已經(jīng)10 多年，而這10多年來，信息技術(shù)的發(fā)展可謂迅猛，尤其是新一代人工智能技術(shù)的興起，使人類從信息時(shí)代開始轉(zhuǎn)向一個(gè)全新的智能時(shí)代，整個(gè)社會(huì)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)生活方式甚至思維方式都因人工智能技術(shù)而發(fā)生巨變，正如軟銀首席執(zhí)行官孫正義所言，“一切都將被重新定義”。隨著人工智能技術(shù)與教育教學(xué)融合的加深，原有的TPACK 是否還適應(yīng)當(dāng)下的教學(xué)需求與教師專業(yè)發(fā)展需要，就成為了一個(gè)需要思考的現(xiàn)實(shí)問題。我們需要審視與探討的是：在人工智能時(shí)代，TPACK 是否需要注入新的內(nèi)涵?融入人工智能技術(shù)后的TPACK又會(huì)對教學(xué)形態(tài)、學(xué)習(xí)環(huán)境等方面帶來什么新的改變？總之，重新探索技術(shù)、教學(xué)法、學(xué)科內(nèi)容三者之間的關(guān)系，構(gòu)建基于人工智能技術(shù)的TPACK 新框架，已經(jīng)成為當(dāng)前一個(gè)亟待解決的課題。

二、AI-TPACK 的提出與內(nèi)涵解讀

按照現(xiàn)有的TPACK 理論框架，教師只有充分認(rèn)識(shí)到學(xué)科內(nèi)容、教學(xué)法和技術(shù)三個(gè)要素之間的交互關(guān)系，才能實(shí)現(xiàn)技術(shù)與教學(xué)的有效整合[6]。在TPACK框架中，技術(shù)知識(shí)相對于教學(xué)知識(shí)和學(xué)科知識(shí)而言，總是處于一種變化不定的狀態(tài)[7]，屬于TPACK 框架中最活躍的因素。我們認(rèn)為，當(dāng)人工智能技術(shù)知識(shí)與思維進(jìn)入到教師專業(yè)知識(shí)體系中，與其相關(guān)的其他知識(shí)要素也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，即TPK 就轉(zhuǎn)變?yōu)锳I-TPK、TCK 就轉(zhuǎn)變?yōu)锳I-TCK，而TPACK 則轉(zhuǎn)變?yōu)锳I-TPACK?；诖?，我們提出了AI-TPACK 新理論框架（見圖1）。

圖1 AI-TPACK 新理論框架

（一）AI-TK

人工智能技術(shù)知識(shí)（AI-TK）是教師對教學(xué)中可用的人工智能技術(shù)的認(rèn)識(shí)與理解，它包括對教育領(lǐng)域中看得見、摸得著的人工智能平臺(tái)、工具、產(chǎn)品、資源的了解與熟悉，也包括人工智能技術(shù)教育應(yīng)用的思維方式，如，人工智能思維、計(jì)算思維、數(shù)據(jù)思維等。眾所周知，進(jìn)入人工智能時(shí)代，數(shù)據(jù)就是生產(chǎn)資料[8]。數(shù)據(jù)思維是人類利用數(shù)據(jù)創(chuàng)造價(jià)值的一種思維能力，是以人們獲得的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、比較、綜合、抽象和概括，進(jìn)而形成概念、推理和判斷，使之對客觀事物的認(rèn)識(shí)從感性上升到理性的一種思維過程[9]。數(shù)據(jù)思維可以看作是一種生產(chǎn)資料視角的思維方式。計(jì)算思維則是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念，來進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)[10]。

相比于計(jì)算思維，人工智能思維超越了邏輯和算法的視角，如，問題解決時(shí)對知識(shí)庫和案例庫的應(yīng)用，對常識(shí)的捕獲和推理，對語義和語境處理的支持，以及對非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)處理等，還涵蓋深度學(xué)習(xí)和認(rèn)知計(jì)算背后的基本思想[11]。我們認(rèn)為，人工智能思維與計(jì)算思維、數(shù)據(jù)思維相互交叉和重疊，它們都是AI-TK 的重要內(nèi)容，從思維層面指導(dǎo)著教育中人工智能技術(shù)的應(yīng)用。因此，對于教育中的人工智能技術(shù)，從TPACK 視角可以劃分為：面向?qū)W與教過程的人工智能技術(shù)、面向教學(xué)內(nèi)容的人工智能技術(shù)以及整合性的人工智能技術(shù)。

1.面向?qū)W與教過程的人工智能技術(shù)

面向?qū)W與教過程的人工智能技術(shù)主要是與教學(xué)過程、學(xué)習(xí)過程相關(guān)的人工智能技術(shù)，比如，智能識(shí)別技術(shù)、學(xué)習(xí)分析技術(shù)等。智能識(shí)別技術(shù)是通過計(jì)算機(jī)用數(shù)學(xué)技術(shù)方法來進(jìn)行圖像、語言、語義等方面的自動(dòng)處理和研讀，它包括面部識(shí)別技術(shù)、語音識(shí)別技術(shù)、語義識(shí)別技術(shù)、眼部追蹤技術(shù)等。面部識(shí)別技術(shù)通過提取生物特征，來判斷是否存在面像并分離出面像（見圖2）。圖像識(shí)別、語音識(shí)別等技術(shù)，可以在情緒感知領(lǐng)域做到即時(shí)診斷與評價(jià)，通過對視、聽、觸多種元素的合理搭配，通過表情變化了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。

近年來，嵌入面部識(shí)別技術(shù)的智能化教學(xué)系統(tǒng)，不但可以將教師從點(diǎn)名等課堂管理活動(dòng)中解放出來，而且可以通過對學(xué)生面部表情的識(shí)別，記錄學(xué)生的課堂或在線學(xué)習(xí)表現(xiàn)，并及時(shí)反饋給教師和家長。語義識(shí)別技術(shù)可以對圖片信息進(jìn)行語義識(shí)別并提供反饋。例如，拍照搜題軟件就是通過對圖片內(nèi)容進(jìn)行提取，然后依托語義識(shí)別技術(shù)進(jìn)行語義判斷，來給出反饋答案和解決方案。這類軟件對手寫信息的識(shí)別準(zhǔn)確率已經(jīng)達(dá)到70%以上，逐漸成為學(xué)生自主學(xué)習(xí)不可缺少的工具。

學(xué)習(xí)分析技術(shù)是通過分析學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，來評估學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)展，預(yù)測未來的表現(xiàn)，并發(fā)現(xiàn)潛在問題的一類技術(shù)。我們可以把學(xué)習(xí)分析技術(shù)看作是人工智能領(lǐng)域的機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析、話語分析、內(nèi)容分析等一組技術(shù)的集合。學(xué)習(xí)分析技術(shù)可分析學(xué)生的知識(shí)水平、認(rèn)知能力、學(xué)習(xí)風(fēng)格，對學(xué)生的學(xué)習(xí)行為習(xí)慣、情感交流傾向、情緒興趣等信息，進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄和追蹤服務(wù)，并辨識(shí)出小組活動(dòng)中具有明顯差異行為的學(xué)生，從而為教師提供預(yù)警與反饋[12]。

2.面向教學(xué)內(nèi)容的人工智能技術(shù)

圖2 面部識(shí)別技術(shù)

面向教學(xué)內(nèi)容的人工智能技術(shù)，主要是與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的人工智能技術(shù)，典型的如知識(shí)圖譜技術(shù)、擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)等。知識(shí)圖譜是一種體量巨大、在知識(shí)點(diǎn)之間和知識(shí)點(diǎn)與教學(xué)資源之間建立連接的語義網(wǎng)絡(luò)。知識(shí)圖譜基于課程標(biāo)準(zhǔn)與學(xué)科教學(xué)規(guī)律進(jìn)行構(gòu)建，能夠有效地組織學(xué)科知識(shí)體系，幫助學(xué)習(xí)者更好地進(jìn)行知識(shí)關(guān)聯(lián)和聯(lián)想，為精準(zhǔn)化教學(xué)、個(gè)性化學(xué)習(xí)等提供支持。例如，edukg.org 就是清華大學(xué)的研究人員構(gòu)造出的一種表示基礎(chǔ)教育領(lǐng)域知識(shí)的知識(shí)圖譜，該圖譜可應(yīng)用到知識(shí)搜索、知識(shí)快照、知識(shí)問答、知識(shí)鏈接等方面（見圖3）。

圖3 知識(shí)圖譜中的知識(shí)快照

擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)（XR）旨在將物理世界與虛擬世界進(jìn)行融合，為學(xué)生提供完全沉浸式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，它包括增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、混合現(xiàn)實(shí)（MR）等技術(shù)[13]。擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以有效擴(kuò)大實(shí)踐學(xué)習(xí)的范圍，提升高觸感的學(xué)習(xí)體驗(yàn)[14]。例如，蘆鵬飛教授依托“5G+4K+全息投影”為學(xué)生搭建的虛實(shí)融合的全息教室（見圖4），將教學(xué)內(nèi)容生成3D 圖形與影像，再配以4K 的超高清視頻，使學(xué)生獲得了“栩栩如生”的教學(xué)內(nèi)容；Salvetti 等[15]為STEM 學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室（見圖5），將現(xiàn)實(shí)世界中的事物、工具和對象集成到一個(gè)多感官的場景中，使學(xué)習(xí)者完全沉浸在一個(gè)3D 或全息的擬真場景中，并可以通過自然的手勢與內(nèi)容互動(dòng)，而不受穿戴設(shè)備的限制。

3.整合性的人工智能技術(shù)

整合性的人工智能技術(shù)是指同時(shí)對學(xué)與教過程和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行處理的人工智能技術(shù)，當(dāng)前整合性的人工智能技術(shù)教育產(chǎn)品，在一定程度上可以替代人類教師開展教學(xué)，典型的如智能教學(xué)系統(tǒng)、智慧學(xué)伴等。

智能教學(xué)系統(tǒng)（ITS）是一個(gè)能夠模擬人類教師來幫助、輔導(dǎo)學(xué)習(xí)者進(jìn)行學(xué)習(xí)的智能系統(tǒng)，它同時(shí)能夠管理學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，幫助教師完成對學(xué)生的自動(dòng)評價(jià)等工作。例如，邏輯導(dǎo)師（Deep Thought）可以根據(jù)學(xué)生對知識(shí)的熟練程度進(jìn)行智能問題選擇，按需自動(dòng)生成提示，并基于對學(xué)生的聚類，確定問題解決策略[16]；編程智能教學(xué)助理（Intelligent Teaching Assistant for Programming）可以通過狀態(tài)抽象、路徑構(gòu)造和狀態(tài)具體化等方式，為編程過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤的學(xué)生提供個(gè)性化的提示[17]；Knewton 系統(tǒng)[18]會(huì)基于對學(xué)生初始評估結(jié)果來確定學(xué)生的水平，然后搜尋庫存內(nèi)容，以找到最合適學(xué)生的視頻、作業(yè)、游戲或其他內(nèi)容。

圖4 全息教室

圖5 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室

智慧學(xué)伴是一類可以直接講授并及時(shí)回答學(xué)生提出的問題，感知并調(diào)整學(xué)生情緒的教育機(jī)器人。這類機(jī)器人主要用作對學(xué)生的智能陪伴和陪學(xué)，能夠?qū)崟r(shí)解決學(xué)生的問題[19]。比如，美國加州Embodied公司研發(fā)的社交機(jī)器人Moxie，它具有情感意識(shí)，可以通過有感染力的言語、生動(dòng)的臉部表情與結(jié)合手勢的肢體動(dòng)作來理解與表達(dá)情緒，從而與兒童進(jìn)行良好互動(dòng)。新加坡南洋理工大學(xué)Thalmann 研發(fā)的Nadine,也可以學(xué)習(xí)人類的表情、手勢及說話方式，并運(yùn)用這些“知識(shí)”與人溝通交流。

（二）AI-TPK、AI-TCK 與AI-TPACK

1.AI-TPK

基于人工智能技術(shù)的教學(xué)活動(dòng)，對當(dāng)今的教師提出了更高的要求。在人工智能技術(shù)豐富的課堂環(huán)境中，教師需要深入理解人工智能技術(shù)在延展人類感官功能和滿足學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)等方面的強(qiáng)大張力；需要具備更加精細(xì)和復(fù)雜的教學(xué)設(shè)計(jì)知識(shí)和能力，并熟悉人工智能的使用條件和使用時(shí)機(jī)；需要對人工智能教學(xué)系統(tǒng)反饋的 “學(xué)生學(xué)情報(bào)告” 進(jìn)行解讀，并制定精準(zhǔn)的個(gè)性化學(xué)習(xí)策略方案；需要根據(jù)教學(xué)需求，設(shè)計(jì)需要人工智能教學(xué)系統(tǒng)完成的教學(xué)任務(wù)，并在教學(xué)中適時(shí)發(fā)送請求給人工智能教學(xué)系統(tǒng)；需要在人工智能教學(xué)系統(tǒng)的協(xié)同下，完成對學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容和資源的推送，以及對學(xué)生學(xué)習(xí)的個(gè)性化指導(dǎo)和幫助。上述活動(dòng)的順利開展，均需要教師具有豐富的AI-TPK 知識(shí)。

AI-TPK 是指教師對教學(xué)和學(xué)習(xí)如何因人工智能技術(shù)的使用而改變的一種動(dòng)態(tài)理解，它包括教師要理解人工智能技術(shù)同教與學(xué)之間的互相支持、給養(yǎng)和限制，并且能夠據(jù)此設(shè)計(jì)出合適的教學(xué)策略、教學(xué)活動(dòng)的知識(shí)[20]。AI-TPK 知識(shí)是人工智能技術(shù)知識(shí)（AITK）與教學(xué)法知識(shí)（PK）的結(jié)合。教師如果只是對各種人工智能技術(shù)工具有所了解，如，各種教學(xué)機(jī)器人、學(xué)習(xí)分析工具等，但不知道怎么利用這些工具支持教學(xué)活動(dòng)，那教師只是擁有了AI-TK 知識(shí)。

圖6 基于學(xué)習(xí)分析技術(shù)的ALEKS 導(dǎo)師評估報(bào)告

教師的AI-TPK 知識(shí)，集中體現(xiàn)在教師將人工智能技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)活動(dòng)方面。例如，有學(xué)者基于edX平臺(tái)上的MOOC 課程數(shù)據(jù)，利用RNN 深度學(xué)習(xí)技術(shù)，開發(fā)了學(xué)生“學(xué)習(xí)儀表盤”，當(dāng)MOOC 教師能夠利用學(xué)習(xí)儀表盤完成學(xué)情分析、預(yù)測學(xué)習(xí)走向，并通過儀表盤提供的交叉過濾視圖，為學(xué)生提供有針對性的指導(dǎo)時(shí)[21]，教師的AI-TK 知識(shí)就轉(zhuǎn)變?yōu)榱薃I-TPK 知識(shí)。再如，ALEKS（見圖6）是麥格勞-希爾（Mc Graw-Hill）設(shè)計(jì)的一款智能教學(xué)與評估系統(tǒng)，對系統(tǒng)功能的了解只是AI-TK 知識(shí)，當(dāng)教師知道怎么使用該系統(tǒng)來管理學(xué)生數(shù)據(jù)、監(jiān)督學(xué)習(xí)進(jìn)度，并根據(jù)不同學(xué)生的情況，定義學(xué)習(xí)內(nèi)容和形式以進(jìn)行針對性指導(dǎo)時(shí)[22]，教師才形成了AI-TPK 知識(shí)。

2.AI-TCK

整合人工智能技術(shù)的學(xué)科知識(shí)（AI-TCK）是關(guān)于人工智能技術(shù)與學(xué)科內(nèi)容相互影響和相互限制方面的知識(shí)。使用人工智能技術(shù)工具，對學(xué)科內(nèi)容進(jìn)行轉(zhuǎn)變的方法是這類知識(shí)的主要內(nèi)容。例如，教師通過智能信息感知與識(shí)別引擎、智能推理引擎、多模態(tài)反應(yīng)生成器等，把難度較大的不同種類知識(shí)，以圖形、視頻、游戲、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)等形式傳遞給學(xué)習(xí)者，將概念與形象信息進(jìn)行整合，使概念的學(xué)習(xí)從單純的文字或視覺、聽覺信息，擴(kuò)展到味覺、觸覺等富感官或全感官信息，以促進(jìn)學(xué)生思維與感知的緊密聯(lián)系。教師借助人工智能技術(shù)，根據(jù)學(xué)習(xí)者的知識(shí)水平、認(rèn)知狀態(tài)、學(xué)習(xí)偏好等，為學(xué)習(xí)者提供高沉浸、高交互、高構(gòu)想的學(xué)習(xí)內(nèi)容[23]。

人工智能技術(shù)在改變著學(xué)科內(nèi)容的表達(dá)形式同時(shí)，也在改變著對學(xué)科內(nèi)容的訪問方式。一方面，知識(shí)的邊界在不斷延伸，學(xué)科知識(shí)的收集、存儲(chǔ)、分析和使用越來越便利，學(xué)科知識(shí)越來越傾向于被放在云端之上，以實(shí)現(xiàn)知識(shí)的服務(wù)共享、協(xié)作創(chuàng)新[24]。在人工智能、大數(shù)據(jù)、傳感系統(tǒng)等技術(shù)支持下，學(xué)習(xí)內(nèi)容可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的迭代優(yōu)化，在滿足教學(xué)和學(xué)習(xí)活動(dòng)需要的同時(shí)，依發(fā)展所需不斷實(shí)現(xiàn)更新?lián)Q代。教師只有了解人工智能技術(shù)給學(xué)科內(nèi)容呈現(xiàn)所帶來的種種變化，并充分利用各種人工智能技術(shù)來有效地表征、轉(zhuǎn)化、總結(jié)、呈現(xiàn)學(xué)科知識(shí)，才能拓展學(xué)科知識(shí)的深度與廣度。

3.AI-TPACK

AI-TPACK 是一種由學(xué)科知識(shí)、教學(xué)知識(shí)和人工智能技術(shù)知識(shí)三種知識(shí)交織而產(chǎn)生的一種知識(shí)。這種知識(shí)不同于學(xué)科專家和人工智能技術(shù)專家擁有的知識(shí)，也不同于那種與學(xué)科無關(guān)的一般教學(xué)法知識(shí)，而是一種利用人工智能技術(shù)、針對特定學(xué)科內(nèi)容開展教學(xué)的知識(shí)。具體來說，AI-TPACK 知識(shí)包括以下內(nèi)容：使用人工智能技術(shù)表達(dá)學(xué)科概念的知識(shí)；以創(chuàng)造性的方式使用人工智能技術(shù)來教學(xué)的教法技巧；使用人工智能技術(shù)矯正學(xué)生在概念學(xué)習(xí)的過程中面臨難題的知識(shí)；怎樣利用人工智能技術(shù)，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上發(fā)展學(xué)生的新認(rèn)識(shí)論或強(qiáng)化已有認(rèn)識(shí)論方面的知識(shí)。需要特別注意的是，相對于電子白板、Excel等傳統(tǒng)的非智能性信息技術(shù)工具，很多人工智能教育產(chǎn)品本身就是學(xué)科內(nèi)容、教學(xué)方法與智能技術(shù)的融合體。也就是說作為產(chǎn)品，它們擁有與人類教師類似的AI-TPACK 知識(shí)，可以獨(dú)自或與人類教師協(xié)同完成教學(xué)任務(wù)。

因此，人工智能時(shí)代還需要超越僅僅把人工智能技術(shù)作為教學(xué)與學(xué)習(xí)工具的看法，應(yīng)該把人類教師與AI 教師怎樣協(xié)同工作的知識(shí)，納入AI-TPACK的范疇，甚至可以說人機(jī)協(xié)同思維下人工智能技術(shù)、學(xué)科內(nèi)容、教學(xué)方法之間的交互關(guān)系，均成為AITPACK 的核心內(nèi)涵。例如，教學(xué)機(jī)器人Pepper（見圖7），能夠以助教的身份從事授課、討論、訓(xùn)練、測試、考試以及管理等相關(guān)工作；而具有AI-TPACK 的人類教師，應(yīng)該知道什么時(shí)候在課堂上應(yīng)用教學(xué)機(jī)器人，如何與教學(xué)機(jī)器人協(xié)同工作等。

圖7 日本小學(xué)中教學(xué)機(jī)器人Pepper 與學(xué)生互動(dòng)

另外，AI-TPACK 知識(shí)還包括教師對人工智能技術(shù)在教學(xué)中應(yīng)用有可能會(huì)帶來的風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)的了解。如,人工智能與教育主體的權(quán)利嬗變、算法推薦與學(xué)生個(gè)性的發(fā)展異化、人工情感與人機(jī)互動(dòng)的情感危機(jī)、智能感知與教育數(shù)據(jù)的價(jià)值困境等[25]。教師只有熟知AI 技術(shù)的功效與缺陷，做到人機(jī)優(yōu)勢互補(bǔ)，才能共建高效課堂。

三、AI-TPACK 的三個(gè)發(fā)展途徑

上述我們提出的AI-TPACK 框架中，雖然有七種知識(shí)，但已往的相關(guān)研究和經(jīng)驗(yàn)都證明，孤立的AITK、PK、CK 都不足以支持教師將人工智能技術(shù)有效應(yīng)用到教學(xué)中，只有將三者相結(jié)合形成的AI-TPACK知識(shí)，才是教師開展人工智能技術(shù)與課堂教學(xué)整合最有效的知識(shí)基礎(chǔ)。因此，教師AI-TPACK 的發(fā)展路徑主要有三個(gè)[26]：從PCK 到AI-TPACK、從AI-TPK 到AI-TPACK 以及AI-TPACK 與PCK 同步發(fā)展。

（一）從PCK 到AI-TPACK

在教師原有PCK 的基礎(chǔ)上，通過引入人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)二者整合，是教師AI-TPACK 的發(fā)展途徑之一。對有教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的教師來說，他們不但對學(xué)科內(nèi)容有著深刻的理解，對課堂中采用的教與學(xué)方法也有了比較多的積累。更重要的是，他們能夠迅速在具體教學(xué)內(nèi)容和教與學(xué)方法之間建立關(guān)系，也就是他們已經(jīng)擁有了比較豐富的PCK 知識(shí)。對于這樣的教師而言，他們需要了解各種人工智能技術(shù)的教學(xué)功能，并思考與嘗試把人工智能技術(shù)整合到與具體學(xué)科內(nèi)容相關(guān)的教學(xué)活動(dòng)中，就可以實(shí)現(xiàn)AI-TPACK的發(fā)展。可見，從PCK 到AI-TPACK 發(fā)展是循序漸進(jìn)的，我們把這過程分為五個(gè)階段：認(rèn)識(shí)、接受、適應(yīng)、探索和進(jìn)階（見圖8）[27]。

圖8 從PCK 到AI-TPACK 的五個(gè)發(fā)展階段

（1）在認(rèn)識(shí)階段，教師開始了解和使用一些教育中常見的人工智能教學(xué)工具，并能夠意識(shí)到這些工具與所教的學(xué)科內(nèi)容、教學(xué)活動(dòng)是適配的，如，英語教師認(rèn)識(shí)到批改網(wǎng)可以應(yīng)用到英語寫作教學(xué)中。（2）在接受階段，教師會(huì)分析應(yīng)用人工智能技術(shù)對學(xué)科教學(xué)產(chǎn)生的影響，從而決定是否在課上采用人工智能技術(shù)。（3）在適應(yīng)階段，教師開始采取行動(dòng)，即教師開始嘗試依據(jù)所開展的教學(xué)活動(dòng)，來選擇適宜的人工智能技術(shù)以支持學(xué)科教學(xué)。（4）在探索階段，教師會(huì)積極、主動(dòng)地將人工智能技術(shù)整合到學(xué)科教學(xué)中，詳細(xì)設(shè)計(jì)人工智能技術(shù)支持的教與學(xué)過程，創(chuàng)造性地發(fā)揮人工智能技術(shù)對教與學(xué)的促進(jìn)作用。（5）在進(jìn)階階段，教師會(huì)對人工智能技術(shù)支持下的教與學(xué)進(jìn)行綜合評估，通過分析教與學(xué)過程中的數(shù)據(jù)信息和學(xué)生反饋，來判斷人工智能技術(shù)與課堂教學(xué)整合的成效，人工智能技術(shù)也逐漸成為日常教學(xué)活動(dòng)不可分割的一個(gè)部分。

我們認(rèn)為，通過上述五個(gè)發(fā)展階段，教師的PCK知識(shí)就會(huì)逐步轉(zhuǎn)化成為AI-TPACK 知識(shí)。

（二）從AI-TPK 到AI-TPACK

在已有AI-TPK 的基礎(chǔ)上，通過所謂 “技術(shù)映射”（Technology Mapping）方法來發(fā)展教師的AITPACK，則是另一條可行路徑。隨著人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域的不斷滲透，教師在職前教育階段學(xué)習(xí)“人工智能技術(shù)教育應(yīng)用類”課程的機(jī)會(huì)越來越多。這類課程一般由師范院校的教育技術(shù)專業(yè)教師開設(shè)，但這些教師通常并不太熟悉基礎(chǔ)教育中所有科目的課程內(nèi)容。所以，盡可能涵蓋教育中可能用到的人工智能技術(shù)，關(guān)注人工智能技術(shù)如何支持跨學(xué)科的一般性教學(xué)方法，是此類課程的定位與實(shí)施重點(diǎn)。例如，人工智能技術(shù)如何來支持學(xué)生開展探究性學(xué)習(xí)，如何使用人工智能技術(shù)對學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)診斷等。在這類課程學(xué)習(xí)中，教師獲得的主要是AI-TPK 知識(shí)，而“技術(shù)映射”方法可以幫助教師在后繼課程中，實(shí)現(xiàn)從AI-TPK 知識(shí)到AI-TPACK 知識(shí)的發(fā)展。

所謂“技術(shù)映射”是一種把技術(shù)功效映射到教學(xué)內(nèi)容表達(dá)和教學(xué)活動(dòng)中的方法，它使得教師在技術(shù)知識(shí)和學(xué)科內(nèi)容知識(shí)之間，形成復(fù)雜且相互關(guān)聯(lián)的想法[28]。在開展技術(shù)映射時(shí)，教師首先被要求思考一個(gè)具體的內(nèi)容領(lǐng)域，并基于他們的經(jīng)驗(yàn)，指出這一內(nèi)容領(lǐng)域在教師教和學(xué)生學(xué)的過程中可能存在的困難。隨后，教師需要通過迭代的決策過程，以確定將每個(gè)主題轉(zhuǎn)化成可以教授給學(xué)生的內(nèi)容。在這一過程中，教師需要確定如何使用人工智能技術(shù)來轉(zhuǎn)化課程內(nèi)容的表征形式，如何調(diào)整表征形式以適應(yīng)學(xué)生的需求，并確定教學(xué)活動(dòng)中所需要使用的具體教學(xué)策略。通過上述過程，教師就可以實(shí)現(xiàn)將技術(shù)功效映射到學(xué)科內(nèi)容之中，教師的AI-TPACK 知識(shí)也由此得到了發(fā)展。

（三）AI-TPACK 與PCK 同步發(fā)展

在教師教育課程中，如果不是把人工智能技術(shù)的教育應(yīng)用集中到一門課程中進(jìn)行學(xué)習(xí)，而是將之系統(tǒng)地整合到特定學(xué)科教學(xué)的相關(guān)課程中，如，數(shù)學(xué)課程教學(xué)、英語課程教學(xué)等，那么就該要求這些課程內(nèi)容涵蓋基于人工智能技術(shù)的教學(xué)，從而實(shí)現(xiàn)教師AI-TPACK 與PCK 的同步發(fā)展[29]。面對同步發(fā)展可能會(huì)導(dǎo)致的認(rèn)知負(fù)荷問題[30]，基于設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)（DBL）是一個(gè)有效的解決方法?；谠O(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)是一種將設(shè)計(jì)與知識(shí)學(xué)習(xí)緊密結(jié)合的學(xué)習(xí)方式[31]，這種學(xué)習(xí)方式要求教師以團(tuán)隊(duì)合作的形式，來設(shè)計(jì)真實(shí)性的、劣構(gòu)的教學(xué)問題解決方案，以發(fā)展教師的TPACK 知識(shí)。在這一過程中，教師教育者一般不需要直接向教師學(xué)習(xí)者傳授人工智能技術(shù)知識(shí)，教師學(xué)習(xí)者會(huì)在問題的驅(qū)動(dòng)下自行尋找基于人工智能技術(shù)的解決方案，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)科內(nèi)容、人工智能技術(shù)、教學(xué)法等相關(guān)知識(shí)的有效整合。

我們認(rèn)為，采用基于設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)促進(jìn)教師AITPACK 與PCK 同步發(fā)展時(shí)，可采用以下八種策略[32]：（1）用頭腦風(fēng)暴法來討論人工智能技術(shù)與課程整合問題的解決方法，而非專注于單一和通用的解決方案；（2）設(shè)計(jì)整合人工智能技術(shù)的人工制品，如，人工智能技術(shù)支持的教案、學(xué)習(xí)資源等，以幫助學(xué)習(xí)者在設(shè)計(jì)過程中理解人工智能技術(shù)與課堂教學(xué)整合的復(fù)雜性；（3）批判性地分析人工智能技術(shù)與課堂教學(xué)整合的設(shè)計(jì)案例，促進(jìn)學(xué)習(xí)者深入思考人工智能技術(shù)、教學(xué)方法和課程內(nèi)容之間的關(guān)系，以及它們的混合如何導(dǎo)致有效的教學(xué)；（4）基于設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)與理論學(xué)習(xí)相結(jié)合，為實(shí)現(xiàn)人工智能技術(shù)與課堂教學(xué)整合奠定理論基礎(chǔ)；（5）研究人工智能技術(shù)工具可能的教學(xué)功能（Affordances），熟悉其優(yōu)勢與不足；（6）反思設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，反思可以幫助學(xué)習(xí)者進(jìn)一步精煉設(shè)計(jì)過程中所獲得的經(jīng)驗(yàn)，確定遇到的困難，并進(jìn)行AITPACK 的自我評估；（7）將設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)用到真實(shí)環(huán)境中，以幫助教師進(jìn)一步升華AI-TPACK 是如何付諸實(shí)施的以及哪些情境因素會(huì)影響實(shí)施效果等方面的認(rèn)識(shí)；（8）加強(qiáng)設(shè)計(jì)過程中團(tuán)隊(duì)內(nèi)的協(xié)作，團(tuán)隊(duì)協(xié)作為學(xué)習(xí)者提供了一個(gè)集體討論人工智能技術(shù)與課堂教學(xué)有效整合的機(jī)會(huì)。

四、基于AI-TPACK 的教學(xué)實(shí)踐新形態(tài)

（一）“AI+教師”的協(xié)同教學(xué)

“AI+教師”的協(xié)同教學(xué)要求在教學(xué)過程中，充分發(fā)揮教師與人工智能各自的優(yōu)勢，它是教師與人工智能機(jī)器或設(shè)備各司其職又協(xié)同合作的一種教學(xué)形態(tài)，具體有四種形式（見圖9）[33][34]：

（1）“AI 代理+教師”，此時(shí)教師主要利用AI 的計(jì)算智能（如，神經(jīng)計(jì)算、模糊計(jì)算、進(jìn)化計(jì)算等）代替自身完成一些程序化、機(jī)械性、重復(fù)性的工作，教師則主要承擔(dān)教學(xué)設(shè)計(jì)、情感交流等創(chuàng)造性工作；（2）“AI 助手+教師”，此時(shí)教師主要利用AI 的感知智能（如，語音識(shí)別、人臉識(shí)別、體態(tài)識(shí)別等），將學(xué)生的言語、表情、身心狀態(tài)等不易觀察的信息以報(bào)告的形式呈現(xiàn)出來，以輔助自身的教學(xué)決策；（3）“AI 導(dǎo)師+教師”，AI 導(dǎo)師兼具計(jì)算智能、感知智能和高階的認(rèn)知智能，能通過設(shè)置好的工作規(guī)則和海量數(shù)據(jù)，學(xué)習(xí)教師的思維模式和處理問題的方式，進(jìn)而給學(xué)生提供可媲美特級教師的智能輔導(dǎo)，而教師則主要負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)、更新工作規(guī)則；（4）“AI 伙伴+教師”，AI 伙伴擁有社會(huì)智能，具備與人類教師同等的智能性、自主性和創(chuàng)造性，可以在與人類教師、學(xué)生甚至是其他AI 伙伴的交互與協(xié)作中，形成“人機(jī)”或“機(jī)機(jī)”共同體，不斷習(xí)得新的規(guī)則、更新與完善既有的知識(shí)庫，為學(xué)生提供更適切的指導(dǎo)。

圖9 “AI+教師”的協(xié)同教學(xué)四種形態(tài)

（二）數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的精準(zhǔn)教學(xué)

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)是被數(shù)據(jù)所推動(dòng)的過程與活動(dòng)，即所有的活動(dòng)流程都依賴于數(shù)據(jù)、所有決策都基于確鑿證據(jù)[35]。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的精準(zhǔn)教學(xué)是教師使用人工智能技術(shù)，對教學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘與分析，并以此為依據(jù)實(shí)現(xiàn)自身精準(zhǔn)的教和學(xué)生精準(zhǔn)的學(xué)這樣一種教學(xué)形態(tài)。它包括教學(xué)目標(biāo)的精確定位、教學(xué)內(nèi)容的準(zhǔn)確選擇、教學(xué)過程的有效調(diào)控等方面[36]。

在定位教學(xué)目標(biāo)時(shí)，教師可以運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘（如，預(yù)測、聚類、關(guān)聯(lián)挖掘等）、建模、學(xué)習(xí)分析等技術(shù)，對學(xué)生個(gè)人的學(xué)業(yè)與能力發(fā)展數(shù)據(jù)（如，學(xué)習(xí)狀況、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、認(rèn)知能力等）、班級特征數(shù)據(jù)（如，對課程的整體接受度、班級學(xué)習(xí)態(tài)度等）進(jìn)行分析；同時(shí)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果與教學(xué)行為、教學(xué)資源之間的相關(guān)性，以預(yù)測學(xué)生通過教學(xué)活動(dòng)可能達(dá)到的水平，進(jìn)而把教學(xué)目標(biāo)精確定位到學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)[37]。

在選擇教學(xué)內(nèi)容時(shí)，教師可以基于知識(shí)計(jì)算引擎與知識(shí)服務(wù)技術(shù)，通過知識(shí)加工、深度搜索、可視化交互等技術(shù)路徑，從大量無序化、碎片化的知識(shí)中篩選出有利于學(xué)生發(fā)展的教學(xué)內(nèi)容，并生成完整的、跨學(xué)科的知識(shí)地圖，以幫助學(xué)生建構(gòu)動(dòng)態(tài)的知識(shí)體系[38][39]。在調(diào)控教學(xué)的過程時(shí)，教師可以使用行為建模、經(jīng)歷建模等技術(shù)，跟進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程、分析學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)并實(shí)時(shí)監(jiān)測學(xué)生行為，以制定科學(xué)決策來及時(shí)調(diào)整并有效干預(yù)教學(xué)[40]。

（三）按需定制的個(gè)性化教學(xué)

按需定制的個(gè)性化教學(xué)是教師基于人工智能技術(shù)，在分析學(xué)生個(gè)性特征、掌握學(xué)生學(xué)習(xí)需求的基礎(chǔ)上，為學(xué)生定制個(gè)性化的學(xué)習(xí)內(nèi)容、提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)提示的一種教學(xué)形態(tài)[41]。前文提到，教師可以通過數(shù)據(jù)挖掘、學(xué)習(xí)分析等技術(shù)，掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況與認(rèn)知能力等，這為把握每個(gè)學(xué)生的個(gè)性特征與學(xué)習(xí)需求提供了依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，教師需要借助人工智能推送技術(shù)，為不同個(gè)性特征與學(xué)習(xí)需求的學(xué)生量身定制不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容，教師還需要考慮學(xué)習(xí)內(nèi)容的難度是否適中、數(shù)量是否適度、呈現(xiàn)方式是否適切[42]等問題。教師還可以利用智能導(dǎo)學(xué)、智能助理等，為學(xué)生提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)提示，幫助其厘清學(xué)習(xí)思路、調(diào)整學(xué)習(xí)方式、降低學(xué)習(xí)難度。

（四）虛實(shí)共生的沉浸式教學(xué)

虛實(shí)共生是指使學(xué)生在感官上實(shí)現(xiàn)虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界的無縫融合。當(dāng)前，虛實(shí)共生的沉浸式教學(xué)是教師依托5G、全息投影、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（XR）、數(shù)字孿生（DT）等相關(guān)新技術(shù)，為學(xué)生搭建虛實(shí)融合的學(xué)習(xí)空間，進(jìn)而使學(xué)生獲得沉浸式（全身心投入）學(xué)習(xí)體驗(yàn)的一種教學(xué)形態(tài)[43]。虛實(shí)共生的沉浸式教學(xué)，不僅可以將現(xiàn)實(shí)世界中的事物融合在一起，啟發(fā)學(xué)生在質(zhì)疑、批判、交互與反思的過程中獲得身臨其境般的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，還能鍛煉學(xué)生開展探究式學(xué)習(xí)與自主學(xué)習(xí)的能力，加深學(xué)生對知識(shí)與技能的理解與應(yīng)用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“知行合一”[44]。

五、基于AI-TPACK 的學(xué)習(xí)環(huán)境

根據(jù)以往的研究成果，比如，有學(xué)者在TPACK框架下來研究在線學(xué)習(xí)環(huán)境[45]、教學(xué)系統(tǒng)[46]和學(xué)習(xí)工具[47]的開發(fā)等，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：基于TPACK 的學(xué)習(xí)環(huán)境在實(shí)踐應(yīng)用中均取得了良好的成效，不但能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和學(xué)習(xí)效率；同時(shí)，也減輕了教師的設(shè)計(jì)壓力和工作負(fù)擔(dān)。為此，我們在分析基于AI-TPACK 的學(xué)習(xí)環(huán)境特征基礎(chǔ)上，初步構(gòu)建了基于AI-TPACK 的學(xué)習(xí)環(huán)境模型。

（一）AI-TPACK 的學(xué)習(xí)環(huán)境特征

1.整合性

整合性是AI-TPACK 學(xué)習(xí)環(huán)境的核心特征。AITPACK 學(xué)習(xí)環(huán)境的整合性，不僅僅體現(xiàn)在智能設(shè)備通過統(tǒng)一的接口來提供系統(tǒng)、流暢的服務(wù)[48]，也不僅僅體現(xiàn)在對跨學(xué)科、多來源教學(xué)內(nèi)容的整合，以及對合作、探究、自主等多種學(xué)習(xí)方式的支持。最重要的是體現(xiàn)在人工智能技術(shù)、教學(xué)法和學(xué)科內(nèi)容的整合上。在AI-TPACK 學(xué)習(xí)環(huán)境中，人工智能技術(shù)與教學(xué)內(nèi)容的組織、表征整合，形成了智能化的學(xué)習(xí)資源，人工智能技術(shù)與教學(xué)法整合，形成了精準(zhǔn)化、智適應(yīng)、個(gè)性化的學(xué)習(xí)方法與學(xué)習(xí)支持服務(wù)等，且它們之間又緊密聯(lián)系，形成一個(gè)緊密結(jié)合的有機(jī)整體。

2.智能性

AI-TPACK 學(xué)習(xí)環(huán)境的智能性特征，主要體現(xiàn)在學(xué)習(xí)情境智能感知、學(xué)習(xí)過程智能記錄和智能化學(xué)習(xí)支持三個(gè)方面。學(xué)習(xí)情境智能感知借助環(huán)境感知與情境識(shí)別技術(shù)，在自然狀態(tài)下捕獲學(xué)習(xí)者所處的學(xué)習(xí)環(huán)境以及學(xué)習(xí)者的面部表情、肢體動(dòng)作、語言交流等方面的信息，全面感知學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀態(tài)，精準(zhǔn)識(shí)別學(xué)習(xí)情境，以提供適切的資源與服務(wù)；學(xué)習(xí)過程智能記錄，在于利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對學(xué)習(xí)過程進(jìn)行跟蹤，以了解學(xué)習(xí)者的知識(shí)水平、認(rèn)知特點(diǎn)以及在學(xué)習(xí)中存在的優(yōu)勢和不足[49]；智能化學(xué)習(xí)支持是以學(xué)習(xí)者為中心，提供智能化學(xué)習(xí)工具、智適應(yīng)學(xué)習(xí)資源、智能學(xué)習(xí)助手、智能學(xué)習(xí)診斷、聯(lián)結(jié)學(xué)習(xí)社群等學(xué)習(xí)支持服務(wù)[50]。由此，學(xué)習(xí)環(huán)境的智能性成為實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。

3.個(gè)性化

個(gè)性化是世界范圍內(nèi)未來教育發(fā)展的基本趨勢[51]，AI-TPACK 學(xué)習(xí)環(huán)境可以打破傳統(tǒng)固化的學(xué)習(xí)模式和以班級學(xué)習(xí)為主的組織形式，為學(xué)生提供靈活的、個(gè)性化的學(xué)習(xí)路徑，滿足不同學(xué)生的個(gè)性化或自適應(yīng)學(xué)習(xí)要求，讓每個(gè)學(xué)生的潛能得到發(fā)展[52]。例如，人工智能技術(shù)能夠通過對學(xué)習(xí)者先前的學(xué)習(xí)表現(xiàn)進(jìn)行分析，判定學(xué)習(xí)者的層次，將學(xué)習(xí)者分成不同的群組，開展混班分層次教學(xué)。即使在同一年級的同一門課程中，基于人工智能技術(shù)的教學(xué)方案定制，也將打破傳統(tǒng)的教學(xué)形態(tài)，不同學(xué)生在同一課程中的學(xué)習(xí)方案、學(xué)習(xí)進(jìn)度、學(xué)習(xí)內(nèi)容等可能大相徑庭[53]，甚至“一人一課表”也可以實(shí)現(xiàn)。

4.高階性

未來社會(huì)的發(fā)展需要大批具有高階思維的創(chuàng)新性人才，AI-TPACK 學(xué)習(xí)環(huán)境可以為高階學(xué)習(xí)提供有力支持，通過創(chuàng)設(shè)條件，促進(jìn)學(xué)習(xí)者高階思維、高階能力和高階知識(shí)的發(fā)展。高階思維是發(fā)生在較高認(rèn)知水平層次上的心智活動(dòng)或較高層次的認(rèn)知能力，高階能力是以高階思維能力為核心的、解決劣構(gòu)問題或復(fù)雜任務(wù)的心理特征（如，創(chuàng)新能力、問題解決能力、信息溝通與合作能力、自我反思能力等），高階知識(shí)則是由學(xué)習(xí)者在解決問題過程中建構(gòu)的、靈活的、隱性的知識(shí)。AI-TPACK 學(xué)習(xí)環(huán)境可以通過智能感知學(xué)生狀態(tài)，創(chuàng)設(shè)真實(shí)、有意義的學(xué)習(xí)情境，提供精準(zhǔn)的學(xué)習(xí)服務(wù)，從而促進(jìn)高階人才的培養(yǎng)。

（二）AI-TPACK 的學(xué)習(xí)環(huán)境模型

根據(jù)上述特征，我們提出了基于AI-TPACK 的學(xué)習(xí)環(huán)境模型，主要分為三層，分別是基礎(chǔ)設(shè)施層、智能服務(wù)層和交互應(yīng)用層（見圖10）。

圖10 基于AI-TPACK 的學(xué)習(xí)環(huán)境模型

1.基礎(chǔ)設(shè)施層

基礎(chǔ)設(shè)施層主要提供智能硬件、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)和高性能計(jì)算等基礎(chǔ)能力服務(wù)[54]。智能感知系統(tǒng)包括智能傳感器、智能視頻終端、可穿戴設(shè)備等智能感知設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)情境的自動(dòng)感知，為學(xué)習(xí)者畫像和精準(zhǔn)資源推送提供大數(shù)據(jù)支持。智能學(xué)習(xí)終端為學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)活動(dòng)提供交互式工具支持，包括電子書包、智能書寫筆、智能黑板、無線交互投屏等。智能云服務(wù)系統(tǒng)采用虛擬化等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)云資源服務(wù)的高集成、高效率和智能化，實(shí)現(xiàn)高性能計(jì)算與云服務(wù)。大數(shù)據(jù)是AI-TPACK 學(xué)習(xí)環(huán)境的驅(qū)動(dòng)器，在于構(gòu)建大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施，采用數(shù)據(jù)挖掘和學(xué)習(xí)分析等方法實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)的分類、預(yù)測和決策，以實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)的智能化、精準(zhǔn)化支持。

2.智能服務(wù)層

智能服務(wù)層是AI-TPACK 學(xué)習(xí)環(huán)境的核心部分，主要通過智能教育云平臺(tái)將各應(yīng)用軟件、接口進(jìn)行集成貫通，促進(jìn)教育云端、教師端、學(xué)生端以及管理端的互通互聯(lián)，形成統(tǒng)一化數(shù)據(jù)環(huán)境的智能信息平臺(tái)[55]。其核心功能包括：學(xué)習(xí)過程智能記錄、學(xué)習(xí)資源智能推送、智能學(xué)習(xí)工具提供、知識(shí)圖譜構(gòu)建、學(xué)習(xí)者畫像、智能評測、智能學(xué)習(xí)診斷、智能助手支持等。智能學(xué)習(xí)工具、學(xué)習(xí)資源、知識(shí)圖譜的設(shè)計(jì)和建構(gòu)，需要教學(xué)內(nèi)容與智能技術(shù)的整合，它是AITCK 的物化表現(xiàn)；而學(xué)習(xí)者畫像、學(xué)習(xí)資源智能推送、智能診斷等，則表現(xiàn)出智能技術(shù)與教學(xué)法知識(shí)的整合，它是AI-TPK 在學(xué)習(xí)環(huán)境上的體現(xiàn)。

3.交互應(yīng)用層

交互應(yīng)用層是AI-TPACK 環(huán)境中的教與學(xué)實(shí)施部分。師生借助智能教育平臺(tái)提供的學(xué)習(xí)支持服務(wù)，達(dá)成人與設(shè)備、工具、環(huán)境、資源之間流暢、自然、高效的互動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)等。在AI-TPACK 的學(xué)習(xí)環(huán)境中，教師需要具備AITPACK 知識(shí)，學(xué)生同樣也需要掌握利用人工智能技術(shù)促進(jìn)學(xué)習(xí)的能力和知識(shí)[56]，即AI-TLCK 知識(shí)。

六、AI-TPACK 研究與實(shí)踐的未來論題

（一）在AI-TPACK 框架下進(jìn)一步開發(fā)學(xué)習(xí)平臺(tái)、資源與工具

近年來，智能在線學(xué)習(xí)平臺(tái)的開發(fā)已上升為一項(xiàng)國家戰(zhàn)略[57]。雖然有學(xué)者對智能化學(xué)習(xí)平臺(tái)特征和系統(tǒng)架構(gòu)[58]、智能化學(xué)習(xí)資源[59]提出了自己的獨(dú)特見解，但多數(shù)研究立足于人工智能技術(shù)來分析，較少從人工智能技術(shù)、學(xué)科內(nèi)容、教學(xué)活動(dòng)整合的視角來開展研究?；贏I-TPACK 框架來研發(fā)學(xué)習(xí)平臺(tái)、學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)工具，不但能夠在最大程度上確保人工智能技術(shù)與教學(xué)活動(dòng)、教學(xué)內(nèi)容之間的契合；而且可大大降低實(shí)踐中教師的設(shè)計(jì)壓力和工作負(fù)擔(dān)，從產(chǎn)品層面助力教師克服人工智能技術(shù)與課程整合的第三重障礙，即設(shè)計(jì)能力障礙[60]。

（二）深入挖掘可推廣的人工智能教學(xué)應(yīng)用的典型案例

教育典型案例是在特定教育情境下對教育事件的重現(xiàn)，它不但呈現(xiàn)了教育事件的具體發(fā)展過程，還能夠從中體現(xiàn)參與者的思想、行為以及情感等狀況。而典型案例是教師從理論學(xué)習(xí)向?qū)嵺`能力轉(zhuǎn)化的有效途徑[61]。在人工智能技術(shù)教學(xué)應(yīng)用推廣的起始階段，深入挖掘人工智能技術(shù)教育應(yīng)用的典型案例，可為教師開展教學(xué)實(shí)踐提供參考，為其專業(yè)發(fā)展提供支撐，也是對AI-TPACK 框架的一種實(shí)踐驗(yàn)證。

（三）更新教師教育中技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)課程

目前，教師教育類課程中涉及到人工智能技術(shù)教育應(yīng)用的內(nèi)容還相對較少，為促進(jìn)教師AITPACK 知識(shí)發(fā)展，確保他們今后能將人工智能技術(shù)有效應(yīng)用到課堂教學(xué)中，應(yīng)該不斷更新教師教育中的技術(shù)類課程。為此，需要全面收集教育中可用的人工智能技術(shù)工具，分析對比不同技術(shù)工具的教育功能，將與之相關(guān)的技能、應(yīng)用等內(nèi)容融入現(xiàn)有課程中，并加強(qiáng)人工智能技術(shù)教育應(yīng)用能力的訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)課程更新。在課程更新中，應(yīng)著重考慮以下兩方面：一是如何實(shí)現(xiàn)人工智能技術(shù)與學(xué)科知識(shí)、教學(xué)法的貫通與耦合，避免各種模塊或課程的簡單疊加；二是如何設(shè)計(jì)階梯式推進(jìn)的人工智能技術(shù)整合課程結(jié)構(gòu)，結(jié)合專業(yè)知識(shí)的不同學(xué)習(xí)階段，有針對性地推進(jìn)人工智能技術(shù)與課程整合的深度和廣度，為不同學(xué)習(xí)階段的教師，創(chuàng)設(shè)更為適切的學(xué)習(xí)與實(shí)踐機(jī)會(huì)[62]。

（四）探索不同類型教師的AI-TPACK 提升策略

前文已經(jīng)提到，針對不同類型的教師，AITPACK 提升策略也應(yīng)該有所不同。今后的研究，不僅要繼續(xù)關(guān)注不同知識(shí)經(jīng)驗(yàn)教師AI-TPACK 的發(fā)展路徑，還要探索不同認(rèn)知結(jié)構(gòu)、不同學(xué)科背景、不同教學(xué)信念（如，秉持建構(gòu)主義教學(xué)與秉持傳統(tǒng)教學(xué)信念）、不同思維方式（如，強(qiáng)設(shè)計(jì)思維與弱設(shè)計(jì)思維、強(qiáng)創(chuàng)新思維與弱創(chuàng)新思維）教師AI-TPACK 的提升策略[63][64]。

（五）開發(fā)適合教師AI-TPACK 的評價(jià)工具

開發(fā)AI-TPACK 測評工具無論對于評估教師知識(shí)狀況，還是設(shè)計(jì)有針對性的專業(yè)發(fā)展活動(dòng)，都顯得非常重要。教師AI-TPACK 知識(shí)可采用觀察法、訪談法、問卷調(diào)查法等多種方法進(jìn)行評價(jià)。在開發(fā)上述評價(jià)工具時(shí)，可參考已有TPACK 評價(jià)相關(guān)研究，如，Chai[65]等編寫的“面向有意義學(xué)習(xí)的TPACK 調(diào)查問卷”，Archambault 等[66]編制的“TPACK 知識(shí)調(diào)查問卷”，Schmidt 等[67]編制的“職前教師教學(xué)和技術(shù)知識(shí)調(diào)查問卷”，Harris 等編制的 “技術(shù)整合評價(jià)量規(guī)”，Graham 等[68]編制的“科學(xué)課程TPACK 調(diào)查問卷”以及Hofer[69]等開發(fā)的基于TPACK 的技術(shù)整合觀察量表和Harris[70]等開發(fā)的面向TPACK 的教師訪談協(xié)議與評估量規(guī)。在開展評價(jià)活動(dòng)時(shí)，應(yīng)關(guān)注多種評估方法的融合，重視評價(jià)方法之間的互補(bǔ)[71]。

（六）關(guān)注學(xué)生整合技術(shù)的學(xué)科學(xué)習(xí)知識(shí)（AITLCK）情況

有研究認(rèn)為[72]，信息技術(shù)與課程有效整合，不僅教師要具備TPACK 知識(shí)，而且學(xué)生也要對應(yīng)用技術(shù)學(xué)習(xí)學(xué)科內(nèi)容有一定的認(rèn)知，也就是具備“整合技術(shù)的學(xué)科學(xué)習(xí)知識(shí)（TLCK）”。因此，后繼研究可對學(xué)生AI-TLCK 知識(shí)做深入的調(diào)研，充分了解學(xué)生對利用人工智能技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)的認(rèn)知，一方面，可作為教師設(shè)計(jì)與開展人工智能技術(shù)支持的教學(xué)活動(dòng)之基礎(chǔ)；另一方面，也是對教師自身AI-TPACK 在教學(xué)實(shí)踐中的效果進(jìn)行檢驗(yàn)。

（致謝：在本文撰寫過程中，魯東大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院碩士研究生張銘銳、白瓊以及教師教育學(xué)院碩士研究生陳效玉、王洪鑫，提供了資料整理方面的幫助，特致感謝。）