中小学教师人工智能素养框架与实践路径研究

学术 2024-11-10 00:01 福建

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本文发表于《数字教育》2024年第4期（总第58期）实践案例栏目，页码：67-74。转载请注明出处。

摘要

人工智能素养是数字素养的新发展。随着人类社会逐步迈进以人机协同为关键特征的智能时代，教师的人工智能素养得到国际组织及各国政府的广泛关注。本研究首先分析了国内外教师人工智能素养及学术界在教师智能教育素养方面的已有成果，构建了面向中小学教师的人工智能素养框架；接着，结合我国基础教育领域的智能教育实践及教育部正在实施的人工智能助推教师队伍建设试点项目，提出了“以人工智能思维为核心、以关键实践场景应用为切入、以评估为驱动、以伦理为底座、以智能教育环境为支撑”的中小学教师人工智能素养提升实践路径。

关键词：生成式人工智能；中小学教师；数字素养；人工智能素养；智能教育素养

| 全文共7823字，建议阅读时长8分钟 |

一、研究背景

进入21世纪的第二个10年，随着以云计算、大数据、人工智能、物联网等为代表的智能技术的不断普及，人类社会逐步迈进以人机协同为关键特征的智能时代。在上述背景下，人工智能素养作为一个专业术语在2016年被正式提出。尤其是自2016年以来，人工智能在数据、算力和算法等方面都获得了长足发展，人工智能不但在计算智能和感知智能方面得到了越来越广泛的应用，而且在更高级的认知智能（即致力于模仿人类语言、知识、推理、问题解决等）方面得到快速发展和广泛关注。由于人工智能（尤其是生成式人工智能）其本身所具有的复杂性，由于其产品在使用过程中的不成熟性（迭代性）和黑箱性质，导致其具有不透明性和不可解释性，在人机协同的过程中对于用户的能力和素养提出了新的、不同于数字素养的更高要求。而生成式人工智能的快速发展和应用，则进一步加速了提升每一位社会成员人工智能素养的紧急性和迫切性^[1-3]。

教育领域人工智能素养的研究，最初起源于大学计算机科学教育中对大学生人工智能素养的关注，接着延伸到基础教育领域的学生人工智能素养问题，而对于教师人工智能素养的研究和关注则较为滞后，研究成果也非常有限。但随着人工智能逐步融入学校教学实践，随着人工智能促进教育变革正在成为一种国际性共识，教师需要学会与人工智能协同合作，需要熟练使用越来越多的人工智能驱动的教与学的工具和方法。为了确保在未来的人机协同教育生态中教师不被边缘化，使教师避免盲从人工智能的判断，能够坚守其在教学和人机协同中的主体性地位，更为了确保以人为本、符合伦理规范、负责任的人工智能教育的实施，教师必须培养新的能力和素养，才能够与人工智能有效协作^[4]。

对于中国的智能教育变革而言，中国近年来也高度重视智能技术赋能教师发展，教育部分别在2018年和2021年启动人工智能助推教师队伍建设试点行动，将教师的智能教育素养提升作为其中的重要内容。受到上述政策的影响，学术界近年来主要是以“智能教育素养”为核心开展相关研究。本研究将沿用联合国教科文组织所采用的在数字素养基础上发展而来的人工智能素养概念，并且认为教师的人工智能素养是更复杂的智能教育素养的基础。因此，本研究将采用教师人工智能素养这一核心概念，将学术界关于教师智能教育素养的相关研究进展进行综述提炼，提出自己关于中小学教师人工智能素养框架与实践路径，供同仁指正。

二、人工智能素养概念及教师人工智能素养框架分析

1.人工智能素养概念

对人工智能素养的理解和认识，是研究和探讨教师人工智能素养的必要前提和基础。自人工智能素养术语提出以来，国外学术界一直在尝试对其进行概念界定，也正在达成初步的共识——人工智能素养作为智能时代人类必备素养之一，是读写算素养和信息素养在新的历史时期的延续，是数字素养和数据素养的智能升级。本研究对2016年以来研究者对于人工智能素养的典型定义进行整理和分析（见表1）。

2.人工智能素养通用框架

从学术界对人工智能素养的研究路径来看，在概念理解的基础上，首先是探讨面向公众的通用人工智能素养框架，在此基础上开展了面向特定群体（例如学生、教师等）的人工智能素养框架构建。吴子杰等^[7]在对已有文献进行系统分析的基础上，以修订后的认知领域的布卢姆教育目标分类理论为基础，在2021年提出了包括四个一级维度的人工智能素养通用框架，该框架在之后的相关研究中被多次引用：（1）认识和理解人工智能。即“知道人工智能的基本功能以及如何开展人工智能应用”。（2）应用人工智能。即“将人工智能的知识、概念等应用于不同的场景”。（3）评估和创新人工智能。即“用人工智能提升人类的高阶思维（评价、预测、设计等）”。（4）人工智能伦理。即“坚持以人为中心的考量，包括了公平公正、责任心、透明性、伦理道德和安全性”。王冰成等^[2]为了开发面向普通用户的人工智能素养测评量表，基于数字素养的已有框架提出了人工智能素养的通用框架：（1）意识。指个体在开展人工智能相关应用时所具有的识别和理解人工智能技术的能力，属于人工智能的认知层面。（2）应用。指个体所具有的熟练应用人工智能技术完成任务的能力，属于人工智能的技术操作层面。（3）评估。指个体能够对人工智能应用及相关结果进行分析、选择和批判性评估。（4）伦理。指个体在使用人工智能技术时所具有的对相关责任和风险的意识，以确保人工智能能够正确且适当地得到应用；郑勤华等^[8]则构建了人机协同时代智能素养的通用理论模型，包括了智能知识、智能能力、智能思维、智能应用和智能态度五个一级维度。

3.“教育者AI-数字胜任力参考框架”

为了适应人工智能在教育领域应用的快速发展，欧盟在2022年发布了《教育者人工智能及数据教学应用伦理指南》，强调面对人工智能系统在教育领域越来越广泛的应用，教育者及学校管理者必须了解关于教育人工智能和数据应用的基本知识，以便能够积极主动地和人工智能系统进行交互，能够批判性地、符合伦理地、适当地应用人工智能系统，并最大化地发挥其潜能。因此，在2017年《欧盟教育工作者数字胜任力框架》的基础上，提出了新的“教育者AI-数字胜任力参考框架”（见图1）^[1]。

该框架的提出者认为，鉴于目前科学共同体内尚未形成被广泛接受的关于人工智能的统一性定义，而且由于人工智能技术及内涵的广泛性和多样性，建议采用经济合作与发展组织正在使用的、概念和内涵较为清晰的“人工智能系统”这一术语，并将之界定为“一种采用特定技术和方法开发的计算机软件系统，可以根据人类界定的特定目标，产生特定的输出，这些输出包括影响到人类与环境进行交互的相关内容、预测、推荐或决策等”。因此，人工智能系统成为“教育者AI-数字胜任力参考框架”的概念基础；另外，新的框架还将伦理问题（例如人的主体性和能动性、人文主义、公平公正、算法偏见等）渗入到了各个二级维度之中，多次强调教育者要积极主动地学习和了解人工智能伦理规范，要遵循欧盟《人工智能法案》的要求，加强数据治理和人工智能治理，防止教育领域对人工智能的滥用和误用，还要关注和提升学生的人工智能伦理^[9]。

4.学术界提出的教师智能教育素养框架

对于我们国家而言，近年来在推动教师信息素养向数字素养发展转变的同时，教育部为了推动教师主动适应信息化、人工智能等新技术变革，分别在2018年和2021年启动实施了具有引领和前沿探索性质的人工智能助推教师队伍建设行动试点，并将智能教育素养提升行动作为其中的重要内容。随着人工智能助推教师队伍建设试点项目的深入发展，无论是已有的教师信息素养还是数字素养理论、框架等，都难以满足智能教育对教师新能力和新素养发展的现实需求，需要尽快建立统一的适合国情的教师智能教育素养理论、框架及标准，并在此基础上形成高质量的智能教育素养培养课程体系。目前学术界在教师智能教育素养研究方面已经取得了初步成果，在探讨智能教育素养内涵、特征、价值的同时，开始构建适合国情的教师智能教育素养框架（见表2）。

5.本研究构建的中小学教师人工智能素养框架

本研究借鉴国内外已有的人工智能素养、教师人工智能素养及教师智能教育素养相关研究成果，基于教育部2022年制定的教师数字素养教育行业标准，将中小学教师的人工智能素养确定为“人工智能意识与态度、人工智能知识与技能、人工智能思维、人工智能赋能应用和人工智能伦理”5个维度，经过对22位专家两轮的专家咨询，最终形成了中小学教师人工智能素养框架体系（见图2）。

如图2所示：（1）“人工智能意识与态度”是教师人工智能素养的内在基础，承载着相对稳定且可以改变的思想底蕴，其作用就像催化剂一样，潜移默化地影响、促进着教师对人工智能知识与技能的学习、人工智能思维的形成以及人工智能技术在各个教育场景中的赋能应用。（2）“人工智能知识和技能”是教师人工智能素养的前提。无论是形成人工智能思维还是在日常教育教学中应用人工智能，教师首先必须掌握一定的人工智能相关知识和技能。而对于教师这一特殊职业来说，除了通用的人工智能知识和技能之外，还应该具备人工智能与学科内容知识、与学科教学法知识相融合的复杂知识和技能。（3）“人工智能思维”是突出和体现人工智能素养复杂性和高阶性的关键指标，是发生在较高认知水平层次上的心智活动，包括了“人机协同思维”“批判性思维”和“问题化思维”3个子维度。其中，“人机协同思维”指教师要充分认识人和智能机器各自的优势，做好人机之间的任务分工，发挥人类教师主导作用，在人机协作中做出合理决策、优化智能机器的决策。“批判性思维”指教师能批判性地看待人工智能技术及其影响，认识到人工智能的有限性和弊端，并批判性地评估人工智能对教育教学的影响。“问题化思维”指教师善于从实际教育教学中发现问题，并遵循“识别问题—理解问题—寻求路径—确定解决方案”的问题解决思路，有效运用人工智能技术及资源来解决教育教学问题。（4）“人工智能赋能应用”是教师人工智能素养的最重要成分。对于中小学教师而言，运用人工智能技术赋能教学实践是其主战场，合理运用人工智能技术实现学校、家庭及社会（社区）之间的协同育人是高质量基础教育发展的新要求。另外，教师还应该主动运用人工智能技术进行自主学习、研修和专业反思，不断促进其专业发展。（5）“人工智能伦理”是教师必须遵循的原则和底线，包含了“人工智能价值伦理”“人工智能安全伦理”和“人工智能道德伦理”三个二级维度。

三、中小学教师人工智能素养提升的实践路径

基于本研究提出的中小学教师人工智能素养框架，结合我国基础教育领域的智能教育实践及教育部正在实施的人工智能助推教师队伍建设试点项目要求，本文提出“以人工智能思维为核心、以关键实践场景应用为切入、以评估为驱动、以伦理为底座、以智能教育环境为支撑”的中小学教师人工智能素养提升实践路径（见图3）。

1.在政策方面，加强教育人工智能伦理规范的研究和引领

教师个体层面人工智能素养及伦理水平的提升，首先需要得到所在地区层面教育人工智能伦理规范及相关政策的引领和保障。总结和分析联合国教科文组织等相关文献，其首先关注和呼呼的是国家（地区）层面的教育人工智能伦理规范及政策问题——人工智能正在以新的方式影响着人类的思维、互动和决策，但相应的监管框架的变革速度已远远落后于技术的发展速度，其中涉及的社会和伦理影响更是引发了人们更加迫在眉睫的担忧，尤其是目前大多数国家（地区）的教育机构并没有为生成式人工智能的大规模应用做好充分的准备^[14]。中国作为积极推动人工智能应用的国家，为了促进生成式人工智能的健康发展和包括教育在内的多项领域规范应用，防范生成式人工智能发展可能带来的风险，国家网信办、教育部等七部门联合发布了《生成式人工智能服务管理暂行办法》^[15]，这一举措也为教育人工智能理论规范的政策研究和相关法规制定奠定了基础。

2.在应用场景方面，推动评估驱动的智能化教学、智能化专业发展和智能化协同育人的持续性应用

教师的人工智能素养提升绝不仅仅是简单的技术应用和技术素养问题，涉及到教师的知识、技能、伦理、思维、态度情感等综合能力。教师人工智能素养的提升是一项困难而具有挑战性的工作，仅仅通过简单的技术培训和理论学习是难以实现的，需要教师在持续地参与智能教育核心专业实践活动中不断地获得锻炼和提升。在欧盟提出的“教育者AI-数字胜任力参考框架”中，将教师的专业实践领域分为了“专业参与、教学、评估和赋能学习者”4个方面。在教育部等六部门关于推进教育新型基础设施建设构建高质量教育支撑体系的指导意见中，强调了新型基础设施应用的“教学、研训、评价和管理”4大实践场景。在本研究所构建的中小学教师人工智能素养框架中，将中小学教师在日常工作中的人工智能应用聚焦于“教学、专业发展和协同育人”3大实践场景。在过去的几年中，一些省市已经在开展面向中小学教师的信息素养评估实践，建议借鉴教师信息素养评估的已有做法，聚焦人工智能在上述3大专业实践场景的应用，开展中小学教师人工智能素养的评估，以推动和促进教师人工智能素养整体水平的提升。

3.在素养构成方面，注重教师人工智能思维的培养

在教师应该具备的人工智能素养中，人工智能思维是素养体系的核心，也是将人工智能知识和技能转化为有效应用的关键环节。教师的人工智能思维水平，在一定程度上影响和决定着人工智能的应用效果和成效，因此是教师人工智能素养发展的核心和难点。在本研究构建的中小学教师人工智能素养框架中，将教师的人工智能思维分为了3个二级维度：（1）首先是人机协同思维。随着人工智能（尤其是生成式人工智能）的快速发展，人机协同将成为未来人类社会结构的新常态，人机协同思维也是个体适应智能时代最重要的思维方式^[8]。对于教师而言，随着人工智能技术的介入，过去的师生关系和生生关系发展为人类教师、智能机器教师和学生的多元复杂关系，人类教师需要学习和了解人工智能的长处、优势及不足，充分发挥人类教师的优势，通过和智能机器教师的协同来共同促进学生的学习。（2）其次是批判性思维。随着教育领域人机协同教学成为新常态，不仅对于教师的技术素养和技术应用能力提出了更高要求，更对教师的综合素养提出了新的挑战，其中的批判性思维就是众多研究者不断提及的一个关键内容。在人机协同教学中，人类教师不能盲从智能机器给出的教学和学习建议，需要结合学情分析和实际的教学情境，批判性地进行评估和综合判断，进而给出合理的教学（学习）决策。（3）最后是问题化思维。在技术应用于教育教学的发展历程中，一直面临着“为技术而技术”及“技术与教育教学‘两张皮’”的困惑，教育技术领域的知名学者梅耶将技术支持的学习分为两种截然不同的方法——“以技术为中心的方法”和“以学习者为中心的方法”，前一种方法关注的焦点是“技术能够做什么”，其结果必然导致实践中“为用而用”的失败。而后者“以学习者为中心的方法”其关注焦点在于“人是如何学习的”，强调技术的作用和角色在于促进学习者的学习，因此技术的应用首先要关注学生的学习问题和学习需求分析^[16]。对于人工智能在教育教学中的应用而言，问题化思维可以引导教师沿着梅耶所指出的“以学习者为中心的方法”前进，可以引导教师从对教学和学习的数据分析中发现问题、识别并界定问题、具体化问题，从而做出科学、合理的教学决策。

4.在基础环境方面，为教师提供实践和应用人工智能的智能教育环境

无论是智能教育实践的发展，还是教师个体人工智能素养的提升，都需要国家、区域及学校提供的智能教育环境支撑，包括智能终端、智能学伴、智能教学平台、智能研修平台、智能教材等。与过去的多媒体环境和网络环境相比，智能教育环境具有场景感知、数据驱动、无缝衔接、人机协同等关键特征，可以发挥人类教师智慧与机器智能教师的双重优势，通过人机协同教学来提高对复杂性、开放性教育问题的诊断和决策的准确率^[17]。在国家层面，随着2022年3月国家中小学智慧教育平台的上线及不断升级，为教师的人工智能素养提升提供了重要的平台和优质资源保障。在国家教育数字化战略行动的推动之下，各个地区的教育管理部门在教育专网、智慧教育平台、数字教育资源、智慧校园、智能教学助手等的建设和应用方面取得了一定进展，为教师的人工智能3大实践场景（教学、专业发展和协同育人）深度应用和人工智能素养提升提供了坚实的基础环境保障。

四、结语

人工智能技术的发展及在教育领域的应用是一个不可阻挡的趋势。提升中小学教师人工智能素养，是确保在未来人机协同的智能教育新生态中教师的角色和作用不被边缘化的关键所在，也能够确保教师能够理性、自信、批判性且安全地使用人工智能技术，成为人机协同的主导者、控制者和决策者，最终确保人类教育的目标和价值得以实现。

作者简介：

梁林梅（1969—），女，河南林州人，教授，博士生导师，研究方向为学习科学与教学设计、区域教育数字化发展与评估及技术支持的教师专业发展；

王萌（1999—）女，河南驻马店人，硕士研究生，研究方向为技术支持的教师专业发展；

李珞珈（1994—）女，河南郸城人，硕士研究生，研究方向为技术支持的教师专业发展

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