智能時代教師知識結構的發展框架及其實現路徑*

羅 強

智能時代教師知識結構的發展框架及其實現路徑*

羅 強

（河南師范大學 教育學部，河南新鄉 453007）

智能技術與教育融合共生，增加了教師知識結構的豐富性與復雜性，要求教師知識結構的框架隨之發展。基于此，文章首先梳理了教師TPACK知識結構的脈絡，繪制了TPACK相關研究成果的發展圖譜。隨后，文章構建了智能時代教師知識結構的發展框架，提出基于跨學科理念設計學科教學知識、依托智能技術設計整合技術的學科知識、結合智能教育空間設計整合技術的教學知識、通過智能教育境脈設計整合技術的學科教學知識，以實現教師知識結構的動態轉換。最后，文章闡釋了智能時代教師知識結構發展框架的實現路徑，包括組織個性化學習、創設智能教育空間、構建智能教育境脈、打造“人本”教育生態。文章的研究拓展了教師TPACK知識結構，有助于提升教師的智能教育素養和專業能力，并為教育質量的提高提供新思路。

知識結構；TPACK；智能教育；教師專業發展

教師知識結構以整合技術的學科教學法知識（Technological Pedagogica Content Knowledge，TPACK）為基礎，是促進教師專業化建設的實然所在[1]。人工智能、虛擬現實、大數據等智能技術與教育融合共生，增加了教師知識結構的豐富性與復雜性。教師作為挖掘教育技術潛能的關鍵力量，其整合技術的能力有助于提升教育質量。TPACK作為教師提高教學效果和幫助學生學習的知識域，已成為教育界衡量教師知識結構的理論框架，有助于教師借助合適的技術資源和適宜的教學策略動態參與教學過程，提高教育教學質量。《中共中央國務院關于全面深化新時代教師隊伍建設改革的意見》提出要求：優化教師知識結構，全面提升教師專業素質與能力，以適應新時代的人才培養需求[2]。《教育部關于實施第二批人工智能助推教師隊伍建設行動試點工作的通知》也強調，要深入推進人工智能、大數據、5G等新技術與教師隊伍建設的融合，提升教師智能教育素養[3]。探索智能時代教師知識結構的發展框架，既是提升教師智能教育素養和專業能力的重要突破口，也是提高教育質量的重要路徑。

一 教師TPACK知識結構的脈絡梳理

作為對學科教學知識PCK的延伸與發展，TPACK不只是對技術知識、內容知識和教學知識的簡單疊加，而是三方面知識的動態整合，是對教師在具體情境下使用技術增強教學的有力保障。以時間發展為線索，參照Angeli等[4]的研究成果，可將TPACK引入教育領域后的發展歷程劃分為兩個階段：2005年～2008年，為第一階段的理論探索；2010年至今，為第二階段的應用剖析。在此基礎上，本研究繪制了TPACK相關研究成果的發展圖譜，如圖1所示。

1 第一階段：TPACK的理論探索

已有研究成果為教師TPACK知識結構的研究提供了參考，如Shulman[5]認為學科教學知識PCK是指超越了學科知識本身，而特別關注學科知識的教學維度；Pieson[6]提出整合技術的實踐屬于教學專業知識技能，即教師使用不同的技術、怎么使用技術與教學實踐存在一定的關系。在此基礎上，教師TPACK知識結構研究進入第一階段對TPACK的理論探索，其內涵得以不斷豐富。例如，Niess[7]提出了術語“TPCK”，代指技術增強的PCK，為從技術的視角描述教師TPCK知識結構提供了借鑒；Angeli等[8]在TPCK的基礎上增加了“信息與通信技術”（Information and Communication Technology，ICT）這一要素，強調教師要充分利用ICT提高教學能力。2006年，TPCK相關研究受到教育界廣泛關注。2007年，為了便于表述，“TPCK”被改為“TPACK”。2008年，Koehler等[9]用三個交叉圓構成韋恩圖，呈現了七個知識域之間的關系；同年，Cox[10]提出的細化模型對TPACK框架要素進行了詳細分析，以明確各要素之間的關系。至此，教育界開啟了TPACK研究的新篇章。

圖1 TPACK相關研究成果的發展圖譜

2 第二階段：TPACK的應用剖析

TPACK的應用研究主要解決技術在不同教育境脈中的應用問題，可分為兩類：①模型探究，主要包括整合網絡技術的TPCK-Web模型、整合技術的學科教學知識網絡（TCPNet）、基于知識和經驗的TPACK-Practical模型、整合技術的科學教學知識TPASK模型、面向通用設計的All-TPACK模型，為TPACK相關研究提供了豐富的視角；②測量研究，主要包括從技術整合視角應用TPACK量表、采用定性方法探究TPACK框架的發展規律。

隨著智能技術與教育教學的融合創新，整合智能技術的學科教學知識需進一步發展。從圖1可以看出，教師TPACK知識結構的發展具有以下特點：①在技術知識層面，教師的TPACK框架需隨時代發展而更新，以適應智能時代的發展訴求；②在學科知識層面，為了使教師適應高度復雜、動態變化的教學情境，需進一步豐富并共享相關教學資源；③在教學法層面，以測量評價為手段促進教師專業發展，需融合跨學科素養、智能素養等要素，制定更科學的實施策略。

二 智能時代教師知識結構的發展框架

Mishra等[11]認為，依托技術開展教學不僅要考慮三個核心要素（即學科知識、技術知識、教學法知識），更需關注知識之間的相互作用。在此基礎上，依據知識創造SECI理論[即個體在一定的組織中對顯性知識和隱性知識進行轉換，從而實現知識之間社會化（Socialization）、外在化（Externalization）、組合化（Combination）、內在化（Internalization）的轉換過程[12]]，結合教師的TPACK知識結構，本研究構建了智能時代教師知識結構的發展框架，如圖2所示。在該發展框架中，第①步是基于跨學科理念設計學科教學知識，第②步是基于智能技術設計整合技術的學科知識，第③步是基于智能教育空間設計整合技術的教學知識，第④步是基于智能教育境脈設計整合技術的學科教學知識，旨在實現教師知識結構的動態轉換。

圖2 智能時代教師知識結構的發展框架

1 基于跨學科理念設計學科教學知識，實現知識的社會化

跨學科理念是指超越單一學科的知識，與多個學科交叉、滲透、融合而進行的知識創造與傳播活動，體現了以學習者為中心的思想[13]。從認識論來看，跨學科是超越單一學科且同時融合多門學科，處于學科的上位概念；從方法論來看，跨學科為師生知識建構提供了一個新的視角，強調在一個連續的整體中去理解知識、概念和事實等的意義；從價值論來看，跨學科包含對知識的理解、建構和遷移，蘊含對自我和社會的邏輯思考價值。

學科教學法知識PCK的核心是教師通過多種途徑解釋教學主題，以適應不同概念和學生的先驗知識。隨著人類對所處生活環境、關系網絡的需求發生變化，跨學科理念驅動下的課程內容呼喚學科與學科之間進行“深度合作”和“跨界融合”。基于跨學科理念，教師可通過以下三類課程實現教學知識的社會化：①AI標準型課程，是在人工智能、大數據等新技術的支撐下，培養學生的計算思維和問題解決能力；②AI拓展型課程，可采用基于項目的教學模式，引導學生應用人工智能相關知識解決問題，全面提高其綜合素養；③AI探究型課程，是在跨學科理念的指導下，引導學生對復雜問題進行縱深式探究，激發學生的創新思維。教師采用AI課程，可在一定程度上滿足學生的個性化學習需求，并有助于學生進一步理解教學內容。

2 依托智能技術設計整合技術的學科知識，實現知識的外在化

教師依托技術，尋求專業知識傳授和技術指導實踐的一致性、連貫性，主要目的是實現有意義的教學。智能技術作為信息技術的升級，將重構教育樣態，以人機協同的方式實現“人本”“生態”“智能”的一體化。教師開展以學習者為中心的教學，更有助于以超越信息傳遞的創新方式使用技術[14]。

整合智能技術的學科知識AI-TCK主要指教師需了解人工智能技術和學科內容教學相互影響、相互作用的方式，并需了解哪些智能技術最適合學科內容教學、智能技術如何支配或改變學科內容教學。運用不同的智能技術可以實現學科知識的外在化，完成教師隱性知識向顯性知識的編碼轉換，主要包括：①自然語言處理技術，是通過計算機科學、信息工程和人工智能等手段，使計算機實現對非結構化文本的理解、分析和處理。智能個人助理通過使用學生的聲音、視覺（圖像）和情境信息等，通過自然語言處理技術來回答問題、提出建議以提供幫助，具有高度的交互性和智能性，為學生提供了動態“腳手架”。②機器學習，是指讓計算機執行人類相關的活動，屬于一種數據分析技術。特別是無監督學習，可以從輸入的數據中找出隱藏模式或內在結構，有助于教師根據學生的學習特點采取合適的教學方式，實現個性化推送。③增強現實技術，是實現真實世界信息和虛擬世界信息“無縫”銜接的一種技術。增強現實技術在科學課程中的應用，允許學生以多維方式感知科學現象，并運用視覺手段使科學的抽象概念具體化，以更好地解釋學科內容知識，讓學生沉浸于真實的戶外環境探索，提高學生對環境科學信息的理解[15]。智能技術的應用，有助于實現真實世界和虛擬世界的良性互動，提高學生的理解能力、增強其學習動機。

3 結合智能教育空間設計整合技術的教學知識，實現知識的組合化

智能教育空間超越單純的物理空間而存在，是集開放、共享、創造等于一體的綜合性教育場域。推動智能技術與教學的深度融合，是智慧教育時代的核心主題[16]。教師的專業知識取向可分為主題取向（Subject Matter Orientation，SMO）和教學取向（Didactic and Pedagogical Orientation，DPO）[17]，其中的教學取向以學生為中心，注重建構積極的教育環境以激發和支持學生的發展，并注重創造有效的學習體驗以激發學生的興趣和促進有意義的學習。在教育過程中，教師需利用技術支持以學生為中心的教育空間的構建，并與學生建立高質量的互動和聯系，以豐富學生的學習體驗。

整合技術的教學知識TPK是指借助特定技術，對如何改變教與學的一種認識和理解。設計整合智能技術的教學知識是指采用適當的教學設計和教學策略，創建智能環境支持下的教學新樣態，將教學過程進行系統整理，實現知識的組合化和體系化。具體來說，可依托元宇宙、虛擬學習共同體和智能教室，構建智能教育空間新樣態，實現智能教學情境下的人機協同：①元宇宙是通過整合擴展現實、數字孿生等新興技術，將虛擬和現實深度融合的一種超元社會形態。在元宇宙的支撐下，學習者可依據學習需求切換學習場景，實現超域協同學習[18]。②虛擬學習共同體是在虛擬網絡環境下由學習者和助學者基于共同目標而建立的學習型團體，可以通過交互、協作和共享等多種方式，以共同完成學習任務[19]。③智能教室是集內容呈現、環境管理、資源獲取、及時互動、情境感知等于一體的智能化教學環境，是信息時代開展教育教學研究的重要場所[20]。師生在智能教室開展教學，有助于實現教學與管理的智能化、信息化，促進師生認知水平的提高。

4 通過智能教育境脈設計整合技術的學科教學知識，實現知識的內在化

境脈是對事物蘊含情境的整體把握，是通過建立教育的內部世界（如師生原有的認知結構、經驗水平、動機等）和外部世界（如教育發生的環境、展開的教學內容等）之間的聯系而觸發有意義學習[21]。智能教育境脈是一種能感知教學情境、識別學習者特征、提供合適教學資源與便利互動工具、自動記錄并追蹤教學過程和評價教學成果，覆蓋“備課—教學—練習—考試—評價—管理”流程的智慧教育應用場景。融合人工智能技術、大數據技術的教育教學，既是教學改革的內在需求，也是提升專業發展的重要舉措[22]。

傳統教育情境支撐下的教學形態已不能適應當前智能化的教育新常態要求，需主動尋求新的、合適的教育境脈。智能教育境脈的構建需要人、技術和資源的協調發展，即人在一定技術的支撐下利用各種資源協同促進社會發展。技術與教學的融合共生，需在境脈支撐下為教學提供真實的技術體驗。為了迎接具有不確定性和連續變化性的未來，無論是面對面教學還是虛擬教學，教師都需具備一定的智能素養，以應對復雜多變的智能教育境脈。結構化的虛擬平臺或虛擬系統作為一種虛擬環境，為教師提供了教學實踐的場域。通過智能教育境脈設計整合技術的學科教學知識，可為知識的內在化提供空間場域，實現對新知識的傳授和舊知識的更新。

圖3 智能時代教師知識結構發展框架的實現路徑

三 智能時代教師知識結構發展框架的實現路徑

智能時代教師知識結構的發展框架是從知識轉換視角實現教師的知識結構發展，其實現路徑主要有：在跨學科理念的引領下，組織個性化學習，實現知識的社會化；從技術存在和學習方式入手，創設智能教育空間，實現知識的外在化；在知識傳授、知識轉換、教學評價、育人發展四個過程中，構建智能教育境脈，實現知識的組合化；最終，打造智能時代的“人本”教育生態，實現知識的內在化，如圖3所示。

1 組織個性化學習

教師為了適應數字化教育環境，需具備四種關鍵的教學能力：數字資源的使用能力、教學過程的組織能力、評價與反饋的能力、促進學習者交流的能力[23]。智能形態的教育技術可以支持和促進學生的學習，但是成功地將智能技術與教學融合是一項復雜的任務。人工智能、大數據等信息技術的發展，為技術促進個性化學習帶來了新思路。依托智能技術，可以克服人腦在處理注意力、知覺、知識獲取與知識轉換這一過程中的局限性，并促進知識轉換和知識存取流程的暢通。

基于設計的學習是通過教師參與協作設計，來提高教師在技術整合和TPACK特定方面的能力，實現教師從知識灌輸者向學習設計者的角色轉變[24]。參考董玉琦等[25]提出的個性化學習設計方案，個性化學習的組織可從以下方面入手：①教學目標設定方面，將教學目標作為引領學習過程的“指南針”，可依據學生的認知水平起點和過程性學習數據智能地細化學習目標，以滿足學生的個性化學習需求；②學習路徑設計方面，將學習路徑作為引領學習過程的“航線”，可根據學生的成長歷程模擬其理想學習軌跡，學生參照理想軌跡進行適度調整，以獲得更大發展；③教學資源推送方面，將教學資源作為引領學習過程的“物質供給”，可基于學生的認知水平和學習過程數據智能推送相關教學資源，以提高教學效果；④技術工具選取方面，將智能技術作為引領教學過程的“工具保障”，技術映射旨在引導教師思考技術開發問題，實現教學內容向學生個體“經驗”的轉化。基于智能技術強調教師對智能化教學情境的思考和教師進行教學決策時對學生的了解、對智能化情境的理解，涉及智能技術的選取、智能教學環境的調度等操作。

2 創設智能教育空間

智能時代教師知識結構是教師對技術知識、教學知識、內容知識、空間知識等靈活運用的一種新的能力框架[26]。隨著信息技術的發展，教育發生的場所融合了線上和線下的教學環境，且越來越趨于智能化。以元宇宙、智能教室為代表的智能教育空間是主要集成和使用物聯網、網絡技術、移動技術、云計算等新興技術的現代化學習環境，可達到教學內容的可視化、教育管理的智能化、教學資源獲取的便捷化，集教、學、管、研于一體。智能教育空間通過為教育者提供個性化、智能化和適應性的學習環境，可滿足不同教育者的不同教育需求，增強教育的體驗感，提升教育的價值。

新興技術在教育教學中的應用，推動教育空間邁向數字化和智能化。智能教育空間的創設需重點注意：①技術是智能教育空間創設的基礎。智能教育空間在不同階段有不同的內涵——第一階段主要是集成物聯網技術和有交互性白板支持的傳統面對面學習，第二階段主要是結合移動設備支持的互動教學活動，第三階段主要是整合智能技術的數字化環境實現無縫學習體驗，第四階段則是在元宇宙的引領下實現人與虛擬世界、現實世界與虛擬世界的自由切換。②適應性的學習方式是發展動力。學習者之間的協作需求對在線學習提出了新要求，促使智慧教育空間升級；利用學習分析技術，允許學習者進行互動和空間定位，促使智慧教育空間超越單純的物理學習空間，而成為一種廣義上的教育環境。虛擬網絡世界彌補了物理世界的缺陷，并豐富與延展了物理學習空間，強化了人與智能設備之間的互聯互通，提高了智能化水平。尤其是以元宇宙為代表的智能虛擬空間，將是教育發展的理想選擇。

3 構建智能教育境脈

智能時代為教育者提供了一個共享型、個性化、智能化、多維交互的教育場域，為教學提供了優質的體驗。隨著智能技術的發展，學習的概念發展為在技術增強的境脈中轉換并創造知識的過程，因此教學需要關注技術知識、教學知識和內容知識等相互聯系構成的境脈。基于境脈的學習是將學習過程和真實情境聯系起來的一種教學實踐，通過師生熟悉的情境使教學內容更易被理解和吸收。智能教育境脈的構建，將有助于學習者的知識建構和知識習得，進而促使情境學習的發生。

在構建智能教育境脈的過程中，“AI+教育”的人機協同方式對教師提出了新要求：①在知識傳授過程中，教師要適應智能時代學生的個性化學習需求，借助智能技術成為知識的傳授者；②在知識轉換過程中，教師要成為學生理解和掌握知識的幫助者，成為促進學生思維能力和創造能力的培養者，這些是智能技術所無法替代的；③在教學評價過程中，教師要基于大數據、人工智能等技術對學生的學習成效進行分析，依托伴隨性數據成為數據的分析者和教學的評價者；④在育人發展過程中，教師要關注學生的發展，成為學生的育人領航者，體現人本理念。

4 打造“人本”教育生態

教育生態是社會生態中一個相對獨立的子系統，有其自身的特征與功能[27]。智能技術賦能“人本”教育生態，包含教育過程、教育空間和教育境脈的變革。具體來說，在變革教育過程方面，需優化教學目標、學習路徑、教學資源、技術工具等形態，體現個性化的價值取向；在變革教育空間方面，需以技術為支撐，提高教育教學的沉浸感；在變革教育境脈方面，需推動知識傳授、知識轉換、教學評價、育人發展，實現教育教學的一體化和全面化。

四 結語

教育與技術的融合創新，共塑教育新樣態。為回應“智能時代教師需具備什么樣的知識結構”這一問題，本研究從跨學科理念、智能技術、智能教育空間、智能教育境脈四個方面，系統闡述了智能時代教師知識結構的發展框架，并從知識轉換的視角，提出了教師知識結構發展框架的實現路徑，有助于教師知識結構的拓展、教師智能教育素養和專業能力的提升。本研究對智能時代教師知識結構的剖析尚處于理念探索階段，后續將持續推進相關研究，從教師必備的專業知識、專業能力、專業思維、專業素養等層面進行系統分析并厘清核心要素，以豐富并深化智能時代教師的專業素養與專業發展理論，為解決教育的深層問題提供借鑒。

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The Development Framework and Realization Path of Teachers’ Knowledge Structure in the Intelligent Age

LUO Qiang

The symbiosis of intelligent technology and education increases the richness and complexity of teachers’ knowledge structure, and requires the framework of teachers’ knowledge structure to develop accordingly. Based on this, this paper firstly sorted out the context of teachers’ TPACK (technological pedagogical content knowledge) structure, and drew a development map of TPACK-related research results. Subsequently, this paper constructed the development framework of teachers’ knowledge structure in the intelligent age, and proposed to design the pedagogical content knowledge based on the interdisciplinary concept, design the technological pedagogical knowledge based on intelligent technology, design the technological content knowledge combined with the intelligent education space, and the technological pedagogical content knowledge through intelligent education context, in order to realize the dynamic transformation of teachers’ knowledge structure. Finally, the realization path of teachers’ knowledge structure development framework in the intelligent age was expounded, which included organizing personalized learning, creating intelligent education space, constructing intelligent education context, and creating a “people-oriented” education ecology. The research of this paper expanded teachers’ TPACK structure, helped to improve teachers’ intelligent educational literacy and professional ability, and provided new ideas for the improvement of education quality.

knowledge structure; TPACK; intelligent education; teacher professional development

G40-057

A

1009—8097（2022）07—0031—09

10.3969/j.issn.1009-8097.2022.07.004

基金項目：本文為河南省科學技術廳軟科學項目“黃河文化的保護與傳承創新路徑研究——以豫劇為例”（項目編號：222400410066）的階段性研究成果。

羅強，在讀博士，研究方向為教師專業發展，郵箱為luolizhi1980@126.com。

2021年12月19日

編輯：小米