人工智能助力中小學數字化教育的創新與實踐

自ChatGPT 3.5發布以來，生成式人工智能在教育領域引發了廣泛關注。賓夕法尼亞州立大學（The Pennsylvania State University）的研究表明，早期人工智能側重規則與邏輯推理，而新一代生成式人工智能則實現了自然對話交互。這為中小學數字化教育轉型提供了關鍵技術支撐。

本文通過對美國教育傳播與技術協會 （AECT） 2023年國際學術年會（簡稱AECT 2023）和 2024年國際學術年會（簡稱AECT 2024）中與人工智能相關的會議報告進行梳理，整理出了一個系統化的人工智能教育整合框架（如圖1），從理念、實踐和共識三個維度^[1]出發，系統地探討人工智能技術在中小學教育場景中的實施路徑與挑戰。

一、人工智能教育理念創新

（一）以學生為中心的人工智能教育

在人工智能與教育深度融合的背景下，“以學生為中心的人工智能教育”已成為未來發展的核心方向。當前研究表明，盡管人工智能教育工具在個性化支持、教學效率提升等方面展現出潛力^[2]，但其應用仍面臨信息實用性不足、與學習者需求脫節等問題。為此，教育領域亟須從技術驅動轉向需求驅動，將學習者的多樣性、真實體驗和發展目標置于首位，通過優化人工智能的準確性、針對性與交互設計，彌合技術供給與教育本質之間的差距。

在網絡課程中引入生成式人工智能工具（如ChatGPT），在AECT 2024中得到了廣泛的關注與討論。研究指出，這類人工智能技術在在線教學中具有重要的價值，不僅可以為教師提供替代性的評估方式，還能支持多樣化的教學模式并增強師生互動。為有效整合生成式人工智能工具以提升教學質量，相關研究提出了以下三項策略：（1）在課程內容開發方面，可通過試點課程引入生成式人工智能，利用其生成知識檢驗類問題及多角度解析復雜概念的能力，優化課程設計；（2）在提升學生參與度方面，生成式人工智能可作為虛擬教學助理支持學生自主學習，并強化跨學科和職業能力的培養；（3）在評估方式方面，建議采用真實、個性化的情境任務取代傳統論文寫作，例如設計復雜指令任務或基于最新事件的寫作任務，以激發學生的批判性思維與應用能力。

在中小學數字化教育中，“以學生為中心的人工智能教育”能夠發揮多方面的積極作用。首先，人工智能可以根據每個學生的學習進度、興趣和能力，提供個性化的學習路徑，真正滿足學生的多樣化需求。其次，人工智能虛擬助教或對話式工具可以增強師生互動，為學生提供即時答疑和自主學習支持，尤其適合在課堂或課后延伸學習場景中應用。此外，人工智能還能幫助教師快速生成教學資源，如多角度解析復雜概念的知識檢驗類問題，使教學更高效、更具針對性。這些舉措不僅能提升教學效率，更能滿足學生多樣化的學習需求，促進學生的全面發展。然而，在應用過程中，教師需注意平衡技術使用與真實學習體驗，確保人工智能工具始終服務于學生的核心發展目標，而非替代師生間的深度互動。通過合理整合這些策略，人工智能不僅能提升中小學數字化教育的效率和質量，還能培養學生的問題解決能力和批判性思維，為未來學習奠定堅實基礎。

（二）教學理論與技術融合

“教學理論與技術的融合”是指在新興技術快速發展的背景下，傳統的教學理論需要與時俱進，與技術應用相互適應、共同發展。這一融合的核心在于，技術不再作為簡單的教學工具，而是能夠深度參與學習過程、重塑教學方式與學習體驗，從而推動教育范式向更加智能化、個性化和協同化的方向發展。在人工智能深度介入教育的今天，“教學理論與技術的融合”已從簡單的工具輔助演進為理論與技術的雙向重塑。尤其是在中小學，教學理論與技術的融合，更是引發了教育領域深刻的變革與思考。

傳統的教學理論，如行為主義、認知主義和建構主義，需要進行適當的調整，以應對技術與靈活性、動態化的目標的整合。南伊利諾伊大學（Southern Illinois University）鐘琳^[3]副教授的研究團隊采用系統文獻綜述和概念分析的方法，對研究范式、學習理論和教學理論等核心概念進行了定義和分類，以區分它們的哲學根源和實際應用（如圖 2）。研究表明，新興理論如自我決定理論、心流理論、接受模型（Technology Acceptance Model，TAM）和技術接受與使用統一模型（Unified Theory of Acceptance and Use of Technology，UTAUT）等更注重自適應學習、倫理考量和人機協作。人工智能通過強化學習、認知負荷管理和個性化內容調整，優化了學習體驗，推動了學習過程從建構主義向連接主義的轉變，同時支持數據驅動的教學實踐，使人機協作成為新焦點。未來，教育理論需進一步完善，以確保人工智能能夠有效、倫理和公平地融入教育體系，推動教育的個性化和高質量發展。

在人工智能情境下，教育理論與技術的融合為中小學數字化教育發展注入強大動力。首先，人工智能技術使經典教學理論煥發新生：通過智能系統實現建構主義的個性化知識建構、行為主義的即時反饋及社會學習理論的情景模擬。其次，人工智能技術重構了教學全流程：從智能備課系統自動匹配課程標準，到課堂人工智能助手實時監測學情，再到智能評估生成學習畫像，形成數據驅動的教學閉環。最后也是最重要的，這種融合可以推動教育范式轉型，教師從知識傳授者轉變為學習設計師，學生成為技術支持的自主探究者，在保障教育公平與倫理的前提下，真正實現從“標準化教學”到“規?；虿氖┙獭钡霓D變。

二、人工智能教育實踐

（一）學習體驗與教學支持

在人工智能環境下，“學習體驗與教學支持”是指利用人工智能技術優化教學設計與學習過程，提升教學效率與學習效果，為教師和學生提供更加高效、個性化和包容性的教育體驗。學習體驗聚焦人工智能工具如何構建個性化學習路徑，增強學生的互動參與；教學支持體現在人工智能技術如何協助教師生成教學內容，并為教學設計提供多元支持。二者的協同作用，正在推動中小學數字化教育向更高效和更包容的方向發展。

人工智能通過優化學習體驗與強化教學支持，在中小學教育中展現出強大的變革潛力。自然語言處理和生成模型等人工智能技術為中小學數字化教育帶來了顯著的助力。AECT 2024相關研究^[4] 總結了如何在不同教學任務中使用人工智能。研究表明，人工智能在教學設計中已呈現出多元發展趨勢（見表1），為教學設計師提供了實踐指導，幫助他們在課程開發、內容優化、評估設計等方面更高效地利用人工智能技術。

AECT 2024相關報道^[5]提到，對話式人工智能結合歸納、具體化和示例化策略，能夠為學生提供深度概念理解的支持。這種結合在提升學習滿意度和專注力的同時，顯著優化了整體學習體驗。同時，人工智能驅動的文本轉語音工具通過個性化設置（如語速調整），可以幫助特殊需求學生（如注意力缺陷多動障礙學習者）減少認知負荷，增強信息吸收能力，從而為多元化學習群體創造更包容的教育環境。在教學支持方面，除了生成式人工智能輔助課程開發和資源創建外，AECT 2023相關報告^[6]討論了可以運用基于人工智能的教育語言分析工具“ExplainIt”為STEM教學提供創新解決方案。該工具能實時分析學生的自我解釋，幫助教師掌握學情、發現知識盲點，因此特別適合大班教學場景。這類工具不僅能自動分析學生的理解程度、提供個性化教學建議，還能有效減輕教師的課堂管理負擔。然而，這些技術應用也面臨內容質量把控、文化適應性等挑戰。因此，教師需要保持批判性思維，在技術輔助與師生互動之間找到平衡點，確保人工智能工具真正服務于教學質量的提升。研究建議在教師培訓中引入這些前沿工具，幫助教師掌握技術應用能力，同時注重培養學生的自我表達和反思能力。

綜合來看，人工智能通過沉浸式學習工具和智能化教學支持，不僅能夠創建個性化學習路徑、優化課堂互動，還能為教師減負增效，從而推動中小學數字化教育向更高效、更公平的方向發展。為充分發揮人工智能工具的賦能作用，中小學教師需要做到以下幾點：（1）選擇性整合，優先采用經過驗證的人工智能工具并結合學科特點針對性應用；（2）嚴格質量把控，對生成式人工智能輸出的教學內容進行人工審核，確保準確性、適齡性和文化適應性；（3）堅持人機協同，將人工智能作為教學輔助而非替代，保留師生互動的核心價值；（4）持續學習提升，通過培訓掌握人工智能工具的操作與評估方法，提升技術應用與批判能力。教師應以教育目標為導向，在技術應用中保持審慎與創新，方能真正實現人工智能助力下的 “提質減負”與教育公平。

（二）教師培訓與資源優化

在人工智能環境中，“教師培訓與資源優化”是指利用人工智能技術提升中小學教師的專業能力，并提高教學資源的使用效率。在中小學數字化教育發展過程中，我們可以合理利用人工智能技術突破傳統培訓的時空限制。例如，利用虛擬仿真環境可以提升教師實踐能力；借助智能工具擴展教育資源供給，可以實現教學支持服務的提質增效，滿足學生多樣化的需求。

在AECT 2024年會中，佛羅里達州立大學（Florida State University）的柯峰峰教授團隊的研究^[7]表明，虛擬現實環境中的人工智能虛擬學生在教師培訓中具有獨特的價值。師范學生可以與人工智能虛擬學生進行教學互動，實踐探討式教學方法和文化適應性教學策略，從而有效引導學生思考和練習。這種培訓方式特別有助于新手教師從“權威性”教學向“適應性”教學轉型。該系統提供的實時反饋和情景化練習機會，能夠有效提升教師的觀察能力。來自南佛羅里達大學（University of South Florida）的瑪麗蓮·納什（Maryellen Nash）帶來的虛擬圖書館ViLA^[8] 為資源優化提供了新思路。經過優化升級后，該工具不僅能夠顯著提升學生的信息素養，還能幫助教師在有限資源條件下，高效開展信息檢索教學。這些人工智能工具的研究與應用既拓展了教師培訓的深度，又優化了教育資源的使用，為中小學教育的發展提供了強有力的支持。

三、人工智能教育共識

（一）素養與能力培養

人工智能環境下的“素養與能力培養”不僅包括對技術工具的熟練使用，還涉及批判性思維、理解能力和技術知識的綜合提升。教師和學生應該通過知識學習、實踐應用和倫理反思，逐步形成對人工智能技術的理解能力、評估能力及負責任的應用能力。中小學教師和學生應該明確，人工智能環境下的素養與能力培養的目的，是幫助師生在享受人工智能帶來的效率提升和創新發展優勢的同時，始終保持批判性思維和人文關懷，從而實現從被動接受技術到主動駕馭技術的轉變，最終成為技術的掌控者。

在AECT 2024中，多位來自不同國家的專家學者的研究關注到人工智能素養與能力培養這一主題^[9]。研究表明，盡管不同國家的學生在人工智能方面的能力存在明顯差異，但國家之間的整體水平有相似之處。學生對人工智能工具的能力感知是多維的，尤其在內容生成和學習評估方面的期望值較高，但這種認知往往受到文化背景和個人經驗的顯著影響。研究建議在中小學教育階段，教師需要有針對性地開展人工智能素養教育，一方面，要系統性地培養學生對人工智能技術的理解能力和實操技能；另一方面，要注重發展學生的批判性思維，幫助他們建立對人工智能生成內容的辨別能力。同時，研究強調教師應根據不同學段學生的認知特點，設計差異化的人工智能教學方案，既要激發學生對新技術的學習熱情，又要引導他們認識人工智能工具的局限性，最終實現技術應用能力與人文素養的協同發展。

（二）安全與倫理挑戰

由于生成式人工智能技術應用于教育領域仍處于創新探索階段，我們在探索人工智能帶來的便利與優勢的同時，也要注意和解決新技術帶來的隱患和倫理問題。這應該是人工智能在教育應用上的共識。在關于人工智能的研究報告中，大多數研究者都強調了技術支持和數據隱私的重要性，呼吁確保學生獲得平等的訪問權和隱私保護，同時監測數據更新與安全。

印第安納大學（Indiana University）的西奧多·弗里克（Theodore W. Frick）的研究^[10]揭示了生成式人工智能在教育應用中的安全與倫理挑戰。研究指出，盡管生成式人工智能在數據分析和預測方面表現出色，但它們依賴統計預測，經常會產生虛構的內容，因此在信息準確性和真實性方面存在風險，從而誤導師生。另外，生成式人工智能缺乏常識理解和文本內容的真正理解能力。這可能削弱社會對事實和真理的認識。研究建議教師培養學生的批判性思維，教會他們如何驗證人工智能生成內容的真實性。這對中小學教師和學生而言，意味著在使用人工智能工具時需謹慎，必須平衡技術創新與教育真實性，始終將培養學生的判斷力和人文價值觀放在首位。

四、總結

人工智能技術正在為中小學教育帶來創新機遇，但也需要我們理性看待和合理運用。人工智能能夠根據每個學生的學習進度和風格提供個性化的學習路徑，從而使學習變得更加貼合個人需求。它還能幫助教師更好地了解學生的學習情況，從而做出更合適的教學決策。但要注意人工智能生成的內容可能不適合學情或存在錯誤，需要教師嚴格把關。對學生來說，人工智能工具能幫助解答疑問、拓展思維，但絕不能替代獨立思考和學習過程。

在應用人工智能技術時，我們要把握三個關鍵點。一是要明確人工智能的輔助定位，即它只是教學工具而非教學主體；二是要培養批判性思維，對人工智能提供的信息保持質疑和驗證的態度；三是要重視人文關懷，避免過度技術化而忽視教育本質。研究建議學校開設人工智能素養課程，課程既要包括基礎技術知識的講授，也要包括對倫理安全問題的探討。

推動教育數字化不僅是簡單地引入人工智能工具，而是要將技術與教育深度融合。教師應成為人工智能應用的主導者，學生應成為使用人工智能工具的明白人。只有這樣，人工智能才能真正助力教學質量的提升，同時守護教育的育人本質。未來教育的創新發展需要我們在擁抱技術的同時，始終保持教育者的專業判斷和人文溫度。

注：本文系國家社會科學基金教育學2023年重大項目“數字教育形態研究”（項目編號：VCA230011）的階段性研究成果。

參考文獻

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[10]Frick T. Don't Be a Dupe： What Educators Should Do With AI—Or Rather Pseudo Intelligence[C]. 2024 Association for Educational Communication and Technology （AECT） Convention， Kansas City， Missouri， 2024.

（作者陳蕙若系美國南佛羅里達大學教育學院博士研究生；鐘琳系美國南伊利諾伊大學副教授；姚中銳系美國福特海斯州立大學教育設計師；程醉系深圳大學教育學部助理教授）

責任編輯：李媛