基于AI-TPACK框架的人機協同教學研究

中圖分類號：G434文獻標識碼：A論文編號：1674—2117（2025）19-0092-05

研究背景

在近年來出臺的政策文件中，國務院頒布的《新一代人工智能發展規劃》以及教育部頒布的《教育部關于實施全國中小學教師信息技術應用能力提升工程2.0的意見》2《關于弘揚教育家精神加強新時代高素質專業化教師隊伍建設的意見》中明確指出推動人工智能教育以及提升教師素養的重要性，深入實現智能技術與教育教學的融合發展。中共中央、國務院印發的《教育強國建設規劃綱要（2024—2035年）》4中明確提出十個“協同\"育人，著力強調構建網絡育人空間和陣地，探索協同機制，這些政策大力助推了教育生態中教師教學、機器協助、學生學習整體性的發展與變革。

智能教育協同范式的理論基礎

1.人機協同教育的演進

在人機協同教育中，人與機器的關系演進呈現出從人機交互、人機協作到人機協同的階段性躍遷，其核心在于通過明確人機角色定位實現教育場域中技術工具理性與人文價值理性的共生共融。教育主體間的交互范式轉向“人—機一人”三元耦合的多主體協同格局，何文濤等指出，教師、機器、學生為人機協同教學的三要素，三者通過數據驅動的信息交互與功能互補形成協同育人的動態系統；而隨著人工智能的發展，人機協同教育中機器形態呈現由“工具”階段、“計算機”階段、“人工智能”階段到“超級智能”的更迭，機器在教育生態中的角色從外顯化的功能載體逐步內化為智能化的協同體，為人機協同的高質量發展提供有力的支撐與保障。由此可知，人機協同教學突破固定模式的關鍵在于：通過系統化整合人機優勢，為學生創設促進高階思維能力發展的適切環境，進而推動核心素養在技術賦能的教育實踐中實現深度培育，最終構建技術賦能與教育本真辯證統一的新型協同范式。

2.AI-TPACK教師智能素養模型

美國密歇根州立大學的Matthew J.Koehler和PunyaMishra博士于2009年把技術知識（TK）納入舒爾曼（Shulman）的PCK理論，構建了整合技術的學科教學知識（TPACK）框架。隨著信息技術的快速發展，TPACK框架須注人新內涵。2020年閆志明等把人工智能技術知識以及思維融入到教師專業知識體系當中，由此形成了涵蓋了人工智能技術知識（AI-TK）、整合人工智能技術的教學法知識（AI-TPK）、整合人工智能技術的學科內容知識（AI-TCK）、整合人工智能技術的學科教學知識（AI-TPACK）的AI-TPACK理論框架8 （如圖1）。

AI-TPACK框架下教師人機協同教學能力體系的分層建構

在教學中，筆者基于AI一TPACK框架構建了教師能力體系（如圖2），該體系依托動態性、實踐性、融合性、倫理性的理念，遵循“技術操作、教學設計、深度融合、倫理批判”的邏輯，形成由基礎到高階、由技術操作到倫理反思的遞進結構分層構建，確保教師能力發展與智能時代的教育需求匹配。

1.基礎層：技術工具認知與操作能力

基礎層作為教師能力體系的根基，其核心在于推動教師從技術認知轉向實踐能力。技術認知的更新能力旨在要求教師持續跟蹤技術發展動態，主動學習智能工具與應用，保持知識前沿性；信息資源的整合能力要求教師能篩選和借助優質技術資源并合理融入課程的教學設計和開發中；智能工具的操作能力要求教師熟練使用人工智能工具，并應用于教學全程；技術故障的應對能力要求教師能靈活處理隨機發生的設備問題，保障教學的連續性和穩定性。

2.應用層：技術整合的教學設計能力

應用層聚焦從設計到實施的全過程優化能力。多元教學交互能力作為其核心維度，要求教師具備在物理空間、虛擬空間和混合空間中靈活運用智能技術的能力。教師需根據課堂、在線及混合式教學場景的特點，構建自主學習、人機協同與探究學習的多元復合的教學結構，通過智能工具促進學生與技術的有效互動；教學策略與方法的整合能力體現為將技術深度融入教學設計，既可通過人工智能驅動的教學助手實現差異化教學與合作學習，又能依托項目式學習（PBL）、探究式教學等模式，構建“人工智能十教師”的協同教學效果[0]，充分發揮教師的人文優勢與人工智能的算法

圖1AI-TPACK模型

圖2基于AI-TPACK的教師能力體系

處理效能。數據驅動的決策能力則通過采集學習過程中的答題時長、錯誤類型等多維度數據，建立精準的學習分析模型，動態優化教學策略，并能依據數據對學生進行精準的評價反饋，完善整個教學流程。

3.融合層：學科與技術深度融合能力

融合層是教學質量提升的核心，要求教師突破“技術工具化”思維，實現學科內容與智能技術的創新性結合。學科知識圖譜構建能力是指教師在自身學科知識能力的基礎上，借助信息技術梳理學科知識體系，呈現知識關聯，幫助學生構建系統認知；智能化學科實踐能力指利用虛擬仿真、智能輔導等技術，優化學科實踐環節，增強學生對知識的應用能力；跨學科教學創新能力則指通過技術手段整合多學科知識體系，打破學科壁壘，實現知識結構的有機融合與拓展延伸，培養學生創新思維與解決復雜問題的能力。

4.倫理層：技術批判與教育倫理反思能力

倫理層是AI-TPACK框架的頂層設計，要求教師在技術應用中始終保持倫理警覺。技術倫理的審查能力要求教師審視人工智能技術應用中的倫理問題，確保技術應用符合教育倫理。人機角色的界定能力強調在人工智能技術的沖擊下，教師能明確自身與智能技術在教學中的角色與責任，用辯證視角來看待人工智能技術，杜絕過度依賴技術的行為，充分發揮主觀能動性，深入提升自身的主體綜合素養，走向“教師—人工智能—學生”互利共生的新局面。技術批判的反思能力旨在促進對技術應用利弊的反思，防止對技術的盲目依賴，保障教育的人文性與科學性。協作發展與終身學習的能力是指教師要有終身學習的意識和觀念，定期反思自身在教學中經驗和不足，不斷改進教學方法和策略，同時開展相關教學研究，探索人機協同教學的規律和有效模式，為實踐提供理論支持和指導。

基于教師能力的人機協同教學模式構建

人工智能技術深度融入教育，催生了“教師智慧一機器協助一學生學習”的多元主體協同生態，人機協同教學成為提升教育質量的重要模式。在教學中，筆者以協同理論為依托，整合混合式、項目式、探究式等教學策略，通過重構教學流程（如圖3）實現三主體協同互動，最終達成教育質量提升的目標。

1.智能化準備階段：精準規 劃，奠定協同基礎

在本階段，教師通過智能教學系統和數字化學習資源構建智能化學習空間，為學生提供主題選擇、材料定制、策略適配及伙伴協作等個性化學習選項。借助學習分析工具對前測數據進行深度挖掘，形成多維度的學情畫像，進而制訂精準的教學目標并優化教學設計方案。同時，機器根據教師需求提供優質的數字化資源，為教師優化教學目標與教學流程，為學生提供初步的學習指引（教師應篩選優質教學資源，及時評估技術應用的風險問題）。學生在接受任務信息后，進行自主學習與思考，對學習內容進行預習，并通過動態反饋參與資源共建，為課堂學習做準備。此

技術能力設計能力 智能支架智能代理智能算法 學習者協作者探究者融合能力倫理能力角色定位教師能力 機器協助 學生學習智化準 制訂標選工具 提供學情分 接信息標匹配資源評估風險協同探究 情境引導問題拆解 平臺收集學生反饋 提供多模態資源 協作探究 頭腦風暴階段 概念建構提供腳手架 可視化數據支持 動態反饋多維實踐 跨學科支持 策反總結評價 作業習檔元機制 成果報告 個

階段以基礎層和倫理層為依托，基于策略層的科學實施確保人機協同教學在起點上的精準性與科學性，為后續教學流程奠定基礎。

2.協同探究階段：深度建構，推進協同教學

在本階段，教師通過情境引導學生對問題進行拆解，以此建構概念性知識框架，并借助智能工具為學生提供腳手架，引導學生對學習內容進行思考和探究。機器則通過提供可視化多模態資源，豐富探究素材，并且實時收集教學效果，提供數據分析支持。學生基于腳手架進行協作探究，并動態反饋學習進展，實現對知識的主動建構。教師的策略層能力與融合層能力在此階段相互交織，促進人機協同下的深度學習。

3.多維實踐階段：任務驅動，實踐深化教學

在本階段，教師通過任務驅動，設計階梯式任務和跨學科整合的項目，及時為學生提供實踐機會，并在此過程中提供情感支持與方法指導。機器則為教師打造沉浸式環境提供虛擬化設備，并實時采集學生學習報告來分析學習進度，為學生的實踐提供智能化支持。學生則在項目式學習中展開自主決策與協作互助，將理論知識應用于實踐，并及時向教師反饋實踐結果。在此過程中，教師的策略層能力保障了實踐任務的合理性與引導性，實現人機協同過程中對學生實踐能力的培養。

4.課后階段：多元評估，強化 協同反饋

本階段需實現過程性評價與發展性評價等多元評價的統一。首先，對實踐項目成果進行評價總結并設計分層作業，隨后從認知、情感、交互及自主四個維度進行綜合評價。此外，依托動態成長檔案與機器協同生成的評估報告，既呈現學生進步軌跡又提供發展性建議，同時引導學生通過自評、互評總結學習日志，深化反思，最終形成“評價—反饋—改進”的教學閉環。[12]這一階段的關鍵在于對評估過程的公正性、人機角色和權責進行審視，既要確保對技術的客觀性，又要保留教育的人文關懷。

總結

本文基于AI-TPACK教師智能素養框架，深人分析了教師應具備的能力，構建了人機協同的教學模型，深入探究了教師、機器、學生一體化、智能化的新形式的教與學。未來，教育發展需在教師培訓體系、技術倫理規范、跨學科課程設計等方面持續深化，方能在技術理性與教育本質的平衡中，培育具有智能素養與人文底蘊的新時代人才。

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作者簡介：衛明賢，教育技術2024級研究生；劉立云，教育技術系副教授，教工黨支部書記。