罗强 | 智能时代教师知识结构的发展框架及其实现路径
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作者：罗强
摘要智能技术与教育融合共生，增加了教师知识结构的丰富性与复杂性，要求教师知识结构的框架随之发展。基于此，文章首先梳理了教师TPACK知识结构的脉络，绘制了TPACK相关研究成果的发展图谱。随后，文章构建了智能时代教师知识结构的发展框架，提出基于跨学科理念设计学科教学知识、依托智能技术设计整合技术的学科知识、结合智能教育空间设计整合技术的教学知识、通过智能教育境脉设计整合技术的学科教学知识，以实现教师知识结构的动态转换。最后，文章阐释了智能时代教师知识结构发展框架的实现路径，包括组织个性化学习、创设智能教育空间、构建智能教育境脉、打造“人本”教育生态。文章的研究拓展了教师TPACK知识结构，有助于提升教师的智能教育素养和专业能力，并为教育质量的提高提供新思路。
关键词：知识结构；TPACK；智能教育；教师专业发展
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教师TPACK知识结构的脉络梳理
智能时代教师知识结构的发展框架及其实现路径
1.第一阶段：TPACK的理论探索
已有研究成果为教师TPACK知识结构的研究提供了参考，如Shulman[5]认为学科教学知识PCK是指超越了学科知识本身，而特别关注学科知识的教学维度；Pieson[6]提出整合技术的实践属于教学专业知识技能，即教师使用不同的技术、怎么使用技术与教学实践存在一定的关系。在此基础上，教师TPACK知识结构研究进入第一阶段对TPACK的理论探索，其内涵得以不断丰富。例如，Niess[7]提出了术语“TPCK”，代指技术增强的PCK，为从技术的视角描述教师TPCK知识结构提供了借鉴；Angeli等[8]在TPCK的基础上增加了“信息与通信技术”（Information and Communication Technology，ICT）这一要素，强调教师要充分利用ICT提高教学能力。2006年，TPCK相关研究受到教育界广泛关注。2007年，为了便于表述，“TPCK”被改为“TPACK”。2008年，Koehler等[9]用三个交叉圆构成韦恩图，呈现了七个知识域之间的关系；同年，Cox[10]提出的细化模型对TPACK框架要素进行了详细分析，以明确各要素之间的关系。至此，教育界开启了TPACK研究的新篇章。
2.第二阶段：TPACK的应用剖析
TPACK的应用研究主要解决技术在不同教育境脉中的应用问题，可分为两类：①模型探究，主要包括整合网络技术的TPCK-Web模型、整合技术的学科教学知识网络（TCPNet）、基于知识和经验的TPACK-Practical模型、整合技术的科学教学知识TPASK模型、面向通用设计的All-TPACK模型，为TPACK相关研究提供了丰富的视角；②测量研究，主要包括从技术整合视角应用TPACK量表、采用定性方法探究TPACK框架的发展规律。
随着智能技术与教育教学的融合创新，整合智能技术的学科教学知识需进一步发展。从图1可以看出，教师TPACK知识结构的发展具有以下特点：①在技术知识层面，教师的TPACK框架需随时代发展而更新，以适应智能时代的发展诉求；②在学科知识层面，为了使教师适应高度复杂、动态变化的教学情境，需进一步丰富并共享相关教学资源；③在教学法层面，以测量评价为手段促进教师专业发展，需融合跨学科素养、智能素养等要素，制定更科学的实施策略。
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智能时代教师知识结构的发展框架
智能时代教师知识结构的发展框架及其实现路径
Mishra等[11]认为，依托技术开展教学不仅要考虑三个核心要素（即学科知识、技术知识、教学法知识），更需关注知识之间的相互作用。在此基础上，依据知识创造SECI理论[即个体在一定的组织中对显性知识和隐性知识进行转换，从而实现知识之间社会化（Socialization）、外在化（Externalization）、组合化（Combination）、内在化（Internalization）的转换过程[12]]，结合教师的TPACK知识结构，本研究构建了智能时代教师知识结构的发展框架，如图2所示。在该发展框架中，第①步是基于跨学科理念设计学科教学知识，第②步是基于智能技术设计整合技术的学科知识，第③步是基于智能教育空间设计整合技术的教学知识，第④步是基于智能教育境脉设计整合技术的学科教学知识，旨在实现教师知识结构的动态转换。
图2 智能时代教师知识结构的发展框架
1.基于跨学科理念设计学科教学知识，实现知识的社会化
跨学科理念是指超越单一学科的知识，与多个学科交叉、渗透、融合而进行的知识创造与传播活动，体现了以学习者为中心的思想[13]。从认识论来看，跨学科是超越单一学科且同时融合多门学科，处于学科的上位概念；从方法论来看，跨学科为师生知识建构提供了一个新的视角，强调在一个连续的整体中去理解知识、概念和事实等的意义；从价值论来看，跨学科包含对知识的理解、建构和迁移，蕴含对自我和社会的逻辑思考价值。
学科教学法知识PCK的核心是教师通过多种途径解释教学主题，以适应不同概念和学生的先验知识。随着人类对所处生活环境、关系网络的需求发生变化，跨学科理念驱动下的课程内容呼唤学科与学科之间进行“深度合作”和“跨界融合”。基于跨学科理念，教师可通过以下三类课程实现教学知识的社会化：①AI标准型课程，是在人工智能、大数据等新技术的支撑下，培养学生的计算思维和问题解决能力；②AI拓展型课程，可采用基于项目的教学模式，引导学生应用人工智能相关知识解决问题，全面提高其综合素养；③AI探究型课程，是在跨学科理念的指导下，引导学生对复杂问题进行纵深式探究，激发学生的创新思维。教师采用AI课程，可在一定程度上满足学生的个性化学习需求，并有助于学生进一步理解教学内容。
2.依托智能技术设计整合技术的学科知识，实现知识的外在化
教师依托技术，寻求专业知识传授和技术指导实践的一致性、连贯性，主要目的是实现有意义的教学。智能技术作为信息技术的升级，将重构教育样态，以人机协同的方式实现“人本”“生态”“智能”的一体化。教师开展以学习者为中心的教学，更有助于以超越信息传递的创新方式使用技术[14]。
整合智能技术的学科知识AI-TCK主要指教师需了解人工智能技术和学科内容教学相互影响、相互作用的方式，并需了解哪些智能技术最适合学科内容教学、智能技术如何支配或改变学科内容教学。运用不同的智能技术可以实现学科知识的外在化，完成教师隐性知识向显性知识的编码转换，主要包括：①自然语言处理技术，是通过计算机科学、信息工程和人工智能等手段，使计算机实现对非结构化文本的理解、分析和处理。智能个人助理通过使用学生的声音、视觉（图像）和情境信息等，通过自然语言处理技术来回答问题、提出建议以提供帮助，具有高度的交互性和智能性，为学生提供了动态“脚手架”。②机器学习，是指让计算机执行人类相关的活动，属于一种数据分析技术。特别是无监督学习，可以从输入的数据中找出隐藏模式或内在结构，有助于教师根据学生的学习特点采取合适的教学方式，实现个性化推送。③增强现实技术，是实现真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”衔接的一种技术。增强现实技术在科学课程中的应用，允许学生以多维方式感知科学现象，并运用视觉手段使科学的抽象概念具体化，以更好地解释学科内容知识，让学生沉浸于真实的户外环境探索，提高学生对环境科学信息的理解[15]。智能技术的应用，有助于实现真实世界和虚拟世界的良性互动，提高学生的理解能力、增强其学习动机。
3.结合智能教育空间设计整合技术的教学知识，实现知识的组合化
智能教育空间超越单纯的物理空间而存在，是集开放、共享、创造等于一体的综合性教育场域。推动智能技术与教学的深度融合，是智慧教育时代的核心主题[16]。教师的专业知识取向可分为主题取向（Subject Matter Orientation，SMO）和教学取向（Didactic and Pedagogical Orientation，DPO）[17]，其中的教学取向以学生为中心，注重建构积极的教育环境以激发和支持学生的发展，并注重创造有效的学习体验以激发学生的兴趣和促进有意义的学习。在教育过程中，教师需利用技术支持以学生为中心的教育空间的构建，并与学生建立高质量的互动和联系，以丰富学生的学习体验。
整合技术的教学知识TPK是指借助特定技术，对如何改变教与学的一种认识和理解。设计整合智能技术的教学知识是指采用适当的教学设计和教学策略，创建智能环境支持下的教学新样态，将教学过程进行系统整理，实现知识的组合化和体系化。具体来说，可依托元宇宙、虚拟学习共同体和智能教室，构建智能教育空间新样态，实现智能教学情境下的人机协同：①元宇宙是通过整合扩展现实、数字孪生等新兴技术，将虚拟和现实深度融合的一种超元社会形态。在元宇宙的支撑下，学习者可依据学习需求切换学习场景，实现超域协同学习[18]。②虚拟学习共同体是在虚拟网络环境下由学习者和助学者基于共同目标而建立的学习型团体，可以通过交互、协作和共享等多种方式，以共同完成学习任务[19]。③智能教室是集内容呈现、环境管理、资源获取、及时互动、情境感知等于一体的智能化教学环境，是信息时代开展教育教学研究的重要场所[20]。师生在智能教室开展教学，有助于实现教学与管理的智能化、信息化，促进师生认知水平的提高。
4.通过智能教育境脉设计整合技术的学科教学知识，实现知识的内在化
境脉是对事物蕴含情境的整体把握，是通过建立教育的内部世界（如师生原有的认知结构、经验水平、动机等）和外部世界（如教育发生的环境、展开的教学内容等）之间的联系而触发有意义学习[21]。智能教育境脉是一种能感知教学情境、识别学习者特征、提供合适教学资源与便利互动工具、自动记录并追踪教学过程和评价教学成果，覆盖“备课—教学—练习—考试—评价—管理”流程的智慧教育应用场景。融合人工智能技术、大数据技术的教育教学，既是教学改革的内在需求，也是提升专业发展的重要举措[22]。
传统教育情境支撑下的教学形态已不能适应当前智能化的教育新常态要求，需主动寻求新的、合适的教育境脉。智能教育境脉的构建需要人、技术和资源的协调发展，即人在一定技术的支撑下利用各种资源协同促进社会发展。技术与教学的融合共生，需在境脉支撑下为教学提供真实的技术体验。为了迎接具有不确定性和连续变化性的未来，无论是面对面教学还是虚拟教学，教师都需具备一定的智能素养，以应对复杂多变的智能教育境脉。结构化的虚拟平台或虚拟系统作为一种虚拟环境，为教师提供了教学实践的场域。通过智能教育境脉设计整合技术的学科教学知识，可为知识的内在化提供空间场域，实现对新知识的传授和旧知识的更新。
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智能时代教师知识结构发展框架的实现路径
智能时代教师知识结构的发展框架及其实现路径
智能时代教师知识结构的发展框架是从知识转换视角实现教师的知识结构发展，其实现路径主要有：在跨学科理念的引领下，组织个性化学习，实现知识的社会化；从技术存在和学习方式入手，创设智能教育空间，实现知识的外在化；在知识传授、知识转换、教学评价、育人发展四个过程中，构建智能教育境脉，实现知识的组合化；最终，打造智能时代的“人本”教育生态，实现知识的内在化，如图3所示。
图3 智能时代教师知识结构发展框架的实现路径
1.组织个性化学习
教师为了适应数字化教育环境，需具备四种关键的教学能力：数字资源的使用能力、教学过程的组织能力、评价与反馈的能力、促进学习者交流的能力[23]。智能形态的教育技术可以支持和促进学生的学习，但是成功地将智能技术与教学融合是一项复杂的任务。人工智能、大数据等信息技术的发展，为技术促进个性化学习带来了新思路。依托智能技术，可以克服人脑在处理注意力、知觉、知识获取与知识转换这一过程中的局限性，并促进知识转换和知识存取流程的畅通。
基于设计的学习是通过教师参与协作设计，来提高教师在技术整合和TPACK特定方面的能力，实现教师从知识灌输者向学习设计者的角色转变[24]。参考董玉琦等[25]提出的个性化学习设计方案，个性化学习的组织可从以下方面入手：①教学目标设定方面，将教学目标作为引领学习过程的“指南针”，可依据学生的认知水平起点和过程性学习数据智能地细化学习目标，以满足学生的个性化学习需求；②学习路径设计方面，将学习路径作为引领学习过程的“航线”，可根据学生的成长历程模拟其理想学习轨迹，学生参照理想轨迹进行适度调整，以获得更大发展；③教学资源推送方面，将教学资源作为引领学习过程的“物质供给”，可基于学生的认知水平和学习过程数据智能推送相关教学资源，以提高教学效果；④技术工具选取方面，将智能技术作为引领教学过程的“工具保障”，技术映射旨在引导教师思考技术开发问题，实现教学内容向学生个体“经验”的转化。基于智能技术强调教师对智能化教学情境的思考和教师进行教学决策时对学生的了解、对智能化情境的理解，涉及智能技术的选取、智能教学环境的调度等操作。
2.创设智能教育空间
智能时代教师知识结构是教师对技术知识、教学知识、内容知识、空间知识等灵活运用的一种新的能力框架[26]。随着信息技术的发展，教育发生的场所融合了线上和线下的教学环境，且越来越趋于智能化。以元宇宙、智能教室为代表的智能教育空间是主要集成和使用物联网、网络技术、移动技术、云计算等新兴技术的现代化学习环境，可达到教学内容的可视化、教育管理的智能化、教学资源获取的便捷化，集教、学、管、研于一体。智能教育空间通过为教育者提供个性化、智能化和适应性的学习环境，可满足不同教育者的不同教育需求，增强教育的体验感，提升教育的价值。
新兴技术在教育教学中的应用，推动教育空间迈向数字化和智能化。智能教育空间的创设需重点注意：①技术是智能教育空间创设的基础。智能教育空间在不同阶段有不同的内涵——第一阶段主要是集成物联网技术和有交互性白板支持的传统面对面学习，第二阶段主要是结合移动设备支持的互动教学活动，第三阶段主要是整合智能技术的数字化环境实现无缝学习体验，第四阶段则是在元宇宙的引领下实现人与虚拟世界、现实世界与虚拟世界的自由切换。②适应性的学习方式是发展动力。学习者之间的协作需求对在线学习提出了新要求，促使智慧教育空间升级；利用学习分析技术，允许学习者进行互动和空间定位，促使智慧教育空间超越单纯的物理学习空间，而成为一种广义上的教育环境。虚拟网络世界弥补了物理世界的缺陷，并丰富与延展了物理学习空间，强化了人与智能设备之间的互联互通，提高了智能化水平。尤其是以元宇宙为代表的智能虚拟空间，将是教育发展的理想选择。
3.构建智能教育境脉
智能时代为教育者提供了一个共享型、个性化、智能化、多维交互的教育场域，为教学提供了优质的体验。随着智能技术的发展，学习的概念发展为在技术增强的境脉中转换并创造知识的过程，因此教学需要关注技术知识、教学知识和内容知识等相互联系构成的境脉。基于境脉的学习是将学习过程和真实情境联系起来的一种教学实践，通过师生熟悉的情境使教学内容更易被理解和吸收。智能教育境脉的构建，将有助于学习者的知识建构和知识习得，进而促使情境学习的发生。
在构建智能教育境脉的过程中，“AI+教育”的人机协同方式对教师提出了新要求：①在知识传授过程中，教师要适应智能时代学生的个性化学习需求，借助智能技术成为知识的传授者；②在知识转换过程中，教师要成为学生理解和掌握知识的帮助者，成为促进学生思维能力和创造能力的培养者，这些是智能技术所无法替代的；③在教学评价过程中，教师要基于大数据、人工智能等技术对学生的学习成效进行分析，依托伴随性数据成为数据的分析者和教学的评价者；④在育人发展过程中，教师要关注学生的发展，成为学生的育人领航者，体现人本理念。
4.打造“人本”教育生态
教育生态是社会生态中一个相对独立的子系统，有其自身的特征与功能[27]。智能技术赋能“人本”教育生态，包含教育过程、教育空间和教育境脉的变革。具体来说，在变革教育过程方面，需优化教学目标、学习路径、教学资源、技术工具等形态，体现个性化的价值取向；在变革教育空间方面，需以技术为支撑，提高教育教学的沉浸感；在变革教育境脉方面，需推动知识传授、知识转换、教学评价、育人发展，实现教育教学的一体化和全面化。
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结语
智能时代教师知识结构的发展框架及其实现路径
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