面向“新师范”建设的师范生人工智能素养教育模式研究.pdf

岭南师范学院学报2 0 2 3年4月第4 4卷第2期J OUR NA LO FL I N GNANNO RMA LUN I V E R S I T YA p r2 0 2 3V o l.4 4N o.2收稿日期:2 0 2 3-0 2-2 0基金项目:2 0 2 2年度广东省教育科学规划课题(高等教育专项)(2 0 2 2 G X J K 2 5 6);2 0 2 0年度广东省线下一流本科课程 数据库原理(粤教高函2 0 2 01 6号);2 0 2 1年广东省本科高校教学质量与教学改革工程建设项目(粤教高函2 0 2 12 9号)作者简介:杨俊杰,男,岭南师范学院计算机与智能教育学院教授,博士。面向“新师范”建设的师范生人工智能素养教育模式研究杨俊杰,吴 涛,陈永恒,闵 笛,刘忠艳(岭南师范学院 计算机与智能教育学院,广东 湛江5 2 4 0 4 8)摘 要:师范生的人工智能素养教育,不仅是人工智能时代教师培养的核心素养,更是推进智能教育发展的有力保障。紧紧围绕师范院校师范生人工智能素养教育模式改革要求,将协同、创新与实践理念引入到师范生人工智能素养教育模式构建当中,提出了基于协同、创新、实践“三位一体”的师范生人工智能素养教育模式,并以实证的方式进一步验证该教育模式的科学性与合理性。关键词:人工智能素养;师范生;三位一体;教育模式中图分类号:G 4 0 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 6-4 7 0 2(2 0 2 3)0 2-0 0 0 8-0 8一、引 言当前,全球范围内人工智能的快速发展对教育事业产生了深远的影响。各国纷纷积极推动人工智能技术在教育领域的应用,并将其视为引领教育发展和推动教育变革的创新动力1。我国也高度重视人工智能技术在教育领域的应用。2 0 1 7年,国务院发布了 新一代人工智能发展规划,其中明确将“发展智能教育”作为重要内容,并强调利用人工智能技术推动教育教学改革2。2 0 1 8年,广东省教育厅发布了 广东“新师范”建设实施方案,旨在构建注重协同、创新和实践的教师教育新模式,提升师范生培养质量,增强教师培训的针对性。该方案还致力于办好一批高水平、有特色的师范院校和师范类专业,形成在全国具有影响力的教师教育广东新模式3。“新师范”建设强调更高水准、更系统化、更智能化、更开放性的教育,以此为基础形成了新的目标、形态和模式4。因此,随着人工智能与教育的深度融合发展,研究与人工智能时代相融合的师范生的智能教育素养教育模式必将成为我国师范院校教育教学改革与广东省“新师范”建设的重要内容。二、研究现状分析(一)有关“师范生素养”的研究当前师范生的素养相关研究比较丰富,主要集中在师范生的素养内涵与结构分析、培养策略与建议、评价方式等方面的研究;相杨俊杰,等/面向“新师范”建设的师范生人工智能素养教育模式研究关研究既有学理方面的讨论,也有实践的调查。在确定相关素养内涵与结构时,主要参考了前期研究文献成果、各国发布的标准政策以及职后教师教学应用的需求,以提出关于相关素养培养的课程、学校和政府等方面的建议。目前,这些素养主要是针对信息化社会的要求而提出的,例如“信息的理解与使用”和核心素养中提及的“信息意识”5。然而,无论是国际上还是我国,相关素养研究中都没有对人工智能时代提出具体描述,这些研究未能考虑到师范生素养在未来人工智能时代中的适切性。(二)有关“人工智能素养”的研究当前,人工智能的应用已经广泛渗透到社会生活的各个方面。考虑到未来工作技能需求,许多学者提出了“人工智能素养”的概念。例如,奥地利学者K a n d l h o f e r等开发了一个人工智能教育概念,其中包含搜索、排序、图形和数据结构等模块,旨在培养不同年龄段学生的人工智能素养6。这个概念适用于不同教育水平和年龄段的学生。为了提升学生适应未来发展的能力,邱德峰等人提出通过系统性的课程教学来培养学生的人工智能素养7;李钢和刘章仪则强调在网络传播领域中培养舆论工作者的智能素养和人机协同能力的重要性8;为了应对人工智能带来的挑战并消除技术鸿沟,任友群等人提出了推动人工智能与教师专业发展相结合的建议,以提高教师的人工智能思维水平9。研究者对于“人工智能素养”的内涵和结构进行了分析。例如,徐嘉欣从分析各国的核心素养出发,提出教师的智能素养包括人机协同素养、思维素养和人文素养1 0;陈琳与陈耀华则提出人工智能素养由人工智能领悟力、人工智能掌控力、人工智能利用力和人工智能创造力共同构成1 1;赵燕等人认为人工智能商数(A I Q)能力超越核心素养,他们在学生核心素养的基础上构建了包括创造力、数据力、沟通力和学习力四个维度的人工智能商数(A I Q)能力1 2。(三)对现有研究的反思从上述分析可以看出,当前的研究主要集中在人工智能素养的内涵和结构分析上,主要涵盖了三个维度的内容。首先是与知识相关的素养,包括专业知识素养、创新知识素养、智能知识和背景知识等。其次是与能力相关的素养,包括人机协同、问题解决、专业技能和设备运用等能力。最后是与应对人工智能态度相关的素养,包括开放包容的智能态度和终身学习等。为了应对人工智能时代的变化,未来人才的素养需要从当前的数字化和网络化转变为智能化。这不仅需要具备与智能机器深度协作的思维意识,还需要具备利用人工智能技术解决生活问题的能力。目前,该领域的研究正处于起步阶段,学者们已经提出了不同群体之间人工智能素养培养的需求。然而,对于师范生的独特性和需求的多样性尚未进行深入分析。目前,人工智能素养的概念尚未明确统一,学者们提出的人工智能素养内涵主要集中在中小学生和在职教师群体。然而,对于师范生群体的人工智能素养研究还相对较少,因此很难找到可借鉴、可复制、可推广的师范生人工智能素养培育有效模式和成功经验。这也导致师范院校难以改进针对师范生人工智能素养的培养策略。师范生的人工智能素养结构包含哪些维度,我们应该如何去培养师范生的人工智能素养,是人工智能时代一个值得探讨的问题。三、师范生智能教育素养培养模式构建 人工智能素养是在人工智能时代中教师必备的关键素养。研究师范生的人工智能素养内涵、内容以及提升路径对于推进智能教育和促进教师专业发展具有重要意义。针对当前师范生人工智能素养研究与实践中存在的问题,以广东“新师范”建设为背景,以基于协同、创新、实践“三位一体”的师范生人工智900岭南师范学院学报 2 0 2 3年4月第4 4卷第2期能素养教育模式构建为主要研究内容,重点处理好协同、创新与实践三大要素之间的关系。该三大要素既是师范生人工智能素养教育的核心体现,同时也是构成“三位一体”教育实践模式的核心要素。它们共同存在于该教育模式当中,是一个统一的整体,具有统一的基础与目标,但是它们之间却又是相互区别与相互影响的,而且它们对师范生人工智能素养的培养起到不同作用。如何处理好这三大要素之间的关系,即如何处理好三大要素的联系、区别与不同作用,这对于“三位一体”教育实践模式的合理性与科学性等方面起到至关重要的作用。师范生人工智能素养教育模式的具体构建内容如下图1所示,其展示了师范生人工智能素养教育模式构建的全过程,从现状分析、内涵构建到教育模式设计和实施评估,以基于协同、创新和实践的方式培养师范生在人工智能时代的全面素养。具体来说,通过对师范生人工智能素养现状与需求的分析,研究师范生人工智能素养内涵与框架结构的构建。在师范生人工智能素养教育的顶层设计研究中,强调基于协同、创新和实践的教育模式,旨在全面提高师范生的人工智能素养。通过对基础知识、专业技能、伦理道德和创新思维等方面的研究,构建师范生人工智能素养教育课程体系,以培养师范生全面发展的人工智能素养。同时,通过设计适合师范生人工智能素养教育的教学模式,包括协同学习、创新实践和实际项目操作等方法,提高师范生的实践能力和创新思维。图1 智能教育素养培养模式构建框架 010杨俊杰,等/面向“新师范”建设的师范生人工智能素养教育模式研究四、师范生智能素养教育模式构建本文沿着“文献分析、现状调研、顶层设计、模式构建、应用实践、效果分析与模式优化”的基本研究思路对师范生人工智能素养“三位一体”教育模式进行构建。(一)文献分析主要是对两类文献进行分析。第一类是与人工智能素养及其教育主题相关的文献。通过对这类主题的文献进行分析,全面了解国内外学术界当前在人工智能及其教育领域的研究现状、研究趋势,以准确把握人工智能及其教育的内涵特征;第二类是与教学改革主题相关的文献。分析这类文献的目的在于,系统把握当前国内外课堂教学改革的方向与趋势,找出国内外教育界在课堂教学改革实践方面的成功案例,及时汲取国内外学者在课堂教学改革方面的理念与观点。(二)调查研究调查研究法主要分布在三个研究阶段。在项目建设开始阶段,使用问卷调查与访谈调查法对师范生进行调研,旨在充分了解师范生的人工智能素养现状,全面掌握师范生对人工智能素养教育的现实需求。在项目建设的中期及结尾阶段,使用问卷调查法与访谈法对“三位一体”教育实践模式的应用效果进行调研。(三)案例分析通过对已有的教育教学改革案例进行分析,了解实施教育教学改革的基本做法与主要步骤,比较分析已有案例的优点与缺点,剖析导致已有教学改革案例不足的成因,总结提炼出已有教学改革案例中的成功做法与经验。(四)行动研究法与实验通过使用行动研究与实验研究方法,在具体的课堂教学中进行实践应用,以进一步验证本项目所构建的师范生人工智能素养“三位一体”教育模式的科学性与合理性。师范生人工智能素养“三位一体”教育模式构建过程具体如下图2所示:图2 智能教育素养教育模式构建实施方案110岭南师范学院学报 2 0 2 3年4月第4 4卷第2期五、“三位一体”教育实践模式成效为了验证师范生人工智能素养“三位一体”教育模式的成效,本文根据“师范生人工智能素养自评量表1 3”,以师范生的智能知识、智能意识、智能能力及人工智能素养四个维度共3 5条内容制作了调研问卷,进行了该教育模式的实践成效调研。调研对象:岭南师范学院2 0 0 0级的化学、应用化学、高分子材料工程以及教育学专业的约5 0 0名师范生。调研过程:第一阶段,2 0 2 1年1 0月,在师范生人工智能素养“三位一体”教育模式实施之前,本文向调研对象发放了共2 2 7份问卷,回收有效问卷1 9 0份,有效回收率为8 3.7%,目的是收集调研对象在“三位一体”教育模式实施之前的人工智能素养现状。第二阶段,2 0 2 2年9月,在师范生人工智能素养“三位一体”教育模式实施一年之后的中期,本文向调研对象发放了共1 4 3份问卷,回 收 有 效 问 卷1 3 5份,有 效 回 收 率 为9 4.4%,本次调研目的是掌握调研对象在“三位一体”教育模式实施一年之后的人工智能素养情况。第三阶段,2 0 2 3年6月,在师范生人工智能素养“三位一体”教育模式实施后的两年,本文向调研对象发放了共3 5 6份问卷,回收有效问卷3 2 5份,有效回收率为9 1.3%,本次调研目的是掌握调研对象本科在校学习阶段,人工智能素养“三位一体”教育模式的教育成效。数据分析:(一)分析工具采用数据统计分析软件S P S S1 3.0对本文收集的数据进行统计分析。(二)信效度分析本文 所 采 用 量 表 的KMO值 为0.9 5,B a r t l e t t的 球 型 检 定 卡 方 值 为90 3 8.4 2,p0.0 0 1,整体解释方差为6 8.0 8%,各题项的因子载荷量介于0.5 0和0.8 4之间,表明该量表具有较好的结构效度。量表的整体C r o n-b a c hs信度系数为0.9 3,智能知识、智能能力和智能意识三个维度的信度系数分别为0.9 5、0.9 0和0.9 3,表示该量表具有良好的信度。(三)师范生人工智能素养“三位一体”教育模式实践前后差异表1显示,师范生在人工智能素养总体水平(t=1.7 3,p=0.0 0 70.0 1)及智能知识(t=1.3 0,p=0.0 3 20.0 5)、智 能 能 力(t=2.0 5,p=0.0 0 00.0 0 1)和 智 能 意 识(t=1.7 2,p=0.0 0 80.0 1)三个维度上均存在显著差异,且后测数据均表现出较好水平。表1 师范生人工智能素养“三位一体”教育模式实践前后差异维维度度前前后后测测NNMMSS DDtt智能知识后测1 3 54.3 50.6 3前测1 9 04.0 10.5 71.3 0*智能能力后测1 3 54.4 20.6 5前测1 9 03.9 20.6 02.0 5*智能意识后测1 3 54.4 50.6 2前测1 9 04.0 60.5 61.7 2*人工智能素养后测1 3 54.4 30.5 6前测1 9 04.0 30.5 21.7 3*注:*p0.0 5,*p0.0 1,*p0.0 5)及 智 能 知 识(t=0.3 0,p=0.7 60.0 5)和 智 能 意 识(t=1.0 1,p=0.3 40.0 5)两个维度上的差异不显著,但在智能能力(t=1.6 5,p=0.0 20.0 5)维度上存在显著差异,且男生在智能技能上要优于女生。表3 师范生人工智能素养的性别差异维维度度性性别别NNMMSS DDtt智能知识男1 4 74.2 30.5 9女1 7 64.2 10.6 00.3 0智能能力男1 4 74.3 90.6 3女1 7 63.9 50.6 11.6 5*智能意识男1 4 74.3 40.6 0女1 7 64.2 70.5 41.0 1人工智能素养男1 4 74.2 60.5 4女1 7 64.1 20.5 30.9 2 注:*p0.0 5 (六)结果分析本文根据“三位一体”教育教学模式实施前后的三次数据分析,结果表明师范生人工智能素养“三位一体”教育模式初显成效,师范生的人工智能素养呈较高水平。但师范生的人工智能素养在不同性别及专业等方面略显差异,男生优于女生。这种差异可能是由多种因素导致的。首先,人工智能领域在性别比例上存在一定的不平衡,男性在这一领域的参与和经验积累更多。因此,男生可能在学习和应用人工智能方面有一定的优势。此外,教育模式的实施可能与学生的学习风格和兴趣相关。男生和女生在学习方式、兴趣爱好等方面可能存在差异,这可能会影响他们对人工智能学习的积极性和投入程度,从而导致素养水平上310岭南师范学院学报 2 0 2 3年4月第4 4卷第2期的差异。为了缩小这些差异,可以采取一些措施。首先,鼓励女生参与到人工智能领域的学习和实践中,提供平等的机会和资源。此外,教育模式可以更加关注学生的个性差异,提供多样化的学习途径和活动,激发他们的学习兴趣和动力。通过这些努力,可以逐步弥合不同性别和专业背景师范生人工智能素养的差异,实现更加全面和平衡的教育成效。六、结 语两年多的实践表明,基于“三位一体”教育模式的师范生人工智能素养教育已经形成了较为稳定的教育教学模式,教师也形成了较为稳定的教学理念。对现代新师范教育理念与高校专业教育相互融合,为高校教学改革提供了新的思路与方向,进一步推进师范生培养实践,对实现“新师范”建设目标,具有一定的启示和借鉴意义,值得推广。课题组将继续完善师范生人工智能素养教育的教学内容和课程体系,提升教师的专业素养和教学能力,开展相关研究以深入评估教育效果,并加强与高校和教育机构的合作与交流。这将进一步推动师范生人工智能素养教育的实施与改进,为高校教育数字化转型提供新思路和方向,促进“新师范”建设目标的实现。参考文献:1刘斌.人工智能时代教师的智能教育素养探究J.现代教育技术,2 0 2 0(1 1):1 2-1 8.2教育部办公厅关于开展人工智能助推教师队伍建设行动试点工作的通知E B/O L.(2 0 1 8-0 8-0 8)2 0 2 2-1 0-1 5.h t t p:/www.m o e.g o v.c n/s r c s i t e/A 1 0/s 7 0 3 4/2 0 1 8 0 8/t 2 0 1 8 0 8 1 5_3 4 5 3 2 3.h t m l.3孙丽昕,廖诗艳.高等教育政策的冲突与协调:以广东省近年本科高校发展政策为例J.高教探索,2 0 1 9(8):3 2-3 6.4刘广亮.“新师范”视野下地方性本科院校团教协作的路径探索J.文化产业,2 0 2 1(2 0):1 6 3-1 6 4.5李湘.师范生智能教育素养的内涵、构成及培育路径J.现代教育技术,2 0 2 1,3 1(9):5-1 2.6李玫.基于智能机器人平台的科学课程教学模式构建及实证研究D.西安:陕西师范大学,2 0 1 8.7邱德峰,郭凯,金檀.教师数据素养研究与实践:国际经验 及启示 J.教师教 育学报,2 0 2 1,8(3):3 1-3 9.8李钢,刘章仪.论机器学习赋能主流意识形态传播的价值和路径J.理论视野,2 0 2 0(3):4 8-5 3.9任友群,张治,俞勇.A I赋能教师:智能时代的教师发展:“人工智能助力教育现代化”教育行业主题论坛圆桌讨论实录J.教育传播与技术,2 0 2 0(2):3-7.1 0徐嘉欣.核心素养视域下人工智能时代教师智能素养的内涵J.卫星电视与宽带多媒体,2 0 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n c e,b u t a l s oac r u c i a l f a c t o r i np r o m o t i n gt h ea d v a n c e m e n to f i n t e l l i g e n t e d u c a t i o n.F o c u s i n go n t h e r e f o r mo f t h e e d u c a t i o n a lm o d e l,w i t ht h e i n t r o-d u c t i o no f c o l l a b o r a t i o n,i n n o v a t i o na n dp r a c t i c a l i t yc o n c e p t s,a t r i n i t y e d u c a t i o nm o d e l i sp r o p o s e df o rc u l t i v a t i n gt h ea r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c ep r o f i c i e n c ya m o n gs t u d e n t s i nn o r m a lu n i v e r s i t i e s.T h es c i e n t i f i ca n dr a t i o n a ln a t u r eo f t h i se d u c a t i o n a lm o d e l i sv a l i d a t e df u r t h e r t h r o u g he m p i r i c a l v e r i f i c a t i o n.K e yw o r d s:i n t e l l i g e n c ee d u c a t i o na c c o m p l i s h m e n t;n o r m a lu n i v e r s i t ys t u d e n t s;t r i n i t y;e d u c a t i o n a lm o d e l510