智能教育背景下信息技術教師勝任力探究
——以A?，F代教育技術專業為例

李仕陽,唐萬梅,馮茱莉,唐瑤瓊

(1.喀什大學 計算機科學與技術學院,新疆 喀什 844000;2.重慶師范大學 計算機與信息科學學院,重慶 400331;3.北京師范大學廣州實驗學校,廣州 510700;4.重慶科學城南開景陽小學校,重慶 401331)

0 引言

人工智能促進了產業智能化升級,成為新一代科技革命的推動力量。世界各國紛紛部署人工智能發展戰略,以期占領未來人工智能發展高地。與此同時,時代發展使社會人才需求類型發生轉變,從而影響教育體系和學科結構。我國《新一代人工智能發展規劃》指出,要加速不同層次人工智能人才培養,提高社會對人工智能的理解和應用水平,滿足人工智能發展帶來的崗位需要。實施全民智能教育項目,并在中小學階段開展人工智能相關課程,推廣編程教育。2018年1月教育部召開新課標發布會,人工智能等知識被正式納入了新課標。同年4月《教育信息化2.0行動計劃》要求完善課程方案、標準,充分適應智能時代發展需要的人工智能及編程課程內容,并啟動“人工智能+教師隊伍建設行動”,推動教師適應人工智能新技術變革等?！陡叩葘W校人工智能創新行動計劃》中要求,在教師職前培養和在職培訓中設置人工智能相關知識和技能課程。

對于信息技術課程而言,課程標準也在不斷更新和完善,如《普通高中信息技術課程標準(2017年版)》增加了人工智能初步等模塊,體現了人工智能的時代背景,通過與時俱進的課程內容來支撐學生信息素養的發展;而《義務教育信息科技課程標準(2022年版)》從“技術”到“科技”的變化,更加體現了對學生學科關鍵能力和思維意識等素養的重視,這些標準的制定和更新,都充分體現了學科育人的價值所在,同時也對信息技術教師的能力水平提出了更高要求。

1 提升信息技術教師勝任力的現實意義

為響應國家人工智能發展戰略,相關部門積極引導智能教育的開展落實。2019年1月,在《中小學人工智能教育》項目發布會上,教育部聯合北京、廣州、深圳、武漢、西安五地研究院所,發布了中小學人工智能課程指南等研究成果,為中小學開展人工智能教育奠定基礎[1]。同年7月,廣州開展了人工智能課程改革實驗區、校的遴選[2],旨在推進中小學教育與人工智能融合發展。此外,溫州中學謝作如老師對編程教學進行探索研究,并開發了“智能機器人創意設計”校本課程[3]?？梢娫絹碓蕉嗟臋C構開始積極探索人工智能課程相關工作。目前對于大部分中小學而言,信息技術學科的落實成為智能教育的基石。教育是一個持續發展的過程,而人工智能教學在許多學校是新生事物,教學內容和方法也處于探究階段,這也給智能教育開展帶來挑戰。而作為智能教育的實踐者,信息技術教師的能力水平至關重要,信息技術教師是否能夠勝任課程教學在很大程度上決定著學生信息素養的水平。

2 信息技術教師能力評價量表述評

信息技術教師作為中小學教師中的一類專業人員,首先自身應努力達到國家和政府相關部門制定的專業標準。為促進中小學教師專業發展,教育部制定了《小學教師專業標準(試行)》和《中學教師專業標準(試行)》,從專業理念與師德、專業知識、專業能力三個維度對中小學教師專業能力做了要求,但專業標準是從系統角度對中小學教師做的基本要求,不能更具體地體現出勝任某一學科的教師能力發展要求。因此,構建一個針對信息技術課程的教師能力框架具有現實意義。目前,在具體課程教育教學實踐和研究中,相關工作者也在構建中小學學科教師能力的評價量表方面取得一定成果,但在信息技術領域相關研究較少。從教育信息化對教師提出新要求的層面來談,樊瑞凈[4]基于Schmidt等設計的TPACK量表,構建了中學信息技術教師的TPACK水平測量量表,該量表體現了中小學信息技術教師所需要的知識和能力素質,側重教師的信息技術教學能力,強調教師通過TK、PK、CK等因素促進學生對學科知識的學習,不能全面代表信息技術教師的能力水平,從而容易導致教師忽視學生的全面發展,不能滿足我國學生核心素養發展的培養要求?；诖?從學生核心素養層面來談,汪睦杰[5]結合相關標準和一線高中信息技術教師訪談及專家函詢等提出了核心素養導向下的高中信息技術教師能力框架,形成了專業情感、專業知識、專業能力三個維度。其中專業情感維度主要是對教師意識上的要求,認為在培養學生信息技術學科素養時,所有教師至少具備計算思維、信息社會責任等意識和態度。兩者以中學信息技術教師為對象,但前者在知識維度僅強調教師的學科知識水平,忽略了學生的全面發展,而后者題量較多,未進行信效度分析,且部分維度內容描述過于泛化,不能很好地切合當前信息技術學科教學,不利于對信息技術學科教師具體能力的調查研究。此外,從教師專業化層面來談,王賢文[6]將勝任中學信息技術課程教師的能力分為教學素養、專業技能素養、心理特質三個部分,卻忽視了教師的課程知識水平。張亞新[7]則基于層次分析法構建了中小學信息技術教師勝任力評價指標體系,該指標體系中將教師勝任力分為三部分,其中基本教學素養維度的權重為0.29,專業技能維度的權重為0.655,個人特質權重為0.055,并認為專業技能素養是中小學信息技術教師應具備的固有特質,而個人特質是潛在影響因素,能夠影響教師的工作態度,盡管該指標難以考察,但卻是選拔優秀信息技術教師的關鍵。

3 中小學信息技術教師能力量表研究設計

教育的首要功能是促進個體發展。教育部在《關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》中提出組織研究適應終身發展和社會發展的各學段學生發展核心素養體系[8],形成了涵蓋六大素養的“中國學生發展核心素養”體系。核心素養的培養需要多個學科相互協調促進,而落實到中小學信息技術學科中,體現在學科核心素養上?！镀胀ǜ咧行畔⒓夹g課程標準(2017版)》基本理念之一就是要選擇體現時代性和基礎性的課程內容,支撐學生信息素養的發展。而隨著人工智能技術的快速發展,編程能力、對智能化社會的認知也成為智能時代學生信息素養的重要內容。信息科技課程標準中指出該課程要培養的學生的核心素養主要包括信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任。核心素養體系回答了現階段我國教育培養什么樣人的問題,而在信息技術學科核心素養培養中,對于教師應具備何種能力尚缺乏深入研究,特別是在人工智能背景下,信息技術教師應如何提高專業能力,進而保證智能教育有效開展的研究勢在必行。

3.1 信息技術教師能力量表設計

教師勝任力是教師個人特質與人才培養目標的匹配程度,在學生計算思維培養的背景下,信息技術教師勝任力的主要影響因素是知識體系、教學模式、項目設計和合作意識,但并沒有構建出完整的信息技術教師能力的評價量[9]。目前,應用最廣泛的勝任力評價模型是洋蔥模型和冰山模型,其中洋蔥模型分層次描述勝任力特征,將知識、技能作為勝任力的外部特征,而內部特征則包含動機、人格特質、價值觀等因素。盡管這兩個模型在結構上有所不同,但其包含的內容元素總體相同。本研究基于已有量表,結合中小學教師專業標準和相關文獻資料,設計構建了信息技術教師能力評價量表。在設計階段,保留了樊瑞凈量表中的學科知識、教學法知識、技術知識三個維度,參照《小學教師專業標準》《中學教師專業標準》、李金洲[10]等信息技術教師專業發展素質結構量表,擴充了本研究量表的一級維度,并根據《普通高中信息技術課程標準(2017版)》、汪睦杰等核心素養導向下高中信息技術教師能力框架,完善了二級維度,形成了包含意識素養、教育教學知識、學科知識、教學設計能力、技術素養、課堂教學能力、教學發展能力共7個一級維度的信息技術教師能力評價指標體系,共34個題項指標,采用李克特五點量表法?；跇嫿ǖ某跏剂勘?針對重慶市的第一中學、第十八中學、璧山中學、廣州市的北大附中為明實驗學校、?？谑械谋本煼洞髮W?？诟綄賹W校等多位信息技術教師,以及重慶市A大學現代教育技術專業授課教師進行了咨詢,根據教師提出的建議,修改了部分題項的表述,并擴充題項(表1第11、20、29、36、39題)至39項。

表1 量表各題的公因素共同度、因素負荷值

3.2 量表信效度分析

隨后以電子問卷的形式進行了測試,回收問卷147份,有效問卷106份,問卷有效率72%,參與測試的對象來自現代教育技術專業學生和一線信息技術教師,其中男性33名,女性73名。

3.2.1 結構效度分析

3.2.1.1 一級維度因素分析

在設計的過程中,量表維度較多,且對參考的量表內容做了調整。為保證量表維度的有效性,首先對量表的一級維度進行了因素分析。按照Kaiser[11]的觀點,因素分析的準則是KMO值,KMO值大于0.9表示非常適合,0.8表示合適,0.7表示一般,0.6表示不太適合,0.5以下表示極不適合。經分析發現KMO值為0.925,顯著性為0.000,因此非常適合做因素分析。然后利用主成分分析法提取公因素,使用最大方差法進行直交轉軸,提取特征值大于1的主成分為公因素,發現7個一級維度僅提取出一個主成分,且公因素共同度處于0.777～0.885范圍內,均大于0.2,因此,這7個一級維度能夠有效反映信息技術教師能力這個因素構念。

3.2.1.2 二級維度因素分析

在二級維度中,使用同樣的主成分分析法對題項進行篩選。篩選標準[12]為:①各維度題目保留一個公因素,當一個維度出現多個公因素時,刪除部分題目進行降維;②刪除公因子共同度小于0.2(即因素負荷值小于0.45)的題目。經過因素分析發現7個部分均只抽取出一個公因素,且公因素共同度分布范圍處于0.519～0.875之間,均大于0.2(如表1所示),表示7個部分的題目均能有效反映因素構念。因此未對題目進行增刪,后續內容效度和信度分析均以這39道題目為依據。

3.2.2 內容效度分析

采用雙變量相關性分析法,利用各題項得分與總分(該維度平均分)的皮爾遜積差相關系數、顯著性水平檢測量表中各維度的內容效度。題目篩選規則[12]為:刪除①相關系數<0.4的題目;刪除②相關顯著性程度>0.05的題目。結果如表2所示,各題得分與所屬維度分數的皮爾遜積差相關系數分布在0.724到0.933之間,且均為0.000(雙側)上的顯著相關。這表明量表具備良好的內容效度,因此保留全部題項。

表2 量表內容效度統計結果

3.2.3 內在信度分析

采用可靠性分析,統計得出量表中7個維度和總量表的內部一致性數值,其中7個維度的克朗巴哈α系數的分布范圍處在0.881～0.950之間(0.881、0.932、0.902、0.934、0.927、0.950、0.919),每個維度的內部一致性較高。而整份量表的克朗巴哈α系數為0.983,大于0.9,說明量表信度理想,因此保留全部題項。

最終量表涵蓋7個維度,共計39題。其中意識素養維度5題,教育教學知識維度6題,學科知識維度5題,教學設計能力維度4題,技術素養維度6題,課堂教學能力維度6題,教學發展能力7題。

4 人才培養工作

人才培養方案指明專業培養目標和課程體系,是學校落實黨和國家對人才培養的總要求,也是學校組織開展教學活動、安排教學任務的規范性文件。根據培養方案,重慶市A大學現代教育技術專業的培養目標是培養高素質的基礎教育學校的信息技術專任教師,因此在學校教學實踐中要注重培養學生勝任信息技術教師的能力。課程體系如圖1所示(虛線為未開設),課程門類和課時數相對較少,在有限的教學時間內課程不僅要兼顧學科專業知識的深度和廣度,還要兼顧傳統知識和前沿知識的學習。其課程體系分為學位基礎課、專業必修課和專業選修課。學位基礎課包括政治理論、英語和教育理論及研究方法類課程。專業必修課程緊跟中小學校信息技術教學改革的步伐,開設了信息技術課程與教材分析、信息技術教學設計與案例分析、信息技術教育測量與評價等理論課程。專業選修課凝煉了學科特點,形成三個研究方向,每個方向選擇1門課程,使學生能夠了解自身的優勢和特點,培養學生立足于較高的起點和學科發展前沿。學院要求教師根據培養目標、課程的性質及內容,選擇恰當的教學方式方法,如案例教學、小組合作、模擬教學等方式;在教學中關注學生,注重實踐和反思;注重課內外教與學相結合,充分利用互聯網等現代教學技術手段開展有效教學。讓學生在高效的教學活動中獲得知識和能力的提升,從而在多個學科教學的協作下,全面提升現代教育技術專業學生未來的信息技術教師勝任力。

圖1 課程體系設置

對A校該專業的人才培養工作進行梳理分析,形成了如圖2所示的人才培養模式。該模式面向國家和社會需求,以公共基礎知識為起點,以人才專業核心技能為目標,通過多種手段依賴相關平臺開展人才培養工作。①課程知識與能力體系。公共基礎教育包括英語、政治理論以及教師職業道德,能夠延展課程內容,平衡設置人文自然科學三類學科課程設置,為學生提供更加全面的培養。更重要的是通過對政治理論和教師職業道德的學習,能夠更好地落實立德樹人的中國特色社會主義教育事業的根本任務,符合時代發展和當代新國情的內涵。核心技能的培養主要包括專業知識、技術素養以及專業技能。專業知識涵蓋的課程大體可分為三類:教育專業知識、信息技術學科專業知識、人工智能基礎知識,知識結構體系較為完善。專業能力的培養由現代教育技術教育碩士學位的性質和培養方案的教育目標決定,可概括為教育教學能力、科研創新能力、學習發展能力。此外,在智慧教育的背景下,學校非常重視學生技術素養的培養,如資源開發能力、語言編程能力、網絡及多媒體教學技術,技術素養能夠有效促進教育改革,提高教育質量與效益。②培養手段與平臺。由于課程體系中課程門類和課時數相對較少,使得學生從繁重的課程教學中脫離出來,從而提供了較豐富的時間使學生能夠進行自由充分的發展。同時學校提供了多樣化的培養手段,學生除了常規的教育教學實踐手段外,還可以通過專業競賽、科研項目、學術會議交流、參與導師學術研討等手段掌握更全面的專業知識,獲得更開闊的學術視野,從而為專業技能的提升奠定良好的基礎。學校還圍繞專業課程體系和人才培養工作建設了相關支撐平臺,可分為通用教學平臺和專業平臺。其中通用教學平臺能夠支持學生校內外的教育教學實踐,而專業平臺則為學生提供了機器人與智能裝備工程中心和VR實驗室,能夠較好地支持學生進行專業相關技能的實踐和發展。

圖2 現代教育技術專業人才培養體系

5 人才培養效果分析

向重慶市A大學現代教育技術專業共計28名碩士研究生發放問卷,其中男生6名,女生22名。通過前后測量表對學生入學前和入學后信息技術教學能力情況進行調查,取各維度下所有題目的平均分為該維度的總分,采用均值比較中的配對T檢驗方法,分別對8個維度總分的變化和39項題目得分的變化進行了統計。

5.1 7個維度總分變化對比及分析

從表3中可以看出,在經過完整的專業課程學習后,現代教育技術專業碩士生在各個維度上的得分均有上升,且除意識素養維度外,各維度標準差均變小,顯著性低于0.05,表明課程體系設置下的教學實施有助于學生的教師能力水平提升,且得分更集中,即離散度變小。意識素養維度的得分由4.20變為4.33,且顯著性為0.199,說明學生在課程學習后,該維度變化不大,且不顯著。

表3 7個維度總分變化情況

上述數據說明,現代教育技術學生經過專業課的學習后取得了一定的效果,促進了職前信息技術教師能力水平的整體提升,尤其是教育教學知識、學科知識、教學設計能力、技術素養、課堂教學能力、教學發展能力等維度。

5.2 39道題目總分變化的對比與分析

5.2.1 平均分顯著上升的題目

由前后測的39道題目的平均分變化情況發現,34道題目的分數顯著上升,且均在4分以上。其中,有8道題目的平均分上升幅度較大,如表4所示。

表4 平均分上升顯著的8道題目

從表4中可以看出,平均分上升幅度最大的題目來自教育教學知識、學科知識、技術素養、教學發展能力維度,這與其維度總分的顯著變化的結果相一致。說明學校專業課程在促進學生某些維度下的能力確實有較好的效果。

5.2.2 平均分未顯著上升的題目

在后測中有5道題目沒有顯著上升,如表5所示。5道題目全部來自意識素養維度,題目得分增長幅度較小,甚至部分有所下降,且顯著性全部大于0.05。推測這5道題目得分變化甚微的原因可能在于:師生往往注重學科理論知識和技能的學習,而意識素養方面的內容較為抽象,師生對其概念、重要性、實施路徑及評價標準沒有清晰的認識。此類知識內容的傳授在教師的課堂實踐中或者教學設計中缺乏生動具體的內容來支撐。同時僅靠“言傳”的方式,學生接收到的這類知識較為淺顯,結果也顯示后測中這5道題目得分增長甚微,甚至下降。

表5 平均分未顯著上升的5道題目

6 研究總結與建議

本研究通過文獻分析、專家咨詢等方法構建了中小學信息技術教師能力量表,經過驗證和修改,形成了信效度較好的評價指標體系。對A校的調查結果發現學生在經過完整專業課的學習后,在教育教學知識、學科知識、教學設計能力、技術素養、課堂教學能力、教學發展能力等6個能力維度獲得了顯著的提高,這得益于不同課程對學生多種能力的協同培養。課程不足之處在于學生意識素養維度得分未得到顯著提高,該維度前測均值中除題項四外,得分均較高,說明學生在該維度下的能力已處于較高水平,只需繼續保持學習即可。題項四包含信息技術學科教學所需的科學精神,如批判思維、創新思維、計算思維、終身學習意識等,該題項前測均值只有3.89,因此應著重加強此方面內容的學習。對比張波[13]等人智能教育型人才培養模式——BAES模式。發現該模式將教育技術專業與人工智能學科特點融合,構建了素養加技能的建設路徑,以基礎素養為起點,人才核心技能為目標,實現了專業課程體系重構,形成了基礎素養培育類課程群、基礎技術課程群、教育技術實驗課程群、新工科交叉基礎實驗群,并為學生提供了多種創新實踐平臺,課程體系設置充分體現了智能時代人工智能教育人才培養特色,而A校課程體系設置稍顯不足,缺乏對意識素養的重視。

育人先育己,高校教師首先要提高自身的思想政治修養,增強對自身職業的認同感和責任感。然后,從立德樹人的教育理念出發,加強課程思政意識,在愛國情懷、文化自信、職業道德等層面充分挖掘與課程內容可以結合的育人元素,在教學設計中將其與課程內容進行有機結合,提高課程中蘊含的人文精神。同時,在教學實踐中要采用適當的教學模式和方法,將內容生動深刻地呈現給學生,實現在傳授知識的同時發揮育人功能的良好效果。

對于批判性思維的培養,現代教育技術任課老師可通過加強課堂的討論交流活動。在討論交流中,每個學生的知識結構存在一定的差異,合作性的學習活動得以展開。在這個知識交換的過程中,學生個體知識得到加工、檢驗和修正,破除思維定勢,有效促進認知的深化,學生便具有了發現問題的能力,這有利于促進學生創新思維的形成。大學生創新思維的培養涉及多方面因素,李存金[14]等人通過實證分析充分說明了學校教育對學生創新思維能力的影響。學校首先需要搞好學科建設,為學生創新思維能力的提高打好基礎[15]。從哲學角度講,培養學生的創造性與弘揚學生的主體性有密切的關系,在教育教學中學生不僅是教學的對象,而且是學習活動的主體,傳統的教學模式中的集體教學在照顧學生個性特點和學習差異方面有很大局限性,刻板的教學限制了學生學習的主動性和積極性,不利于創造性人才的發展。因此,教師需要在傳統的集體教學形式外增加小組討論等活動,這可以促進知識的交流傳播,促進學生共同進步。在此基礎上,教師應拓展課外活動,課外活動可以綜合運用學生所學知識和技能,從而發揮他們的主動性和創造性。培養學生的學習興趣,鼓勵學生積極參加相關專業競賽、科研活動,拓寬學生的眼界,提高問題發現意識,并為學生提供個性有效的學習支持,從而推動學生通過構思、推理和實踐等過程促進問題解決,將問題發現的意識轉化為問題解決能力,這對學生創新思維能力的提高非常重要。

具有創造思維,對信息的捕捉、吸收、運用也需要運用新的思維方式[16]。在信息社會背景下,計算思維將深度滲透到我們的生活,成為智能時代公民的重要技能。它是利用計算機學科領域知識,形成問題解決方案過程中的一系列思維活動,是信息技術課程標準中闡明的學科核心素養之一。它涵蓋問題分解、模式識別、抽象、算法思維、遷移等一系列思維活動[17]。對于中小學生來說,計算思維的培養離不開可視化編程和實體編程教育[18]。作為現代教育技術專業學生同樣要具備可視化編程和實體編程的能力。但A校該專業并沒有單獨開設編程語言的課程,如Python語言是以“信息技術教學設計與案例分析”課程為載體,通過混合式教學的方法進行學習,盡管拓展了學習時間,但學習效果得不到保證,同時也增加了學生的學習壓力。因此,在課時充足的情況下,可單獨設置編程教育課程,創設豐富的教學情境,更好地保證學生編程語言的學習效果,促進計算思維的養成。而單純具有計算思維是不夠的,更重要的是要具有計算思維教學能力。教師是影響計算思維落實和推廣的重要因素,但目前教師大都缺乏計算思維的教學經驗,在信息技術教學過程中對如何培養學生的計算思維存在困惑。因此,如何提高職前教師計算思維教學能力成為關鍵。計算思維屬于抽象的概念,在具體教學過程中缺乏可操作性,需要培養學生對計算思維形成清楚的認識,針對能夠根據計算思維分解的一系列思維活動進行相應教學設計。在教學實施過程中,為學生創造良好的學習氛圍,促使中小學生將工具使用內化為利用信息技術解決問題的意識習慣,從而通過具體的學習活動有效地落實中小學生計算思維的培養。此外,通過訪談發現,大部分學生對于人工智能知識的學習大都停留在對基礎知識、通識的了解層次,對于深層的程序實現和應用上缺乏系統深入的學習,歸因為兩點:一是該專業學生沒有較穩固的對應專業的學習基礎,二是學校只開設了普及人工智能知識的基礎課程,缺乏創意編程、深度學習等實踐應用類的入門課程,當學生踏入教學崗位后不利于人工智能課程的落實和推進,對其未來職業發展也是不利的。

7 結語

本研究的不足之處在于樣本數量相對較少,但信效度分析的結果良好?；趯W生核心素養,嘗試構建了中小學信息技術教師能力量表?；趯η昂鬁y數據的分析發現,學生在經過專業課的學習后,大部分維度的能力得到了顯著提高,但也暴露出問題,即學生的意識素養沒有得到顯著提高。但量表打分由學生自己評估,缺乏統一的標準。因此,分數只能代表學生自身的相對水平,學生走上教師崗位后才能真正發現自身水平和不足之處。研究本身旨在基于學生視角進行調查反饋,在小范圍內揭示現代教育技術專業學生培養的現狀和不足,并提出建議,以期為現代教育技術專業任課教師或學生提供教與學的經驗,從而提高現代教育技術專業學生的信息技術教師勝任力,滿足智能時代中小學生的發展需求。