AI-TPACK视域下初中信息科技教学案例设计与实践

【摘要】AI-TPACK理论是融合学科内容、教学法和人工智能技术的新型教育理念。文章在TPACK的框架中加入人工智能技术，用来指导初中信息科技教学案例的设计，优化信息科技教师的教学过程。将设计的教学案例应用于中学教学实践，通过对比实验发现，基于AI-TPACK框架的教学不仅能够提高教师的教学效果，而且能够提升学生的学习热情和课堂参与度，可有效地培养学生的创新思维和解决问题能力。【关键词】AI-TPACK信息科技教学案例教学实践随着信息技术和人工智能技术在教育领域的广泛应用，初中信息技术教育的教学方法需要改进、教学案例的设计需要更新。AI-TPACK（ArtificialIntelligence-TechnologicalPedagogicalContentKnowledge）将学科内容、教学法、人工智能技术进行有效整合，它强调教师在教学过程中整合人工智能技术赋能信息科技课程，构建符合人工智能时代发展的教学内容、教学方法、教学手段，给学生提供丰富的学习资源和学习体验，以更好地满足学生的个性化需求，培养学生的创新能力，促使学生的学习顺应时代的发展，掌握应有的知识和技能。一、AI-TPACK理论基础AI-TPACK框架是在TPACK框架的基础上整合了人工智能技术，是人工智能技术与教师教学活动的有机结合，其具体组成及含义如表1所示。在AI-TPACK框架下，通过AI智能感知掌握学生的真实学习数据，创新教师的知识体系，通过AI-TPK、AI-TCK设计真实、生动、有意义的教学案例，提供精准的学习服务，提升教学的个性化和精准性。对中国知网中2020年至2024年篇名或关键词与“AI-TPACK”相关的文献进行检索，共检索到文献13篇，总下载次数为19974次。国内对于AI-TPACK的研究尚处于起步阶段，相关研究主要集中于教师智能素养框架构建［1］、提升策略［2］、师资培养［3］、专业发展［4］、理论框架构建［5］等理论探讨和初步应用尝试，缺乏系统的实证研究和实践经验总结。AI-TPACK视域下的教学案例设计对信息科技教师提出了更高的要求，教师需要不断学习新知识、掌握新技能、运用新方法，提升自身的智能素养和教学能力，将人工智能技术有效地运用在教学中，推动教育的数字化转型，提高教学质量和效率。二、教学案例设计与实践（一）研究对象分析本文以湖南省衡阳市某中学初一学生为研究对象，此次研究共包含六个班级，将他们分为A、B两组，每组三个班级，两组学生信息科技学习水平相当，学习能力相差不大，思维能力差异不大。其中A组采用基于AI-TPACK框架设计的教学案例进行授课，B组采用学校以往常用的教学模式。（二）研究工具本次研究将根据调查问卷来进行实验结果判定，对A、B组学生在实验前后的相关表现数据进行分析。实验前调查问卷的主要作用是对两组学生的初始情况进行摸底，同时将相关数据作为对照组数据，实验后调查问卷相关数据作为实验组数据。将实验前后的数据进行对比分析，由此得出AI-TPACK理论框架是否能对信息科技教学产生积极的影响。（三）教学案例1．教学设计思路本次教学活动基于“认识计算机”这一教学内容开展，活动内容为了解计算机的发展史和认识计算机的组成。教师先向学生讲述计算机的发展史，对于各个阶段的计算机的特点进行总结归纳，让学生了解计算机的发展史，然后教师从计算机的外观到内部组成、从硬件到软件带领学生认识计算机，最后向学生讲解计算机的工作原理。本次教学活动涉及的学科内容知识、技术教学内容知识、学科教学知识、技术教学知识的总结如表2所示。对应用人工智能技术的教学活动中的各项知识进行总结如表3所示。2．教学反思教师根据学生在课堂上的反馈，收集到以下问题：学生对计算机的发展史不感兴趣，但是对计算机的组成比较感兴趣；学生对课本上的知识兴趣不高，想要了解主机内部的组成，如CPU、显卡、内存等知识。教师针对以上问题进行课后教学反思，对教学内容进行调整，在满足课程标准要求的前提下对所教授的知识的占比进行调整，进一步丰富学生感兴趣的内容，逐步培养学生的学习兴趣。对于学生不感兴趣的课本知识，教师可以在讲授这部分内容时多举一些有趣的例子，用生动诙谐的语言提高学生的学习兴趣，对于学生感兴趣的知识教师可以适当拓展内容，鼓励学生进行探究。三、教学数据分析（一）实验前问卷分析该问卷主要调查内容包括学生对计算机原理的了解程度、学生对信息科技课程的喜爱程度、学生对AI-TPACK的了解程度、学生对教学中运用AI-TPACK的接受程度、影响学生学习信息科技课程的因素。本次调查共发放153份问卷，全部收回且均有效。具体问卷内容分析如下：1．学生对计算机原理的了解程度关于对计算机原理的了解程度，选择“不了解”的学生人数最多，达到40人，而选择“清楚”和“了解”的学生人数相对较少，分别为18人和32人，有35个学生表示“听说过”，还有28个学生表示“没听过”。这表明接受调查的学生对计算机原理普遍认知不足，学生在日常生活中鲜有机会接触到与计算机原理相关的知识。针对上述问题，教师在教学时可结合生动的实例和实践操作，以更直观和有趣的方式，助力学生更深入地理解和掌握计算机的基本原理。2．学生对信息科技课程的喜爱程度关于对信息科技课程的喜爱程度，选择喜欢信息科技课程的学生占了大半，不喜欢的学生占少部分，约有四分之一的学生对信息科技课程持中立态度。这说明大部分学生对这门学科有着浓厚兴趣并且保持较积极的态度。3．学生对AI-TPACK的了解程度大部分学生不了解AI-TPACK，这表明这一新兴教育概念的普及还有待加强。少部分学生对AI-TPACK概念有所了解，这可能与他们之前的相关学习经历或是对新技术的特别关注有关。为了提升学生的信息素养和技术应用能力，教师有必要在教学中加强对AI-TPACK等前沿科技知识的介绍和教学。4．学生对教学中运用AI-TPACK的接受程度大部分学生对于新知识持积极接受态度，他们乐于探索未知，对新的学习内容和方式保持开放心态。也有少部分学生表示难以接受或是需要更多时间来适应新的学习方式。5．影响学生学习信息科技课程的因素影响学生学习信息科技课程的因素包括知识难度、教学资源、师资力量、学生兴趣、学习动机等。这些因素在不同程度上影响学生学习信息科技课程的效果。值得注意的是，各个因素的影响程度有所差异，相较于其他因素，知识难度对学生学习信息科技课程的影响最为显著。（二）实验后问卷分析实施教学方案后，研究者发放问卷对实验效果进行调查，该问卷的调查内容包括对信息科技课程的态度、课堂行为变化等方面。本次调查共发放100份问卷，全部收回且有效。具体问卷内容分析如下：1．学生对信息科技课程的态度变化AI-TPACK这一融合学科内容、教学法、人工智能技术的新概念，在一定程度上激发了学生对信息科技课程的兴趣。引入AI-TPACK后，学生的听课积极性显著提升，这反映出学生对新兴技术的好奇心和探索欲。更重要的是，AI-TPACK融入教学使得大部分学生在上课时更专心致志地听讲，而不是利用课堂时间去完成其他科目的学习任务。这种变化不仅提高了学生的学习效率，而且为信息科技课程的教学带来了活力和新的方向。2．学生在信息科技课堂的行为变化基于AI-TPACK设计的教学案例能够让学生更加轻松地跟随教师的思维开展学习。调查数据显示，学生课堂参与度显著提高，并且能够清楚地知道自己每节课所学的知识重点，从而加深对知识的理解和巩固。此外，AI-TPACK教学案例中独特的教学设计和互动性使教学效果得到显著提升，学生得以在愉快的学习氛围中掌握知识。（三）访谈分析为了了解学生在课堂上更加具体的学习细节，研究者在课后对学生进行了访谈。本次访谈涉及四个问题，对象包括15个学生，每个问题及其具体回答情况如下：问题一是本节课的课题导入环节设计得如何？能够吸引你的兴趣让你更有学习的动力吗？10个学生表示课题导入环节的图片有助于他们将注意力集中于课堂教学内容，有助于提高他们的学习效率，激发他们的学习兴趣。3个学生表示课题导入环节进行得太快，他们来不及接收所有信息就结束了。2个学生表示对课程内容不感兴趣，上课时没有用心观看。问题二是你们觉得课堂上通过播放视频让你们了解计算机的组成部分的教学形式如何？对于你们的学习有帮助吗？13个学生表示视频讲解能让他们在短时间内形成一种瞬时记忆，通过将图片、声音与视频结合进行教学，学生能够更加深刻地理解知识。同时教学视频中将CPU比作大脑、显示屏比作眼睛等，能够让学生更简单地理解知识。2个学生表示书本上的知识方便后续识记，而视频中的内容只能让他们在课堂上记住，课后容易忘记。问题三是课堂上运用AI-TPACK理论进行知识讲授，会让你们有耳目一新的感觉吗？能够让你们产生学习信息科技课程的兴趣吗？12个学生表示运用新的技术来教学会让他们感到新颖，有助于提高他们的学习兴趣，但也有3个学生表示运用新的技术来教学会让他们感到陌生，有时跟不上教师的教学思路。问题四是你们希望老师在教授书本知识后，在有时间的情况下给你们讲授一些关于计算机其他方面的知识吗？14个学生表示想听教师讲解其他知识，1个学生表示希望教师能够留一些时间让他自主复习本节课所学知识。四、结语根据实验前后的调查问卷数据和访谈信息可知，AI-TPACK在信息科