人工智能视域下职业院校工科类教师数字素养构成要素与发展建议

陈林涛，薛俊祥，唐瑗彬，牟向伟

（广西师范大学，广西 桂林 541004）

职业教育数字化转型伴随人工智能技术的进化与迭代，人工智能技术在职业教育领域的应用将对职业院校师资队伍发展与专业建设产生重大影响，教师的教育理念、教学方式和发展动向都将围绕教育数字化方向进行革新，未来职业教育将进入与人工智能技术相融合的数字化发展阶段[1]。2021 年由中央网络安全和信息化委员会印发的《提升全民数字素养与技能行动纲要》中明确指出：“开展数字技能职业教育培训体系建设时，应加强职业院校数字技能类人才培养，动态更新职业教育专业目录，推进专业升级和数字化改造，优化完善课程设置，建设高水平数字技能职业教育教师队伍。”[2]数字技术在职业教育领域的全方位渗透使其发展向智慧运行样态推进，教师作为职业教育数字化发展的关键纽带，其数字素养的发展水平已成为衡量教学能力的重要标准之一。

人工智能技术带动了大批新兴智能制造产业的发展，众多高精尖技术产品逐渐占领自动化生产市场，产业发展同时也带来市场对于理工科应用技能型人才的需求[3]。当前众多职业院校设置了智能制造工程、工业机器人等新工科专业，其与传统机械工程、电子信息等专业不同，其课程内容主要是涉及人工智能技术、大数据分析以及工业自动化等领域，专业发展呈现多学科跨界交叉、技术高度融合的特点。职业院校工科类教师专业实践与数字技术发展结合紧密，时代的发展对职业院校工科类教师的数字素养提出了新要求，除了需具备使用数字技术应用于教学的能力，还应具备依托人工智能技术开展实操实训的专业能力。为推进人工智能技术与工科类教师队伍建设的深度融合、有效提升教师数字素养，本研究通过分析职业院校工科类教师数字素养核心要素组成，并提出人工智能视域下职业院校工科类教师数字素养的发展建议，以期推动职业院校工科类教师数字化教学能力提升与职业院校工科专业发展。

1 职业院校工科类教师数字素养的核心要素组成

职业教育工科专业建设是推进新时代科教兴国建设的重要抓手，职业院校工科类教师作为职业教育新工科发展的领军群体，需要增强自身专业本领和提升数字化教学的基本素养[4-5]。因此，在国家倡导利用人工智能赋能教师专业发展的趋势下，数字素养成为新时代职业院校工科类教师必须具备的重要职业素养，通过梳理政策视角下的职教教师数字素养发展历程，可进一步解析相关的核心政策意图，明确工科类教师数字素养的核心要素组成。

1.1 政策视角下我国教师的数字素养

2019 年，印发《2019 年教育信息化和网络安全工作要点》中指出“职业教育信息化发展需推动大数据、虚拟现实、人工智能等新技术在教育教学中的深入应用，办好全国职业院校技能大赛教学能力比赛、全国中小学生电脑制作等应用交流与推广活动，开展职业院校学生信息化职业能力提升项目，开展职业院校数字资源应用共享项目和职业岗位核心能力精品课资源建设项目，汇聚一批职业院校和企业的优质数字教育资源，引导职业院校形成教育信息化应用模式。”[6]2021 年，中央网络安全和信息化委员会印发《“十四五”国家信息化规划》提出“构建释放数字生产力的创新发展体系，需深入实施创新驱动发展战略，构建以技术创新和制度创新双轮驱动、充分释放数字生产力的创新发展体系；加快建设中国教育专用网络和促进教师使用“互联网+ 教育”大平台，构建泛在的网络学习空间，支撑各类创新型教学的常态化应用，推动优质教育资源开放共享[7]。”2022年，中央网信办等四部门印发的《2022 年提升全民数字素养与技能工作要点》在“推进职业教育与继续教育数字化升级”板块中提出：“职业教育数字化升级过程中，需加强职业教育信息管理平台升级优化和互联互通，提供优质资源和信息服务，以新一代信息技术为重点，加强师生数字素养教育，深化职业教育示范性虚拟仿真实训基地培育项目建设。”[8]

对职业院校教师数字素养相关政策文件分析，可为职业院校工科类教师数字素养的构成要素划分提供启示。数字时代对教师数字素养的发展要求会随技术水平提升渐向纵深发展，并呈现在“观念革新、教学方法应用以及智慧赋能”三个方向，其中观念革新是数字信息技术赋能教学在思想认知上的拓展以及教师在课堂上的角色定位；教学方法应用着重点是结合前沿数字化教学方法，将其应用于课堂的实施过程，强调教学方法与教学过程有机融合；智慧赋能是教师应用人工智能技术开展教学诊断和资源推送以及学习辅导的过程，要求教师在智慧学习环境下实现“人机共教+ 人机共育”的教学过程。

1.2 《教师数字素养》框架下的工科类教师数字素养维度划分

2022 年教育部发布《教师数字素养》教育行业标准，明确了教师数字素养的核心内涵和指标框架，其为教育管理部门、学校和教育机构在发展教师数字素养方面提供指导，也为建设教师数字素养培训资源、开展监测评价提供依据[9]。《教师数字素养》教育行业标准框架主要包括“数字化意识、数字技术知识与技能、数字化应用、数字社会责任和专业发展”5 个一级维度，且每一级维度下设2级维度和3 级维度，共包括13 个二级维度和33 个三级维度[10]。

结合教育数字化发展背景对职业院校工科专业的学科特点开展分析，从课程体系内容、教学实施形式以及教学资源平台的建设三方面进行论述。首先，对于课程体系内容，职业院校工科专业课程具有理论基础与工程实践并重的特点，专业发展具备多学科跨界交叉、技术高度融合的特点，知识点分散于控制理论、计算机技术等其他若干学科专业方向，教学实践过程中以实践创新能力提升为目标，培养能胜任现代智能制造业岗位的复合式理工科技能型人才；其次，针对教学实施形式，职业院校工科专业的课堂实施大多是依托于操作设备与虚拟仿真平台开展信息化教学，总体发展趋势是推动虚拟现实仿真、人工智能技术等现代数字技术在工科专业教育教学中的全方位应用；最后，对于是教学资源平台建设，数字化教学时代下要求职业院校工科类教师能依托人工智能教学平台，拟定的人才培养目标科学规划所需知识内容，打破不同专业课程间的边界，实现专业课程中理虚实一体化知识内容的相互融合，建设智能教学支持数字化环境的工科类课程资源平台，实现数字时代下职业教育工科专业素质人才的知识体系搭建。

基于前期研究分析可知，《教师数字素养》框架的组成维度概念表述可指导职业院校工科类教师数字素养核心要素的归纳。如图1 所示，参照《教师数字素养》教育行业标准中的维度概念表述并结合职业院校工科专业学科发展趋势，将教师数字素养维度衍化为人机协同教学意识、理虚实技术应用、理实一体数字化课堂教学实践、人机交互伦理道德、数字专业发展。

图1 职业院校工科类教师数字素养维度演化图

1.2.1 人机协同教学意识

数字化意识指客观存在的数字化相关活动在教师头脑中的能动反映，是教师在数字时代有效开展教育教学和持续发展的前提[11]。目前，职业院校工科类专业的实训教学课堂是以人工智能教学机器设备实体为运转中心进行，课堂上人工智能教学实训设备系列教学产品所扮演的角色不仅仅是教学辅助工具，更重要的是智能制造领域的尖端教学产品向职业院校学科课程知识体系的精华浓缩过程。因此，职业院校工科类教师数字素养中的数字化意识提高可将其延伸为具备一种人机协同教学意识。职业院校工科类教师人机协同教学意识体现在两方面。一方面，教师应明晰人工智能教学实训设备作为数字信息技术集合体的教育内涵特征以及所发挥的作用，并有效应用人工智能教学实训设备在课堂上所具备的教育协作功能，来推动工科专业学科整体的产教深化进程。另一方面，教师要理解人工智能教学实训设备作为系统工程项目的教学“潜在性”，充分发挥人工智能教学实训设备在教育领域的交互性、开放性以及可扩展性等特点，确保其在智能制造专业课程体系中针对不同学科要素之间的横向交互与纵向贯通。其中，横向交互体现在人工智能教学实训设备的教育应用需要计算机科学技术专业支撑，教育主体特征展示需机械设计专业知识进行匹配等。纵向贯通是在进行人工智能教学实训设备开展实操时，不按部就班地把步骤教给学生，而是引导学生将其作为一个系统工程项目衍射到职业教育工科专业的整体课程体系；结合理论知识与实操演示，探究人工智能教学实训设备运行的系统内部规律并将其内化为实训内容的重要部分。

1.2.2 理虚实技术应用

理虚实技术应用是指职业院校工科类教师在开展日常信息化教育教学活动，掌握基本的数字技术基础知识的同时，能有效将工科专业学科相关的数字化虚拟仿真设备应用于教学中，将其作为工科专业理虚实一体化课堂建设的助推器[12]。理虚实技术应用维度是工科类教师实现数字技术与教育教学深度融合的基本要求之一，教师在讲解理论的同时需让学生增强感性认识，依托数字化平台结合软件虚拟技术，通过教师自我开发相关教学资源或网络教学资源，对人工智能教学项目进行模拟，增加学生对实际场景的直观感受。人工智能视域下要求职业院校工科类教师教学实践过程中，通过虚拟现实技术中的仿真系统、动画技术为学生创设身临其境的教学情境，让学生切身感受人工智能实训设备组装、调试和维修等工艺，以此提高实训教学的成效。此外，教师还应注重将课程体系的数字化课程教材、电子课件、虚拟实验平台及新媒体教学技术的合理统筹使用，利用现代教学技术将课内讲解与课外学习融合，教师在教学过程中能培养学生人工智能实训设备编程思路与实操能力。

1.2.3 理实一体数字化课堂教学实践

《教师数字素养》教育行业标准中，数字化应用是教师应用数字技术资源开展教育教学活动的能力，服务于教学设计、教学实施、学业评价与协同育人等教学全流程。面向职业院校工科专业的教学，应使用以人机协同交互为核心作为理实一体智慧课堂的教学策略[13]。理实一体数字化课堂教学实践可改变传统教学中的部分工科实训类课程单一编程教学模式，当前职业院校工科专业实操教学大多以实验平台操作编程和单一验证性实验为主，导致学生过度追求实验结果，课程结束后学生未能理解人工智能教学实训设备内部规律。教师借助人机交互数字化教学手段，可将人工智能教学实训内容的原理、模型组装等理论内容与实操相结合，促进学生由浅入深掌握实训技术要领。依托智能技术和数字化教学产品附带的先进云端设备覆盖从课前到课后的教学环节，将契合学生的未来发展作为智慧课堂的功能延展。教师在开展理实一体数字化课堂教学实践时，不能只关注人工智能教学产品与学生个体学习行为的关系，而应通过数字化教学实践促进个体对智能视域下世界发展的深刻理解，注重内部规律探索，从而提高学生对人工智能视域下职业世界和生活世界的认知能力。

1.2.4 人机交互的教学伦理道德

为降低人工智能技术带来影响，在技术进步的同时，需妥善处理人与机器之间的伦理问题。《教师数字素养》教育行业标准中的数字社会责任是指教师在数字化活动中的道德修养和行为规范方面的责任，也是教师开展公平包容、绿色发展、开放合作的数字教育的根本保障。人工智能数字化教学时代下，针对于职业院校工科类教师的数字素养提高，数字社会责任可演化为人机交互的教学伦理道德。智能化教学产品是人类大脑思维的模拟化产物，人类归根到底还是机器人的创造者，随人工智能在教育领域的发展程度加深，信息交流隐蔽性、开放性以及监督艰难性等逐渐显现[14]。人工智能视域下职业院校工科类教师开展实训教学时，容易出现人机交互中伦理道德问题，教师在使用智能化教学设备进行教学时所涉及的伦理道德素养问题需引起重视。因此，人机交互的教学伦理道德应作为教师数字素养的维度之一。

1.2.5 数字专业发展

数字专业发展素养是指教师应用数字化手段提高自身专业领域的知识，拓展专业领域的教师数字化产品应用水平，并将其发展为持续性的终身数字学习的能力[15]。人工智能技术正逐渐融入课堂教育场景中，主要功能包括对学习者学习和教师教学等提供智能分析、诊断和干预等。人工智能视域下职业院校工科类教师是教育教学、科研创新、技术服务于一体的全能型教师，从全能型教师专业发展角度看，提倡借助人工智能技术可促使教师教研活动从传统教研向基于人机协同的精准教研方向转变。在教学场景中，人工智能技术可对教学过程中产生的多模态数据进行分析，从而生成诊断与分析报告，分析结果可作为一种教师数字专业发展的“证据”资源，支持教师进行人机协同的精准教学，促进其数字专业能力的发展。

2 职业院校工科类教师数字素养的维度解析

结合人工智能赋能专业发展前景与职业教育工科专业发展的教育教学现状，对数字素养核心要素开展解析，如表1 所示。

由表1 可知，第一，职业院校工科类教师数字素养提升中人机协同教学意识维度要求工科类教师能理解人工智能技术地位与作用，包括实训教学过程使用网络信息通信技术实时监控学习进度以及运用各类型智能化教学产品的动态形象图示进行师生互动、生生互动，此外工科类教师还需从意识层面接受与理清人工智能技术在教学组织与实施中的关键作用；第二，理虚实技术应用维度要求职业院校工科类教师在熟知人工智能技术与教育教学的基本交互方式的基础上，学会应用人工智能技术分支中的虚拟仿真技术将其应用并演化于学校课堂教学与社会联合教育中；第三，开展理实一体数字化课堂教学实践时，从人工智能赋能教师数字素养角度，要求职业院校工科类教师通过人工智能教学产品的智能辅导系统、数字评估等手段深度分析与充分挖掘学生学习需求，帮助其在实践操作中获得对于理论知识的多层次、多维度体验，促使学生在理实一体数字化课堂的自主与乐学中完成“学会”“会学”的双重目标[16]；第四，人机交互的教学伦理道德的维度要求教师能充分认识到人机交互过程中存在的伦理道德问题进而革新教学方法，注意实训教学过程中人工智能教学设备使用的法律法规、产品知识产权以及安全保护原则等。第五，数字专业发展作为职业院校工科类数字素养可持续发展的关键，教师应掌握应用人工智能技术有效开展教育资源探索、科研创新以及跨界合作，包括大数据分析获取专业前沿知识、利用人工智能技术创新学科交叉融合的课堂教学模式等。

3 职业院校工科类教师数字素养发展建议

根据职业院校工科类教师数字素养的构成与学科专业特点，将人工智能赋能职业院校工学类教师数字素养提升的内容进行要点提取与举例，从而进一步提出提升其数字素养的发展建议（如图2）。

图2 职业院校工科类教师数字素养提升的发展建议

3.1 开展智能制造企业观摩学习与课堂应用培训，提升教师人机协同意识

外部环境影响与教师亲身实践参与可有效带动教师的人机协同意识水平提高。职业院校可安排教师进入人机协同化水平较高且专业对口的智能制造生产企业学习，切实感受人机协同带动企业高效运营的全过程，明白人工智能的蓬勃发展势头以及智能化设备给专业发展带来的影响[17]。通过观摩学习，潜移默化地培养其人机协同解决实际问题的意识，为将人机协同的企业生产意识转化为面向课堂的人机协同教学意识，职业院校可开展针对教学型智能设备应用以及其他人工智能辅助教学方法的培训，这样可有效建立人工智能应用课堂教师技能培训机制，制定面向职业院校不同工科专业的学科特点的系统培训内容。教师重点参与以教学型人工智能设备为主的人工智能融入实际课堂教学的培训，企业与学校共同参与培训考核结果的判定，对不同工科专业、学历以及教龄的教师定制不同的考核内容与标准，让参与学习的各个层级的教师学有所成。通过企业观摩和专项培训，促使教师根据企业需求有效对接专业的企业应用需求标准，并将其纳入以教学型人工智能设备为主的辅助教学手段的专业课程实施中，最终实现职业院校工科类教师数字素养认知层面中的人机协同“基本意识”向人机协同“教学意识”升华，培养出具备专业技能实操与课堂教学应用的职业院校工科类“双师型”教师。

3.2 设立校内人工智能教学研发中心，助力教师参与理虚实教学产品创新

数字化时代下职业教育具备开放性特征，职业院校应积极设立针对工科专业的教学应用产品研发中心，建立学校与教学应用智能化产品生产企业之间良好的合作机制，教师作为研发人员参与产品的设计与测试等工作，是提升职业院校工科类教师数字素养中理虚实应用技术水平的有效途径[18]。职业院校应根据现代智能教学应用需求类型与学校专业办学特点建设校内人工智能教学应用产品研发中心，有效整合学校工科专业建设资源，形成一套切实可行的运行管理体系。职业院校人工智能教学应用产品研发中心的服务宗旨是围绕不同工科专业的教学理虚实技术应用创新，通过选定一批与工科专业实训教学相符合的技术创新项目，依托项目建立从技术研究、产业化实施到实训教学映射的研究链，通过“双向选择+技术对接”的协议签订形式同教学应用智能化产品生产企业开展合作并提供技术服务，同时职业院校人工智能教学应用产品研发中心也可作为专项平台为合作企业、地区院校提供人员进修和培训等服务。职业院校人工智能教学应用产品研发中心的有效运营需要依托于结构合理的产品创新项目推进团队，团队成员应包括数字技术特聘岗位中的企业产品工程师、职业院校工科类专业的骨干教师以及专业实习学生群体组成；其中，骨干教师在团队中发挥着核心联动作用，除配合数字技术特聘岗位中的工程师参与工科专业对口理虚实教学产品的创新推进工作，并将前沿理虚实智能化教育技术产品内化于专业实习学生群体的实训项目教学。人工智能教学应用产品研发中心也可作为学校的专业特色宣传窗口面向其他地区学校进行对外开放交流，工科类专任教师作为讲解员负责对外宣传最新研究成果与企业产品应用推广。

3.3 依托特定工作情境推进教学，促进理实数字化课堂教学实践能力提升

提高教师理实一体数字化应用水平关键是促进信息技术、人工智能、教育教学三者的融通。借助大数据分析、人工智能技术以及互联网联动服务于职业院校工科专业的情境化教学中，促进工科专业知识内容的多元化展示，借助与专业对口的企业典型应用案例为课堂设置特定教学情景，推进教学流程设计与实施[19]。该过程相比于传统教学方式，教师可通过借助人工智能技术创建特定工作情境，为学生带来多维度的学习观感，让学生在课堂上产生对于技术发展的想象力、人机互动的情感以及实践操作的创造力等。通过创建特定工作情境推进教学流程的实施，其课程内容的更新也将注重将基础理论、先进技术和实验操作相结合，打破传统教师讲课、学生听课的课堂形式，实现教师与学生互动教学的共同探索，创新师生平等沟通、学生互助合作的教学模式。以职业院校工业机器人专业为例，在进行工业机器人编程与操作教学时，教学重点是机械手路径优选和程序编写，培养学生在编程与操作工业机器人时的数学思维以及逻辑规划能力。依托人工智能技术，借助师生关系、智能工业机器人、外部环境以及虚拟世界四者的融通关系，创设不同的教学情境进行例题详解，如机械手路径规划知识点除路径草图绘制，还可将实际路线规划放入工厂流水线实际工况中进行情境化案例解题，在培养职业院校学生“一题多解”的思维逻辑同时，也可有效提高职业院校工业机器人教师的情境化教学胜任力。

3.4 完善弹性化评价与治理机制，构建恰当的课堂教学人机融合伦理关系

人机融合智能教学是未来职业院校工科专业学科教学的发展方向，其作用是充分发挥教师和人工智能教学应用产品各自优势，为职业院校工科专业的智慧化教学注入强大的动力。但依托人工智能教学应用产品开展教学时因影响因素多元性，导致偏离其正确的伦理轨道[20]。因此，针对人机交互的教学伦理道德维度，应以学校管理为主体，完善弹性化判定与保障机制，构建恰当的课堂教学人机融合伦理关系。首先，需要优化治理架构，建立可塑性决策判定机制，优化学校上层决策模式。职业院校需建立跨层级和跨部门的职业院校工科专业的教师联合决策模式，鼓励教师参与决策模式制定，增强人机交互伦理道德判定制度的科学性和民主性。联合决策模式制定的全程参与可有效促进教师对于人机交互的教学伦理道德规章制度的理解，对于决策制度的最终制定和执行要确保教师群体的知情认可与公平参与，在遵守法律法规和达成集体共识的基础上形成教师集体所认可的理道德素养评价制度。其次，制定人机交互过程中多元利益相关者的技术冲击安全保障制度。面对科技的负面效应，产品厂商与学校教学管理层作为负责任的主体，必须承担起保护师生使用人工智能教学应用产品时免受技术冲击的责任。人工智能的教学创新应用、师生人身安全保障与原厂家版权利益维护三者之间的平衡关系需要给予重视，校企合作过程中需合理制定厂商与学校合作之间的技术冲击安全保障制度，实施过程中明确组织和教师个人承担的责任，号召专任教师积极参与规章制度的学习，过程中教师能对人机交互的教学伦理道德有全方位理解，最终把人机交互的伦理道德制度法规内化于数字信息化教学实践中。

3.5 以集群式高质量发展理念为导向，推进职业院校工科专业教研机制改革

数字化转型背景下的教师共同体教研模式，是从教师的专业发展实际需求出发，以真实教学问题为切入点设定教研目标，在教研活动中通过探究、互动、协同于既定时间内共同达成教研目标的过程，通过数字技术的介入和多元化资源的融通，完成教师在教学过程中产生的困惑和痛难点的精准捕捉[21]。在教研活动过程中，教师在一定的激励机制、同伴互助、共同体协同以及信息技术的联合支持下，获得个体及同伴教师专业能力提升最大化，完成一系列与教研主题相关的实践活动。职业院校设立的一些新工科专业，因设立时间较短，众多职业院校的专业师资水平不高，且学校开展的专项研修活动中主要以教师个体研修为主，从而忽视了教研过程中的群体认知，缺乏协同互助且研修活动形式单一等情况[22]。基于此，提出以“教师集群化联合高质量发展”为理念，依托不同形式的数字技术赋能教研发展的路径，实现跨学科、跨区域的职业院校工科类教师集群发展的高质量供给，充分发挥新一代数字技术赋能优势，满足职业院校工科专业不同类型、层次教师的规模化专业高质量发展需求，形成人才、资金、信息、技术、设备等创新要素的有机融合与共享利用，最终提升师资队伍教研能力发展的整体水平。