如何借力人工智能發(fā)展STEM教育

廣東省深圳市龍華高級中學(xué)教育集團觀瀾校區(qū)學(xué)生組裝空氣質(zhì)量檢測傳感器。學(xué)校供圖

　　近年來，STEM教育作為培養(yǎng)創(chuàng)新人才的有效路徑而備受關(guān)注。同時，人工智能（AI）技術(shù)在教育領(lǐng)域有著廣泛而深刻的應(yīng)用前景和影響力。在中小學(xué)開展STEM教育的核心目標(biāo)是什么？中小學(xué)如何更有效地利用人工智能開展STEM教育？記者就此采訪了華南師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)院教授詹澤慧。

　　STEM教育包含科學(xué)思維及工程思維培養(yǎng)

　　記者：當(dāng)前，我國各地積極推進中小學(xué)開展STEM教育。在您看來STEM教育的核心是什么？

　　詹澤慧：STEM從字面上看是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科英文首字母的合稱，最初起源是美國為了應(yīng)對未來社會挑戰(zhàn)而提出的國家發(fā)展戰(zhàn)略，其核心是科學(xué)探究（認(rèn)識世界客觀規(guī)律）和工程設(shè)計（在自然規(guī)律下合理改造世界）的跨學(xué)科素養(yǎng)。在我國，中小學(xué)STEM教育的主要載體是科學(xué)教育，目前逐漸向“科工技融合”方向發(fā)展。

　　具體從人才培養(yǎng)方式來看，STEM教育有四個要點：一是以真實問題為驅(qū)動，學(xué)習(xí)始于一個真實復(fù)雜而有意義的問題、挑戰(zhàn)或項目。二是強調(diào)學(xué)科融合，強調(diào)科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)之間的內(nèi)在聯(lián)系，促使學(xué)生在解決問題的過程中主動獲取、綜合運用多個領(lǐng)域的知識。三是有明確的、整合的研究方法與思維模式，鼓勵學(xué)生像科學(xué)家一樣提出問題、設(shè)計實驗、收集數(shù)據(jù)、分析結(jié)果、得出結(jié)論，在教育中有機融入“設(shè)計—制作—測試—迭代改進”的工程設(shè)計思維和創(chuàng)新技法的指導(dǎo)。四是注重實踐創(chuàng)新，不能只停留在“想”的層面，還需要落到“做”的層面，強調(diào)動手實踐。

　　同時，當(dāng)前生成式人工智能為代表的智能技術(shù)，可以快速高效為人類提供可以借鑒的問題解決方法和方案，面對這一現(xiàn)實挑戰(zhàn)，從小培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、質(zhì)疑精神就顯得更為重要，這和STEM教育提倡的系統(tǒng)性、整合性工程思維以及探究性、迭代性科學(xué)思維培養(yǎng)的本質(zhì)是一致的。

　　需要注意的一點是，現(xiàn)在每個普通人都需要理解算法邏輯和數(shù)據(jù)思維，這是作為數(shù)字公民的基本素養(yǎng)。所以，數(shù)智時代中小學(xué)STEM教育，需要培養(yǎng)我們的學(xué)生在具備扎實知識基礎(chǔ)的同時，還要有動手解決問題的能力和質(zhì)疑精神，這兩者包含如何合理用好人工智能技術(shù)，使學(xué)生在技術(shù)洪流中保持主體性。

　　STEM教育面臨規(guī)模化和個性化教學(xué)雙重挑戰(zhàn)

　　記者：從人才培養(yǎng)角度看，我國中小學(xué)在STEM教育開展中面臨哪些問題？

　　詹澤慧：在STEM理念引入后，我國中小學(xué)開始重視工程思維培養(yǎng)，但由于我國基礎(chǔ)教育長期存在的“工程空白”，承擔(dān)這些模塊教學(xué)的教師（主要是非工程專業(yè)背景的科學(xué)或技術(shù)教師）多是摸著石頭過河，對于教什么、怎么教依舊困惑，導(dǎo)致目前很難規(guī)?；七M其開展。

　　讓教師們感到困擾的還有學(xué)生個體差異的問題。STEM項目學(xué)習(xí)對學(xué)生的基礎(chǔ)知識（如數(shù)學(xué)、物理）、邏輯思維、空間想象、動手操作等能力要求較高且多元。同一班級的學(xué)生可能在能力起點、學(xué)習(xí)風(fēng)格、興趣點方面差異巨大，教師難以針對每個學(xué)生的具體差異提供個性化的指導(dǎo)和支持，導(dǎo)致教學(xué)效果不均衡，可能加劇兩極分化，影響部分學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和效能感。

　　此外，評價是開展STEM教育的另一個難點。首先，STEM類作業(yè)不像客觀題那么容易批改，教師需逐份查看學(xué)生的實驗報告或作品設(shè)計稿，這是一個很大的工作量。其次，STEM教育強調(diào)的創(chuàng)新能力、問題解決能力、合作溝通能力等，難以用傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化筆試進行有效、客觀的測量和評價。

　　記者：當(dāng)前，生成式人工智能在推動中小學(xué)STEM教育中有哪些創(chuàng)新應(yīng)用？又帶來了哪些新的挑戰(zhàn)？

　　詹澤慧：就提到的問題，當(dāng)前人工智能在我國中小學(xué)STEM教育中已經(jīng)提供了不少助力。

　　針對教師備課方面，生成式人工智能可以識別教師的需求，做出個性化備授課的規(guī)劃和資源推送。今年年初，廣東省在“萬卷要義”大模型中內(nèi)嵌了我們團隊構(gòu)建的C-POTE智能體，在提取大概念、生成問題鏈、設(shè)定分層目標(biāo)、匹配情境任務(wù)、設(shè)計證據(jù)集等方面為教師們提供全流程支持，提升備課效率與質(zhì)量。

　　在評價環(huán)節(jié)，生成式人工智能的圖像識別和語義分析能自動評估作品完成度，節(jié)省教師大量初篩的時間。課堂教學(xué)中，面對多個正在進行中的STEM項目，AI能通過行為數(shù)據(jù)自動分析常見錯誤模式并及時給予提醒。

　　就帶來的問題和挑戰(zhàn)，首先從技術(shù)方面看，人工智能是技術(shù)，自身存在容差率，也就是系統(tǒng)存在不穩(wěn)定性，無法做到絕對精準(zhǔn)，而且生成式人工智能的幻覺可能會在賦能STEM教學(xué)過程中帶來信息誤導(dǎo)。其次，從育人方面看，人工智能應(yīng)用過程中產(chǎn)生的“認(rèn)知外包”風(fēng)險：學(xué)生用AI直接生成作業(yè)答案，會導(dǎo)致自主思考能力退化。教師也可能會產(chǎn)生“工具依賴”，有的教師過度依賴AI批改作業(yè)，弱化了師生互動。

　　辯證性借力人工智能發(fā)展STEM教育

　　記者：面對新問題新挑戰(zhàn)，您認(rèn)為中小學(xué)應(yīng)如何借力人工智能，更好地推動STEM教育高質(zhì)量發(fā)展？

　　詹澤慧：面對快速迭代的人工智能，教師既要充分發(fā)揮其優(yōu)勢提升課堂教學(xué)成效，也要辯證地看技術(shù)、用技術(shù)。

　　一方面，利用人工智能為教師提供優(yōu)質(zhì)的備課資源，提升教師STEM教學(xué)設(shè)計能力。教師可以將自己的課堂實錄上傳到云平臺，通過AI分析報告形成高效的循證教研，從而全面科學(xué)地把控教學(xué)設(shè)計質(zhì)量。還可以在STEM課程案例庫中嵌入AI進行案例解碼，將優(yōu)質(zhì)資源“裂變”形成適合各自學(xué)校和學(xué)科的STEM項目，降低課程開發(fā)難度。目前，粵東粵西地區(qū)不少學(xué)校在教研中通過運用“優(yōu)課解碼”深度解析，搭建了“千校萬課”的協(xié)同網(wǎng)絡(luò)，為教師提供可借鑒的高質(zhì)量教學(xué)案例。

　　此外，各地各校根據(jù)需求，積極研發(fā)STEM教育相關(guān)智能體和垂類模型。人工智能有著數(shù)據(jù)驅(qū)動和快速反饋的明顯優(yōu)勢，因此要積極探索利用人工智能技術(shù)，在課堂教學(xué)中形成“師—生—機”三元互動的機制，形成更有效的生成式個性化指導(dǎo)。在研發(fā)智能體和垂類模型中，鼓勵各校利用國家中小學(xué)智慧教育平臺上的權(quán)威資源和工具，建立優(yōu)質(zhì)的校本資源庫，為教師們使用智能體提供更多可信賴的知識庫。

　　另一方面，學(xué)校需要有明確的使用人工智能技術(shù)的相關(guān)規(guī)定，發(fā)揮“留白”和“規(guī)約”雙重作用，保證師生的主體性。針對學(xué)生，一是強化過程導(dǎo)向的AI使用，要求學(xué)生同步提交AI對話記錄和反思報告，如梳理DeepSeek（深度求索）、豆包等不同模型提供的解決方案的優(yōu)劣；二是可以限制生成式工具使用場景，僅允許用于頭腦風(fēng)暴、數(shù)據(jù)可視化等輔助環(huán)節(jié)，禁止直接輸出作業(yè)答案。當(dāng)然，除了過程上的控制手段以外，教師更需要通過創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)使用人工智能，如引導(dǎo)學(xué)生把AI生成結(jié)果轉(zhuǎn)化為學(xué)習(xí)材料，或結(jié)合動手實驗（如3D打?。?、實物建模與AI仿真。不管是強制規(guī)定還是達成一致的約定，學(xué)?？梢酝ㄟ^每學(xué)期組織師生共同修訂AI規(guī)約，讓規(guī)則本身也成為課程的一部分。

《中國教育報》2025年08月26日 第04版