智能時代STEM教育如何發(fā)力

浙江大學學生探索智能體融入科學實驗研究。學校供圖

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　　智能時代，高校培養(yǎng)的人才，不一定都要成為技術專家，但每個人都應具備對人工智能能力邊界的基本認知，理解它的潛力與局限，并能基于此創(chuàng)新

　　人工智能在教育和科研中的發(fā)展應建立在倫理可控、法律保障與實踐支持的多維基礎之上

　　高校在推動人工智能應用的同時，也應警惕其對學生思維能力的潛在影響。因此，尤其要重視教學方式的調整，引導學生在互動中深化理解、拓展思維

　　當前，AI賦能科學已成為世界頂尖科研院所競相發(fā)展的領域，這同樣為STEM教育帶來了前所未有的變革機遇。在2025世界數(shù)字教育大會期間，我們就“人工智能賦能STEM教育”專訪了前來參會的國際工程技術協(xié)會（IETI）主席、牛津大學沃爾森學院教授詹姆斯·克雷布。詹姆斯·克雷布在全球積極推動AI應對健康、氣候和生物多樣性保護研究與實踐，持續(xù)引領全球AI賦能工程教育。圍繞智能時代STEM教育的理念拓展、實踐路徑、倫理挑戰(zhàn)及高校應對策略等方面，詹姆斯·克雷布進行了分享。

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　　智能時代STEM教育更需激發(fā)人的思維能力和創(chuàng)造力

　　問：在以生成式為特征的人工智能發(fā)展時期，高校STEM教育呈現(xiàn)出哪些新的需求？

　　詹姆斯·克雷布：智能時代，不論師生的專業(yè)背景如何，關鍵在于能否充分利用人工智能去提升自身的思維能力與創(chuàng)造力。首先，在教學層面，應用人工智能的核心不在于給出答案，而在于激發(fā)提問。學生應在掌握技術應用的同時，更注重技術如何啟發(fā)新問題和新想法的提出。在學習了基礎和前人經(jīng)驗后，學生要能夠提出有深度的問題，在我看來提問本身比答案更具價值：問題是什么，如何解決，以及是否可行。將問題限定在可解決的范圍內很有必要，但這并不妨礙我們進行更廣闊的思考。教育應當培養(yǎng)學生提出好問題的能力，并鼓勵他們在理解已有知識體系的基礎上，以嶄新的視角審視世界、啟迪創(chuàng)新。

　　其次，人工智能能夠激勵我們大膽地生成新思想、新概念。包括藝術在內的各個領域，創(chuàng)意的重要性已超越過往經(jīng)驗，而人工智能正助力我們在思想、理念層面取得突破。從根本上說，通過人工智能產(chǎn)生新思想、新問題解決方案，乃至新的人類經(jīng)驗視角，是我們獲取思想自由并邁向未來的關鍵所在。我們需要拓寬視野，關注的范疇不應局限于傳統(tǒng)的STEM（科學、技術、工程、數(shù)學）教育，而應拓展至STEAM（科學、技術、工程、藝術、數(shù)學）教育。將“藝術”納入其中，不僅因為人工智能在人文藝術領域已展現(xiàn)巨大潛力和影響力，更重要的是，藝術能夠激發(fā)人類的創(chuàng)造力，這正是推動各學科領域進步的核心要素。

　　當然，需要注意的是人工智能本質上是一種工具，一種算法技術，它能高效整合既有知識，亦存在“幻覺”的風險。生成式人工智能在當前科學發(fā)現(xiàn)的發(fā)展是一個有益的開端，對于STEM教育而言，我們應廣泛而深入地探索其應用，開發(fā)出能夠發(fā)展創(chuàng)造力的新算法。

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　　人工智能在高校STEM教育中的實踐經(jīng)驗

　　問：當前，人工智能助力STEM教育的國際發(fā)展趨勢如何？牛津大學在這方面有哪些實踐和經(jīng)驗？

　　詹姆斯·克雷布：從全球范圍來看，趨勢主要體現(xiàn)在3個方面：首先是全學科的融入。在AI賦能科學研究的背景下，全球眾多大學都在積極探索人工智能用于大部分STEM學科的研究和教學。自然語言處理、計算機視覺等技術正在被廣泛應用于不同實踐場景，要推動它們在具體學科領域中的深度融合。以牛津大學為例，不僅是航海、農(nóng)業(yè)和醫(yī)學等學科，甚至是商科等社會科學也在探索AI向實踐場景轉化。

　　其次是相關課程體系是系統(tǒng)性的。除了在課程規(guī)劃、多學科融合等方面體現(xiàn)AI的作用，也突出了AI倫理規(guī)范和人才團隊建設的重要性。牛津大學著力培養(yǎng)具備人工智能協(xié)同能力的人才團隊，并基于此形成人才團隊與人工智能協(xié)作的新型組織架構。我認為無論是科研機構還是企業(yè)組織，團隊成員不一定都需要成為技術專家，但每個人都應具備對人工智能能力邊界的基本認知，理解它的潛力與局限，并能基于此來支持團隊內的創(chuàng)新嘗試。

　　最后是國際間的合作。我本人也參與了多個國際合作項目，如牛津大學的研究團隊在岡比亞通過改善土壤來提高當?shù)卮竺住怨绒r(nóng)作物的產(chǎn)量。在中國，我們團隊也有很多合作。我們利用人工智能和大數(shù)據(jù)技術，分析來自海岸基站、船只及衛(wèi)星的環(huán)境流數(shù)據(jù)，實時監(jiān)測冰層融化造成的冰流，旨在優(yōu)化氣候變化背景下的北極航運路線，為船長提供實時決策信息。這些只是眾多應用案例中的一部分，人工智能在醫(yī)療診斷、衛(wèi)星技術等領域已有眾多實踐案例，未來其應用場景將更加廣泛。

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　　人工智能賦能高校STEM教育的挑戰(zhàn)與機遇

　　問：人工智能賦能高校STEM教育過程中存在哪些新挑戰(zhàn)？

　　詹姆斯·克雷布：人工智能本質上只是一種工具，需要人類對其進行監(jiān)管。我們應將負責任的人工智能原則融入到所有應用實踐中，這不僅需要全球治理框架的支持，也要求每個使用人工智能的團體、組織或個體遵守負責任的規(guī)范，并及時糾正任何誤用或錯誤。從全球到個人層面，我們都需要明確如何負責任地使用人工智能的原則和指引，綜合考量多方倫理因素，才能確保人工智能的普遍正確使用。

　　在藝術領域中，類似的問題也在顯現(xiàn)。許多作曲家擔憂人工智能會復制他們的創(chuàng)作成果，這確實構成挑戰(zhàn)。但通過健全法律和規(guī)章制度，我們可以規(guī)范各創(chuàng)意和藝術領域（包括科學創(chuàng)意、商業(yè)創(chuàng)意、視覺藝術、音樂藝術等）中人工智能的使用。此外，創(chuàng)意的價值不僅在于其產(chǎn)生，更在于其落地、演化與實踐。一個技術創(chuàng)想若要發(fā)揮實際效用，離不開多方力量的推動與實踐驗證。當新的想法或技術（比如創(chuàng)新材料的應用）被他人采納、發(fā)展和完善時，它才能真正獲得生命力并惠及更廣泛的使用者和實踐者。人工智能在教育和科研中的發(fā)展也應建立在倫理可控、法律保障與實踐支持的多維基礎之上。

　　問：高校應如何以人工智能促進STEM教育發(fā)展，從而培養(yǎng)智能時代人才？

　　詹姆斯·克雷布：高校推動人工智能賦能科學教育發(fā)展，首先應做到“發(fā)聲”，要在全校范圍內形成廣泛的公開討論氛圍，使人工智能成為教學、研究、出版等各個環(huán)節(jié)中廣泛討論的議題。教師、學生、行政人員及各級管理者都應根據(jù)職責分工，明確人工智能使用規(guī)范，制定契合本部門實際的指導政策。

　　高校在推動人工智能應用的同時，也應警惕其對學生思維能力的潛在影響。比如在課堂上拋出一個封閉式問題，學生可能直接向人工智能詢問答案。若學生僅將人工智能作為面對問題時獲取答案的工具，就容易削弱其主動思考與深度學習的能力。因此，教學方式的調整尤為關鍵，例如導師制、指導式教學更能引導學生在互動中深化理解、拓展思維。以前我在高校擔任導師期間，每周會定期與學生學習小組交流，通過面對面討論，共同探究問題的本質、回顧已有成果、提出新的思考方向。我也曾在面向小學的幾個教育活動中，通過讓學生親自種植植物體驗“做中學”，或是讓學生在耐心傾聽他人想法和尊重他人意見的互動活動中學習“大概念”。人工智能可以提供知識，但這種高質量的人際交流，以及人類特有的同情心、同理心，是人工智能目前尚無法替代的。

　　（作者黃璐璐系本報記者，翟雪松系浙江大學教育學院研究員）

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《中國教育報》2025年09月16日 第04版