如何借力人工智能發展STEM教育——訪華南師范大學教育信息技術學院教授詹澤慧

　　近年來，STEM教育作為培養創新人才的有效路徑而備受關注。同時，人工智能（AI）技術在教育領域有著廣泛而深刻的應用前景和影響力。在中小學開展STEM教育的核心目標是什么？中小學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教育信息技術學院教授詹澤慧。
　　
　　STEM教育包含科學思維及工程思維培養
　　
　　記者：當前，我國各地積極推進中小學開展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（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）四門學科英文首字母的合稱，最初起源是美國為了應對未來社會挑戰而提出的國家發展戰略，其核心是科學探究（認識世界客觀規律）和工程設計（在自然規律下合理改造世界）的跨學科素養。在我國，中小學STEM教育的主要載體是科學教育，目前逐漸向“科工技融合”方向發展。
　　
　　具體從人才培養方式來看，STEM教育有四個要點：一是以真實問題為驅動，學習始于一個真實復雜而有意義的問題、挑戰或項目。二是強調學科融合，強調科學、技術、工程、數學之間的內在聯系，促使學生在解決問題的過程中主動獲取、綜合運用多個領域的知識。三是有明確的、整合的研究方法與思維模式，鼓勵學生像科學家一樣提出問題、設計實驗、收集數據、分析結果、得出結論，在教育中有機融入“設計—制作—測試—迭代改進”的工程設計思維和創新技法的指導。四是注重實踐創新，不能只停留在“想”的層面，還需要落到“做”的層面，強調動手實踐。
　　
　　同時，當前生成式人工智能為代表的智能技術，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，面對這一現實挑戰，從小培養學生獨立思考、質疑精神就顯得更為重要，這和STEM教育提倡的系統性、整合性工程思維以及探究性、迭代性科學思維培養的本質是一致的。
　　
　　需要注意的一點是，現在每個普通人都需要理解算法邏輯和數據思維，這是作為數字公民的基本素養。所以，數智時代中小學STEM教育，需要培養我們的學生在具備扎實知識基礎的同時，還要有動手解決問題的能力和質疑精神，這兩者包含如何合理用好人工智能技術，使學生在技術洪流中保持主體性。
　　
　　STEM教育面臨規模化和個性化教學雙重挑戰
　　
　　記者：從人才培養角度看，我國中小學在STEM教育開展中面臨哪些問題？
　　
　　詹澤慧：在STEM理念引入后，我國中小學開始重視工程思維培養，但由于我國基礎教育長期存在的“工程空白”，承擔這些模塊教學的教師（主要是非工程專業背景的科學或技術教師）多是摸著石頭過河，對于教什么、怎么教依舊困惑，導致目前很難規模化推進其開展。
　　
　　讓教師們感到困擾的還有學生個體差異的問題。STEM項目學習對學生的基礎知識（如數學、物理）、邏輯思維、空間想象、動手操作等能力要求較高且多元。同一班級的學生可能在能力起點、學習風格、興趣點方面差異巨大，教師難以針對每個學生的具體差異提供個性化的指導和支持，導致教學效果不均衡，可能加劇兩極分化，影響部分學生的學習熱情和效能感。
　　
　　此外，評價是開展STEM教育的另一個難點。首先，STEM類作業不像客觀題那么容易批改，教師需逐份查看學生的實驗報告或作品設計稿，這是一個很大的工作量。其次，STEM教育強調的創新能力、問題解決能力、合作溝通能力等，難以用傳統的標準化筆試進行有效、客觀的測量和評價。
　　
　　記者：當前，生成式人工智能在推動中小學STEM教育中有哪些創新應用？又帶來了哪些新的挑戰？
　　
　　詹澤慧：就提到的問題，當前人工智能在我國中小學STEM教育中已經提供了不少助力。
　　
　　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劃和資源推送。今年年初，廣東省在“萬卷要義”大模型中內嵌了我們團隊構建的C-POTE智能體，在提取大概念、生成問題鏈、設定分層目標、匹配情境任務、設計證據集等方面為教師們提供全流程支持，提升備課效率與質量。
　　
　　在評價環節，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，節省教師大量初篩的時間。課堂教學中，面對多個正在進行中的STEM項目，AI能通過行為數據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，首先從技術方面看，人工智能是技術，自身存在容差率，也就是系統存在不穩定性，無法做到絕對精準，而且生成式人工智能的幻覺可能會在賦能STEM教學過程中帶來信息誤導。其次，從育人方面看，人工智能應用過程中產生的“認知外包”風險：學生用AI直接生成作業答案，會導致自主思考能力退化。教師也可能會產生“工具依賴”，有的教師過度依賴AI批改作業，弱化了師生互動。
　　
　　辯證性借力人工智能發展STEM教育
　　
　　記者：面對新問題新挑戰，您認為中小學應如何借力人工智能，更好地推動STEM教育高質量發展？
　　
　　詹澤慧：面對快速迭代的人工智能，教師既要充分發揮其優勢提升課堂教學成效，也要辯證地看技術、用技術。
　　
　　一方面，利用人工智能為教師提供優質的備課資源，提升教師STEM教學設計能力。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，從而全面科學地把控教學設計質量。還可以在STEM課程案例庫中嵌入AI進行案例解碼，將優質資源“裂變”形成適合各自學校和學科的STEM項目，降低課程開發難度。目前，粵東粵西地區不少學校在教研中通過運用“優課解碼”深度解析，搭建了“千校萬課”的協同網絡，為教師提供可借鑒的高質量教學案例。
　　
　　此外，各地各校根據需求，積極研發STEM教育相關智能體和垂類模型。人工智能有著數據驅動和快速反饋的明顯優勢，因此要積極探索利用人工智能技術，在課堂教學中形成“師—生—機”三元互動的機制，形成更有效的生成式個性化指導。在研發智能體和垂類模型中，鼓勵各校利用國家中小學智慧教育平臺上的權威資源和工具，建立優質的校本資源庫，為教師們使用智能體提供更多可信賴的知識庫。
　　
　　另一方面，學校需要有明確的使用人工智能技術的相關規定，發揮“留白”和“規約”雙重作用，保證師生的主體性。針對學生，一是強化過程導向的AI使用，要求學生同步提交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劣；二是可以限制生成式工具使用場景，僅允許用于頭腦風暴、數據可視化等輔助環節，禁止直接輸出作業答案。當然，除了過程上的控制手段以外，教師更需要通過創新教學設計引導學生科學使用人工智能，如引導學生把AI生成結果轉化為學習材料，或結合動手實驗（如3D打印）、實物建模與AI仿真。不管是強制規定還是達成一致的約定，學校可以通過每學期組織師生共同修訂AI規約，讓規則本身也成為課程的一部分。