STEM教育如何擁抱人工智能——訪教育部教育數(shù)字化專家咨詢委員會(huì)主任委員、武漢理工大學(xué)校長楊宗凱

　　在全球科技迅猛發(fā)展的背景下，STEM（科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)）教育越來越受到重視，特別是隨著生成式人工智能融入高校教學(xué)、科研，人工智能不僅成為推動(dòng)知識(shí)更新的重要驅(qū)動(dòng)力，也成為促進(jìn)STEM教育創(chuàng)新發(fā)展的重要工具。教育部教育數(shù)字化專家咨詢委員會(huì)主任委員、武漢理工大學(xué)校長楊宗凱在中國教育報(bào)記者專訪中，闡釋了人工智能賦能STEM教育的內(nèi)涵、發(fā)展水平、現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)與未來展望。

　　推進(jìn)人工智能教育也要加強(qiáng)STEM教育

　　記者：當(dāng)前，我國高校積極推動(dòng)人工智能教育，STEM教育也涉及技術(shù)、工程，人工智能教育與STEM教育側(cè)重點(diǎn)有哪些不同？

　　楊宗凱：首先需要明確兩者概念范疇不同，人工智能教育聚焦于人工智能這一特定領(lǐng)域，強(qiáng)調(diào)對(duì)人工智能相關(guān)知識(shí)與技能的認(rèn)知與探索，旨在讓學(xué)習(xí)者理解掌握人工智能的基本概念、原理、技術(shù)及其應(yīng)用。STEM教育是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科的整合教育，強(qiáng)調(diào)打破學(xué)科界限、實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科融合，旨在讓學(xué)習(xí)者習(xí)得運(yùn)用不同學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問題的方法與技能。

　　因概念范疇的不同，兩者在教育目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容上也有所不同。就教育目標(biāo)，人工智能教育的學(xué)習(xí)內(nèi)容具有較強(qiáng)的技術(shù)專屬性，致力于提升學(xué)習(xí)者人工智能素養(yǎng)，為更好適應(yīng)智能時(shí)代的學(xué)習(xí)、工作、生活做好各方面準(zhǔn)備。STEM教育中，教學(xué)多以實(shí)際問題為導(dǎo)向，更加強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生在不同學(xué)科領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí)與技能，以及將這些知識(shí)技能遷移應(yīng)用于實(shí)際情境的能力。

　　記者：人工智能教育與STEM教育有哪些內(nèi)在聯(lián)系？

　　楊宗凱：智能時(shí)代，教育由過去的以知識(shí)為重轉(zhuǎn)變?yōu)橐阅芰�為重，更加�?qiáng)調(diào)科技創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，人工智能教育與STEM教育在此進(jìn)程中形成雙向賦能、協(xié)同演進(jìn)的耦合關(guān)系。一方面，STEM教育通過整合科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)四大核心領(lǐng)域，構(gòu)建起系統(tǒng)性跨學(xué)科的知識(shí)體系，著力培育學(xué)生的創(chuàng)新思維與實(shí)踐應(yīng)用能力，為人工智能教育提供不可或缺的學(xué)科理論支撐與方法論基礎(chǔ)。另一方面，人工智能教育作為STEM教育在智能技術(shù)前沿領(lǐng)域的深化與拓展，憑借其技術(shù)賦能優(yōu)勢(shì)，驅(qū)動(dòng)STEM教育在教學(xué)模式、課程體系、學(xué)習(xí)方式等方面革新升級(jí)。兩者通過優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，助力高校培育兼具核心技術(shù)專長與跨學(xué)科素養(yǎng)的復(fù)合型人才。

　　人工智能支持STEM教育發(fā)展面臨著諸多挑戰(zhàn)

　　記者：在AI技術(shù)的支持下，全球STEM教育呈現(xiàn)出哪些創(chuàng)新發(fā)展？國內(nèi)有怎樣的發(fā)展趨勢(shì)？

　　楊宗凱：全球數(shù)字化浪潮中，人工智能在創(chuàng)新學(xué)習(xí)場(chǎng)景和創(chuàng)新應(yīng)用模式這兩方面，重構(gòu)STEM教育的互動(dòng)邏輯與實(shí)踐范式。

　　在創(chuàng)新學(xué)習(xí)場(chǎng)景方面，人工智能為STEM教育構(gòu)建豐富立體的學(xué)習(xí)空間，包含以智能虛擬助手和智能NPC（非玩家角色）激發(fā)興趣的游戲化學(xué)習(xí)、依托人工智能搭建“人際+人機(jī)”的協(xié)同式學(xué)習(xí)、以智能助手為輔助解決真實(shí)問題的問題驅(qū)動(dòng)型、以智能工具支撐綜合實(shí)踐的項(xiàng)目探究型等新場(chǎng)景。在創(chuàng)新應(yīng)用模式方面，首先是輔助教師智能化、差異化教學(xué)。通過生成可視化學(xué)生學(xué)習(xí)畫像與預(yù)測(cè)性分析報(bào)告，智能定位薄弱知識(shí)點(diǎn)，為學(xué)生推薦個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑。其次是智能學(xué)習(xí)助手化身知識(shí)導(dǎo)師、學(xué)習(xí)伙伴，以個(gè)性化交互激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與探索欲望，并依據(jù)實(shí)時(shí)反饋動(dòng)態(tài)調(diào)整學(xué)習(xí)節(jié)奏，打造新型個(gè)性化學(xué)習(xí)模式。

　　當(dāng)前，我國高校積極推動(dòng)人工智能與STEM教育的深度融合。一是利用智能技術(shù)，打造以“無邊界學(xué)習(xí)”為核心亮點(diǎn)的未來課堂，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)的具身學(xué)習(xí)。二是推動(dòng)傳統(tǒng)工科專業(yè)向“新工科”轉(zhuǎn)變，積極布局垂直學(xué)科大模型的創(chuàng)新應(yīng)用，如武漢理工大學(xué)推出“材料+”大模型，通過結(jié)合人才培養(yǎng)的核心場(chǎng)景構(gòu)建智能體應(yīng)用，有效提升學(xué)校人才培養(yǎng)質(zhì)量。三是依托AI For Science（人工智能用于科學(xué)）工具突破傳統(tǒng)研究邊界，推動(dòng)知識(shí)創(chuàng)新從經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)與智能驅(qū)動(dòng)，加速前沿科學(xué)領(lǐng)域的探索進(jìn)程。

　　記者：從高校的實(shí)踐看，在推進(jìn)AI賦能STEM教育中存在哪些問題？

　　楊宗凱：我重點(diǎn)談下教育教學(xué)方面。一是教育理念亟須轉(zhuǎn)變。高校需引導(dǎo)教師充分認(rèn)識(shí)到人工智能賦能STEM教育是從教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容組織到實(shí)施方式的系統(tǒng)性革新，推動(dòng)教育理念從“知識(shí)傳授中心”向“能力建構(gòu)中心”躍遷。

　　二是教師角色面臨轉(zhuǎn)換。教師應(yīng)以學(xué)生訴求為核心，從“知識(shí)傳授者”轉(zhuǎn)向“學(xué)習(xí)引導(dǎo)者”，借助人工智能等技術(shù)手段實(shí)施個(gè)性化教學(xué)與差異化指導(dǎo)，設(shè)計(jì)探究性、啟發(fā)性任務(wù)激發(fā)學(xué)生深度思考，為學(xué)生提供靈活、個(gè)性的發(fā)展路徑。

　　三是數(shù)據(jù)缺乏有效管理。當(dāng)前，實(shí)踐中教學(xué)平臺(tái)、科研服務(wù)等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)間形成了明顯的“數(shù)據(jù)孤島”，人工智能難以獲取完整連續(xù)的數(shù)據(jù)鏈，無法充分利用數(shù)據(jù)優(yōu)化教學(xué)。同時(shí)，數(shù)據(jù)安全防護(hù)體系與合規(guī)使用機(jī)制的缺失，致使用戶隱私保護(hù)與數(shù)據(jù)高效利用的關(guān)系難以平衡，進(jìn)一步制約人工智能對(duì)教學(xué)、科研等場(chǎng)景的深度賦能。

　　四是人工智能安全問題。人工智能本身存在透明度不足與可解釋性差的風(fēng)險(xiǎn)，其復(fù)雜的算法邏輯與黑箱決策機(jī)制，使得師生難以明晰技術(shù)運(yùn)行原理與應(yīng)用邊界，容易引發(fā)技術(shù)取代教師主導(dǎo)地位、削弱學(xué)生自主思考能力等擔(dān)憂。同時(shí)，人工智能生成的知識(shí)與內(nèi)容其科學(xué)性和正確性有待進(jìn)一步驗(yàn)證，需確保知識(shí)傳授的準(zhǔn)確性與權(quán)威性。

　　協(xié)同推進(jìn)人工智能賦能STEM教育實(shí)踐

　　記者：推動(dòng)AI賦能STEM教育，國內(nèi)高校需要在哪些方面重點(diǎn)發(fā)力？

　　楊宗凱：結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)高校“人工智能+教育”發(fā)展形式，可以重點(diǎn)從環(huán)境、師資、學(xué)科、機(jī)制等方面發(fā)力，協(xié)同推進(jìn)更完善的人工智能賦能STEM教育實(shí)踐。

　　一是強(qiáng)化教學(xué)智能化水平。高校應(yīng)著力打造智能化教學(xué)環(huán)境，通過升級(jí)數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施、部署自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)、構(gòu)建學(xué)習(xí)行為分析平臺(tái)，建立基于數(shù)據(jù)分析的精準(zhǔn)教學(xué)決策機(jī)制，將學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為教學(xué)策略優(yōu)化依據(jù)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)設(shè)定、過程實(shí)施、效果評(píng)價(jià)、問題診斷與反思改進(jìn)的閉環(huán)管理，形成覆蓋教學(xué)全鏈條的智能化支持體系。

　　二是提升教師數(shù)字素養(yǎng)。推動(dòng)人工智能賦能STEM教育，要充分發(fā)揮教師的橋梁和紐帶作用。應(yīng)強(qiáng)化教師基礎(chǔ)數(shù)字技能與人工智能素養(yǎng)培訓(xùn)，強(qiáng)化教師運(yùn)用智能技術(shù)進(jìn)行學(xué)情分析、資源整合與教學(xué)設(shè)計(jì)的能力；著力培養(yǎng)教師的跨學(xué)科整合思維與實(shí)踐能力，鼓勵(lì)其參與“人工智能+STEM”的課程開發(fā)、教學(xué)案例分享及跨學(xué)科項(xiàng)目研究。

　　三是推動(dòng)學(xué)科轉(zhuǎn)型升級(jí)。面對(duì)STEM人才緊缺的現(xiàn)實(shí)，國內(nèi)高校應(yīng)制定“人工智能+X”學(xué)科建設(shè)規(guī)劃，推動(dòng)人工智能與數(shù)學(xué)、物理、工程等傳統(tǒng)學(xué)科深度交叉融合，重構(gòu)課程體系與培養(yǎng)方案；設(shè)立“人工智能+STEM”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，創(chuàng)設(shè)開放包容的探索性實(shí)踐平臺(tái)，引導(dǎo)學(xué)生掌握前沿技術(shù)、培育學(xué)科核心素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)需求的精準(zhǔn)對(duì)接。

　　四是深化國際合作交流。積極參與聯(lián)合國人工智能教育、STEM教育合作項(xiàng)目，依托國際STEM教育研究所等平臺(tái)，建立常態(tài)化的國內(nèi)外教育合作機(jī)制，促進(jìn)平臺(tái)共建、課程共享、師資互訪與學(xué)生交流；開展人工智能與STEM教育融合的本土化實(shí)踐研究，構(gòu)建具有中國特色的STEM教育理論體系，推廣中國人工智能賦能STEM教育實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。