人工智能技术在STEM教育中的应用

原文作者：徐炜奇和欧阳璠博士

人工智能教育（AIEd）是一个新兴的跨学科领域，即将人工智能（AI）技术应用于教育，以促进教学和学习过程。下文就“AIEd可能有益于STEM教育领域”进行简要概述。

来源：chenspec，CC0，Pixabay

AI在STEM中的应用

人工智能教育（AIEd）是一个新兴的跨学科领域，它将人工智能（AI）技术应用于教育，以促进教学和学习过程，特别是科学、技术、工程和数学教育（STEM教育）。作为AIEd的一个分支，AI在STEM教育中的应用被称为AI-STEM。

智能辅导、自动化评估、数据挖掘、学习分析等多种AI技术在STEM教育中得到应用，提高了教学和学习质量。然而，AI在STEM教育中的应用面临着在复杂的教育背景下整合多种人工智能技术的挑战。

由于STEM教育是一个复杂的系统，从系统的角度来看，它由相互依赖的要素组成，包括主体、信息、媒介和环境。人工智能作为关键的技术要素，其应用需充分考虑这些复杂因素，以实现高质量的STEM教育。

图1. 一般系统理论(GST)视角下的技术在教育系统中的整合

AI在STEM教育中的应用日益增长

基于一般理论(GST)框架，我们回顾了2011年至2021年AI-STEM的实证研究。具体而言，我们验证了AI-STEM系统中的AI技术、主体、信息、媒介、环境等不同要素，以及AI在STEM教育中的教育和技术效应。

我们发现，在过去的十年里，AI在STEM教育中的应用呈逐渐增加的趋势。此外，还确立了学习预测、智能辅导系统、学生行为检测、自动化、教育机器人等6类AI应用(即AI教科书、创建小组)。

我们进一步展示了AI应用类别与AI-STEM系统中其他要素(即信息、学科、媒介、环境)的分布关系，以全面理解AI技术在STEM教育背景下的应用与融合。

AI技术应用于STEM的潜力

此外，AI应用有利于培养学生在STEM教育中的学习表现、动机和认知思维。此外，大多数综述都报道了在STEM教育中应用AI具有良好的效率和算法准确性。

总之，AI技术在促进STEM教育方面的潜力有待于进一步探索，同时还需研究技术与教育系统的整合。

International Journal of STEM Education综述论文：The application of AI technologies in STEM education: a systematic review from 2011 to 2021

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徐炜奇和欧阳璠博士

徐炜奇是浙江大学教育学院欧阳璠博士的硕士生。他的研究兴趣和方向是人工智能教育，计算机支持的协作学习和学习分析。

欧阳璠，浙江大学教育学院教授。欧阳璠博士毕业于美国明尼苏达大学，获学习技术博士学位。她的研究兴趣是计算机支持的协作学习，学习分析和教育数据挖掘及人工智能教育，以及在线和混合式学习。

转自：“BMC科研永不止步”微信公众号

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