陳樂依

STEM教育的興起，引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，美國甚至將其提升到了國家戰(zhàn)略的高度。STEM教育強調(diào)跨學(xué)科融合，以學(xué)生為中心，注重實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)，這與時代發(fā)展要求相符合。推動STEM教育的發(fā)展離不開技術(shù)支持，而人工智能的出現(xiàn)為我們帶來了希望，但是如何使兩者恰當?shù)娜诤鲜切枰屑氄遄玫?。本文介紹了STEM教育和教育人工智能的基本含義，在此基礎(chǔ)上分析了教育人工智能可以如何促進STEM教育的發(fā)展;再次，專門分析了在教育人工智能技術(shù)支持下，如何對STEM教育教學(xué)評價進行設(shè)計;最后，利用一個案例，對上述設(shè)計進行了具體而深入的應(yīng)用，以驗證兩者融合可行之處。

2016年9月14日，美國研究所與美國教育部聯(lián)合發(fā)布：《STEM2026：STEM教育中的創(chuàng)新愿景》，力求在各方面推進STEM教育的發(fā)展和研究，確保各階段的學(xué)生能夠享受STEM教育，提高國家競爭力。我國于2018年5月，在北京啟動了中國STEM2029行動計劃，希望以此為起點，讓科學(xué)思維和創(chuàng)新能里成為每一個孩子的成長基因。

2017年7月，國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，為加快人工智能的創(chuàng)新應(yīng)用，提出智能教育。指明了人工智能對教育的重要性，應(yīng)促進兩者的深度融合。

STEM教育強調(diào)跨學(xué)科的融合，在STEM教育過程中，倡導(dǎo)學(xué)生的科學(xué)探究和交流合作，這與人工智能的應(yīng)用理念不謀而合。本文將具體研究在教育人工智能技術(shù)的支持下，如何深入地對STEM跨學(xué)科教學(xué)評價進行設(shè)計。

1 STEM教育與教育人工智能的介紹

1.1STEM教育

STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Math）的簡稱，強調(diào)跨學(xué)科交叉融合，是一種基于項目或者問題的學(xué)習(xí)，傳授系統(tǒng)的科學(xué)文化知識同時又注重培養(yǎng)學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力。

1.2教育人工智能

教育人工智能（EAI）是人工智能與學(xué)習(xí)科學(xué)相結(jié)合而形成的一個新領(lǐng)域。強調(diào)以人為本，從教育的角度出發(fā)，通過人工智能技術(shù)，深入而客觀地分析學(xué)習(xí)的過程與結(jié)果，為學(xué)習(xí)者和教育者提供有效的學(xué)習(xí)幫助。

2 教育人工智能技術(shù)對STEM教育發(fā)展影響及如何進行教學(xué)評價設(shè)計

2.1教育人工智能技術(shù)如何促進STEM教育發(fā)展

人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，使得它活躍于各個領(lǐng)域，在教育中的應(yīng)用推動了教學(xué)雙邊互動的變革。教育人工智能技術(shù)支持下的新型教學(xué)模式是以學(xué)習(xí)者為中心的教學(xué)模式，它改變了傳統(tǒng)教學(xué)模式的結(jié)構(gòu)、要素的組合形式，能夠較好地順應(yīng)技術(shù)發(fā)展的趨勢。因此，在開展STEM教育的過程中，教育人工智能技術(shù)可以扮演一個輔助者的角色，提供外部技術(shù)支持，為學(xué)生和教師提供幫助。例如，通過跟蹤瀏覽記錄，系統(tǒng)自動向?qū)W生提供可能感興趣的內(nèi)容;通過分析學(xué)生的課堂活動記錄，判斷學(xué)習(xí)狀態(tài);根據(jù)一系列學(xué)生的成績數(shù)據(jù)，準確分析學(xué)生的知識掌握情況。教師可以通過人工智能技術(shù)，對班級學(xué)情進行準確分析，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格，學(xué)習(xí)態(tài)度，以及知識薄弱點等，從而掌握班級整體的學(xué)習(xí)情況，進行合理教學(xué)。

2.2教育人工智能技術(shù)支持下對STEM教育教學(xué)評價的設(shè)計

教學(xué)評價是教學(xué)過程的最后一個環(huán)節(jié)，但是也重要的一部分，是對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的反饋，有利于教師自我反思，改進教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容，促進學(xué)生發(fā)展。隨著人工智能技術(shù)在教學(xué)中的不斷深入應(yīng)用，通過數(shù)據(jù)搜集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果呈現(xiàn)等使得對學(xué)習(xí)過程的評價更為科學(xué)化，同時評價方式、評價標準、評價主體也更加多元化。STEM教育的評價應(yīng)該包含學(xué)生的整個學(xué)習(xí)過程、能夠隨時反映學(xué)習(xí)成果，即以過程性評價為主的，總結(jié)性評價為輔。因此，教育人工智能技術(shù)能夠有效促進對STEM教育的教學(xué)評價。

從完整的教學(xué)過程出發(fā)，教學(xué)評價可以從課前預(yù)習(xí)、課堂參與、課后復(fù)習(xí)這三個環(huán)節(jié)進行設(shè)計。系統(tǒng)通過對學(xué)生課前的預(yù)習(xí)情況進行分析，預(yù)測其對課程內(nèi)容的熟悉度、興趣度等;通過對學(xué)生課堂活動進行評價，包括自主探究成果、合作協(xié)調(diào)能力、創(chuàng)新思維、綜合實踐能力等，掌握其學(xué)習(xí)狀態(tài);通過跟蹤課后學(xué)習(xí)記錄，例如課后練習(xí)準確度、視頻觀看學(xué)習(xí)記錄等，分析學(xué)生的知識掌握理解程度，找出薄弱點。基于系統(tǒng)評價的同時，也可以進行師評、自評、組內(nèi)互評、家長評等，使評價結(jié)果更加精準，有利于全面分析學(xué)生的認知結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生認識自我，提供學(xué)習(xí)動力，同時也幫助教師及時調(diào)整教學(xué)策略。

3 案例

基于上述研究設(shè)計，以制作“汽車倒車雷達警報裝置”為STEM課程案例，在教育人工智能技術(shù)的支持下對其教學(xué)評價進行具體設(shè)計。

本課程是基于Arduino電子元器件編程的項目學(xué)習(xí)，集合了科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等多學(xué)科內(nèi)容，實現(xiàn)了科學(xué)原理與綜合技術(shù)實踐的結(jié)合，讓知識從理論走向?qū)嶋H，體現(xiàn)了STEM教育的核心思想。課程涉及的理論知識為超聲波反射原理，學(xué)生需要在掌握科學(xué)原理的基礎(chǔ)上，以小組合作的形式完成汽車模型制作、電路連接、控制器件編程等任務(wù)。本案例將從課前、課堂、課后三個環(huán)節(jié)對學(xué)生進行教學(xué)評價。

3.1課前評價

為促進課堂教學(xué)順利開展，教師在課前下發(fā)關(guān)于超聲波和Arduino編程的學(xué)習(xí)資料，并提前布置“制作倒車雷達裝置”這一任務(wù)，引發(fā)學(xué)生主動思考，通過對他們的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)搜集，如網(wǎng)頁搜索關(guān)鍵詞、學(xué)習(xí)資料瀏覽時長等，分析學(xué)生對本課程內(nèi)容的興趣度和存在疑問，進行課前的預(yù)評價，幫助教師進行課程調(diào)整。

3.2課堂評價

除去教師講授科學(xué)原理知識外，制作倒車雷達裝置的學(xué)習(xí)活動主要以小組形式展開。因此，課堂評價主要集中于對學(xué)生合作協(xié)調(diào)性，組內(nèi)活動參與度、創(chuàng)新能力等方面。合作協(xié)調(diào)性的評價標準具體包括組內(nèi)分工合理性、裝置功能實現(xiàn)程度、裝置制作完成時間三個方面。其中，組內(nèi)分工任務(wù)可以為汽車模型制作、電子元器件選擇、電路連接、代碼編寫等。將這些信息轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)上傳至智能系統(tǒng)，綜合分析得出小組合作協(xié)調(diào)度。組內(nèi)活動參與度可理解為參與討論和制作的積極性，可以從人數(shù)、形式等方面進行量化評價。創(chuàng)新能力主要體現(xiàn)為拓展練習(xí)方面，即在制作倒車雷達裝置的基礎(chǔ)上，小組能夠舉一反三，應(yīng)用超聲波反射原理制作出其他的有趣奇特或具有價值的裝置的能力。

3.3課后評價

課后評價主要針對學(xué)生對超聲波反射原理知識的掌握程度。教師可以通過布置課后習(xí)題，讓系統(tǒng)自動分析學(xué)生的練習(xí)準確率，檢驗知識理解情況，找出薄弱點，分別為他們提供學(xué)習(xí)和教學(xué)的動力。

綜合三個環(huán)節(jié)的評價，全面而深入地對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進行評價，不僅是知識層面，而且更注重學(xué)生學(xué)習(xí)過程的合作能力、實踐能力、創(chuàng)新能力，通過及時反饋，促進學(xué)生的發(fā)展和教師的教學(xué)工作的開展。

4 結(jié)語

STEM教育從提出到發(fā)展，一直受到世界各國的廣泛關(guān)注，強調(diào)跨學(xué)科融合，以學(xué)生為中心，注重實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)，這與時代發(fā)展要求相符合。隨著科技的不斷進步，人工智能的出現(xiàn)，其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，為推動STEM教育的發(fā)展帶來的技術(shù)支持。但是如何使兩者恰當?shù)娜诤鲜切枰屑氄遄玫?。本文介紹了STEM教育和教育人工智能的基本含義，在此基礎(chǔ)上分析了教育人工智能可以如何促進STEM教育的發(fā)展;再次，專門分析了在教育人工智能技術(shù)支持下，如何對STEM教育教學(xué)評價進行設(shè)計;最后，利用一個案例，對上述設(shè)計進行了具體而深入的應(yīng)用，以驗證兩者融合可行之處。

（作者單位：杭州師范大學(xué)）