陳樂(lè)依

STEM教育的興起，引起了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，美國(guó)甚至將其提升到了國(guó)家戰(zhàn)略的高度。STEM教育強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科融合，以學(xué)生為中心，注重實(shí)踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)，這與時(shí)代發(fā)展要求相符合。推動(dòng)STEM教育的發(fā)展離不開(kāi)技術(shù)支持，而人工智能的出現(xiàn)為我們帶來(lái)了希望，但是如何使兩者恰當(dāng)?shù)娜诤鲜切枰屑?xì)斟酌的。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(jìn)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(duì)STEM教育教學(xué)評(píng)價(jià)進(jìn)行設(shè)計(jì);最后，利用一個(gè)案例，對(duì)上述設(shè)計(jì)進(jìn)行了具體而深入的應(yīng)用，以驗(yàn)證兩者融合可行之處。

2016年9月14日，美國(guó)研究所與美國(guó)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(jìn)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(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)于2018年5月，在北京啟動(dòng)了中國(guó)STEM2029行動(dòng)計(jì)劃，希望以此為起點(diǎn)，讓科學(xué)思維和創(chuàng)新能里成為每一個(gè)孩子的成長(zhǎng)基因。

2017年7月，國(guó)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(duì)教育的重要性，應(yīng)促進(jìn)兩者的深度融合。

STEM教育強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科的融合，在STEM教育過(guò)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(duì)STEM跨學(xué)科教學(xué)評(píng)價(jià)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

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(jiǎn)稱，強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科交叉融合，是一種基于項(xiàng)目或者問(wèn)題的學(xué)習(xí)，傳授系統(tǒng)的科學(xué)文化知識(shí)同時(shí)又注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)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(gè)新領(lǐng)域。強(qiáng)調(diào)以人為本，從教育的角度出發(fā)，通過(guò)人工智能技術(shù)，深入而客觀地分析學(xué)習(xí)的過(guò)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(duì)STEM教育發(fā)展影響及如何進(jìn)行教學(xué)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

2.1教育人工智能技術(shù)如何促進(jìn)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(gè)領(lǐng)域，在教育中的應(yīng)用推動(dòng)了教學(xué)雙邊互動(dòng)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(shì)。因此，在開(kāi)展STEM教育的過(guò)程中，教育人工智能技術(shù)可以扮演一個(gè)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(guò)跟蹤瀏覽記錄，系統(tǒng)自動(dòng)向?qū)W生提供可能感興趣的內(nèi)容;通過(guò)分析學(xué)生的課堂活動(dòng)記錄，判斷學(xué)習(xí)狀態(tài);根據(jù)一系列學(xué)生的成績(jī)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確分析學(xué)生的知識(shí)掌握情況。教師可以通過(guò)人工智能技術(shù)，對(duì)班級(jí)學(xué)情進(jìn)行準(zhǔn)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(shí)薄弱點(diǎn)等，從而掌握班級(jí)整體的學(xué)習(xí)情況，進(jìn)行合理教學(xué)。

2.2教育人工智能技術(shù)支持下對(duì)STEM教育教學(xué)評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)

教學(xué)評(píng)價(jià)是教學(xué)過(guò)程的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，但是也重要的一部分，是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的反饋，有利于教師自我反思，改進(jìn)教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容，促進(jìn)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(guò)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(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程的評(píng)價(jià)更為科學(xué)化，同時(shí)評(píng)價(jià)方式、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、評(píng)價(jià)主體也更加多元化。STEM教育的評(píng)價(jià)應(yīng)該包含學(xué)生的整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程、能夠隨時(shí)反映學(xué)習(xí)成果，即以過(guò)程性評(píng)價(jià)為主的，總結(jié)性評(píng)價(jià)為輔。因此，教育人工智能技術(shù)能夠有效促進(jìn)對(duì)STEM教育的教學(xué)評(píng)價(jià)。

從完整的教學(xué)過(guò)程出發(fā)，教學(xué)評(píng)價(jià)可以從課前預(yù)習(xí)、課堂參與、課后復(fù)習(xí)這三個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)。系統(tǒng)通過(guò)對(duì)學(xué)生課前的預(yù)習(xí)情況進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)其對(duì)課程內(nèi)容的熟悉度、興趣度等;通過(guò)對(duì)學(xué)生課堂活動(dòng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，包括自主探究成果、合作協(xié)調(diào)能力、創(chuàng)新思維、綜合實(shí)踐能力等，掌握其學(xué)習(xí)狀態(tài);通過(guò)跟蹤課后學(xué)習(xí)記錄，例如課后練習(xí)準(zhǔn)確度、視頻觀看學(xué)習(xí)記錄等，分析學(xué)生的知識(shí)掌握理解程度，找出薄弱點(diǎn)?；谙到y(tǒng)評(píng)價(jià)的同時(shí)，也可以進(jìn)行師評(píng)、自評(píng)、組內(nèi)互評(píng)、家長(zhǎng)評(píng)等，使評(píng)價(jià)結(jié)果更加精準(zhǔn)，有利于全面分析學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)自我，提供學(xué)習(xí)動(dòng)力，同時(shí)也幫助教師及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略。

3 案例

基于上述研究設(shè)計(jì)，以制作“汽車倒車?yán)走_(dá)警報(bào)裝置”為STEM課程案例，在教育人工智能技術(shù)的支持下對(duì)其教學(xué)評(píng)價(jià)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。

本課程是基于Arduino電子元器件編程的項(xiàng)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(shí)現(xiàn)了科學(xué)原理與綜合技術(shù)實(shí)踐的結(jié)合，讓知識(shí)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(shí)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(gè)環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)評(píng)價(jià)。

3.1課前評(píng)價(jià)

為促進(jìn)課堂教學(xué)順利開(kāi)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?yán)走_(dá)裝置”這一任務(wù)，引發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考，通過(guò)對(duì)他們的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)搜集，如網(wǎng)頁(yè)搜索關(guān)鍵詞、學(xué)習(xí)資料瀏覽時(shí)長(zhǎng)等，分析學(xué)生對(duì)本課程內(nèi)容的興趣度和存在疑問(wèn)，進(jìn)行課前的預(yù)評(píng)價(jià)，幫助教師進(jìn)行課程調(diào)整。

3.2課堂評(píng)價(jià)

除去教師講授科學(xué)原理知識(shí)外，制作倒車?yán)走_(dá)裝置的學(xué)習(xí)活動(dòng)主要以小組形式展開(kāi)。因此，課堂評(píng)價(jià)主要集中于對(duì)學(xué)生合作協(xié)調(diào)性，組內(nèi)活動(dòng)參與度、創(chuàng)新能力等方面。合作協(xié)調(diào)性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)具體包括組內(nèi)分工合理性、裝置功能實(shí)現(xiàn)程度、裝置制作完成時(shí)間三個(gè)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(xiě)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(dòng)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(jìn)行量化評(píng)價(jià)。創(chuàng)新能力主要體現(xiàn)為拓展練習(xí)方面，即在制作倒車?yán)走_(dá)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(jià)值的裝置的能力。

3.3課后評(píng)價(jià)

課后評(píng)價(jià)主要針對(duì)學(xué)生對(duì)超聲波反射原理知識(shí)的掌握程度。教師可以通過(guò)布置課后習(xí)題，讓系統(tǒng)自動(dòng)分析學(xué)生的練習(xí)準(zhǔn)確率，檢驗(yàn)知識(shí)理解情況，找出薄弱點(diǎn)，分別為他們提供學(xué)習(xí)和教學(xué)的動(dòng)力。

綜合三個(gè)環(huán)節(jié)的評(píng)價(jià)，全面而深入地對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，不僅是知識(shí)層面，而且更注重學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的合作能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力，通過(guò)及時(shí)反饋，促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展和教師的教學(xué)工作的開(kāi)展。

4 結(jié)語(yǔ)

STEM教育從提出到發(fā)展，一直受到世界各國(guó)的廣泛關(guān)注，強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科融合，以學(xué)生為中心，注重實(shí)踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)，這與時(shí)代發(fā)展要求相符合。隨著科技的不斷進(jìn)步，人工智能的出現(xiàn)，其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，為推動(dòng)STEM教育的發(fā)展帶來(lái)的技術(shù)支持。但是如何使兩者恰當(dāng)?shù)娜诤鲜切枰屑?xì)斟酌的。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(jìn)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(duì)STEM教育教學(xué)評(píng)價(jià)進(jìn)行設(shè)計(jì);最后，利用一個(gè)案例，對(duì)上述設(shè)計(jì)進(jìn)行了具體而深入的應(yīng)用，以驗(yàn)證兩者融合可行之處。

（作者單位：杭州師范大學(xué)）