这份研报深入分析了2016年至2025年间人工智能在STEM教育中的应用情况、学习成果以及方法论差距。研究发现AI在STEM教育中的应用呈指数级增长,尤其在2020年后更为显著。报告重点探讨了美国、中国和英国在全球生产和合作网络中的主导地位,并识别出五个主要主题集群:学习分析、工程教育、AI素养、沉浸式技术和生成式AI。此外,报告还指出机器学习和VR/AR仍是基础技术,而ChatGPT和大型语言模型则推动了近期研究影响。
AI在STEM教育领域的赛道发展趋势呈现快速多样化和指数级增长。从2016年的4篇文章增长到2025年超过800篇,累计引用量超900篇/年,显示出该领域的强劲发展势头。美国、中国和英国是全球生产和合作网络的核心力量,引领技术创新和应用。五个主要主题集群——学习分析、工程教育、AI素养、沉浸式技术和生成式AI——正不断深化和拓展,其中生成式AI和AI素养作为新兴范式,对STEM教育产生重大影响,推动教育模式和方法革新。
报告重点分析了AI在STEM教育中的五大主题集群:学习分析、工程教育、AI素养、沉浸式技术和生成式AI。其中,学习分析关注如何利用AI技术优化学习过程和效果;工程教育探索AI在工程领域的教学应用;AI素养则强调培养学生的AI思维和技能;沉浸式技术如VR/AR的应用正逐步普及;生成式AI则代表了最新技术趋势,对教育内容和方法带来革命性变化。报告还特别指出机器学习和VR/AR作为基础技术的重要性,以及ChatGPT和大型语言模型对近期研究的影响。
当前AI在STEM教育市场的现状表现为高速增长和多元化发展。美国、中国和英国是全球AI STEM教育的主要力量,贡献了大部分研究产出和合作网络。从2016年的4篇文章到2025年超800篇,引用量超900篇/年,显示出市场需求的旺盛和技术的快速迭代。五个主题集群的应用日益深化,生成式AI和AI素养成为新兴热点,推动教育模式创新。然而,市场也存在结构性差距,如地域不平衡、纵向研究不足以及道德公平框架的缺失,这些问题需要进一步关注和解决。
这份研报提示了AI在STEM教育领域的主要风险,包括结构性差距和潜在挑战。首先,地域发展不平衡,美国、中国和英国主导市场,其他地区参与度较低;其次,纵向研究有限,缺乏对长期效果的系统评估;此外,道德和公平框架整合不足,可能导致技术应用的偏见和歧视问题。这些风险需要通过进一步研究、政策引导和跨区域合作来缓解,以确保AI在STEM教育中的负责任整合和可持续发展。