elementary STEM 教育中的人工智能：系统综述及未来挑战
计算机与社会
2025-11-07 v2 人工智能
摘要
人工智能（AI）正在改变小学 STEM 教育，但证据仍然零散。本系统综述综合了 258 项研究（2020-2025），探讨了 AI 在八个类别中的应用：智能导师系统（占 45% 的研究），学习分析（18%），自动评估（12%），计算机视觉（8%），教育机器人（7%），多模态感知（6%），AI 增强的延伸现实（XR）（4%），以及自适应内容生成。分析显示，大多数研究集中在上小学年级（65%）和数学（38%），且跨学科 STEM 集成有限（15%）。尽管对话式 AI 显示出适度有效性（报告的效应值 d = 0.45-0.70），但仅 34% 的研究包含标准效应大小。八大主要差距限制了实际应用的影响：生态系统碎片化、发展不合适、基础设施障碍、缺乏隐私框架、STEM 集成薄弱、公平性差异、教师边缘化以及评估范围狭窄。地理分布也不均衡，90% 的研究来自北美、东亚和欧洲。未来方向呼吁建立可互操作的架构，以支持真实的 STEM 集成、适龄设计、隐私保护分析以及以提升而非取代人类专长为目标的教师中心实现。
引用
@article{arxiv.2511.00105,
title = {Artificial Intelligence in Elementary STEM Education: A Systematic Review of Current Applications and Future Challenges},
author = {Majid Memari and Krista Ruggles},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.00105},
year = {2025}
}