教育中的人工智能：STEM和非STEM学科教师的观点比较

【摘要】：虽然在教育中融入人工智能已经成为一种丰富教学和学习经验的有前途的手段，但人工智能在教育环境能否成功实施仍取决于多种因素，其中之一便是教师的观点。有鉴于此，本研究旨在考察536名STEM和非STEM学科教师对教育结合人工智能的看法。

研究结果表明，STEM和非STEM学科教师都对将人工智能技术融入教育持有积极态度。然而，这两类学科教师对于人工智能的认知能力与其在教育环境中应用的局限性的回应出现了明显差异。此外，研究结果进一步阐明了教育结合人工智能的优点、缺点和潜在挑战。最后，该研究讨论了这些发现对于STEM和非STEM教育的影响，并就如何在课堂中有效并合乎道德地结合人工智能技术提出了建议。

一、背景

人工智能正在改变我们社会的方方面面，同时它对教育的影响也母庸置疑。随着世界各国都在努力跟上科技进步的步伐，将 Chat GPT等人工智能技术融入教育系统已成为一个重点。在这样的背景下，教师在STEM教育中至关重要，因为他们在一个多维的系统中塑造了未来的科学家、工程师和创新者的思想。但同样了解非STEM教师的观点也十分重要，因为他们有助于促进跨学科学习并有助于知识传播使学生应对未来社会的挑战。然而，尽管教育与人工智能结合有许多潜在的好处，但在伊朗的背景下，关于STEM和非STEM学科教师观点的研究很有限，所以了解他们的观点对于制定针对伊朗教育独特需求的战略至关重要。

此外，Chat GPT等人工智能技术在教育中的应用并非不会遇到挑战。在关于教育与人工智能技术结合的讨论中，对工作取代、道德考量以及过度依赖技术的担忧是普遍存在的。因此，从STEM和非STEM教师的角度探讨这些问题以寻求一种平衡和互相理解的方法去应用人工智能技术是很必要的。这项研究的结果可能对伊朗教育的政策制定者、教育工作者和研究人员产生影响，因为可以为制定战略和政策提供信息，以促进成功的跨学科与人工智能整合。据此，对以下研究问题进行了调查。

1. 伊朗的STEM和非STEM学科教师分别如何看待教育与人工智能技术结合产生的影响?

2. STEM和非STEM学科教师认为在教育中采用人工智能技术具有哪些潜在的好处、缺点和挑战?

二、文献综述

2.1 STEM和非STEM教育中的AI整合

人工智能已经成为一种有可能彻底改变包括教育在内各个领域的变革性技术。它在教育环境中的应用有利于营造创造性的教学和学习环境，提供个性化教学或资源，改善学生的成绩，同时也帮助教师了解学生的学习行为模式。在STEM教育中，学生需要掌握新的技能和知识，以使用新兴技术来应对当代与STEM学科相关的挑战。同样，由于技术进步和全球化，非STEM职业需要数字素养，批判性思维和沟通技巧，故在非STEM教育中，学生同样需要更新能力，通过虚拟实地考察、在线协作工具和交互式模拟，技术正在重塑非STEM学习。因此，为了在未来的职业生涯和个人生活中取得成功，教师和学生都必须在STEM和非STEM科目中获得这些新技能。

了解STEM和非STEM学科教师对教育中的AI技术的理解似乎至关重要。在STEM教育中，教师具备将AI工具融入教学实践所需的技术知识和技能。这使他们能够理解人工智能的原理，如机器学习算法和数据分析实验，并懂得如何在课堂上适当使用AI技术。另一方面，非STEM 教育为AI技术在教育中的更广泛的应用提供了深刻见解。比如心理学、社会学、语言学和伦理学等学科提供了人工智能技术整合的社会、情感、文化和伦理层面的观点。这些见解有助于教师解决与隐私、数据安全和算法偏见有关的问题以确保在课堂上更负责任地使用AI技术。

2.2 STEM教师对人工智能技术的看法

许多研究调查了STEM教育中教师对AI结合的看法。例如，Nikou和Economides 调查了STEM教师将基于移动设备的评估纳入教学实践的意图。他们提出了TAMBA模型，该模型对教师意图中的差异做了解释。“感受到的易用性”这一因素显著影响了教师使用基于移动设备的评估的意愿。此外，外部变量“支持性环境和结果质量”对模型的影响最为显著。Wang 等人还认为，自我效能感、焦虑、预期收益、易用性和对AI的态度对行为意图的改变贡献了70.4%。教师的自我效能会正向影响他们感受到的易用性以及采用基于人工智能的应用程序的态度。

在另一项研究中，Chocarro等人调查了教师接受聊天机器人的因素有什么。结果表明，感知到的易用性和实用性强烈影响了对聊天机器人的接受程度。Woodruff等人进一步研究了美国50个州的K-12教育工作者对人工智能的态度。作者调查了教师对智能技术的适应程度、在课堂教学中采用新技术的意愿以及对有效整合人工智能的需求。人们对人工智能的总体看法是积极的，并愿意将其融入教学中。然而，不同地区、性别和年龄的组别在技术获取和使用舒适度方面存在差异。教师对AI使用的自我效能感、感知易用性、预期效果、好感态度与其使用AI的行为意向之间存在正相关。值得注意的是，焦虑和压力对这些因素并没有显著影响。这些研究强调了采用人工智能技术促进科学课堂时，考虑教师的自我效能感、预期效果、易用性和态度的重要性。

2.3 非STEM学科教师对人工智能技术的看法

有几项研究试图考察非STEM教师对人工智能的看法，重点关注他们对人工智能技术的态度和理解。例如，Tatar 考察了英语、语言和艺术教师将人工智能融入非STEM课堂后的教学信念、信心水平和经验。研究结果显示，教师在展示和解释人工智能方面主题后信心显著增加，从而促进学生在参与职业发展规划后考虑更多与人工智能有关的领域。

目前，研究主要分别集中在STEM或非STEM学科领域，从而忽视了横跨这两个领域整合人工智能的潜在好处和挑战。这种方法无意中将跨领域整合人工智能可能产生的协同效应边缘化。因此，这一关键的研究差距不仅限制了我们对人工智能对教育影响的整体理解，而且阻碍了我们制定整合人工智能和跨学科合作的综合战略。通过探索Chat GPT等人工智能技术在STEM和非STEM学科背景下的整合，可以发现关于人工智能技术在教育中的变革能力的新见解。

三、方法

3.1. 研究设计

本研究采用定量和定性相结合的方法。首先将一份包含封闭式和开放式问题的在线问卷分发给STEM和非STEM教师，以收集他们对人工智能纳入教育的看法。然后对一部分受访者进行半结构化访谈，以更深入了解他们的经历。

3.2. 背景和参与者

这项研究在伊朗的高等教育机构的背景下进行，这个国家有2500多所注册大学，重点关注教师对本科和研究生阶段教学的看法。我们的目标是在这种教育环境中深入研究他们对STEM和非STEM学科中Chat GPT等人工智能技术的态度。目前，由于政治问题，伊朗个人进入Chat GPT受到某些限制和规定。尽管如此，伊朗用户仍有其他选择，他们可以利用免费的在线资源或通过使用虚拟专用网络在互联网上建立与另一个网络的安全连接。这使我们能够调查在语言教育中采用人工智能聊天机器人的潜在的优势和缺点。该研究特别针对那些在数据收集方面积极的STEM和非STEM教师。我们有536名教师参与数据抽样，其中有271名是STEM教师，265名是以波斯语为母语的非STEM教师。

在STEM教师队列中，88.7%为男性，11.3%为女性。该群体的年龄分布如表1所示。32.1%的受访者年龄在36-44岁之间，28.3%的受访者年龄在26 - 35岁之间，18.9%的受访者年龄在45-55岁之间，13.2%的受访者年龄在55岁及以上，7.5%的受访者年龄在25岁以下。在STEM教师中，35.4%拥有理学学士学位，35.1%拥有理学硕士学位，29.5%拥有哲学博士学位。STEM教师的平均教学经验为9.03年。

表1

如表2所示，94.5%的非STEM教师为男性，5.5%为女性。这一群体的年龄分布显示，46.5%落在36-44岁之间，31.4%落在26 - 35岁之间，9.2%落在45 - 55岁之间，9.2%落在18 - 25岁之间，3.7%落在55岁及以上。在学历方面，49.1%的非STEM教师持有文学士学位，32.1%持有文学士学位，18.9%持有哲学博士学位。非STEM教师的平均教学经验为11.20年。总体而言，两组的性别分布都向男性倾斜。

表 2

对于STEM教师使用AI和Chat GPT的频率，41.7%的人很少使用，33.6%的人偶尔使用。此外，一小部分参与者(1.8%)提到经常使用AI和Chat GPT，而21.4%的人表示他们从未使用过。值得注意的是，只有1.5%的受访者表示他们一直在使用，如表3所示。相比之下，在非STEM教师中，44.2%的人很少使用，31.7%的人偶尔使用。此外，2.3%的受访者提到经常使用AI和Chat GPT，而19.6%的受访者表示他们从未使用过。然而，只有2.3%的受访者表示他们一直在使用，如表3所示。

表3

3.3. 研究仪器

在本研究中，我们开发并使用在线问卷和半结构化访谈来收集数据。

3.3.1. 开发并试行在线问卷

问卷的最终版本分为三个主要部分，第一部分侧重于收集人口统计信息，包括性别、年龄、教学经验、学术水平、AI或Chat GPT使用频率和满意程度。第二部分深入探讨了教师对教学和学习中使用AI的看法，调查了AI在STEM和非STEM教育中的各个方面表现。这些方面包括其对教育效率和生产力的影响、对社会情感发展的潜在负面影响、教师的专业发展和培训、批判性思维和创造力、对教师角色的潜在威胁以及获取技术方面的数字鸿沟。第三部分包括开放式调查，旨在收集STEM 和非 STEM 教师在教育过程中使用人工智能时发现的好处、缺点和挑战。

为了从受访者处收集更详细的数据，我们进行了半结构化访谈，以深入了解受访者的想法。

3.4. 过程

为了收集研究的经验数据，我们使用谷歌制作了一份电子问卷。问卷链接附有对研究目标的简明解释，并通过两个社交媒体平台(即Telegram和Whats App)与目标人群共享。向参与问卷调查的教师提供了关于研究的详细信息，包括说明数据保密、匿名、自愿参与以及随时退出而不面临任何后果的权利。为了进一步提高数据质量，与教师明确沟通预计完成时间应约为5-10分钟。在每位教师参与研究之前，我们都征求了他们的书面同意。受访者还被要求根据15个陈述使用五点李克特量表，从强烈不同意(1)到强烈同意(5)对各个方面进行评分。最后，教师还被邀请回答三个开放式问题。总的来说，这种方法确保受访者得到了充分的信息和隐私保护，因此他们的见解对研究是有价值的。

为了丰富数据集，由7名STEM教师和7名非STEM教师组成的小组被邀请参加个别访谈环节。他们同意接受采访以提供补充信息。在访谈之前，访谈问题与受访者共享，让他们有充足的时间做任何必要的准备。为创造沟通的有利环境，每位受访者都由研究人员亲自接见。访谈环节以对研究目标的简要概述开始，为随后的讨论奠定基调。

访谈过程遵循结构化的方法，从一般性的开放式问题开始，逐渐过渡到更具体的询问。值得注意的是，为了确保准确理解并最大限度地减少潜在的误解，访谈以受访者的母语波斯语进行。这种语言的一致性促进了清晰的沟通，提高了所收集数据的质量。在随后的分析阶段，访谈中讨论的概念被翻译成英文。每次采访都有足够的时间，让受访者自由地表达自己的感受、想法和观点，而不会受到不必要的干扰。采访过程始终录音，以备后续分析，每次平均持续时间为20分钟。

四、结论

4.1. 定量分析

第一个研究问题调查了STEM和非STEM学科教师对人工智能技术融入教育的看法。结果表明，除第13项外，所有陈述的平均得分都在3.50至4.49的范围内，表明中等积极的看法。

STEM教师对“AI技术有可能提高课堂对学生的吸引力和积极性”这一说法的平均得分最高，这表明他们重视人工智能技术在吸引和激励学生参与学习过程方面的潜力。相比之下，非STEM教师在“将AI技术整合到教学中需要对教师进行重要的专业发展和培训”这一命题中获得了最高的平均分，表明他们认为需要专门培训才能有效地将人工智能技术融入教学中。另一方面，在“AI技术对教师作为知识传播者的角色构成威胁”这一命题中，两组的平均得分最低，表明他们的态度更为中立(既不积极也不消极)。

4.2. 定性分析

通过对访谈数据集以及 STEM 和非 STEM 教师的书面回复进行全面的主题分析，确定了三个类别：积极方面、消极方面、具有的挑战方面。

  在积极的类别之下，强调了将人工智能融入教育的好处。这些主题包括“可访问性、即时反馈、节省时间、提高效率、辅助工具、材料开发、多样化资源、多语言支持、语法和写作支持以及深度学习。”

在负面的类别中，强调了人工智能在教育领域的潜在缺点。这些主题包括“道德考虑（隐私和数据安全问题）、学生的被动性、过度依赖技术、人工智能辅助抄袭、缺乏创造力以及传播不准确的信息。”

在具有挑战的类别下，发现了针对 STEM 和非 STEM 教师的各种主题。例如，“可扩展性以及虚拟实验室的使用”等积极主题仅在 STEM 教师的数据集中出现，而“不知疲倦和数字游戏”仅在非 STEM 教师的数据集中出现。值得注意的是，与非 STEM 教师明显相关的负面主题包括“寻求安慰和削弱知识爱好者动力”，表明学生有可能失去发展独立学习技能的能力。同时，STEM教师特别提出了对“深度造假技术”的担忧，这代表人工智能生成的内容可能被滥用。此外，两组教师都提出了六个共同的挑战，如“未来将所有教育事务委托给人工智能、教育幻灭、基础设施和资源限制，间谍活动和心理挑战”。

五、讨论

本研究深入探讨了伊朗 STEM 和非 STEM 学科教师对人工智能技术在教育中的整合的看法。它还研究了将人工智能纳入教育的潜在优势、劣势和挑战。

5.1伊朗的 STEM 和非 STEM 学科教师如何看待人工智能整合对教育的影响？

研究结果显示，STEM和非STEM教师都对AI融入教育持积极看法，教师们普遍认为AI是一种工具，能够提高教育任务的效率和生产力，增强学生的积极性，为学生的表现和进步提供有价值的反馈，这表明不管教师的特定学科领域和背景如何，他们可能同样愿意接受人工智能作为改进教学实践的工具，同时，STEM和非STEM教师都承认有必要对教师进行专业发展和培训，以便在教学实践中实施这种整合。

一般来说，在STEM和非STEM教育中实施人工智能技术需要教师具备必要的熟练程度和专业知识，以便有效和有意义地使用这些技术来提高学生的学习成果。因此，为教师提供必要的培训和专业发展机会至关重要。同样，人工智能开发人员需要了解教师的工作方法，并制定适用于现实教育环境的可持续方案。这两类教师达成的另一个共识是，迫切需要制定教育纳入人工智能的道德框架和指导方针。这些框架为开发人员、用户、政策制定者和教育机构将人工智能技术集成到教育环境中时提供指导，确保在教育中以道德和负责任的方式使用人工智能技术，解决与隐私、偏见、透明度和问责制有关的问题。

STEM和非STEM教师也一致认为，人工智能技术有可能加剧数字鸿沟。他们认识到，先进技术和数字素养技能的不同获取程度可能导致教育资源和机会分配不均，这种不平等可能会扩大有机会受益于人工智能与没机会受益人工智能的学生之间的差距，从而导致学习成果和学业成功机会的差异。此外，各地区在技术可用性和财政限制方面存在差异，不同的地理区域可能进一步加剧数字鸿沟，因此需要采取积极措施解决这些差距，并确保学生在教育中公平获得人工智能技术。此外，STEM和非STEM教师表示担忧人工智能工具对学生批判性思维和学习创造力发展存在负面影响，这与STEM和非STEM教育旨在提高学生跨学科知识探索和应用能力的总体目标相矛盾。

最后，这两类教师表明他们对人工智能技术会对教师角色构成潜在威胁持中立态度。这两个群体都认识到，虽然Chat GPT等AI技术有可能自动化某些任务，但教师在培养特定方面的核心作用不能完全被AI技术所取代。还有一个原因是，AI在教育环境中的发展尚处于早期阶段，因此，与经验丰富的教师相比AI目前的能力有限，讲师可能不会感受到直接的压力、竞争或危险。

此外，研究发现，与非STEM教师相比，STEM学科的教师更倾向于相信人工智能技术可以调整教学方法，以适应学生的个人需求和能力。这种差异可以归因于几个因素，比如他们所教科目的固有特征。STEM学科的特征是解决复杂问题、实验、数据分析和计算思维，为AI在个性化学习体验、自适应反馈和交互式模拟方面的应用提供了肥沃土壤。另一方面，非STEM学科涉及更多主观和解释性任务，这些任务被认为不太适合AI集成。这些学科的教师会担心人工智能理解主题的细微差别和上下文推理方面的能力。虽然AI系统在自然语言处理和情感分析方面取得了长足的进步，但它们对人类互动的主观体验的理解仍然不完整。总体而言，这两类教师理解的差异可能源于人工智能技术在不同学科中的应用水平和潜在影响不同。

STEM学科教师对AI在调整教学方法方面的潜力持积极看法的另一个可能的解释是，他们熟悉AI技术。STEM学科在将技术融入教学实践方面也有着悠久的历史，这为教师提供了机会观察或直接体验AI在个性化学习和丰富学生体验方面的优势。非STEM教师对将AI技术整合到教育中对学生的社会和情感发展的潜在负面影响有更多的担忧。他们认为教育是一个整体的过程，不仅涉及知识的获取，还涉及个人和社交技能的发展。非stem教师优先考虑人际互动、情感成长和学习过程中有意义的联系的重要性。因此，他们担心AI整合可能会改变教育中的人际动态，这可能导致社会疏远，破坏人际关系的培养。研究还表明，大约82%的教学信息依赖于非语言线索，如面对学生、微笑、与学生进行身体接触、保持目光接触和使用适当的语音节奏，因此，必须在教育中建立人类与技术工具之间的协作环境，以确保学生的整体发展和情感健康。

5.2. 伊朗的STEM和非STEM学科教师认为，在教育中纳入人工智能有哪些潜在的好处、缺点和挑战?

5.2.1.益处

研究得出的积极主题强调了将AI技术融入教育的潜在好处。包括可访问性、即时反馈、节省时间、提高效率以及使用AI作为补充学习工具。此外，AI集成可以促进材料开发，提供各种资源，提供多语言支持，协助语法和写作支持，并促进深度学习。这些发现表明，STEM和非STEM学科对于将AI融入教育的接受度和热情都在增加。这样的研究结果可以巩固这样一种观念，即技术增强的教育有可能赋予教师和学习者权力，重塑教育格局，营造更具活力和更有效的学习环境。

5.2.2.缺点

研究得出的负面结果突出了AI在教育中的一些弊端。例如，隐私和数据安全等道德方面的考虑，因为在教育中使用AI涉及收集和处理学生敏感数据，这就需要强有力的隐私政策和安全措施来保护学生信息。学生被动和过度依赖技术的潜在风险也值得关注，因为过度依赖AI工具可能会削弱学生的高阶技能。

此外，人工智能加剧抄袭的风险是另一个重大问题，比如AI技术可能会导致学术不诚实，学生可能会因为学习过程缺乏控制而作弊。教育工作者和机构需要采取措施，检测和防止人工智能辅助抄袭。为了解决这些问题，Lodge提出了一种新的评估方法以激励概念的创造性应用，并鼓励反思学习过程。此外，阻碍创造力发展和传播不准确信息也是其负面影响。AI工具的设计和使用始终应该激发和培养学生的创造力、批判性思维和信息素养技能。

在非STEM学科中，关于AI整合出现了两个主要的负面主题:寻求舒适行为和对知识爱好者的潜在影响。第一个担忧寻求舒适的行为，涉及不活跃的学习方法和对独立学习技能的重视程度降低，从而危及自主学习并影响学生适应复杂挑战和在现实世界场景中进行批判性思考的长期能力。第二个担忧是AI集成对知识爱好者的潜在影响，特别是那些致力于学习、实验和开展研究的活跃研究人员和学者。在人工智能驱动的教育环境中，这些人可能会被边缘化。这种担忧的根源在于AI技术可能会自动化许多传统上由研究人员和学者承担的任务，比如数据收集、分析和解释，而这些过程的自动化会减少对人类研究人员的需求，潜在地阻碍人们对知识的追求和研究的推进。此外，也可能会扼杀非STEM领域创新思想的发展。

最后，两组教师都阐述了六个类似的挑战，如未来将所有教育事务委托给AI技术、由于过度使用技术存在教育幻灭的风险、设计师思维的渗透、基础设施和资源限制、间谍活动以及将AI融入教育相关的心理挑战。这些挑战强调了在STEM和非STEM教育环境中纳入AI技术时的多方面考虑和潜在陷阱。

六、结论及影响

本研究探讨了伊朗的STEM和非STEM学科教师对教育结合人工智能技术的看法。调查结果表明，在教育环境中，教师对人工智能技术多持积极态度，但同时也认识到了它的局限性。此外，还发现了与AI集成相关的潜在挑战，如教育幻灭。这些发现表明，STEM和非STEM学科教师对AI技术对教育的潜在影响的看法存在差异。具体而言，在个性化学习体验和对社会、情感发展的负面影响方面的看法差异明显，这表明，在评估AI技术对教育的影响时，需要考虑来自不同学科的教师的不同观点。总体而言，该研究强调了跨学科研究当代人工智能相关问题的必要性，强调通过跨学术领域的合作努力，以在这一快速发展的领域中产生有价值的见解和解决方案。

与其他研究一样，本研究也存在一定的局限性。首先，样本量和选择标准可能会影响结果，一个更大、更多样化的样本可以更全面地理解AI在教育中的整合。其次，没有考虑到参与者之间性别差异的潜在影响，这应该是未来调查和分析的一个领域。在本研究的基础上，未来的研究可以探索将Chat GPT等AI技术整合到高等教育课堂中的具体挑战和机遇。此外，研究Chat GPT等AI技术对学生参与度、学习成果和整体教育体验的影响，可以更全面地了解人工智能在未来伊朗大学教学中的作用。