STEM 教育的新兴技术：关于学习、公平与可持续发展目标 4 的全球证据

塑造未来教室的新工具

从面向儿童的机器人到虚拟现实头盔与智能传感器，一波新技术正在悄然改变青少年学习科学、技术、工程与数学（STEM）的方式。本文综述汇集了来自全球近两千项研究，围绕一个既简单又紧迫的问题展开：这些工具能否不仅提升学习效果，还能为女孩和弱势学生打开大门，同时推动全球教育目标？

改变学生学习方式的四类技术

作者指出在 STEM 教育中有四类尤其有影响力的技术：机器人、人工智能（AI）、扩展现实（XR，涵盖虚拟现实与增强现实）以及诸如物联网的智能互联系统。在许多课堂和不同年龄段中，机器人把抽象概念变成动手项目，培养解决问题能力、团队协作与计算思维。AI 系统则在后台实现个性化课程、标记可能遇到困难的学生，并驱动能根据每位学习者调整的智能辅导。XR 让学生沉浸在三维世界中，可以像亲临其境一样探索分子、电路或生态系统，常常能提升理解力与学习动机。智能互联系统将低成本设备、远程实验室和制作工具连接起来，使学生能够用真实数据和设备进行实验——这些设备过去通常只在高级研究机构中可见。

这些工具如何影响技能、动机与获取途径

在被综述的研究中，这些技术一贯有助于学生发展技术技能与“思维”技能。机器人与物联网项目支持设计思维与现实问题解决；XR 倾向于增强空间推理、坚持性与好奇心；AI 则提供及时反馈并提高练习效率。重要的是，这些收益并不局限于精英大学。设计良好的在线课程、基于云的实验室和作为服务的制作平台使预算有限的学校能够共享设备与专业知识。试点项目表明，即使是小学也能通过有趣、适龄的活动引入数字孪生或网络安全等概念。与此同时，作者也指出了实际障碍：硬件成本、教师培训需求，以及围绕数据隐私与算法偏见的伦理问题。

缩小性别差距并实现全球教育目标

STEM 领域最紧迫的问题之一是性别公平。综述发现女孩在许多高阶项目和竞赛中仍是少数，而且她们的参与率往往随年龄增长而下降。然而，定向干预——例如为女孩设置的机器人营、导师计划以及具有文化响应性的教学——可以提升信心、兴趣与坚持度。若能谨慎使用，新兴工具也能发挥作用：包容性的数字取证游戏提高了女孩对网络安全的兴趣，而生成式 AI 可以为不同文化和背景量身定制示例与内容。作者将这些努力与联合国可持续发展目标 4（SDG4）联系起来，该目标倡导人人享有优质教育。他们绘制的大部分研究集中于 SDG4.4（强调面向现代劳动力的实用技能），同时关于教师培训与公平方面的研究也在增长。

屏幕背后仍需学习理论的支撑

尽管工具是新的，但根本问题并不新：人们如何学得最好？综述指出，令人意外的是很少有研究充分运用既有的学习理论。那些运用理论的研究，结果更连贯且更易于应用。例如，建构主义与体验式模型指导了 VR 实验室的设计，让学生主动操作物体并反思所见。社会与文化理论帮助研究者理解谁在机器人团队中发言、谁被边缘化，从而表明仅靠技术无法解决根深蒂固的不平等。普适设计学习原则为为不同能力学生提供可及活动提供了指导。作者认为，为每一项新技术调整并检验这些理论至关重要，否则学校将难以从花哨的展示迈向持久的变革。

这对教师、政策制定者与家庭意味着什么

简言之，文章的结论是：新兴技术确实可以让 STEM 学习更具吸引力、更富实用性并更贴近真实工作——同时也提供了强有力的工具来应对性别差距和其他排斥形式。但这些好处并非自动产生。它们依赖于基于学习科学的精心设计、持续的教师发展、可负担的渠道以及健全的伦理保障。展望未来，作者在生成式 AI 与类元宇宙环境中看到了希望，这些技术可提供高度个性化、多语种与协作的学习空间。要公平地实现这种潜力，他们呼吁制定支持资源匮乏学校、保护学生数据并有意促进包容性的政策，以便下一代 STEM 创新者真正反映他们将共同塑造的世界的多样性。

引用: Nedungadi, P., Thushara, M.G., Veena, G. et al. Emerging technologies for STEM education: global evidence on learning, equity, and SDG4. Humanit Soc Sci Commun 13, 522 (2026). https://doi.org/10.1057/s41599-026-06565-w

关键词: STEM 教育, 教育技术, 性别公平, 虚拟现实与增强现实, 学习中的人工智能