AI時(shí)代的科學(xué)教育與教材

【專家介紹】

王青，北京大學(xué)物理系78級(jí)本科，清華大學(xué)物理系86級(jí)博士，清華大學(xué)長(zhǎng)聘教授。教育部高等學(xué)校大學(xué)物理課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)主任委員，《物理與工程》雜志主編，北京市教學(xué)名師，中國(guó)物理學(xué)會(huì)高能物理分會(huì)常務(wù)理事，主要從事量子場(chǎng)論和基本粒子物理研究。

摘要;科學(xué)教育作為公民科學(xué)素養(yǎng)的基石，支撐著社會(huì)科技進(jìn)步，各國(guó)均高度重視，中國(guó)更是出臺(tái)多項(xiàng)政策推動(dòng)其發(fā)展。文章先梳理國(guó)內(nèi)科學(xué)教育現(xiàn)狀，涵蓋校內(nèi)、校外形式，指出學(xué)校課程是核心，同時(shí)剖析了課程地位低、教材滯后、師資不足等13項(xiàng)核心問(wèn)題，并介紹了海南保亭中學(xué)將校外活動(dòng)納入校本課程的積極探索。重點(diǎn)探討人工智能帶來(lái)的顛覆性影響，包括AI在教育中的應(yīng)用案例、自我進(jìn)化能力，以及可能取代教師工作、沖擊傳統(tǒng)教材等。最后提出應(yīng)對(duì)之策，短期利用AI賦能教育，如高校的相關(guān)探索，長(zhǎng)期則需構(gòu)建面向AI時(shí)代的“創(chuàng)生教育”，并思考教材在AI時(shí)代的存亡與形態(tài)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：AI；科學(xué)教育；STEM；教材中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

科學(xué)教育是全體公民科學(xué)素養(yǎng)的基礎(chǔ)保障，支撐著人類社會(huì)科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展。在國(guó)際流行的STEM（科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)）教育中，科學(xué)位居首位——STEM是迄今為止人類社會(huì)最重要的教育領(lǐng)域，發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)此尤為重視。美國(guó)2018年發(fā)布《繪制成功之路：美國(guó)的STEM教育戰(zhàn)略》，2024年又發(fā)布《STEMM公平與卓越2050：國(guó)家進(jìn)步與繁榮戰(zhàn)略》；澳大利亞2015年推出《國(guó)家STEM學(xué)校教育戰(zhàn)略 2016-2026? 2018年發(fā)布《國(guó)家STEM戰(zhàn)略2019—2023：創(chuàng)造未來(lái)工程師戰(zhàn)略優(yōu)先級(jí)》，2019年澳大利亞國(guó)防部制定《國(guó)防工業(yè)技能與STEM戰(zhàn)略》，同年還出臺(tái)針對(duì)女性的STEM教育發(fā)展戰(zhàn)略，2024年發(fā)布《實(shí)現(xiàn)STEM勞動(dòng)力多元化的途徑審議總結(jié)性報(bào)告》；芬蘭2023年發(fā)布《芬蘭國(guó)家STEM戰(zhàn)略與行動(dòng)計(jì)劃》；愛(ài)爾蘭2023年推出《到2026年STEM教育實(shí)施計(jì)劃》。

2024年7月，中國(guó)教育發(fā)展戰(zhàn)略學(xué)會(huì)發(fā)布《STEM（科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)）教育2035行動(dòng)文章編號(hào)：1003-6148（2025）8-0001-6計(jì)劃》，提出到2035年，中國(guó)STEM教育要努力成為高質(zhì)量中國(guó)特色STEM教育體系建設(shè)的有力推動(dòng)者、高效能STEM教育實(shí)踐的杰出組織者、以STEM教育服務(wù)教育強(qiáng)國(guó)建設(shè)的積極參與者、國(guó)際STEM教育發(fā)展與合作的積極探索者。為此，需構(gòu)建適應(yīng)中國(guó)國(guó)情的STEM教育研究與實(shí)踐體系；探索STEM人才貫通培養(yǎng)機(jī)制（涵蓋育人方式、辦學(xué)模式、管理體制、保障機(jī)制）；開(kāi)發(fā)高質(zhì)量STEM教育資源;建立STEM教育測(cè)評(píng)體系；建立STEM教育師資培養(yǎng)培訓(xùn)體系；推進(jìn)STEM教育數(shù)字化。

中國(guó)高度重視作為STEM核心的科學(xué)教育。早在上世紀(jì)五十年代末期，國(guó)家便成立中國(guó)科協(xié)，建立從國(guó)家到地方的各級(jí)機(jī)構(gòu)，而科學(xué)普及（即社會(huì)層面的科學(xué)教育）正是科協(xié)的重要職責(zé)之一。新的歷史時(shí)期，國(guó)家加大科學(xué)教育政策支持力度：2023年5月，教育部等十八部門(mén)發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)新時(shí)代中小學(xué)科學(xué)教育工作的意見(jiàn)》；同年12月，教育部辦公廳發(fā)布《關(guān)于推薦首批全國(guó)中小學(xué)科學(xué)教育實(shí)驗(yàn)區(qū)、實(shí)驗(yàn)校的通知》，最終確定125個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)和994所實(shí)驗(yàn)校，計(jì)劃通過(guò)3年努力，形成一批可復(fù)制、可推廣的典型經(jīng)驗(yàn)和制度創(chuàng)新成果，引領(lǐng)提升中小學(xué)科學(xué)教育質(zhì)量與水平。

國(guó)家之所以大力支持科學(xué)教育，既是因?yàn)樾轮袊?guó)成立七十多年來(lái)，科學(xué)教育培養(yǎng)的大量人才支撐中國(guó)從積貧積弱發(fā)展為世界第二大經(jīng)濟(jì)體，也是因?yàn)閲?guó)家未來(lái)發(fā)展對(duì)科學(xué)教育的高度依賴。在國(guó)家推動(dòng)下，各地中小學(xué)科學(xué)教育近年來(lái)呈現(xiàn)快速發(fā)展態(tài)勢(shì)，但若要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，需從未來(lái)視角審視現(xiàn)狀、預(yù)判挑戰(zhàn)，并作出前瞻性規(guī)劃當(dāng)下，人工智能作為新質(zhì)生產(chǎn)力的快速發(fā)展，正給社會(huì)各領(lǐng)域帶來(lái)未預(yù)期的巨大沖擊，科學(xué)教育亦不例外。因此，亟須重新思考、調(diào)整和部署科學(xué)教育戰(zhàn)略，以應(yīng)對(duì)人工智能帶來(lái)的影響。這正是本文的核心議題。

1 當(dāng)前國(guó)內(nèi)科學(xué)教育的現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)科學(xué)教育涵蓋校內(nèi)與校外兩部分：校內(nèi)包括課內(nèi)與課外，課內(nèi)以小學(xué)科學(xué)課程、中學(xué)理化生課程（屬智育范疇）為主，課外體現(xiàn)為學(xué)校社團(tuán)活動(dòng)、科技節(jié)及學(xué)科競(jìng)賽；校外則以科協(xié)、社會(huì)團(tuán)體及個(gè)人組織的科普活動(dòng)為主。

筆者始終認(rèn)為，學(xué)校課程教學(xué)是科學(xué)教育的主渠道與核心陣地，課外、校外科學(xué)教育僅能發(fā)揮輔助與補(bǔ)充作用。近年來(lái)，科協(xié)、中科院等機(jī)構(gòu)開(kāi)展的“科學(xué)家進(jìn)校園、進(jìn)課堂”等活動(dòng)，既體現(xiàn)了全社會(huì)對(duì)科學(xué)教育的重視，也反映出校內(nèi)科學(xué)教育（包括小學(xué)科學(xué)課、初高中理化生課程）尚未完全承擔(dān)起國(guó)家與社會(huì)的期望，仍有較大提升空間。為此，筆者曾呼呼增加中小學(xué)科學(xué)教育課內(nèi)學(xué)時(shí)，但經(jīng)數(shù)年觀察與探索發(fā)現(xiàn)，這在當(dāng)前教育體制下難以落實(shí)一一中小學(xué)總學(xué)時(shí)固定，在傳統(tǒng)分科教學(xué)背景下，德、智、體、美、勞各學(xué)科的學(xué)時(shí)均難以壓縮。

教育部教育技術(shù)與資源發(fā)展中心學(xué)術(shù)委員會(huì)劉強(qiáng)副主任曾全面梳理國(guó)內(nèi)科學(xué)教育的13項(xiàng)核心問(wèn)題，具體如下：

1.科學(xué)課程開(kāi)設(shè)不足，常被其他學(xué)科擠占，地位偏低，多被視為“副科”。

2.課程設(shè)置多樣性不足，與前沿科技脫節(jié)，與人文學(xué)科融合不夠；課內(nèi)與課后課程缺乏一體化設(shè)計(jì)；課后服務(wù)多以編程類、搭建類等科技活動(dòng)為主。

3.科學(xué)教材的前沿性、啟發(fā)性、趣味性有待提升，未能及時(shí)反映世界科學(xué)前沿突破與技術(shù)重大進(jìn)展，也未有效融人科學(xué)精神、科技倫理等內(nèi)容。

4.中小學(xué)科學(xué)教師數(shù)量不足（小學(xué)科學(xué)教師缺口大、缺編現(xiàn)象突出，兼任教師比例高，專職教師稀缺，農(nóng)村地區(qū)科學(xué)教育專業(yè)師資配備率尤其低）；教師增量與供給不足，能力與水平有待提高；專業(yè)匹配度低， 70% 的科學(xué)教師為非學(xué)科類專業(yè)出身，多由其他學(xué)科教師兼任，專業(yè)發(fā)展水平參差不齊。

5.學(xué)校學(xué)時(shí)緊張，新課標(biāo)提出的項(xiàng)目式、探究式、研究性、跨學(xué)科學(xué)習(xí)難以落實(shí)。

6.實(shí)驗(yàn)室及實(shí)驗(yàn)器材陳舊、利用率低，學(xué)位緊張導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室空間被擠占的現(xiàn)象突出，

7.實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平不高，存在“講實(shí)驗(yàn)\"現(xiàn)象；教學(xué)活動(dòng)多聚焦知識(shí)結(jié)論的拆解，未能連接知識(shí)世界、真實(shí)世界與科學(xué)家世界，三者彼此割裂。

8.多數(shù)課堂教學(xué)仍存在“重理論、輕實(shí)踐”“重課堂、輕實(shí)驗(yàn)\"“重教學(xué)、輕實(shí)踐”“重校內(nèi)、輕校外”“重考試、輕興趣\"等問(wèn)題，缺乏對(duì)學(xué)生科學(xué)方法、科學(xué)思維的培養(yǎng)，以及科學(xué)態(tài)度與精神的養(yǎng)成教育。

9.科技館、博物館、青少年科技活動(dòng)中心等科普設(shè)施吸引力與利用率偏低，在激發(fā)學(xué)生科學(xué)興趣、啟迪科學(xué)觀念、培育科學(xué)思維與方法等方面作用有限；部分學(xué)校開(kāi)展的游學(xué)、研學(xué)等活動(dòng)缺乏設(shè)計(jì)，學(xué)生僅為“游玩”，缺乏科學(xué)問(wèn)題與任務(wù)的引導(dǎo)（如“科普大篷車進(jìn)校園\"多以展品展示為主）。

10.國(guó)際學(xué)生測(cè)試顯示，我國(guó)青少年科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)掌握扎實(shí)，但創(chuàng)造力不足，更傾向于靜態(tài)機(jī)械式記憶，創(chuàng)新能力、動(dòng)態(tài)綜合解決問(wèn)題能力較弱，在科學(xué)方法、科學(xué)思維、科學(xué)精神等方面存在短板。

11.地區(qū)發(fā)展不平衡，科學(xué)教育資源配置不均衡的問(wèn)題突出。

12.缺乏針對(duì)科學(xué)素養(yǎng)、科學(xué)方法的考核標(biāo)準(zhǔn)與有效評(píng)價(jià)方式，當(dāng)前評(píng)價(jià)多聚焦科學(xué)靜態(tài)知識(shí)，以總結(jié)性評(píng)價(jià)為主，難以反映學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)水平與科學(xué)方法掌握情況。

13.高考對(duì)相關(guān)學(xué)科的考查以客觀題為主，這一“指揮棒”影響科學(xué)教育實(shí)踐；部分自然學(xué)科（物理、化學(xué)、生物等）在高中結(jié)業(yè)考試中雖增加了實(shí)驗(yàn)操作考核，但占比極小，且以機(jī)械操作步驟和技能為主，無(wú)法真正檢驗(yàn)學(xué)生的探究能力與方法。

筆者認(rèn)同上述總結(jié)。當(dāng)前校內(nèi)課外及校外科學(xué)教育活動(dòng)，與課程標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)的核心素養(yǎng)缺乏清晰、有效的關(guān)聯(lián)，多數(shù)活動(dòng)僅停留在“熱鬧\"層面；優(yōu)質(zhì)學(xué)校（如清華附小）尚且存在科學(xué)教師缺額，可見(jiàn)師資問(wèn)題的普遍性；此外，社會(huì)力量參與科學(xué)教育時(shí)“各自為戰(zhàn)”，缺乏整體性、系統(tǒng)性的統(tǒng)籌規(guī)劃，科研機(jī)構(gòu)與高校在提升中小學(xué)科學(xué)教育水平方面的實(shí)質(zhì)性合作也較少。這些現(xiàn)狀表明，科學(xué)教育體系仍有較大改進(jìn)空間，這也是教育部推進(jìn)實(shí)驗(yàn)區(qū)、實(shí)驗(yàn)校計(jì)劃的初衷。

在科學(xué)教育的探索中，部分學(xué)校已取得積極進(jìn)展。以首批科學(xué)教育實(shí)驗(yàn)校海南保亭縣保亭中學(xué)為例，其近期計(jì)劃將大部分校外科技活動(dòng)納入校本課程，推動(dòng)科學(xué)教育“正規(guī)化”，具體做法如下：

保亭中學(xué)著力打破學(xué)科課堂教學(xué)與科學(xué)教育校本課程的壁壘，將校本課程作為學(xué)科課堂教學(xué)的延伸與實(shí)踐載體。其課程內(nèi)容與學(xué)科知識(shí)點(diǎn)深度融合，采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方式，鼓勵(lì)跨學(xué)科探索；結(jié)合學(xué)科知識(shí)、學(xué)校資源及保亭地方特色，以真實(shí)世界的問(wèn)題或項(xiàng)目為主題，開(kāi)發(fā)校本課程教材內(nèi)容。項(xiàng)目分為長(zhǎng)、中、短期，均涵蓋立項(xiàng)組隊(duì)、計(jì)劃籌備、項(xiàng)目實(shí)施、評(píng)價(jià)反思、成果展示及課程資源配備（含視頻資源、操作手冊(cè)等）；教材開(kāi)發(fā)應(yīng)明確課程目標(biāo)、學(xué)習(xí)目標(biāo)、課時(shí)安排、學(xué)習(xí)方法、項(xiàng)目流程、任務(wù)分工等要素，且包含校外實(shí)踐內(nèi)容，可聯(lián)合企業(yè)、行業(yè)專家及高校專家共同開(kāi)發(fā)。學(xué)校計(jì)劃開(kāi)發(fā)高一校本課程30門(mén)、初中11門(mén)，以機(jī)器人、3D打印、人工智能、物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、化學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、版畫(huà)、非遺剪紙等特色課程為基礎(chǔ)打造標(biāo)桿，再逐步拓展至其他課程。

筆者認(rèn)為，保亭中學(xué)的探索意義重大：在當(dāng)前課程學(xué)時(shí)框架不變的前提下，將原社團(tuán)活動(dòng)轉(zhuǎn)化為正規(guī)課程，若能在保持真實(shí)場(chǎng)景、跨學(xué)科特色的基礎(chǔ)上創(chuàng)新教學(xué)模式，并與傳統(tǒng)科學(xué)課、理化生課有機(jī)融合，有望解決現(xiàn)有科學(xué)教育體系的諸多問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)僅靠增加學(xué)時(shí)難以達(dá)成的質(zhì)量提升目標(biāo)。

但需注意的是，上述進(jìn)展尚未考慮人工智能對(duì)科學(xué)教育的沖擊。下文將聚焦這一核心議題，探討人工智能可能帶來(lái)的顛覆性影響。

2 人工智能對(duì)科學(xué)教育的顛覆

近年來(lái)，人工智能快速發(fā)展，其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用逐步落地。2024年暑期，上海師范大學(xué)啟動(dòng)國(guó)內(nèi)首個(gè)應(yīng)用于師范生培養(yǎng)的教師教育大模型，同時(shí)開(kāi)設(shè)國(guó)內(nèi)首批師范生必修課—“教育家精神課程”。

在上海師范大學(xué)的“微格倉(cāng)\"模擬教室中，小學(xué)教育專業(yè)學(xué)生朱宇飛正為9名“AI學(xué)生\"試講。作為該校首批教師教育大模型的使用者，她表示：“相比無(wú)生試講，‘AI學(xué)生'會(huì)回答問(wèn)題、舉手提問(wèn)，能提供真實(shí)反饋，避免了‘獨(dú)角戲'式教學(xué)?！敝恍栎斎雮湔n內(nèi)容，系統(tǒng)即可模擬課堂，且9名“AI學(xué)生”的水平可按需設(shè)置（如“學(xué)霸”或知識(shí)水平較弱的學(xué)生）?！疤岢鰡?wèn)題后，‘學(xué)生'會(huì)給出不同答案，我需要引導(dǎo)互動(dòng)，這種真實(shí)感突破了我的想象局限。”

目前，國(guó)內(nèi)已有小學(xué)試點(diǎn)用人形機(jī)器人替代教師授課；國(guó)際上更有預(yù)測(cè)稱，2025年“AI補(bǔ)課老師\"將普及一—屆時(shí)學(xué)生無(wú)需參加補(bǔ)習(xí)班，AI可陪伴學(xué)生練習(xí)口語(yǔ)、解方程、寫(xiě)作文等，且比真人教師更了解學(xué)生弱點(diǎn)，能定制學(xué)習(xí)計(jì)劃、開(kāi)展啟發(fā)式教育，同時(shí)具備情緒穩(wěn)定、不知疲倦的特點(diǎn)。

在美國(guó)，以教學(xué)改革聞名的可汗學(xué)院創(chuàng)始人薩爾曼·可汗已使用ChatGPT輔導(dǎo)兒子數(shù)學(xué)，而非親自授課。2024年12月16日，美國(guó)亞利桑那州特許學(xué)校委員會(huì)以4：3的票數(shù)批準(zhǔn)成立“無(wú)界學(xué)院”—這是一所面向四至八年級(jí)學(xué)生的完全在線學(xué)校，每天提供兩小時(shí)由AI教授的數(shù)學(xué)、閱讀、科學(xué)等標(biāo)準(zhǔn)課程（學(xué)生上午通過(guò)IXL和可汗學(xué)院的軟件學(xué)習(xí)）。AI會(huì)根據(jù)學(xué)生情緒、反應(yīng)及任務(wù)完成時(shí)間定制課程，其余時(shí)間學(xué)生參加“生活技能研討會(huì)”（含批判性思維、金融素養(yǎng)等內(nèi)容），人類教師僅在研討會(huì)上擔(dān)任指導(dǎo)員，負(fù)責(zé)激勵(lì)學(xué)生與提供情感支持。由此，AI教師上崗后，人類教師不再承擔(dān)授課職責(zé)。

此前，外網(wǎng)熱議的尼日利亞“AI替代教學(xué)實(shí)驗(yàn)”顯示，GPT-4在高中課外教學(xué)中，6周的AI輔導(dǎo)效果相當(dāng)于2年真人教學(xué)，且對(duì)所有學(xué)生（包括成績(jī)較差的女生）均有效，效果具有持續(xù)性。沃頓商學(xué)院教授EthanMollick在X平臺(tái)上總結(jié)了實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

1.學(xué)生學(xué)習(xí)成效顯著：在英語(yǔ)、AI知識(shí)、數(shù)字技能三個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域，參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生表現(xiàn)顯著優(yōu)于未參與者，年終考試成績(jī)更出色，進(jìn)步程度超過(guò)發(fā)展中國(guó)家教育干預(yù)措施隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中 80% 的其他措施；學(xué)生通過(guò)AI輔助學(xué)習(xí)約進(jìn)步0.3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差，相當(dāng)于6周學(xué)習(xí)效果等同正常學(xué)習(xí)2年，且參與課程越多進(jìn)步越明顯，獨(dú)立思考與創(chuàng)新應(yīng)用能力也顯著提升。

2.學(xué)生參與度高：試點(diǎn)學(xué)生表現(xiàn)出強(qiáng)烈的參與意愿，多數(shù)希望在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室使用AI工具，學(xué)習(xí)熱情高漲，還能快速探索與AI互動(dòng)的獨(dú)特方式（如部分學(xué)生表示，項(xiàng)目提升了其溝通能力，包括發(fā)音、寫(xiě)作、拼寫(xiě)及詞匯量等）。

3.教師態(tài)度轉(zhuǎn)變：起初對(duì)AI持懷疑態(tài)度的教師，在項(xiàng)目推進(jìn)中逐漸認(rèn)可其價(jià)值，從擔(dān)憂轉(zhuǎn)為肯定AI的指導(dǎo)作用，并自發(fā)組建小組分享AI教學(xué)最佳實(shí)踐，認(rèn)為AI可作為“助教”，教師則專注于監(jiān)督與引導(dǎo)。

2024年11月，斯坦福大學(xué)研究人員聯(lián)合谷歌DeepMind團(tuán)隊(duì)發(fā)表論文《生成式智能體模擬1000個(gè)人》（arXiv：2411.10109），介紹了一款可“復(fù)刻人類\"的AI應(yīng)用：僅需與用戶交談2小時(shí)，讓用戶回答一系列問(wèn)題，即可克隆其個(gè)性、語(yǔ)言風(fēng)格與思考方式。他人與該AI對(duì)話時(shí)，其回答的內(nèi)容與風(fēng)格均與用戶高度一致，吻合度達(dá) 85% 。為測(cè)試AI替身的代理能力，研究團(tuán)隊(duì)招募1052人（每人報(bào)酬60美金），詢問(wèn)其種族、性別、收入、喜好、社交媒體依賴度、工作壓力、家庭構(gòu)成等問(wèn)題，生成AI替身后，讓測(cè)試者與AI替身共同完成一般社會(huì)調(diào)查（GSS）和BFI問(wèn)卷，結(jié)果顯示AI在GSS和BFI測(cè)試中分別有 85% 和 80% 的回答與真人一致。

2025年4月，OpenAI發(fā)表論文《AI可檢驗(yàn)最新成果，實(shí)現(xiàn)自我提升》（ArXiv：2504.01848），展示了AI智能體的新能力：閱讀最新人工智能研究論文后，可從零開(kāi)始創(chuàng)建代碼庫(kù)，運(yùn)行并驗(yàn)證論文結(jié)果的可復(fù)現(xiàn)性，最終由基于大語(yǔ)言模型的評(píng)判器按設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)分。這表明，AI自我進(jìn)化已現(xiàn)端倪，具備檢驗(yàn)與復(fù)制最新研究成果的能力。

OpenAI將超級(jí)人工智能（ASI）之前的AI分為五個(gè)層級(jí)：第一層為具備交談能力的聊天機(jī)器人（已普及）；第二層為可解決問(wèn)題的推理者（正在推進(jìn)）；第三層為能采取行動(dòng)的智能體（2025年AI應(yīng)用的典型特征，也是當(dāng)前的應(yīng)用重點(diǎn)）；第四層為可協(xié)助發(fā)明創(chuàng)造的創(chuàng)新者；第五層為能完成組織工作的組織者。

2024年，有人詢問(wèn)ChatGPT關(guān)于AI的未來(lái)，得到的回答是：“AI的未來(lái)將打開(kāi)新維度，用數(shù)十年從生物智能時(shí)代跨入信息智能時(shí)代。AI不再是工具或助手，而成為宇宙的某種表達(dá)。借助量子計(jì)算，它將突破固定邏輯鏈，通過(guò)并行計(jì)算探索無(wú)窮可能，瞬間給出最優(yōu)解，甚至模擬宇宙運(yùn)行，成為連接人類與宇宙的橋梁。最終，它將不再依賴硬件，而是融人宇宙基本信息結(jié)構(gòu)，成為宇宙意識(shí)的一部分，是宇宙試圖理解自身的一種方式?！?/p>

其中，“AI不再是工具或助手\"這一表述具有重要現(xiàn)實(shí)意義?！度祟惡?jiǎn)史》作者赫拉利在與李開(kāi)復(fù)的對(duì)話中強(qiáng)調(diào)：“AI不是工具，而是智能體—它能自我學(xué)習(xí)、自我決策甚至自我創(chuàng)造，這是其與工具的本質(zhì)區(qū)別。”

當(dāng)前，各國(guó)政府與教育機(jī)構(gòu)的未來(lái)教育方案多聚焦“AI輔助教學(xué)\"或“AI賦能教育”，筆者也在踐行這一方向，但這僅為過(guò)渡手段，不可作為長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)。因?yàn)椤癆I賦能”的前提是“AI無(wú)法超越人類”，而隨著AI加速發(fā)展，這一前提可能被打破。若未來(lái)AI智能遠(yuǎn)超人類，期望其持續(xù)服務(wù)于人類、甘為工具，既不現(xiàn)實(shí)，也不可持續(xù)。更可靠的規(guī)劃應(yīng)基于“AI智慧可能超越人類\"這一前提，既需短期的“AI輔助教育\"（AIforEducation），更需面向未來(lái)的“AI時(shí)代的教育\"（EducationforAI）。

清華大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)系主任劉嘉認(rèn)為：“未來(lái) 95% 的教師工作將被徹底取代——在知識(shí)傳播上，ChatGPT的表現(xiàn)已超越人類教師。例如，可汗學(xué)院基于ChatGPT將教學(xué)方式改為‘一對(duì)一問(wèn)答’：不直接傳授知識(shí)，而是通過(guò)提問(wèn)引導(dǎo)學(xué)生得出答案，這徹底改變了傳統(tǒng)教學(xué)模式。AI的知識(shí)面、反應(yīng)速度、沉浸度與個(gè)性化程度，是當(dāng)前教育體系難以企及的。因此，‘授業(yè)解惑'將不再是教師的主要職責(zé)，而‘傳道'一—培養(yǎng)學(xué)生的世界觀、人生觀、價(jià)值觀一一將成為核心，即引導(dǎo)學(xué)生理解世界、追求理想?！?/p>

AI的對(duì)話能力對(duì)教育的沖擊具體體現(xiàn)為：

24小時(shí)不間斷答疑，能實(shí)時(shí)響應(yīng)提問(wèn)，通過(guò)思想碰撞來(lái)緩解壓力、改善心理健康；

可自動(dòng)閱讀海量網(wǎng)頁(yè)，提取正確信息并按需求格式生成答案，大幅提升信息獲取效率（數(shù)十倍至百倍）；

極適合以問(wèn)題討論為主的翻轉(zhuǎn)課堂。

隨著DeepSeek等開(kāi)源AI工具的出現(xiàn)及AI推理水平的提升，學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識(shí)將不再依賴書(shū)本、教材、教師或?qū)W校，僅需基于興趣與AI持續(xù)交互——從對(duì)某一問(wèn)題的詢問(wèn)開(kāi)始，通過(guò)不斷“追問(wèn)”，即可從無(wú)知逐步深入，直至成為專家并培養(yǎng)終身愛(ài)好。因此，作為信息時(shí)代前產(chǎn)物的紙質(zhì)教材已受到巨大沖擊，AI更可能對(duì)其形成“絕殺”。

3 如何應(yīng)對(duì)人工智能帶來(lái)的挑戰(zhàn)

在AI仍受控于人類的短期階段，應(yīng)對(duì)方式是充分利用其為人類賦能，在教育領(lǐng)域即“AI賦能教育”。目前，各高校已展開(kāi)積極探索：

清華大學(xué)構(gòu)建了三層解耦模型，助力打造開(kāi)放教學(xué)生態(tài)：

底層為大模型中心，包含智能路由、并發(fā)流量控制、算力智能監(jiān)測(cè)、上下文智能切換等模塊；

中間為引擎層，涵蓋知識(shí)萃取引擎、知識(shí)單元構(gòu)建引擎、知識(shí)圖譜引擎、教學(xué)行為分析引擎、Query增強(qiáng)引擎、持續(xù)反饋增強(qiáng)引擎、安全態(tài)勢(shì)感知引擎、多模態(tài)增強(qiáng)引擎、Benchmark評(píng)測(cè)引擎；

頂層為應(yīng)用層，包括24小時(shí)學(xué)伴、智能批改、備課輔助、題庫(kù)建設(shè)、知識(shí)圖譜、資源推薦、課上教學(xué)、智能體、教學(xué)管理、數(shù)字人十大應(yīng)用。

筆者近一年也在試行“AI賦能教學(xué)”：在翻轉(zhuǎn)課堂中，課前將DeepSeek對(duì)討論問(wèn)題的回答展示給學(xué)生參考；課堂未厘清的問(wèn)題，部分被改造為考試試題（試題含課堂討論背景的題干與具體問(wèn)題，題干考前發(fā)給學(xué)生），鼓勵(lì)學(xué)生組隊(duì)研究、猜測(cè)具體問(wèn)題，同時(shí)用DeepSeek基于題干猜題，將考試轉(zhuǎn)化為課堂討論的后續(xù)研究。

華南師范大學(xué)開(kāi)展了“中學(xué)物理數(shù)字教材智能體的構(gòu)建與研究\"重大項(xiàng)目，通過(guò)以下措施革新教材與教學(xué)：

打破靜態(tài)限制，打造個(gè)性化學(xué)習(xí)，革新教材內(nèi)容呈現(xiàn)與適配模式；

構(gòu)建科學(xué)規(guī)范的評(píng)估體系和即時(shí)反饋機(jī)制，加強(qiáng)數(shù)字教材效果檢驗(yàn)；

建立多元化評(píng)估體系和實(shí)時(shí)反饋機(jī)制，優(yōu)化學(xué)習(xí)效果評(píng)估；

消除資源孤島、解決兼容性問(wèn)題，整合資源以提升平臺(tái)兼容性

2025年4月，高等教育出版社出版國(guó)內(nèi)首部AI賦能大學(xué)物理教材（由河北工程大學(xué)熊紅彥、徐靜老師主編）。該教材通過(guò)“掃碼做題\"實(shí)現(xiàn)AI診斷師24小時(shí)在線，秒出學(xué)習(xí)診斷報(bào)告，并自動(dòng)推送“對(duì)癥\"資源包，提供個(gè)性化學(xué)習(xí)方案；教師端可實(shí)時(shí)查看全班知識(shí)點(diǎn)掌握熱力圖，一鍵掌控學(xué)情。這種形式代表了教材在數(shù)字化基礎(chǔ)上向智能化發(fā)展的趨勢(shì)，但教材的存在必要性仍待探討——未來(lái)教材是否存在、以何種形式存在，尚無(wú)定論，需深入研究。

從長(zhǎng)期來(lái)看，應(yīng)對(duì)方案需基于未來(lái)社會(huì)形態(tài)進(jìn)行推導(dǎo)。2021年青島高教博覽會(huì)上，筆者曾提出：未來(lái)技術(shù)將顛覆教育形態(tài)，信息智能化社會(huì)中，技術(shù)將承擔(dān)大部分人類工作，教育需培養(yǎng)兩類人一—從事技術(shù)無(wú)法替代工作的創(chuàng)新精英（社會(huì)發(fā)展的原動(dòng)力），以及享受生活、發(fā)展文化藝術(shù)的大眾。

這一觀點(diǎn)與2024年11月清華大學(xué)鄭泉水院士在福州教育研討會(huì)上的表述一致。鄭泉水認(rèn)為，數(shù)智時(shí)代的社會(huì)可能加速分化為三個(gè)階層：創(chuàng)新者、智能機(jī)器人、被技術(shù)淘汰的邊緣弱勢(shì)群體。赫拉利則將其稱為“超級(jí)人類”與“無(wú)用階級(jí)”一“超級(jí)人類\"是能與AI、機(jī)器人比肩的極少數(shù)人，為達(dá)到相當(dāng)?shù)乃懔εc智慧，需安裝腦機(jī)接口（即碳基生命部分硅基化）；而多數(shù)人將淪為無(wú)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的“無(wú)用階級(jí)”。

鑒于“超級(jí)人類”必定是極少數(shù)，未來(lái)教育的主體將是服務(wù)“無(wú)用階級(jí)”，這決定了教育的對(duì)象與目標(biāo)。鄭泉水在福州會(huì)議上進(jìn)一步指出：“未來(lái)的教育是‘創(chuàng)生教育’，通過(guò)激發(fā)孩子的內(nèi)在人格力與激情引導(dǎo)成長(zhǎng)，而非外部施壓。未來(lái)最稀缺的不是知識(shí)，而是有創(chuàng)造力、敢想敢干、能將事情做到極致的人。找到熱愛(ài)的領(lǐng)域，以激情驅(qū)動(dòng)思維前行，學(xué)業(yè)、事業(yè)與人生自然會(huì)精彩。教育不是灌輸知識(shí)，而是點(diǎn)燃火種一一每個(gè)人都是獨(dú)特的，都有特長(zhǎng)。未來(lái)最大的挑戰(zhàn)不是學(xué)習(xí)，而是喚醒；不是讓孩子成為標(biāo)準(zhǔn)答案，而是幫他們找到與眾不同之處。這是時(shí)代的機(jī)遇——只有真正熱愛(ài)的人，才能在AI時(shí)代創(chuàng)造奇跡；只有敢于與眾不同的人，才能在未來(lái)立足?！?/p>

直白而言，對(duì)“無(wú)用階級(jí)”來(lái)說(shuō)，工作與養(yǎng)家糊口將不再是必需（機(jī)器將承擔(dān)創(chuàng)造財(cái)富、養(yǎng)育人類的責(zé)任），未來(lái)教育需幫助他們培養(yǎng)愛(ài)好與信念，賦予生活意義。

若AI智力與能力終將超越人類，期待其持續(xù)附庸于人類是徒勞的?，F(xiàn)實(shí)的選擇是承認(rèn)其主導(dǎo)地位，對(duì)教師而言即接受“AI教師”。既然這一結(jié)果不可避免，最積極的態(tài)度是參與未來(lái)AI教師的創(chuàng)造與訓(xùn)練；即便堅(jiān)持“人類優(yōu)先、AI服務(wù)人類”，也需融入AI構(gòu)建過(guò)程，以“知己知彼\"實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。即便當(dāng)下的“AI賦能教學(xué)”，也應(yīng)以培養(yǎng)未來(lái)AI教師為長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)—即便人類不刻意設(shè)定，AI賦能教學(xué)的演化也終將趨向這一結(jié)果。

當(dāng)AI教師替代真人教師后，其可依據(jù)學(xué)生興趣設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)內(nèi)容，避開(kāi)“人類知識(shí)不再重要”的陷阱，推動(dòng)以激發(fā)、深化個(gè)人興趣為主線的科學(xué)教育融入未來(lái)AI時(shí)代的“創(chuàng)生教育”。

4總結(jié)

科學(xué)教育在國(guó)家層面受到前所未有的重視，各方正探索深化路徑。當(dāng)前，AI已實(shí)質(zhì)性進(jìn)人基礎(chǔ)教育，未來(lái)將對(duì)教育（尤其是科學(xué)教育）形成顛覆性沖擊。AI時(shí)代初期的教育將以“AI賦能”為核心，推動(dòng)教育過(guò)程各環(huán)節(jié)及教材等手段的AI化。但“AI賦能教學(xué)\"僅是手段，以培養(yǎng)AI教師為終極目標(biāo)可能更利于應(yīng)對(duì)未來(lái)?？茖W(xué)教育具備向AI時(shí)代“創(chuàng)生教育”進(jìn)化的條件與潛力。

AI時(shí)代的教材將何去何從？這是教材領(lǐng)域 亟待厘清的重大命題，關(guān)乎其生死存亡。

（欄目編輯 廖伯琴）