Integrating Artificial Intelligence in STEM Classrooms: A Mixed-Methods Study of Models, Outcomes, and Ethical Challenges
Notice bibliographique
Résumé
This paper investigates the integration of Artificial Intelligence (AI) and Machine Learning (ML) into STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) education using a mixed-methods approach. It proposes a Strategic AI Integration Framework encompassing curriculum redesign, intelligent tutoring systems, adaptive learning, and virtual laboratories. The study combines a literature review, case analyses, and a validated survey of 154 teachers and 312 students across K-12 and higher education settings. Pilot testing yielded a Cronbach's alpha of 0.84, confirming instrument reliability. Experimental results show improved engagement among the students. Also providing conceptual clarity and instructional support. The framework discussed in the study uses AI techniques such as Bayesian Knowledge Tracing, Q-learning, and BERT, which are integrated with real classroom simulations. Various issues, such as ethical concerns, algorithmic bias, and data privacy, are also discussed in the study. The research findings contribute actionable insights for educators, policymakers, and technology developers aiming to promote an inclusive, scalable, and ethically guided AI integration in STEM education.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,085 | 0,100 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,005 | 0,003 |
| Études des sciences et des technologies | 0,003 | 0,003 |
| Communication savante | 0,006 | 0,004 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,004 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».