1 张增明-AI赋能大学物理实验教学--莫干山.pdf

1、张增张增明中国科学技术大学浙江浙江 莫干山莫干山2024年年10月月25-28日日人工智能人工智能赋能大学物理实验教学赋能大学物理实验教学1首届全国数字化物理实验教学和高质量发展研讨会10月8日，瑞典皇家科学院宣布，将2024年诺贝尔物理学奖授予John J.Hopfield和Geoffrey E.Hinton，以表彰他们“为利用人工神经网络进行机器学习做出的基础性发现和发明”。Hopfield网络：完全连接与对称权重：wij=wji能量函数模式重建10月8日，瑞典皇家科学院宣布，将2024年诺贝尔物理学奖授予John J.Hopfield和Geoffrey E.Hinton，以表彰他们“为利

2、用人工神经网络进行机器学习做出的基础性发现和发明”。Geoffrey E.Hinton，“深度学习教父”Boltzmann机人工智能源于物理！10月9日，瑞典皇家科学院宣布，将2024年诺贝尔化学奖授予David Baker，以表彰其在计算蛋白质设计方面的贡献；另一半共同授予Demis Hassabis和John M.Jumper，以表彰其在蛋白质结构预测方面的贡献。Hassabis和Jumper:“AlphaFold2”预测蛋白质的折叠结构Baker：设计全新的蛋白质结构指通过计算机和机器模拟人类智能的能力，包括学习、推理、问题解决、理解自然语言和感知等能力。人工智能可以分为几个主要领域：1

3、.机器学习机器学习：使用算法和统计模型，使计算机能够从数据中学习和做出预测或决策。2.自然语言处理自然语言处理：使计算机能够理解、生成和处理人类语言，如语音识别和文本分析。3.计算机视觉计算机视觉：使计算机能够理解和解释视觉信息，如图像和视频的处理。4.机器人技术机器人技术：结合人工智能和机械工程，产生能够执行特定任务的智能机器人。人工智能可以应用于多个领域，包括医疗、金融、交通、教育等，旨在提高效率、降低成本以及增强人类能力。人工智能（人工智能（Artificial Intelligence,AI）物理实验教学目标物理实验教学目标能力培养为主辅助知识传授通过典型案例教学：通过典型案例教学：让

4、学生掌握物理量的测量方法、仪器使用、实验技能、数据处理让学生掌握物理量的测量方法、仪器使用、实验技能、数据处理；引导学生运用物理原理解决实际问题，学习物理学研究的基本方法引导学生运用物理原理解决实际问题，学习物理学研究的基本方法。设计、动手、观察、发现问题、思考、解决问题、再思考、再发现问题61独立实验的能力2分析与研究的能力3理论联系实际的能力4创新能力AIAI辅助教学辅助教学目 录123AIAI融入物理实验教学融入物理实验教学6仪器的数字化仪器的数字化7AIAI赋能物理实验教学赋能物理实验教学46AIAI辅助教学辅助教学目 录123AIAI融入物理实验教学融入物理实验教学6仪器的数字化仪器

5、的数字化8AIAI赋能物理实验教学赋能物理实验教学46人工智能-物理学习的机遇9智慧树智慧树实验物理实验物理-基础物理实验基础物理实验主页界面主页界面实验物理知识图谱实验物理知识图谱“霍尔效应”实验知识树“霍尔效应”实验知识树“塞曼效应”实验知识导图“塞曼效应”实验知识导图“光电效应”实验知识图谱“光电效应”实验知识图谱1112AI助教13AI助手：出题14AI助手：回顾单摆实验：背景(AI可能抢饭碗?)15 伽利略发现了摆的等时性原理，指出摆的周期与摆长的平方根成正比，而与摆的质量和材料无关；摆的等时性原理应用于时钟，将人类计时的精度提高了近100倍；学会观察、思考，培养洞察力。灯摆动周期等

6、时脉搏计时Christian Huygens pendulum clock in 1656This technology reduced the loss oftimebyclocksfromabout15minutes to about 15 seconds per day.实验原理16 线的质量 m0 摆球的质量 m 球的直径 d 摆长 l 摆角 0忽略：空气阻力、浮力、线的伸长l无质量细线系一质点，作摆角趋于零的自由振动。d理想单摆222=动力学方程：理想单摆的周期：=2实验原理17悬线有质量m0，摆球有体积（直径d），摆角不为零，有空气浮力（密度0）的影响。实际单摆修正后的单摆周期公式