清华大学：迈向未来的AI教学实验

迈向未来的AI教学实验 （该报告为2023-2024团队师生作业集） 清华大学新闻学院人工智能学院 @新媒沈阳团队 2025年3月 报告介绍 该报告为沈阳教授与学生们在“迈向未来的AI教学实验”中，通过科学创见、理论创新、艺术创作、知识创造和数据创能5个主题板块，27个典型案例，系统性地探索人机共生教学模式。AI教育实验作业集体现三大突破性探索：一是以突破常规思想实验为驱动，开拓认知新疆域；二是以跨学科对话重构学习范式，打破传统学科壁垒；三是以能力跃迁为导向，构建面向未来教育新图景。 教育实验的核心在于沈阳教授提出的“四能教育”理论框架，揭示在AI赋能下学习者能力的跃进路径：从低能到高能的个性化学习，从单能到多能的跨学科融合，从多能到超能的深度学习，从超能到异能的创新思维模式。 在AI教学中，角色产生变化。教师是启发者，AI是赋能者，而学生将成为真正的"认知突围者"。这种三位一体的新型教学关系，为智能时代的教育变革提供了重要范式参考。 本作业集收录了我们团队过去两年的工作成果。鉴于当时人工智能技术尚未达到现今的发展水平，以当前视角审视，部分作业或许略显青涩，但均蕴含着独特的创意与趣味性。 目录 用AI自动实施生物医学实验基于AI的文明冲突仿真实验AI分析远程办公的趋势及影响围绕科学议题的智能体在线讨论模拟 AI forScience科学创见 理论构建学：用AI构建理论框架用AI论证素数位数关系理论用AI构建和实证逆向满足理论基于AI对话的学术灵感激发研究AI分析人机关系及主体性问题AI助力新汉字创造 AI for Theory理论创新 目录 一个美术门外汉的VR创作体验基于“影界”世界观的异维度艺术实验 AI for Arts艺术创作 AI for Knowledge知识创造 AI分析顶尖人物与普通人的思想AI分析哲学文本微表情的AI分析及应用用AI分析“种草式”消费的用户心理及信任迁移分析AI是否具有幽默感AI分析个体的恋爱关系用AI分析标题的力量 目录 用AI研究经济波动与陌生人社交趋势用AI研究双寡头市场的博弈美国总统新闻发布会的AI数据挖掘关于“Met Gala 2024”的舆论数据AI分析AI分析全球电动汽车市场的增长趋势AI分析消费者对VR头盔和智能穿戴设备的接受度AI分析弹幕数据与情感的关系网络热点的舆论传播AI分析 AI for Data数据创能 教育的基本逻辑和目标价值 教育的目标价值在于促进学习者的认知发展、情感成熟和社会适应，激发创新思维和批判性思考，以及培养终身学习的能力和良好的道德品质，最终促进个人的自我实现与社会的进步和繁荣。 教育的基本逻辑是通过传授知识、培养技能、塑造价值观和促进个人全面发展，来准备个体在社会和职业生活中的有效参与和贡献。 AI教育：借势发力内外兼修 ➢AI会把“过程性”的学习体验给消灭➢需要把AI的结果当作新的起点➢结果过程化，认知外包的创新内源化➢用1%的人力撬动99%的AI教育力➢从天人合一最终达到天人智一 背景：人机课堂敢想敢做 做没做过的事情，以思想实验驱动认知拓展。在跨学科对话与多元作业中，重塑学习边界。以能力升级为路径，开启通向超能的教育想象。 教学内容的更新和调整 教学环境的优化 内容整合与拓展跨学科内容创建 技术支持环境协作友好空间 教学方法的创新 培养目标的战略性调整 基于项目的学习翻转课堂协作学习 技术技能批判性思维创新和解决问题的能力 教学技术的应用 持续的专业发展和教师支持 智能教学系统虚拟实验室分析和反馈工具 教师培训资源和技术支持 遵循伦理和包容性原则 教学主体的角色变化 伦理教育和意识确保包容性 教师角色学生角色 AI四能教育：能力跃升认知突围 ①低 能 到 高 能 ③ 多 能 到 超 能 AI辅助学习与个性化教育 深度学习与高阶思维能力提升 ➢通过个性化教育，AI技术用于帮助学习者从低能力状态迅速提升到高能力状态，即AI根据每个学习者的需求和优势定制教学内容和方法。 ➢通过深度学习和高阶思维能力培养，AI技术用于帮助学习者从具备多种技能状态发展到超高能力状态。➢AI可以提供高质量的学习资源，引导学习者深入研究特定领域，提高他们的创新能力、批判性思维和解决问题的能力。 AI四能教育 以AI为基础，旨在帮助人们从低能到高能、单能到多能、多能到超能、超能到异能的教育模式 ② 单 能 到 多 能 ④ 超 能 到 异 能 跨学科学习与综合技能培养 拓展认知边界与创新思维模式 ➢通过跨学科学习和综合技能培养，AI技术用于帮助学习者从具备单一技能状态发展到拥有多个成熟技能。 ➢通过拓展认知边界和创新思维模式，AI技术用于帮助学习者从超高能力状态发展到异能状态。➢AI可以协助学习者挖掘潜在的认知能力，开发出前所未有的思维方式，以应对未来社会的挑战和变革。 ➢AI可以整合各种领域的知识，为学习者提供更广泛的学习资源，帮助他们掌握多种技能。 第一阶段：低能到高能 迅速跃升 AI技术用于帮助学习者从低能力状态迅速进入到高能力状态。 适应性学习 通过分析学习者的学习习惯、知识掌握情况和反馈，AI能够提升教材适应性、定制适合每个学生的学习内容和教学策略。 去中心化 在这个阶段，大模型作为工具，不仅替换了传统的教学工具，更改变了以教师为中心的知识传递方式。 主动深度 通过个性化的有效互动和反馈机制，学习体验是主动、深度的，以实现从低能到高能的状态转换和学习兴趣培养。 第二阶段：单能到多能 AI技术用于帮助学习者从具备单一技能状态发展到拥有多种成熟技能。 AI整合各种领域的知识，为学习者提供更广泛的学习资源，帮助他们掌握多种技能，发展综合性技能。 在这个阶段，学生利用大模型促进协作学习的边界拓展，实现跨学科异构知识的融合、拓展技能知识树、广泛涉猎“人类百科全书”。 第三阶段：多能到超能 •通过深度学习和高阶思维能力培养，AI技术用于帮助学习者从具备多种成熟技能状态发展到超高能力状态。 •通过提供高质量、专业化的知识体系，引导学习者深入研究特定领域。通过大模型技术的应用，AI还可以模拟真实世界的复杂问题让学生进行解决。 •AI开始改变教学的本质。更多地专注于学生深度主动参与教学实践，关注学生深度学习和思考能力与跨学科协作思维。 最终阶段：超能到异能 •这是一个远未来的设想。AI用于帮助学习者从超能力状态发展到异能状态。前者是建立在人类已有知识体系下的能力获取、满足和提升，而异能状态是指超越人类现有能力的技术跃迁。 •创建之前无法想象的新场景和新任务，学生可在方寸大小的教室，通过AI构建的仿真空间，“访问”克利奥帕特拉的宫殿，或者进入鲸鱼的骨骼内部来检查其结构。 •学习者挖掘潜在的认知能力，开发出前所未有的“异能”，以应对未来社会的挑战和变革。 将结果过程化：强调训练多轮探索 引 导 式 问 题 教 师 可 以 使 用A I作 为 工 具 来 引 发 更 深 层 次 的 思 考 。 提 出 开 放 式 问题 ， 让 学 生 探 索 多 种 可 能 的 答 案 而 不 仅 仅 是 找 到 一 个 正 确 答 案 。 项 目 式 学 习 通 过 项 目 式 学 习 ， 学 生 可 以 在 解 决 复 杂 问 题 的 过 程 中 应 用 多 学 科 的 知 识 。A I可 以 作 为 一 个 资 源 和 工 具 被 整 合 进 项 目 中 ， 比 如 数 据 分 析 、 模 型 构 建等 ， 但 重 点 是 学 生 需 要 设 计 项 目 、 实 施 计 划 并 评 估 结 果 。 批 判 性 思 维 练 习 教 师 可 以 设 计 活 动 ， 让 学 生 批 判 性 地 评 估A I提 供 的 答 案 。 这 可 以 通 过比 较 不 同A I源 提 供 的 答 案 、 探 索 答 案 背 后 的 算 法 和 数 据 、 以 及 讨 论 这些 技 术 的 局 限 性 来 实 现 。 同 伴 学 习 和 协 作 鼓 励 学 生 在 小 组 中 使 用A I来 完 成 任 务 。 小 组 成 员 可 以 一 起 讨 论A I提 供 的 答 案 和 过 程 ， 通 过 协 作 来 提 高 理 解 和 批 判 性 分 析 能 力 。 反 思 和 自 我 评 估 学 习 过 程 中 的 反 思 是 关 键 。 可 以 要 求 学 生 在 使 用A I解 决 问 题 后 ，撰 写 或 讨 论 他 们 的 学 习 过 程 、 所 遇 到 的 困 难 和 如 何 克 服 这 些 困 难 。这 种 方 式 促 使 学 生 不 仅 关 注 结 果 ， 也 关 注 到 达 这 些 结 果 的 路 径 AI教育五层价值：因材施教扬长避短 用AI自动实施生物医学实验 AIGC与生物医学科研 优势： 创新性：新的研究内容、研究方法；创作能力检索能力：文献检索、实验设计强大算力：结合传统的“AI for Science”工具 不足： 可靠性与严谨性：仍需实验验证...... 生物医学科研基本流程 研究问题的确定 基于consensus search的文献知识库兼具创新性、重要性和可行性 从选题中进一步细化，得到可行的课题 实验优化过程 实验执行 实验执行 实验执行 实验执行 实验执行 与自动化硬件的互联互通 AIGC：人机交互的中介、设备管理的“智能大脑” 文章封面图绘制 我想要给我新写的综述文章画一个封面，内容是细胞铁死亡和细胞代谢，你能帮我画一个封面吗，我想要带有一些中国文化的元素，且这些元素要和我的综述主题有机结合，最好要有一些象征和比喻的含义。 请你先用你的搜索引擎明确我综述的主题，确保你完全理解了主题内容，然后再帮我画封面图。 文章封面图绘制 这是一篇综述，我现在需要给这个综述文章画一个封面，提交给期刊杂志，请你先根据你所存储的文章知识库，理解这篇综述里面所讲的内容，然后给出你对这篇综述内容的概括，再根据你理解的内容，给出画封面的提示语，让我能直接输入DALL.E进行图片生成。 我对生成的图片的要求是：需要深刻体现文章所写的内容，而且需要融合中国元素，要能把中国文化的元素与文章的内容有机结合，最好有一些象征或者比喻的含义。同时，画面最好能够简洁明了一些，但是要非常富有想象力和一定的哲学意义。最后，画面中不要出现任何文字和字母、字符。 知识整合与共享 数据库更新 系统性整合 AIGC驱动的生物医学实验全流程智能解决方案 AIGC驱动的生物医学实验全流程智能解决方案 未来方向：全流程整合、解放人力风险与挑战成本、知识产权…… 基于AI的文明冲突仿真实验 不同文明间的价值观差异 价值观差异是文明冲突的根源 根据全球范围内的调查数据，不同文明间的价值观存在显著差异，如西方文明强调个人主义，而东方文明强调集体主义。这种价值观的差异导致了在处理国际关系、经济发展和社会问题等方面存在分歧，从而引发了文明间的冲突。 AI模拟为解决文明冲突提供了新的策略 利用AI技术进行文明冲突解决策略的模拟实验，可以根据不同文明间的价值观差异制定针对性的解决方案。通过模拟不同情境下文明间的互动，可以预测冲突的可能发展趋势，并评估不同策略的有效性，为解决现实中的文明冲突提供科学的依据。 资源与发展的矛盾 科技应作为文明冲突解决的手段03 发展是解决冲突的根本路径02 资源分配不均是文明冲突主因01 根据全球资源分配数据，约60%的资源集中在少数国家，这种不均衡直接导致资源争夺和冲突。 只有当文明发展水平相近，资源需求和分配才可能趋向均衡，从而减少冲突的可能性。 通过AI等科技手段，可以更高效地分配资源，提高文明的发展速度，从而化解资源与发展的矛盾。 AI模拟有助于揭示潜在冲突 通过AI模拟全球政治、经济