面向機(jī)器人綜合實(shí)踐課程的人工智能輔助教學(xué)系統(tǒng)研究宋群高兵兵劉文泉*（西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，陜西西安710072）摘要本文以西北工業(yè)大學(xué)為例，通過(guò)應(yīng)用人工智能技術(shù)，特別是大語(yǔ)言模型和知識(shí)圖譜促進(jìn)機(jī)器人綜合實(shí)踐相關(guān)課程的課堂改革與實(shí)踐，探索如何通過(guò)現(xiàn)代信息技術(shù)與教學(xué)內(nèi)容深度融合，提高教學(xué)效果、優(yōu)化學(xué)習(xí)過(guò)程，增強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。實(shí)踐表明，智能化背景下的機(jī)器人綜合實(shí)踐課程能夠擴(kuò)寬實(shí)踐育人途徑，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐精神，提升學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力，為機(jī)器人綜合實(shí)踐相關(guān)課程得教學(xué)改革和推廣提供了參考。關(guān)鍵詞機(jī)器人綜合實(shí)踐；人工智能；實(shí)踐育人ResearchonanAI-assistedteachingsystemforthecomprehensivepracticalcourseofrobotsSongQun,GaoBingbing,LiuWenquan*（SchoolofAutomation,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi'an,Shaanxi710072）AbstractThisarticletakesNorthwesternPolytechnicalUniversityasanexample.Byapplyingartificialintelligencetechnologies,particularlylargelanguagemodelsandknowledgegraphs,topromotetheclassroomreformandpracticeofrobotcomprehensivepracticalcourses,itexploreshowtodeeplyintegratemoderninformationtechnologywithteachingcontenttoimproveteachingeffectiveness,optimizethelearningprocess,andenhancestudents'autonomouslearningabilityandinnovationability.Thepracticeshowsthattherobotcomprehensivepracticalcoursesunderanintelligentbackgroundcanbroadenthepracticaleducationapproaches,stimulatestudents'innovativepracticalspirit,improvestudents'hands-onpracticalability,andprovideareferencefortheteachingreformandpromotionofrobotcomprehensivepracticalcourses.KeywordsRoboticsComprehensivePractice;ArtificialIntelligence;Practice-orientedEducation基金項(xiàng)目基金項(xiàng)目:西北工業(yè)大學(xué)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目(25GZ0103171);西北工業(yè)大學(xué)研究生教育綜合改革發(fā)展創(chuàng)新項(xiàng)目（KCJG202560）通訊作者:劉文泉,nwpulwq@,西北工業(yè)大學(xué)工程師，主要從事嵌入式開發(fā)、機(jī)器人視覺(jué)作者信息:宋群，男，西北工業(yè)大學(xué)副研究員，主要從事數(shù)字安全、大模型推理、多智能體協(xié)同控制，songqun@.高兵兵，男，西北工業(yè)大學(xué)副研究員，主要從事非線性濾波、組合導(dǎo)航、信息融合，nwpugbb0826@126.com1引言2025年，《關(guān)于加快推進(jìn)教育數(shù)字化的意見》由教育部等九部門聯(lián)合發(fā)布，作為一項(xiàng)重要戰(zhàn)略安排，其既是落實(shí)《教育強(qiáng)國(guó)建設(shè)規(guī)劃綱要（2024—2035年）》的核心抓手，也是應(yīng)對(duì)科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的必由之路。在人工智能與數(shù)字技術(shù)重塑全球競(jìng)爭(zhēng)格局的背景下，教育智能化已成為國(guó)家教育戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的核心命題，其核心在于以智能化驅(qū)動(dòng)教育高質(zhì)量發(fā)展并引領(lǐng)教育現(xiàn)代化。如今隨著信息技術(shù)和人工智能的飛速發(fā)展，機(jī)器人的運(yùn)用場(chǎng)景和市場(chǎng)價(jià)值隨之提升。機(jī)器人綜合實(shí)踐課程是大學(xué)首次接觸機(jī)器人的綜合性實(shí)驗(yàn)課程。其知識(shí)體系滲透于各學(xué)科專業(yè)，在學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)和工程實(shí)踐能力鍛煉中具有不可替代的作用。機(jī)器人綜合實(shí)踐教學(xué)不僅能鞏固學(xué)生的理論知識(shí)，還能提升其獨(dú)立思考和動(dòng)手能力，更能提升學(xué)生的批判思維REF_Ref206517168\r\h[1]。智能化新形勢(shì)下，如何利用人工智能技術(shù)賦能機(jī)器人綜合實(shí)踐教學(xué)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文以西北工業(yè)大學(xué)為例，以人工智能賦能的機(jī)器人綜合實(shí)踐為主體，通過(guò)理論和操作演示、數(shù)據(jù)分析可視化，將復(fù)雜晦澀的機(jī)器人知識(shí)，轉(zhuǎn)化為學(xué)生可自主學(xué)習(xí)，生動(dòng)易懂的沉浸式學(xué)習(xí)模式。2.現(xiàn)有教學(xué)模式面臨的問(wèn)題在智能化的當(dāng)下，教師授課，學(xué)生被動(dòng)接收的傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式已經(jīng)無(wú)法滿足教育現(xiàn)代化的發(fā)展要求。面臨的問(wèn)題主要如下REF_Ref206517434\r\h[2]：學(xué)生參與度低現(xiàn)階段，主流的教學(xué)方式仍是傳統(tǒng)的集中授課方式。該方式的知識(shí)傳遞效率低下，學(xué)生主觀能動(dòng)性弱，且高度依賴于授課教師，中心化嚴(yán)重。教學(xué)過(guò)程缺乏反饋機(jī)制，教師往往難以了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況，難以及時(shí)為學(xué)生解答問(wèn)題，這將進(jìn)一步降低學(xué)生的積極性。知識(shí)面限制機(jī)器人綜合實(shí)踐所涉及的內(nèi)容包含機(jī)器人的各個(gè)方面，這需要授課教師具有寬口徑的知識(shí)儲(chǔ)備。這將影響課程質(zhì)量，并降低學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。課程晦澀難懂機(jī)器人相關(guān)課程的特點(diǎn)在于學(xué)科交叉，課程難度大。機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)、機(jī)器人視覺(jué)、機(jī)器人控制等內(nèi)容都晦澀難懂。傳統(tǒng)的教師授課形式，學(xué)生無(wú)法從理論上得到直觀的認(rèn)識(shí)和理解。針對(duì)上述問(wèn)題，結(jié)合人工智能輔助的機(jī)器人綜合實(shí)踐課程改革，旨在提高課堂教學(xué)效果、優(yōu)化學(xué)習(xí)過(guò)程，增強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。3.大語(yǔ)言模型賦能智能化教學(xué)平臺(tái)構(gòu)建近年來(lái)大語(yǔ)言模型的興起，使得AI技術(shù)達(dá)到了前所未有的高度。與傳統(tǒng)深度學(xué)習(xí)模型相比，大語(yǔ)言模型可處理規(guī)模更大、復(fù)雜度更高的數(shù)據(jù)，且在學(xué)習(xí)能力與泛化性能上表現(xiàn)卓越，現(xiàn)已成為學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的關(guān)注焦點(diǎn)，其對(duì)高等教育的變革性影響亦將愈發(fā)顯著。習(xí)近平總書記明確指出：“教育數(shù)字化是我國(guó)開辟教育發(fā)展新賽道和塑造教育發(fā)展新優(yōu)勢(shì)的重要突破口?！盧EF_Ref206517255\r\h[3]懷進(jìn)鵬部長(zhǎng)在2024年世界數(shù)字教育大會(huì)上提出，要實(shí)施人工智能賦能行動(dòng)，為學(xué)習(xí)型社會(huì)建設(shè)、智能教育發(fā)展及數(shù)字技術(shù)進(jìn)步提供有力的行動(dòng)支撐REF_Ref206517389\r\h[4]。鑒于此，將AI大語(yǔ)言模型應(yīng)用于大學(xué)課程改革，尤其是機(jī)器人相關(guān)課程的改革，具有重要的理論價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義。3.1大語(yǔ)言模型輔助機(jī)器人綜合實(shí)踐的優(yōu)勢(shì)人工智能與機(jī)器人的結(jié)合是大勢(shì)所趨，人工智能為機(jī)器人提供了感知決策能力，機(jī)器人為人工智能提供了實(shí)現(xiàn)載體，所以培養(yǎng)機(jī)器人方向的學(xué)生，熟悉人工智能是必然之舉REF_Ref206522583\r\h[5-REF_Ref206522585\r\h7]。大語(yǔ)言模型輔助機(jī)器人綜合實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于：課程地位高，學(xué)生重視程度高機(jī)器人綜合實(shí)踐課程是學(xué)生第一次接觸機(jī)器人的綜合性實(shí)踐課程，為西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院自動(dòng)化專業(yè)本科生的必修課程。該課程設(shè)計(jì)本科階段高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)等數(shù)學(xué)課程，計(jì)算機(jī)視覺(jué)和自動(dòng)控制原理等基礎(chǔ)課程。該課程的學(xué)生較多，受益學(xué)生多。課程與大語(yǔ)言模型適配度高現(xiàn)階段，在機(jī)器人中部署大語(yǔ)言模型是AI領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。加之，本課程希望通過(guò)上課能過(guò)夠使學(xué)生更加熟練的使用大語(yǔ)言圖1平臺(tái)架構(gòu)圖模型提升學(xué)習(xí)效率，從而為未來(lái)開展機(jī)器人智能化等相關(guān)領(lǐng)域的工作學(xué)習(xí)奠定有力的基礎(chǔ)。去中心化的學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)課堂教師主導(dǎo)、知識(shí)來(lái)源集中、學(xué)習(xí)路徑單一，新技術(shù)則讓課程更個(gè)性化，拓展了知識(shí)來(lái)源和學(xué)習(xí)方式：知識(shí)圖譜、推薦系統(tǒng)可根據(jù)學(xué)生進(jìn)度、掌握程度和學(xué)習(xí)風(fēng)格，提供個(gè)性化資源；AI的自然語(yǔ)言處理、對(duì)話系統(tǒng)能實(shí)時(shí)答疑，解決學(xué)習(xí)困惑，增強(qiáng)參與感和主動(dòng)性。3.2基于大語(yǔ)言模型的智能化教學(xué)平臺(tái)構(gòu)建通過(guò)將大語(yǔ)言模型（如GPT）與知識(shí)圖譜技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)并開發(fā)一款智能化教學(xué)平臺(tái)。該平臺(tái)將基于課程大綱與知識(shí)體系，自動(dòng)生成相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容與問(wèn)題解答，形成個(gè)性化的學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)，能夠在課堂教學(xué)和課后輔導(dǎo)中提供即時(shí)支持。整體的平臺(tái)建構(gòu)如圖1所示。采用“需求驅(qū)動(dòng)，技術(shù)迭代”的開發(fā)模式，結(jié)合大語(yǔ)言模型和知識(shí)圖譜，從教學(xué)需求出發(fā)，設(shè)計(jì)平臺(tái)架構(gòu)并進(jìn)行技術(shù)實(shí)現(xiàn)。大語(yǔ)言模型構(gòu)建與優(yōu)化基于GPT系列等預(yù)訓(xùn)練大語(yǔ)言模型，其通用知識(shí)覆蓋能力為基礎(chǔ)，結(jié)合嵌入式系統(tǒng)與機(jī)器人課程的領(lǐng)域特性，可通過(guò)檢索增強(qiáng)生成技術(shù)構(gòu)建垂直化問(wèn)答體系。具體而言，需先梳理課程核心知識(shí)圖譜，包括微控制器編程、傳感器接口設(shè)計(jì)、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制算法等專屬內(nèi)容，構(gòu)建結(jié)構(gòu)化領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)；當(dāng)模型接收學(xué)生提問(wèn)時(shí)，實(shí)時(shí)檢索庫(kù)中匹配的技術(shù)細(xì)節(jié)、典型案例或課程標(biāo)準(zhǔn)，將檢索結(jié)果作為生成依據(jù)，約束模型輸出貼合領(lǐng)域邏輯。此舉既能規(guī)避通用模型在專業(yè)場(chǎng)景中的“知識(shí)幻覺(jué)”，又能確保回答精準(zhǔn)錨定課程知識(shí)點(diǎn)，顯著提升對(duì)特定技術(shù)原理、實(shí)踐操作問(wèn)題的解答專業(yè)性，為課程教學(xué)提供可靠的智能輔助支撐。知識(shí)圖譜構(gòu)建與應(yīng)用通過(guò)整合機(jī)器人課程相關(guān)的教材核心概念、研究論文前沿成果及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等多源異構(gòu)資源，采用本體構(gòu)建方法梳理知識(shí)點(diǎn)間的層級(jí)關(guān)聯(lián)與邏輯映射，形成涵蓋基礎(chǔ)原理、實(shí)踐操作、技術(shù)演進(jìn)的結(jié)構(gòu)化知識(shí)圖譜。該圖譜可作為大語(yǔ)言模型的精準(zhǔn)知識(shí)錨點(diǎn)，當(dāng)模型解析學(xué)生學(xué)習(xí)行為或查詢需求時(shí)，能快速匹配圖譜中對(duì)應(yīng)的知識(shí)節(jié)點(diǎn)及關(guān)聯(lián)路徑，實(shí)現(xiàn)從碎片化信息到體系化內(nèi)容的推送。這種結(jié)合模式既保證了知識(shí)點(diǎn)推薦的專業(yè)性與邏輯性，又能根據(jù)學(xué)生認(rèn)知水平動(dòng)態(tài)調(diào)整推送深度，有效支撐個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑的構(gòu)建。該平臺(tái)基于大語(yǔ)言模型的強(qiáng)大語(yǔ)言理解能力，結(jié)合結(jié)構(gòu)化知識(shí)圖譜，實(shí)現(xiàn)課程內(nèi)容與學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的智能推薦與動(dòng)態(tài)更新。平臺(tái)的核心功能包括：基于學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，提供個(gè)性化學(xué)習(xí)建議、自動(dòng)化問(wèn)題解答、以及知識(shí)點(diǎn)和實(shí)踐內(nèi)容的智能推送。系統(tǒng)具備以下功能：智能推薦系統(tǒng)：根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度與難點(diǎn)，智能推送相關(guān)的學(xué)習(xí)資源與輔助材料?；?dòng)式問(wèn)題解答：學(xué)生可以通過(guò)平臺(tái)實(shí)時(shí)提問(wèn)，系統(tǒng)根據(jù)嵌入式系統(tǒng)和機(jī)器人領(lǐng)域的知識(shí)庫(kù)給出準(zhǔn)確、系統(tǒng)的解答。知識(shí)點(diǎn)追蹤與分析：利用知識(shí)圖譜跟蹤學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中掌握的知識(shí)點(diǎn)，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度進(jìn)行實(shí)時(shí)分析與評(píng)估，為教師提供精準(zhǔn)的教學(xué)反饋。4.課堂教學(xué)模式創(chuàng)新在課堂教學(xué)過(guò)程中，利用智能化教學(xué)平臺(tái)與人工智能技術(shù)的輔助，探索新的教學(xué)模式。通過(guò)智能化工具幫助教師根據(jù)學(xué)生的不同學(xué)習(xí)需求實(shí)時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和策略，形成個(gè)性化的、互動(dòng)式的教學(xué)模式。具體研究?jī)?nèi)容包括：基于大語(yǔ)言模型的課堂互動(dòng)在課堂教學(xué)中引入大語(yǔ)言模型作為輔助工具，可依托其多輪對(duì)話能力實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化實(shí)時(shí)輔導(dǎo)：針對(duì)學(xué)生在概念理解、操作步驟中存在的個(gè)性化認(rèn)知卡點(diǎn)，能即時(shí)調(diào)用知識(shí)庫(kù)生成拆解式答疑內(nèi)容，降低學(xué)習(xí)門檻。同時(shí)，通過(guò)構(gòu)建動(dòng)態(tài)對(duì)話場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)多維度互動(dòng)，激發(fā)探究欲，或轉(zhuǎn)化抽象理論為具象化對(duì)話案例。這種模式既打破了傳統(tǒng)答疑的時(shí)空限制與單向性，又通過(guò)即時(shí)反饋與沉浸式互動(dòng)激活課堂生態(tài)，有效提升學(xué)生的主動(dòng)參與度與思維活躍度，形成教與學(xué)的協(xié)同增效閉環(huán)。教師教學(xué)效果反饋AI可通過(guò)捕捉學(xué)生的課程參與度、作業(yè)完成質(zhì)量、知識(shí)點(diǎn)掌握偏差等多維度學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，運(yùn)用聚類分析、關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘等技術(shù)，精準(zhǔn)識(shí)別群體共性問(wèn)與個(gè)體差?；诖朔答?，教師能動(dòng)態(tài)優(yōu)化課程內(nèi)容。這種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的調(diào)整機(jī)制，可顯著提升教學(xué)的針對(duì)性與適配性，進(jìn)而促進(jìn)教學(xué)效果的實(shí)質(zhì)性提升。5.結(jié)語(yǔ)人工智能在機(jī)器人綜合實(shí)踐課程中的深度應(yīng)用，有效融合了傳統(tǒng)教學(xué)面對(duì)面互動(dòng)與實(shí)踐操作的優(yōu)勢(shì)與智能化技術(shù)賦能。通過(guò)采集多維度學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)并運(yùn)用智能分析技術(shù)，AI精準(zhǔn)識(shí)別群體共性問(wèn)題和個(gè)體差異，為教師動(dòng)態(tài)優(yōu)化課程內(nèi)容和適配教學(xué)方提供數(shù)據(jù)支撐。該模式顯著降低了教學(xué)復(fù)雜度，激發(fā)了學(xué)習(xí)熱情，提升了教學(xué)效率與效果，實(shí)現(xiàn)了師生雙向賦能。參考文獻(xiàn)張漢壯.立德樹人玉汝于成[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué),2019,(1):13-16+32.劉田禾.新工科背景下機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)改革探索——以“學(xué)習(xí)器性能評(píng)估”為例[J].科教導(dǎo)刊,2024,(31):99-101.人民日?qǐng)?bào)社.以數(shù)字化開辟教育發(fā)展新賽道[N].人民日?qǐng)?bào),2023-10-13:9.紅星新聞.教育部部長(zhǎng):將實(shí)施人工智能賦能行動(dòng),促進(jìn)智能技術(shù)與教育教學(xué)、科學(xué)研究深度融合[EB/OL].(