面向機器人綜合實踐課程的人工智能輔助教學系統(tǒng)研究宋群高兵兵劉文泉*（西北工業(yè)大學自動化學院，陜西西安710072）摘要本文以西北工業(yè)大學為例，通過應用人工智能技術，特別是大語言模型和知識圖譜促進機器人綜合實踐相關課程的課堂改革與實踐，探索如何通過現(xiàn)代信息技術與教學內(nèi)容深度融合，提高教學效果、優(yōu)化學習過程，增強學生的自主學習能力和創(chuàng)新能力。實踐表明，智能化背景下的機器人綜合實踐課程能夠擴寬實踐育人途徑，激發(fā)學生創(chuàng)新實踐精神，提升學生動手實踐能力，為機器人綜合實踐相關課程得教學改革和推廣提供了參考。關鍵詞機器人綜合實踐；人工智能；實踐育人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基金項目基金項目:西北工業(yè)大學教育教學改革研究項目(25GZ0103171);西北工業(yè)大學研究生教育綜合改革發(fā)展創(chuàng)新項目（KCJG202560）通訊作者:劉文泉,nwpulwq@,西北工業(yè)大學工程師，主要從事嵌入式開發(fā)、機器人視覺作者信息:宋群，男，西北工業(yè)大學副研究員，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)大學副研究員，主要從事非線性濾波、組合導航、信息融合，nwpugbb0826@126.com1引言2025年，《關于加快推進教育數(shù)字化的意見》由教育部等九部門聯(lián)合發(fā)布，作為一項重要戰(zhàn)略安排，其既是落實《教育強國建設規(guī)劃綱要（2024—2035年）》的核心抓手，也是應對科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的必由之路。在人工智能與數(shù)字技術重塑全球競爭格局的背景下，教育智能化已成為國家教育戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的核心命題，其核心在于以智能化驅(qū)動教育高質(zhì)量發(fā)展并引領教育現(xiàn)代化。如今隨著信息技術和人工智能的飛速發(fā)展，機器人的運用場景和市場價值隨之提升。機器人綜合實踐課程是大學首次接觸機器人的綜合性實驗課程。其知識體系滲透于各學科專業(yè)，在學生科學素養(yǎng)培養(yǎng)和工程實踐能力鍛煉中具有不可替代的作用。機器人綜合實踐教學不僅能鞏固學生的理論知識，還能提升其獨立思考和動手能力，更能提升學生的批判思維REF_Ref206517168\r\h[1]。智能化新形勢下，如何利用人工智能技術賦能機器人綜合實踐教學，具有重要的現(xiàn)實意義。本文以西北工業(yè)大學為例，以人工智能賦能的機器人綜合實踐為主體，通過理論和操作演示、數(shù)據(jù)分析可視化，將復雜晦澀的機器人知識，轉(zhuǎn)化為學生可自主學習，生動易懂的沉浸式學習模式。2.現(xiàn)有教學模式面臨的問題在智能化的當下，教師授課，學生被動接收的傳統(tǒng)學習模式已經(jīng)無法滿足教育現(xiàn)代化的發(fā)展要求。面臨的問題主要如下REF_Ref206517434\r\h[2]：學生參與度低現(xiàn)階段，主流的教學方式仍是傳統(tǒng)的集中授課方式。該方式的知識傳遞效率低下，學生主觀能動性弱，且高度依賴于授課教師，中心化嚴重。教學過程缺乏反饋機制，教師往往難以了解學生對知識的掌握情況，難以及時為學生解答問題，這將進一步降低學生的積極性。知識面限制機器人綜合實踐所涉及的內(nèi)容包含機器人的各個方面，這需要授課教師具有寬口徑的知識儲備。這將影響課程質(zhì)量，并降低學生對知識的理解。課程晦澀難懂機器人相關課程的特點在于學科交叉，課程難度大。機器人關節(jié)運動和旋轉(zhuǎn)、機器人視覺、機器人控制等內(nèi)容都晦澀難懂。傳統(tǒng)的教師授課形式，學生無法從理論上得到直觀的認識和理解。針對上述問題，結(jié)合人工智能輔助的機器人綜合實踐課程改革，旨在提高課堂教學效果、優(yōu)化學習過程，增強學生的自主學習能力。3.大語言模型賦能智能化教學平臺構(gòu)建近年來大語言模型的興起，使得AI技術達到了前所未有的高度。與傳統(tǒng)深度學習模型相比，大語言模型可處理規(guī)模更大、復雜度更高的數(shù)據(jù)，且在學習能力與泛化性能上表現(xiàn)卓越，現(xiàn)已成為學術界與工業(yè)界的關注焦點，其對高等教育的變革性影響亦將愈發(fā)顯著。習近平總書記明確指出：“教育數(shù)字化是我國開辟教育發(fā)展新賽道和塑造教育發(fā)展新優(yōu)勢的重要突破口。”REF_Ref206517255\r\h[3]懷進鵬部長在2024年世界數(shù)字教育大會上提出，要實施人工智能賦能行動，為學習型社會建設、智能教育發(fā)展及數(shù)字技術進步提供有力的行動支撐REF_Ref206517389\r\h[4]。鑒于此，將AI大語言模型應用于大學課程改革，尤其是機器人相關課程的改革，具有重要的理論價值與現(xiàn)實意義。3.1大語言模型輔助機器人綜合實踐的優(yōu)勢人工智能與機器人的結(jié)合是大勢所趨，人工智能為機器人提供了感知決策能力，機器人為人工智能提供了實現(xiàn)載體，所以培養(yǎng)機器人方向的學生，熟悉人工智能是必然之舉REF_Ref206522583\r\h[5-REF_Ref206522585\r\h7]。大語言模型輔助機器人綜合實踐教學系統(tǒng)的優(yōu)勢在于：課程地位高，學生重視程度高機器人綜合實踐課程是學生第一次接觸機器人的綜合性實踐課程，為西北工業(yè)大學自動化學院自動化專業(yè)本科生的必修課程。該課程設計本科階段高等數(shù)學、線性代數(shù)等數(shù)學課程，計算機視覺和自動控制原理等基礎課程。該課程的學生較多，受益學生多。課程與大語言模型適配度高現(xiàn)階段，在機器人中部署大語言模型是AI領域的研究熱點。加之，本課程希望通過上課能過夠使學生更加熟練的使用大語言圖1平臺架構(gòu)圖模型提升學習效率，從而為未來開展機器人智能化等相關領域的工作學習奠定有力的基礎。去中心化的學習結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)課堂教師主導、知識來源集中、學習路徑單一，新技術則讓課程更個性化，拓展了知識來源和學習方式：知識圖譜、推薦系統(tǒng)可根據(jù)學生進度、掌握程度和學習風格，提供個性化資源；AI的自然語言處理、對話系統(tǒng)能實時答疑，解決學習困惑，增強參與感和主動性。3.2基于大語言模型的智能化教學平臺構(gòu)建通過將大語言模型（如GPT）與知識圖譜技術相結(jié)合，設計并開發(fā)一款智能化教學平臺。該平臺將基于課程大綱與知識體系，自動生成相關的教學內(nèi)容與問題解答，形成個性化的學習輔導系統(tǒng)，能夠在課堂教學和課后輔導中提供即時支持。整體的平臺建構(gòu)如圖1所示。采用“需求驅(qū)動，技術迭代”的開發(fā)模式，結(jié)合大語言模型和知識圖譜，從教學需求出發(fā)，設計平臺架構(gòu)并進行技術實現(xiàn)。大語言模型構(gòu)建與優(yōu)化基于GPT系列等預訓練大語言模型，其通用知識覆蓋能力為基礎，結(jié)合嵌入式系統(tǒng)與機器人課程的領域特性，可通過檢索增強生成技術構(gòu)建垂直化問答體系。具體而言，需先梳理課程核心知識圖譜，包括微控制器編程、傳感器接口設計、機器人運動控制算法等專屬內(nèi)容，構(gòu)建結(jié)構(gòu)化領域知識庫；當模型接收學生提問時，實時檢索庫中匹配的技術細節(jié)、典型案例或課程標準，將檢索結(jié)果作為生成依據(jù)，約束模型輸出貼合領域邏輯。此舉既能規(guī)避通用模型在專業(yè)場景中的“知識幻覺”，又能確?；卮鹁珳叔^定課程知識點，顯著提升對特定技術原理、實踐操作問題的解答專業(yè)性，為課程教學提供可靠的智能輔助支撐。知識圖譜構(gòu)建與應用通過整合機器人課程相關的教材核心概念、研究論文前沿成果及行業(yè)標準規(guī)范等多源異構(gòu)資源，采用本體構(gòu)建方法梳理知識點間的層級關聯(lián)與邏輯映射，形成涵蓋基礎原理、實踐操作、技術演進的結(jié)構(gòu)化知識圖譜。該圖譜可作為大語言模型的精準知識錨點，當模型解析學生學習行為或查詢需求時，能快速匹配圖譜中對應的知識節(jié)點及關聯(lián)路徑，實現(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點推薦的專業(yè)性與邏輯性，又能根據(jù)學生認知水平動態(tài)調(diào)整推送深度，有效支撐個性化學習路徑的構(gòu)建。該平臺基于大語言模型的強大語言理解能力，結(jié)合結(jié)構(gòu)化知識圖譜，實現(xiàn)課程內(nèi)容與學習數(shù)據(jù)的智能推薦與動態(tài)更新。平臺的核心功能包括：基于學生的學習數(shù)據(jù)，提供個性化學習建議、自動化問題解答、以及知識點和實踐內(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)學生的學習進度與難點，智能推送相關的學習資源與輔助材料?；邮絾栴}解答：學生可以通過平臺實時提問，系統(tǒng)根據(jù)嵌入式系統(tǒng)和機器人領域的知識庫給出準確、系統(tǒng)的解答。知識點追蹤與分析：利用知識圖譜跟蹤學生在學習過程中掌握的知識點，對學生的學習進度進行實時分析與評估，為教師提供精準的教學反饋。4.課堂教學模式創(chuàng)新在課堂教學過程中，利用智能化教學平臺與人工智能技術的輔助，探索新的教學模式。通過智能化工具幫助教師根據(jù)學生的不同學習需求實時調(diào)整教學內(nèi)容和策略，形成個性化的、互動式的教學模式。具體研究內(nèi)容包括：基于大語言模型的課堂互動在課堂教學中引入大語言模型作為輔助工具，可依托其多輪對話能力實現(xiàn)精準化實時輔導：針對學生在概念理解、操作步驟中存在的個性化認知卡點，能即時調(diào)用知識庫生成拆解式答疑內(nèi)容，降低學習門檻。同時，通過構(gòu)建動態(tài)對話場景實現(xiàn)多維度互動，激發(fā)探究欲，或轉(zhuǎn)化抽象理論為具象化對話案例。這種模式既打破了傳統(tǒng)答疑的時空限制與單向性，又通過即時反饋與沉浸式互動激活課堂生態(tài)，有效提升學生的主動參與度與思維活躍度，形成教與學的協(xié)同增效閉環(huán)。教師教學效果反饋AI可通過捕捉學生的課程參與度、作業(yè)完成質(zhì)量、知識點掌握偏差等多維度學習數(shù)據(jù)，運用聚類分析、關聯(lián)規(guī)則挖掘等技術，精準識別群體共性問與個體差?；诖朔答仯處熌軇討B(tài)優(yōu)化課程內(nèi)容。這種數(shù)據(jù)驅(qū)動的調(diào)整機制，可顯著提升教學的針對性與適配性，進而促進教學效果的實質(zhì)性提升。5.結(jié)語人工智能在機器人綜合實踐課程中的深度應用，有效融合了傳統(tǒng)教學面對面互動與實踐操作的優(yōu)勢與智能化技術賦能。通過采集多維度學習數(shù)據(jù)并運用智能分析技術，AI精準識別群體共性問題和個體差異，為教師動態(tài)優(yōu)化課程內(nèi)容和適配教學方提供數(shù)據(jù)支撐。該模式顯著降低了教學復雜度，激發(fā)了學習熱情，提升了教學效率與效果，實現(xiàn)了師生雙向賦能。參考文獻張漢壯.立德樹人玉汝于成[J].中國大學教學,2019,(1):13-16+32.劉田禾.新工科背景下機器學習課程教學改革探索——以“學習器性能評估”為例[J].科教導刊,2024,(31):99-101.人民日報社.以數(shù)字化開辟教育發(fā)展新賽道[N].人民日報,2023-10-13:9.紅星新聞.教育部部長:將實施人工智能賦能行動,促進智能技術與教育教學、科學研究深度融合[EB/OL].(