8姜文印人工智能赋能物理实验教学：从理论到实践.pdf

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1、人工智能赋能物理实验教学：从理论到实践背景YOLO V9 实现目标检测与跟踪AI 助力病症研究基于 Transformer 的语言大模型通用人工智能机器人人工智能深度学习人工智能在教育领域的发展2018年政府工作报告中对于人工智能的表述是“加强新一代人工智能研发应用”。2019年政府工作报告“深化大数据、人工智能等研发应用”。2020年政府工作报告“发展工业互联网，推进智能制造，培育新兴产业集群”。2021年政府工作报告“推动产业数字化智能化改造，战略性新兴产业保持快速发展势头”。农业机械化、智能化。智能化服务要适应老年人、残疾人需求。2022年政府工作报告“培育壮大集成电路、人工智能等数字产

2、业，提升关键软硬件技术创新和供给能力”。2023年政府工作报告“加快传统产业和中小企业数字化转型，着力提升高端化、智能化、绿色化水平”。2024年政府工作报告“深化大数据、人工智能等研发应用，开展人工智能+行动，打造具有国际竞争力的数字产业集群”。首提“人工智能+”行动，发展新质生产力我国高度重视人工智能+教育的发展教无定法上海交大模式：AI（人工智能）HI（人类智慧）“3R”理念：首先，以人民为中心，对高校来说就意味着以学生为中心，意味着我们要将学生的成长与发展作为人工智能辅助教学的核心目标。而服务于大学教育的人工智能，要真正在辅助学生深度思考、提升实践教学效率上，成为一个高效的教学工具，实

3、现“可用”（Ready）。其次，坚持守正创新，要求我们在尊重教育本质与规律的基础上，勇于探索人工智能与教育的融合新路径。因此，需要提升人工智能在面对动态未知问题时准确输出的能力，避免出现“幻觉”，给出似是而非的答案，实现“可靠”（Reliable）。最后，运用系统观念，要求我们全面审视人工智能在高等教育中的应用场景与影响，构建和谐的人机关系。在高等教育场景下，我们希望打造这样的人机关系：人工智能可以陪伴人学习、可以与人合作学习，但不能替代学习，实现“可控”（Regulated）。物理实验中心尝试理论实践理论微调部署应用智能体原始数据数据清洗预训练数据模型基座提示工程指令微调最终模型向量化文本能

4、力组合知识数据数据清洗用户提问相似度匹配最终结果外部输入反馈提升Agent实践人工智能赋能大学物理实验他山之石ANN 网络极大的算力资源部署训练电子元器件现实任务复杂化模型参数增大电计算的缺陷和瓶颈能耗问题能耗问题摩尔定律受阻摩尔定律受阻工艺成本工艺成本电子设备电计算的缺陷和瓶颈1970 年以来代表芯片集成的晶体管数量，符合标准的摩尔定律逐渐逼近原子尺寸量子效应量子隧穿量子干涉库仑阻塞未知的量子领域传统物理学电路摩尔定律受阻摩尔定律受阻当价格不变时，单个芯片上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。能耗问题能耗问题漏电流效应明显工艺成本工艺成本指数级上升NVI

5、DIA B2002080亿晶体管1400W光计算随着人工智能、大数据和云计算的快速发展，超高速和高能效计算的需求呈指数级增长。现有冯诺依曼架构下的传统电子信号处理器难以同时实现高算力和低能耗。而光计算可以突破电子计算瓶颈，成为未来探索的重要方向。速度快多维度低功耗高并行高带宽构建下一代智能计算架构的理想范式光计算光计算，是采用光作为信息处理的基本载体，以实现信息处理或数据运算的新型计算体系。光计算能够发挥光的高宽带、低能耗、抗干扰、并行等优势，适合处理人工智能、信号处理、组合优化等复杂特定任务，是新型计算架构的重要发展方向。SNN 基于波导基于 MZI 的可编程ONND2NN规模大、可集成、扩

6、展性强自由空间传播光计算方式光计算按照物理实现方式可以分为基于经典光学的计算和基于量子光学的计算。光经典计算利用光的波动特性如折射、衍射等规律来实现计算功能。光量子计算是以光子作为量子比特进行计算，通过对光子进行量子操作及测量完成计算。光具有波粒二象性，光经典计算基于光的波动性包括干涉、散射等，光量子计算基于光的粒子性，包括量子态的叠加、纠缠等。激光器调制器激光器量子态制备装置逻辑门型非逻辑门型逻辑门型非逻辑门型探测器探测器光经典计算（光的波动性）光量子计算（光的粒子性）vv光计算按照所处理的数据形态可分为通用的数