【中國(guó)學(xué)位與研究生教育學(xué)會(huì)】院校行動(dòng)｜中國(guó)石油大學(xué)（北京）：AI如何助力卓越工程師培養(yǎng)，讓“高冷”的催化課堂“活”起來(lái)？
發(fā)布時(shí)間:2025-12-24 | 來(lái)源：中國(guó)學(xué)位與研究生教育學(xué)會(huì) | 瀏覽量：
屏幕前，一位“數(shù)字人”正娓娓道來(lái)催化劑制備的奧秘，虛擬實(shí)驗(yàn)室里，學(xué)生大膽試錯(cuò)，反復(fù)推敲制備方案；知識(shí)圖譜上，520多個(gè)知識(shí)點(diǎn)如星云般連接成網(wǎng)……
2025年11月5日，這門(mén)由中石大化學(xué)工程與環(huán)境學(xué)院教授吳志杰主講的課程“催化劑設(shè)計(jì)與制備”，從全國(guó)162門(mén)申報(bào)課程中脫穎而出，入選中國(guó)學(xué)位與研究生教育學(xué)會(huì)評(píng)定的21門(mén)“AI創(chuàng)新課程”。
傳統(tǒng)的工科學(xué)科，如何利用AI工具助力培養(yǎng)“具有突出技術(shù)創(chuàng)新能力”“善于解決復(fù)雜工程問(wèn)題”的未來(lái)卓越工程師，課程教學(xué)是非常重要的一環(huán)。
錨定課程教學(xué)的核心痛點(diǎn)
“以前，這門(mén)課涉及的五百多個(gè)知識(shí)點(diǎn)是碎片化的，像一盤(pán)散沙，我常常感到困惑，很難把它們串成一個(gè)完整的體系。”最初學(xué)習(xí)“催化劑設(shè)計(jì)與制備”這門(mén)課時(shí)，很多同學(xué)都有類(lèi)似的苦惱。
課程負(fù)責(zé)人吳志杰教授說(shuō)，催化本身是化學(xué)、材料與工程交叉的學(xué)科，選修該課程的學(xué)生專(zhuān)業(yè)背景差異大、年級(jí)跨度大（大四、研一和博一學(xué)生）。工業(yè)催化專(zhuān)業(yè)的學(xué)生熟悉催化基本理論，而來(lái)自環(huán)境專(zhuān)業(yè)、動(dòng)力工程及工程熱物理等專(zhuān)業(yè)的學(xué)生基本未接觸催化，學(xué)習(xí)基礎(chǔ)參差不齊。
傳統(tǒng)的“教師講、學(xué)生聽(tīng)”模式，難以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)。更棘手的是，催化劑制備與性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，往往涉及高溫高壓、易燃易爆氣體，危險(xiǎn)性高、實(shí)驗(yàn)成本高昂，學(xué)生的實(shí)操機(jī)會(huì)有限。如何讓學(xué)生掌握理解催化劑制備和評(píng)價(jià)實(shí)踐中的關(guān)鍵技術(shù)和方法，并能將其應(yīng)用于后續(xù)的科學(xué)研究或工程實(shí)踐中，成為教學(xué)改革必須攻克的難題。
2023年起，中石大依托“研究生教育質(zhì)量與創(chuàng)新工程”，啟動(dòng)AI課程專(zhuān)項(xiàng)建設(shè)?！按呋瘎┰O(shè)計(jì)與制備”課程團(tuán)隊(duì)開(kāi)始探索將人工智能深度融入教學(xué)全流程。
“AI+能源催化”教學(xué)探索實(shí)踐
課程團(tuán)隊(duì)構(gòu)建的核心引擎是 “催化加速器”的智能體矩陣。打造了“理論學(xué)習(xí)—模擬實(shí)踐—問(wèn)題診斷—科研創(chuàng)新—實(shí)驗(yàn)安全”全鏈條智能體協(xié)同矩陣，提升學(xué)生靈活應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。
課程團(tuán)隊(duì)拆解、重構(gòu)了海量教學(xué)資源。將1300多個(gè)視頻、音頻、課件等碎片化內(nèi)容，系統(tǒng)整合成一個(gè)包含16.8萬(wàn)條知識(shí)點(diǎn)的智能知識(shí)庫(kù)，并構(gòu)建了可視化的課程知識(shí)圖譜。
“這就好比給所有知識(shí)點(diǎn)安裝了‘導(dǎo)航系統(tǒng)’?！眳侵窘芙榻B道，“學(xué)生可以按圖索驥，自主探索知識(shí)關(guān)聯(lián)?！?/p>
課程的第二個(gè)創(chuàng)新在于，建設(shè)集成7大工具集、51項(xiàng)指令的“AI輔助工具箱”，覆蓋AI助教、助學(xué)、助研、實(shí)驗(yàn)、素養(yǎng)提升五大維度。對(duì)于學(xué)生而言，最直接的感受是身邊多了一位 “智能學(xué)伴”。
“以前上課忙著抄筆記，現(xiàn)在A(yíng)I會(huì)同步生成重點(diǎn)突出的圖文摘要，核心公式、邏輯脈絡(luò)一目了然，我能全程專(zhuān)注聽(tīng)講和互動(dòng)。”
課程還運(yùn)用檢索增強(qiáng)生成技術(shù)，將相關(guān)科研實(shí)踐和工業(yè)生產(chǎn)案例引入智慧教學(xué)過(guò)程。其中最重要的是將高風(fēng)險(xiǎn)、高成本的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)“搬”進(jìn)了虛擬空間。借助“智慧實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”，學(xué)生可以在仿真實(shí)踐設(shè)計(jì)和操作實(shí)驗(yàn)。平臺(tái)還與知識(shí)圖譜、AI學(xué)伴深度聯(lián)動(dòng)。博士生郭盈鑠表示實(shí)驗(yàn)中遇到瓶頸，隨時(shí)可以提問(wèn)。比如“基于我的數(shù)據(jù)，哪些因素限制了選擇性？”AI能結(jié)合操作記錄與理論，給出精準(zhǔn)調(diào)整建議。同時(shí)，針對(duì)基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生，能把復(fù)雜的催化理論，結(jié)合具體的工業(yè)案例娓娓道來(lái)，幫助學(xué)生夯實(shí)基礎(chǔ)，彌合專(zhuān)業(yè)背景差異。
科研能力的培養(yǎng)還延伸到課堂之外：AI科研助手能幫學(xué)生分析文獻(xiàn)、潤(rùn)色論文，催化劑設(shè)計(jì)工坊針對(duì)需求推薦科研選題，科研論文寫(xiě)作訓(xùn)練室模擬從選題到成文的全流程。
“以前是老師講什么我學(xué)什么，現(xiàn)在我能通過(guò)AI自主探索感興趣的科研方向”。
這種轉(zhuǎn)變背后，是課程“虛實(shí)融合”“產(chǎn)研貫通”的特色優(yōu)勢(shì)，讓學(xué)生在虛擬場(chǎng)景中夯實(shí)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)、扎實(shí)科研能力。
“AI不是萬(wàn)能的”
“AI不是萬(wàn)能的，容易存在A(yíng)I幻覺(jué)。”吳志杰表示，目前課程仍存在需要完善的地方：AI對(duì)部分復(fù)雜科研問(wèn)題的解答不夠精準(zhǔn)，學(xué)生答題可能出現(xiàn)“套路化”傾向，模型還需要通過(guò)多輪教學(xué)數(shù)據(jù)持續(xù)訓(xùn)練優(yōu)化。
“催化領(lǐng)域的一個(gè)顯著特點(diǎn)是工業(yè)實(shí)踐往往領(lǐng)先科學(xué)研究，很多實(shí)踐問(wèn)題目前沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)答案，這對(duì)AI訓(xùn)練是挑戰(zhàn)?！?吳志杰說(shuō)，未來(lái)會(huì)繼續(xù)聯(lián)合平臺(tái)更新工業(yè)案例庫(kù)，引導(dǎo)學(xué)生批判性使用 AI，避免過(guò)度依賴(lài)。
從知識(shí)圖譜到智慧實(shí)驗(yàn)，從AI學(xué)伴到科研工坊，中石大類(lèi)似“催化劑設(shè)計(jì)與制備”的“人工智能+高等教育”融合創(chuàng)新仍然在繼續(xù)推進(jìn)。未來(lái)，學(xué)校將持續(xù)深化人工智能賦能教育教學(xué)，為服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略需求和培養(yǎng)能源領(lǐng)域高素質(zhì)復(fù)合型人才注入更多智慧動(dòng)能。
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（編輯 王以靜）
