人工智能技术自1956年首次提出以来，在现代社会得到了快速发展，目前已在自然语言处理、计算机视觉与图像、智能机器人等多个领域广泛应用。与此同时，云计算、物联网、大数据等多种新兴信息技术飞速发展，进一步促进了人工智能技术在教育领域的不断推广与应用。
中国石油大学（华东）是全国重点大学、国家“双一流”学科建设高校，长期以来高度重视实验教学工作，早在1996年就实行了物理实验课程的开放式教学模式，探索出了以计算机网络预约为基本保障的开放流程，包括实验预约、实验预习、实验操作和实验报告撰写等环节。开放式实验教学是指教学内容、教学方法、教学手段和教学时间的全方位开放，是一种个性化的教学模式，对于培养学生的综合能力、创新能力、创新意识和创新精神具有不可替代的作用，是当前实验教学的研究焦点和改革方向，在不同学科，尤其是在物理实验教学领域，得到了广泛应用。
面对新的教育发展趋势，中国石油大学（华东）牢牢把握新兴教育技术的发展契机，将人工智能技术融入开放式物理实验教学，依托智能管理系统、智能预习测评系统、智能操作辅导系统及智能批阅系统，实现个性化实验预约、高效实验预习、自主化实验操作以及自动化报告批改，推动实验教学实现深度开放，有效提高教学质量，培养更多高素质创新人才。
借助智能管理系统
实现个性化实验预约
学校在每套实验仪器的外部都安装了具有生物身份识别功能的专用仪器柜和门禁装置，编写人工智能管理算法，实现实验仪器的智能化管理。智能管理系统实时读取实验仪器的使用状态，定时更新、智能推送实验仪器的预约现状，实现实验项目的随时预约。智能管理系统通过人工导入和网络爬虫自动抓取两种途径，全面获取学生的专业、课程表、兴趣爱好、课外活动轨迹等相关信息，形成学情画像。在学生进行实验项目预约时，依据学生的个人兴趣、专业需求、空闲时段等信息，精准推送实验项目，帮助学生实现高效预约。
利用智能预习测评系统
实现高效实验预习
学校改革传统实验教材，依据学生的认知规律，录制实验知识点短视频，开发相应的可视化仿真软件，构建实验预习知识点语义网络，形成实验预习知识图谱，将实验教材的纸质内容电子化、碎片化。在学生进行实验预习时，精准推送多样化的学习资源，辅助学生自主完成实验预习。智能预习测评系统建立有预习试题库，并能根据试题的难度系数与智能算法进行智能组题，形成个性化的预习测评试卷，供学生进行测试；能对学生的试卷进行智能批改和分析，实时评价学生的实验预习质量，确定学生实验预习中的薄弱知识点；结合实验预习知识图谱，通过关联功能，向学生推送对应的学习资料，辅助学生进一步掌握实验知识。同时，智能预习测评系统能够根据学生的作答情况，自动计算、更新每道试题的难度系数，进而优化组题策略，使个性化测评更趋合理有效。
通过智能操作辅导系统
实现自主化实验操作
学校改造实验仪器，在仪器的不同位置安装运行状态检测传感器，对学生的实验操作状态进行智能检测。此外，还在实验仪器周围安装摄像头等环境监控传感器，对学生的学习状态进行检测。检测数据上传至固定智能终端，经过互联网实现数据共享。与此同时，将实验内容模块化、程序化，集成任课教师的教学指导经验，构建实验知识库和综合数据库，结合人工智能算法，形成具有实验教学特征的智能导师系统。学生做实验时，系统自动读取学生操作实验仪器的状态数据和学习状态监控数据，对学生的实验过程进行评判，记录其操作成绩。如果存在错误操作，则推送与操作问题有关的原因提示，启发学生发现问题，进而指导学生排除故障。智能操作辅导系统具有人机协调能力，教师可以随时随地通过智能终端介入智能操作辅导系统，实时观察学生的实验仪器操作过程与学习过程。当学生遇到问题时，系统中的智能客服可以进行在线答疑，指导学生完成实验。同时，智能操作辅导系统能够记录和学习实验教师的在线教学经验，进一步完善实验操作辅导功能。
依托智能批阅系统
实现自动化报告批改
智能批阅系统具有智能识别和智能判别功能。学生获得实验数据后，在自己的智能终端上下载具有一定格式要求的标准报告册，按照要求撰写实验报告，而后拍照上传到智能批阅系统。智能批阅系统通过识别算法，完成实验报告的转换和识别，进而根据智能批阅算法和实验数据处理知识图谱，完成实验报告的判别和分析统计，将批阅结果以及数据处理错误部分对应的知识点反馈给学生。同时，智能批阅系统有自主学习功能，能够记录学生的常见答案以及个性化笔迹，形成特征数据库，经过一定数量的样本训练后，具备抄袭辨识功能。
中国石油大学（华东）将人工智能技术融入开放式物理实验教学，在不改变原教学体系的实验项目数量和实验内容的条件下，构建了学生自主预习、自主操作、自主撰写实验报告的教学模式，学生的角色由被动变为主动，提升了自主实验能力；自动实施纠错反馈式和启发式的教学方法以及过程化的逐点考核方法，帮助学生实时了解自己的学习状态，保证了对学生学习评价的一致性和公平性，真正实现了“千人千面”“一对一”的个性化教学；实现了实验仪器的智能化管理，达到24小时“全天候”开放的理想状态，避免了实验设备的闲置浪费，提高了实验仪器的利用率。综上，人工智能技术的融入，实现了物理实验教学的全方位开放，提高了实验教学的有效性，提升了学生的综合实验素养，更好地培养了学生的创新能力、创新意识和创新精神。
（尹教建）
