LLNL的“手机STEM”项目让学生用人工智能进行物理研究

2026年5月14日 — 忘掉电子表格吧。在劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的“STEM with Phones”学生工作坊中，学生们正使用智能手机和人工智能（AI）进行高级科学分析。

该项目由LLNL的David Rakestraw领导，参与者们发现如何将口袋里的工具——智能手机——变成研究基础物理原理的仪器。这些设备配备了先进的传感器和强大的计算能力。在为期一周的项目中，学生们学习如何使用手机进行实践测量，并应用AI探索真实世界现象。

“我看到学生们非常兴奋地尝试解决问题，并认识到这些新的智能工具如何与他们并肩工作，将他们从知识的消费者转变为真正的创造者，”Rakestraw说。

这个暑期项目激励了来自加利福尼亚州拉斐特市Acalanes High School的高中生Daniel Kim启动了一个创新研究项目：结合观测天文学与定制分析软件来测量地球的自转速度。

Kim和他的同学Tsimur Havarko将智能手机对准夜空，拍摄了945张照片，并用他们用AI开发的自定义应用程序合成为一张图像。得到的图像描绘了因地球自转导致星星在画面中运动的视轨迹。手工测量那些长弧线会很耗时，因此Kim和Havarko又创建了另一个自定义代码来测量弧线的长度和与北极星的距离，然后计算地球的角速度。

“那个软件大约有1000行代码，需要软件工程师几周时间才能编写出来，”Rakestraw说。“这说明了没有编程经验的高中生如何能够创建复杂的分析工具，这完全改变了他们能够研究的问题类型。”

作为导师，Rakestraw与学生们合作评估输出结果，并基于基础物理原理确定分析的可靠性。他强调，这仍然是一个难题，但AI在有限的时间和经验约束内极大地扩展了可能实现的研究范围。

同行评审期刊《物理教师》发表了这项研究，作为突出展示AI增强的认知激活学习新框架的一个范例。

对Rakestraw而言，这个项目的成功证明了在AI时代科学教育新方法的可行性。通过教学生有效使用这些工具，教育者可以帮助学生完成令人难以置信的研究。

“Physics with Phones”项目正沿着这一框架在整个暑期项目中不断发展。

“两年前，项目还只使用手机传感器和电子表格进行分析。去年我开始整合AI，而今年AI将成为学生调查的重要组成部分，几乎不再使用电子表格进行分析，”Rakestraw说。

随着AI工具的不断发展，“Physics with Phones”项目提供了一种令人兴奋的方法来确保科学教育与之同步进化。学生可以利用这些新兴技术进行批判性思考、分析复杂数据，并探索更高级的科学问题。

来源：LLNL