LLNL的“手機STEM”專案讓學生用人工智慧進行物理研究

2026年5月14日 — 忘掉電子表格吧。在勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的“STEM with Phones”學生工作坊中，學生們正使用智慧手機和人工智慧（AI）進行高階科學分析。

該專案由LLNL的David Rakestraw領導，參與者們發現如何將口袋裡的工具——智慧手機——變成研究基礎物理原理的儀器。這些裝置配備了先進的感測器和強大的計算能力。在為期一週的專案中，學生們學習如何使用手機進行實踐測量，並應用AI探索真實世界現象。

“我看到學生們非常興奮地嘗試解決問題，並認識到這些新的智慧工具如何與他們並肩工作，將他們從知識的消費者轉變為真正的創造者，”Rakestraw說。

這個暑期專案激勵了來自加利福尼亞州拉斐特市Acalanes High School的高中生Daniel Kim啟動了一個創新研究專案：結合觀測天文學與定製分析軟體來測量地球的自轉速度。

Kim和他的同學Tsimur Havarko將智慧手機對準夜空，拍攝了945張照片，並用他們用AI開發的自定義應用程式合成為一張影像。得到的影像描繪了因地球自轉導致星星在畫面中運動的視軌跡。手工測量那些長弧線會很耗時，因此Kim和Havarko又建立了另一個自定義程式碼來測量弧線的長度和與北極星的距離，然後計算地球的角速度。

“那個軟體大約有1000行程式碼，需要軟體工程師幾周時間才能編寫出來，”Rakestraw說。“這說明了沒有程式設計經驗的高中生如何能夠建立複雜的分析工具，這完全改變了他們能夠研究的問題型別。”

作為導師，Rakestraw與學生們合作評估輸出結果，並基於基礎物理原理確定分析的可靠性。他強調，這仍然是一個難題，但AI在有限的時間和經驗約束內極大地擴充套件了可能實現的研究範圍。

同行評審期刊《物理教師》發表了這項研究，作為突出展示AI增強的認知啟用學習新框架的一個範例。

對Rakestraw而言，這個專案的成功證明了在AI時代科學教育新方法的可行性。透過教學生有效使用這些工具，教育者可以幫助學生完成令人難以置信的研究。

“Physics with Phones”專案正沿著這一框架在整個暑期專案中不斷發展。

“兩年前，專案還只使用手機感測器和電子表格進行分析。去年我開始整合AI，而今年AI將成為學生調查的重要組成部分，幾乎不再使用電子表格進行分析，”Rakestraw說。

隨著AI工具的不斷發展，“Physics with Phones”專案提供了一種令人興奮的方法來確保科學教育與之同步進化。學生可以利用這些新興技術進行批判性思考、分析複雜資料，並探索更高階的科學問題。

來源：LLNL