在近日落下帷幕的第十五屆全國(guó)周培源大學(xué)生力學(xué)競(jìng)賽中，一位特殊的“考生”吸引了人們目光,。由清華大學(xué)航天航空學(xué)院團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的人工智能力學(xué)求解系統(tǒng)“GT-Mech”,，與來(lái)自全國(guó)500余所高校的3萬(wàn)余名考生同臺(tái)競(jìng)技,，最終成績(jī)達(dá)到本屆賽事成績(jī)前五名的特等獎(jiǎng)水平，展現(xiàn)出不俗解題能力,。
據(jù)了解,，這是全球范圍內(nèi)大型語(yǔ)言模型驅(qū)動(dòng)的AI系統(tǒng)首次以“參賽選手”身份，在同場(chǎng),、同時(shí),、同卷的標(biāo)準(zhǔn)下，參與國(guó)家級(jí)頂級(jí)力學(xué)賽事,。這一突破,，不僅展示了AI解決力學(xué)問題的潛力，也為未來(lái)教育模式變革提供了思路,。
力學(xué)是工程科學(xué)的基石,。無(wú)論是航空、航天,、航海,，還是建筑、汽車,、機(jī)械等專業(yè),，都離不開力學(xué)理論的支撐。與AI在圍棋,、蛋白質(zhì)折疊或部分?jǐn)?shù)學(xué)證明等領(lǐng)域的應(yīng)用相比,，解決復(fù)雜力學(xué)問題為AI帶來(lái)了截然不同的挑戰(zhàn)。
“圍棋有清晰的規(guī)則和離散的決策空間,，而力學(xué)問題根植于對(duì)物理世界的理解,。”清華大學(xué)助理教授,、“GT-Mech”指導(dǎo)教師程彬分析,，它要求AI不僅能處理數(shù)學(xué)公式，更要能從自然語(yǔ)言描述的復(fù)雜場(chǎng)景中,，構(gòu)建出正確的物理模型,。這是一種從文字到物理概念的抽象過程。
一道典型的力學(xué)題目,，融合了自然語(yǔ)言理解,、物理情景建模、符號(hào)邏輯推演和數(shù)值精確計(jì)算等多種能力。AI需要像人類學(xué)生一樣,，先“讀懂”題意,，在“腦中”建立受力分析、運(yùn)動(dòng)過程等抽象模型,，然后才能選擇合適的定理,、列出方程并求解。這種“文理兼修”的綜合能力是衡量通用人工智能發(fā)展水平的關(guān)鍵“試金石”,，它要求AI超越以往單一任務(wù)處理模式,，具備更接近人類整體分析與解決問題的能力。
此外,，為克服通用大語(yǔ)言模型知識(shí)幻覺,、計(jì)算錯(cuò)誤等問題，“GT-Mech”研發(fā)團(tuán)隊(duì)為系統(tǒng)量身定制了一套創(chuàng)新技術(shù)方案,。
“我們主要從三方面入手攻克技術(shù)難關(guān),。”團(tuán)隊(duì)核心成員周懿介紹,，首先是構(gòu)建結(jié)構(gòu)化知識(shí)體系,。團(tuán)隊(duì)為“GT-Mech”構(gòu)建了專有化的力學(xué)知識(shí)圖譜，將經(jīng)典教材,、題庫(kù)等海量知識(shí)編織成一張結(jié)構(gòu)化語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò),，使AI能像人類專家一樣迅速調(diào)用相關(guān)知識(shí)，形成專業(yè)可靠的解題框架,。
其次是融合邏輯推理和符號(hào)計(jì)算,。團(tuán)隊(duì)引入“邏輯推理—符號(hào)計(jì)算”雙核引擎，“GT-Mech”首先用自然語(yǔ)言規(guī)劃解題思路,，再調(diào)用內(nèi)嵌的符號(hào)計(jì)算引擎完成公式推導(dǎo)和計(jì)算,。這種模式有效結(jié)合了AI的邏輯規(guī)劃能力與符號(hào)計(jì)算的準(zhǔn)確性，顯著降低了求解過程中出現(xiàn)低級(jí)錯(cuò)誤的概率,。
最后是引入檢查糾錯(cuò)機(jī)制,。團(tuán)隊(duì)為AI設(shè)計(jì)了一套精密的檢查糾錯(cuò)機(jī)制。解答完畢后,，系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)批判性思考模塊,，從單位量綱、物理直覺,、邏輯嚴(yán)謹(jǐn)性等維度,，對(duì)解題過程中題設(shè)條件理解、知識(shí)點(diǎn)選用,、公式推導(dǎo)三大關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行自我檢查,。若發(fā)現(xiàn)疑點(diǎn),，便會(huì)觸發(fā)糾錯(cuò)環(huán)節(jié)，回溯修正,。
“AI在如此高挑戰(zhàn)度的專業(yè)競(jìng)賽中勝出,，而且優(yōu)勢(shì)明顯，這促使我們思考,，在AI時(shí)代力學(xué)該怎么教、怎么學(xué),、怎么考核,？”清華大學(xué)行健書院院長(zhǎng)李俊峰說。
在業(yè)內(nèi)專家看來(lái),，“GT-Mech”的成功,，預(yù)示著AI將在輔助力學(xué)教學(xué)、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維,、加速科研進(jìn)程等方面發(fā)揮重要作用,。未來(lái)的力學(xué)教育，可能不再是學(xué)生單向地從課本中獲取知識(shí),，而是與AI助教進(jìn)行互動(dòng)式,、探究式學(xué)習(xí)，共同挑戰(zhàn)更復(fù)雜的前沿問題,。（記者 于紫月）
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