課題申報(bào)書(shū)：生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的內(nèi)在機(jī)理與實(shí)施路徑研究

教育科學(xué)規(guī)劃2025年度重點(diǎn)課題申報(bào)書(shū)、課題設(shè)計(jì)論證求知探理明教育，創(chuàng)新鑄魂興未來(lái)。《生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的內(nèi)在機(jī)理與實(shí)施路徑研究》一、本課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀述評(píng)，選題的價(jià)值和意義（一）生成式人工智能的研究現(xiàn)狀生成式人工智能（GenerativeArtificialIntelligence，GAI）是人工智能的一個(gè)重要分支，它利用計(jì)算機(jī)算法和模型來(lái)生成新的數(shù)據(jù)、文本、圖像、音頻等內(nèi)容。近年來(lái)，生成式人工智能在自然語(yǔ)言處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、語(yǔ)音識(shí)別等領(lǐng)域取得了顯著的成果。例如，基于深度學(xué)習(xí)的生成模型如生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)（GANs）、變分自編碼器（VAEs）等在圖像生成、文本生成等方面取得了突破性進(jìn)展。此外，生成式人工智能在音樂(lè)創(chuàng)作、游戲設(shè)計(jì)、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域也展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。（二）工程思維培養(yǎng)的研究現(xiàn)狀工程思維是指運(yùn)用工程原理和方法解決實(shí)際問(wèn)題的思維方式。工程思維培養(yǎng)是工程教育的重要目標(biāo)之一，旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和解決問(wèn)題的能力。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)工程思維培養(yǎng)進(jìn)行了廣泛的研究。在理論研究方面，學(xué)者們從認(rèn)知科學(xué)、心理學(xué)、教育學(xué)等角度探討了工程思維的內(nèi)涵、特征和形成機(jī)制。在實(shí)踐研究方面，學(xué)者們通過(guò)設(shè)計(jì)各種教學(xué)活動(dòng)和課程，探索了工程思維培養(yǎng)的有效方法和途徑。（三）生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的內(nèi)在機(jī)理生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的內(nèi)在機(jī)理主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：生成式人工智能能夠提供豐富的學(xué)習(xí)資源，為學(xué)生提供多樣化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。生成式人工智能能夠模擬真實(shí)工程場(chǎng)景，為學(xué)生提供實(shí)踐機(jī)會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和解決問(wèn)題的能力。生成式人工智能能夠與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)，為學(xué)生提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)指導(dǎo)，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性化發(fā)展。生成式人工智能能夠分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，為學(xué)生提供及時(shí)反饋，幫助學(xué)生及時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)策略，提高學(xué)習(xí)效果。（四）選題的價(jià)值和意義本課題的研究具有重要的理論和實(shí)踐價(jià)值。從理論價(jià)值來(lái)看，本課題的研究有助于深化對(duì)生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的內(nèi)在機(jī)理的認(rèn)識(shí)，豐富工程思維培養(yǎng)的理論體系。從實(shí)踐價(jià)值來(lái)看，本課題的研究可以為工程教育提供新的教學(xué)方法和手段，提高工程思維培養(yǎng)的效果，培養(yǎng)更多具有創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的工程人才。二、預(yù)期目標(biāo)（一）理論目標(biāo)深入研究生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的內(nèi)在機(jī)理，構(gòu)建生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的理論框架。分析生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的有效方法，為工程教育提供理論指導(dǎo)。（二）實(shí)踐目標(biāo)設(shè)計(jì)基于生成式人工智能的工程思維培養(yǎng)課程，開(kāi)發(fā)相應(yīng)的教學(xué)資源和工具。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中應(yīng)用生成式人工智能，探索生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的實(shí)施路徑。評(píng)估生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的效果，為工程教育改革提供實(shí)踐依據(jù)。三、主要研究?jī)?nèi)容（一）生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的理論研究分析生成式人工智能的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，探討生成式人工智能在工程教育中的應(yīng)用潛力。構(gòu)建生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的理論框架，明確生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的內(nèi)涵、特征和形成機(jī)制。分析生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的有效方法，為工程教育提供理論指導(dǎo)。（二）生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的課程設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)基于生成式人工智能的工程思維培養(yǎng)課程，明確課程目標(biāo)、內(nèi)容、方法和評(píng)價(jià)方式。開(kāi)發(fā)相應(yīng)的教學(xué)資源和工具，如生成式人工智能教學(xué)平臺(tái)、教學(xué)軟件等。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中應(yīng)用生成式人工智能，探索生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的實(shí)施路徑。（三）生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的實(shí)踐研究在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中應(yīng)用生成式人工智能，觀察和分析學(xué)生的學(xué)習(xí)行為和效果。收集和分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，評(píng)估生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的效果。根據(jù)實(shí)踐結(jié)果，優(yōu)化生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的課程設(shè)計(jì)和教學(xué)方法。四、擬突破的重點(diǎn)和難點(diǎn)（一）重點(diǎn)深入研究生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的內(nèi)在機(jī)理，構(gòu)建生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的理論框架。設(shè)計(jì)基于生成式人工智能的工程思維培養(yǎng)課程，開(kāi)發(fā)相應(yīng)的教學(xué)資源和工具。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中應(yīng)用生成式人工智能，探索生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的實(shí)施路徑。（二）難點(diǎn)生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的理論研究需要跨學(xué)科的知識(shí)和技能，具有一定的挑戰(zhàn)性。基于生成式人工智能的工程思維培養(yǎng)課程設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)需要考慮學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)和教學(xué)規(guī)律，具有一定的難度。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中應(yīng)用生成式人工智能需要解決技術(shù)難題，如生成式人工智能系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性問(wèn)題。五、研究方法、技術(shù)路線（一）研究方法文獻(xiàn)研究法：通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，了解生成式人工智能和工程思維培養(yǎng)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。實(shí)證研究法：通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和調(diào)查問(wèn)卷，收集和分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，評(píng)估生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的效果。案例研究法：通過(guò)分析典型案例，探討生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的實(shí)施路徑和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。（二）技術(shù)路線確定研究目標(biāo)和研究?jī)?nèi)容，制定研究計(jì)劃和實(shí)施方案。進(jìn)行文獻(xiàn)研究，了解生成式人工智能和工程思維培養(yǎng)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和調(diào)查問(wèn)卷，收集和分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，評(píng)估生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的效果。分析實(shí)驗(yàn)和調(diào)查結(jié)果，總結(jié)生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。撰寫(xiě)研究報(bào)告，提出生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的理論和實(shí)踐建議。六、實(shí)施計(jì)劃和進(jìn)度安排（一）第一階段（1-3個(gè)月）確定研究目標(biāo)和研究?jī)?nèi)容，制定研究計(jì)劃和實(shí)施方案。進(jìn)行文獻(xiàn)研究，了解生成式人工智能和工程思維培養(yǎng)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和調(diào)查問(wèn)卷，收集和分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，評(píng)估生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的效果。（二）第二階段（4-6個(gè)月）分析實(shí)驗(yàn)和調(diào)查結(jié)果，總結(jié)生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。設(shè)計(jì)基于生成式人工智能的工程思維培養(yǎng)課程，開(kāi)發(fā)相應(yīng)的教學(xué)資源和工具。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中應(yīng)用生成式人工智能，探索生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的實(shí)施路徑。（三）第三階段（7-9個(gè)月）在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中應(yīng)用生成式人工智能，觀察和分析學(xué)生的學(xué)習(xí)行為和效果。收集和分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，評(píng)估生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的效果。根據(jù)實(shí)踐結(jié)果，優(yōu)化生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的課程設(shè)計(jì)和教學(xué)方法。（四）第四階段（10-12個(gè)月）撰寫(xiě)研究報(bào)告，提出生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的理論和實(shí)踐建議。完成課題的結(jié)題工作，向相關(guān)機(jī)構(gòu)提交研究報(bào)告和研究成果。七、主要特色和創(chuàng)新點(diǎn)（一）主要特色本課題的研究結(jié)合了生成式人工智能和工程思維培養(yǎng)兩個(gè)領(lǐng)域，具有較強(qiáng)的跨學(xué)科性和創(chuàng)新性。本課題的研究注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和調(diào)查問(wèn)卷，收集和分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，評(píng)估生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的效果。本課題的研究成果可以為工程教育提供新的教學(xué)方法和手段，提高工程思維培養(yǎng)的效果，培養(yǎng)更多具有創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的工程人才。（二）創(chuàng)新點(diǎn)本課題首次提出了生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的理論框架，為工程思維培養(yǎng)提供了新的理論視角。本課題設(shè)計(jì)了基于生成式人工智能的工程思維培養(yǎng)課程，開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的教學(xué)資源和工具，為工程教育提供了新的教學(xué)方法和手段。本課題通過(guò)實(shí)驗(yàn)和調(diào)查問(wèn)卷，收集和分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，評(píng)估生成式人工智能賦能工程思維培養(yǎng)的效果，為工程教育改革提供了實(shí)踐依據(jù)。課題評(píng)審意見(jiàn)：本課題針對(duì)教育領(lǐng)域的重要問(wèn)題進(jìn)行了深入探索，展現(xiàn)出了較高的研究?jī)r(jià)值和實(shí)際意義。研究目標(biāo)明確且具體，研究方法科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，數(shù)據(jù)采集和分析過(guò)程規(guī)范，確保了研究成果的可靠性和有效性。通過(guò)本課題的研究，不僅豐富了相關(guān)領(lǐng)域的理論知識(shí)，還為教育實(shí)踐提供了有益的參考和指導(dǎo)。課題組成員在研究中展現(xiàn)出了扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯繎B(tài)度，對(duì)問(wèn)題的剖析深入透徹，提出的解決方案和創(chuàng)新點(diǎn)具有較強(qiáng)的可操作性和實(shí)用性。此外，本課題在研究方法、數(shù)據(jù)分析等方面也具有一定的創(chuàng)新性，為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供了新的思路和視角。總之，這是一項(xiàng)具有較高水平和質(zhì)量的教科研課題，對(duì)于推動(dòng)教育事業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步具有重要意義。課題評(píng)審標(biāo)準(zhǔn)：1、研究?jī)r(jià)值與創(chuàng)新性評(píng)審關(guān)注課題是否針對(duì)教育領(lǐng)域的重要或前沿問(wèn)題進(jìn)行研究，是否具有理論或?qū)嵺`上的創(chuàng)新點(diǎn)，能否為相關(guān)領(lǐng)域帶來(lái)新的見(jiàn)解或解決方案。2、研究設(shè)計(jì)與科學(xué)性課題的研究設(shè)計(jì)是否合理，研究方法是否科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，數(shù)據(jù)收集與分析過(guò)程是否規(guī)范，以及結(jié)論是否基于充分的數(shù)據(jù)支持，是評(píng)審的重要標(biāo)準(zhǔn)。3、實(shí)踐應(yīng)用與可行性課題的研究成果是否具有實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值，能否在