生成式人工智能地学应用

Applications of Generative Artificial Intelligence in Earth Sciences

南京大学通识类教改课程

课程基本信息

课程信息

中文名称: 生成式人工智能地学应用

英文名称: Applications of Generative Artificial Intelligence in Earth Sciences

学分: 1

总课时: 16

选课信息

选课学生数: 10人以上

选课学生要求: 二年级上学期地学大类本科生

上课校区: 仙林（面向二年级以上学生）

课程负责人

姓名: 张巍

职称/职务: 副教授/研究所所长

邮箱: wzhang@nju.edu.cn

手机: 13815873862

课程负责人简介

长期从事数智融合地学应用研究，近5年发表生成式AI及机器学习地学应用论文20篇，指导学生昇腾AI创新大赛连续3届获奖，毕业生赴微软、华为、阿里、中兴、比亚迪、德州仪器、招商银行与国家管网从事AI研发工作。

教学团队

张

张巍

课程负责人

地球科学与工程学院

施

施小清

团队成员

地球科学与工程学院

董

董少春

团队成员

地球科学与工程学院

莫

莫绍星

团队成员

地球科学与工程学院

许

许文涛

团队成员

地球科学与工程学院

课程简介

本课程聚焦生成式人工智能（AI）前沿技术及其在地球科学领域的创新应用，系统介绍生成式AI模型核心原理（VAE、GAN、DDPM、Transformer、LLM、AI Agent）与关键技术，重点介绍其在资源勘探、环境监测、灾害预警与绿色能源等国家战略需求场景中的落地潜力。通过理论教学、案例解析与实践操作相结合的方式，引导学生运用生成式AI工具构建地学垂直领域大语言模型与智能体，体验"AI+地学"的交叉创新全过程，培养解决复杂地学问题的新质生产力思维，理解科技赋能产业、服务国家重大需求的重要意义。

AI + 地学应用

课程特色

  • 前沿技术：涵盖最新生成式AI模型与技术
  • 交叉学科：AI与地球科学的创新融合
  • 实践导向：强调动手能力和实际应用
  • 国家需求：面向国家战略需求的课程设计
  • 伦理思考：融入AI伦理与责任教育

课程目标

育人目标

  • 强化科技报国志向：通过剖析生成式AI在地学领域解决"卡脖子"问题（如精准地质建模、智能体驱动）等鲜活案例，引导学生深刻感悟自主创新的紧迫性与使命感，激发其将个人发展融入国家能源安全、生态文明建设等重大战略需求的"国之大者"情怀
  • 涵育"大工程观"思维与工程伦理：在AI模型构建与应用实践中，强调跨学科协同、系统思维和全链条视角，引导学生理解技术应用的边界、潜在风险与社会责任，树立负责任创新的工程伦理观
  • 坚定"把论文写在祖国大地上"的信念：结合我国地学领域特色和实际需求（如关键矿产资源、地质灾害防治与能源绿色转型），展示AI技术落地转化的路径与价值，激励学生面向国家现实需求开展科研探索
知识掌握 能力培养 素养提升 实践创新 国家需求

教学目标

知识：

  • 掌握生成式人工智能模型（VAE、GAN、DDPM、Transformer、LLM、AI Agent）的基本原理、核心算法和发展趋势
  • 了解生成式AI在地球科学关键领域的典型应用场景与前沿动态
  • 理解地学垂直领域大语言模型与智能体的构建逻辑、技术要点与挑战

能力：

  • 具备运用生成式AI工具（如提示词工程、基础模型API）解决特定地学问题的初步实践能力
  • 能够设计并动手实际构建不同地学垂直领域简单的生成式AI模型或智能体
  • 提升批判式评估AI技术在地学应用中有效性与局限性的能力
  • 增强跨学科（AI+地学）知识融合与复杂问题分析能力

素养：

  • 培养对人工智能前沿技术及其产业应用的敏锐洞察力和持续学习兴趣
  • 提升科技自主创新的自信心与探索精神
  • 形成面向国家战略需求、注重实践转化、具备系统思维与伦理意识的复合型人才素养基础

课程设计

教学安排

周次 课时 主题内容 教学方式 负责教师
第2周 2 生成式AI科学技术发展史 课堂教学 张巍
第3周 2 生成式AI日常应用（提示词工程、文生图、文生音乐、文生视频、声音克隆、数字人等） 课堂教学 董少春/许文涛
第4周 2 生成式AI数学背景知识 课堂教学 张巍/莫绍星
第5周 2 生成式AI模型原理、方法与地学应用（VAE/GAN/DDPM） 课堂教学/课堂实践 张巍/莫绍星
第6周 2 大语言模型LLM发展现状与应用 课堂教学/课堂实践 张巍/董少春
第7周 2 自然语言处理与多模态生成式AI原理、方法与应用（NLP与Transformer） 课堂教学/课堂实践 张巍/许文涛
第8周 2 智能体（AI Agent AI）发展现状与应用 课堂教学/课堂实践 张巍/施小清
第9周 2 构建我的地学垂直大语言模型与智能体 课堂实习 张巍/施小清

教材与参考资料

生成式 人工智能 地学应用

教材与参考资料

  • 拟自编教材：《玩转生成式人工智能地学应用》
  • 参考书：
    1. 黄源. 生成式人工智能技术与应用，2025, 北京：清华大学出版社.（ISBN: 9787302694120）
    2. [美]刘焕良（Mark Liu）著，生成式人工智能（基于PyTorch实现），2025，北京：人民邮电出版社.（ISBN: 9787115666154）

考核方式

知识应用类（35%）

  • 地学提示词优化报告：给定特定地学场景，要求迭代优化提示词并分析AIGC生成质量
  • 伦理思辨短文：针对"AI合成数据的真实性""大模型训练过度消耗能源"等争议，撰文分析风险评估与应对策略

工程实践类（35%）

  • 垂直大语言模型微调实战：小组使用LoRA/QLora/RAG技术，在预训练大语言模型上适配本地地学知识库
  • AI Agent原型设计：开发地学智能体（如自然灾害应急管理智能体Agent），探索依次调用多个大语言模型实现特定任务的能力
  • 合成数据质量评估：对比AI生成的地学合成数据集与真实数据集，撰写数据可靠性评估报告

综合创新类（30%）

  • 结合拟选择地学专业，设计一个解决使用生成式AI解决实际地学问题的方案，包含实现代码、技术路线图、可行性分析与预期成果
35% 知识应用 35% 工程实践 30% 综合创新

教学与实践平台

教学平台

慕客平台，待建设

实践应用平台

http://ddns.ggrarea.cn:7980/

用户名: wzhang@nju.edu.cn

密码: *********

首次运行推理稍慢，后面正常

建设经费预算

2025年6月-11月

2万元，分别用于：

  • 撰写教材《玩转生成式人工智能地学应用》1万元
  • 完善实践应用平台1万元

2026年1月-6月

1万元，主要用于：

  • 搭建慕课平台1万元

生成式AI地学应用助手

欢迎使用课程AI助手，您可以咨询任何关于生成式AI或地学应用的问题。

您好！我是生成式AI地学应用助手，可以帮助您解答关于生成式人工智能在地球科学领域应用的相关问题。请问有什么可以帮您的吗？