ChatGPT在表面活性劑化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：表面活性劑化學(xué)是研究那些能夠顯著改變界面性質(zhì)的分子或者離子的科學(xué)。在日常生活和工業(yè)領(lǐng)域，如洗滌劑、化妝品和石油回收中，表面活性劑的應(yīng)用無處不在。ChatGPT作為一種先進(jìn)的交互式AI，為表面活性劑化學(xué)的教學(xué)提供了新的機(jī)遇。通過交互式學(xué)習(xí)模式，ChatGPT能夠以對(duì)話的形式解釋復(fù)雜概念，并實(shí)時(shí)回答學(xué)生問題，提高學(xué)習(xí)效率。個(gè)性化教學(xué)使得AI能夠適應(yīng)不同學(xué)習(xí)者的進(jìn)度和風(fēng)格，并提供定制化的學(xué)習(xí)計(jì)劃。在增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，ChatGPT可以模擬實(shí)驗(yàn)操作并幫助學(xué)生分析和預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果。然而，這一教學(xué)模式也面臨準(zhǔn)確性、可靠性、教育者適應(yīng)性、學(xué)習(xí)者參與度以及數(shù)據(jù)隱私安全等挑戰(zhàn)。為確保AI技術(shù)的正確運(yùn)用，并使其輔助而非取代傳統(tǒng)教學(xué)，是實(shí)現(xiàn)AI在教育領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：表面活性劑化學(xué);交互式學(xué)習(xí);個(gè)性化教學(xué)

表面活性劑化學(xué)作為一個(gè)關(guān)鍵的科學(xué)領(lǐng)域，它的分子設(shè)計(jì)和應(yīng)用對(duì)于許多行業(yè)至關(guān)重要。隨著教育技術(shù)的發(fā)展，特別是人工智能的進(jìn)步，ChatGPT提供了獨(dú)特的機(jī)遇來革新傳統(tǒng)的表面活性劑化學(xué)教學(xué)方法。

1表面活性劑化學(xué)的定義與應(yīng)用領(lǐng)域

表面活性劑化學(xué)是研究表面活性劑分子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、合成、應(yīng)用及發(fā)展趨勢的學(xué)科。表面活性劑分子由于其結(jié)構(gòu)既含有親水（水溶性）又含有疏水（油溶性）成分，具有兩親性，可顯著地改變液體表/界面張力，已被廣泛地應(yīng)用于不同工業(yè)及家用領(lǐng)域。如用作洗滌劑、化妝品中的穩(wěn)定劑、醫(yī)藥領(lǐng)域的藥物輸送系統(tǒng)，以及用于食品工業(yè)的乳化劑、石油、塑料工業(yè)的分散劑或者增濕劑等［１］。另外，表面活性劑在農(nóng)業(yè)，環(huán)保及紡織工業(yè)方面也扮演著重要角色，它的作用機(jī)理及應(yīng)用效果受到了表面科學(xué)及材料科學(xué)等眾多學(xué)科的高度重視。

2ChatGPT在表面活性劑化學(xué)教學(xué)中的機(jī)遇

2.1引入交互式學(xué)習(xí)模式

2.1.1交互式學(xué)習(xí)模式中的對(duì)話式教學(xué)

ChatGPT在表面活性劑化學(xué)教學(xué)中引入的交互式學(xué)習(xí)模式，通過對(duì)話形式解釋復(fù)雜概念，為學(xué)生提供了一個(gè)更加直觀和個(gè)性化的學(xué)習(xí)途徑。這種方式使得抽象理論，如界面活性劑的吸附行為、膠束形成以及微乳液系統(tǒng)的穩(wěn)定性等變得更加易于理解［2］。學(xué)生可以通過提問來直接探究他們感興趣或不理解的概念，而ChatGPT則可以根據(jù)學(xué)生的具體需求，用易于理解的語言進(jìn)行解答，有助于構(gòu)建更深層次的知識(shí)理解和記憶。此外，這種互動(dòng)性強(qiáng)的學(xué)習(xí)方式還能激發(fā)學(xué)生的好奇心，鼓勵(lì)他們進(jìn)行更深入的探索和學(xué)習(xí)，從而提高整體的教學(xué)效果。

2.1.2實(shí)時(shí)答疑中的效率提升

ChatGPT實(shí)時(shí)答疑功能應(yīng)用于表面活性劑化學(xué)教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)效率明顯提高。學(xué)生不需要在傳統(tǒng)課堂教學(xué)中的互動(dòng)環(huán)節(jié)去解決自己的問題，可隨時(shí)在ChatGPT上提問和獲得反饋。這類即時(shí)回答可減少不理解、誤解的累積，幫助學(xué)生們保持一致的學(xué)習(xí)進(jìn)度，提高對(duì)知識(shí)的吸收率。實(shí)時(shí)答疑還支持學(xué)生們?cè)趯W(xué)習(xí)中養(yǎng)成獨(dú)立思考的習(xí)慣，并通過不斷地和ChatGPT進(jìn)行交互以驗(yàn)證想法，糾正錯(cuò)誤概念及深化表面活性劑化學(xué)重要原理及用途的認(rèn)識(shí)。這一學(xué)習(xí)方式對(duì)增強(qiáng)學(xué)術(shù)自信，掌握復(fù)雜的科學(xué)概念具有重要意義。

2.2個(gè)性化教學(xué)

2.2.1適應(yīng)性學(xué)習(xí)

ChatGPT在表面活性劑化學(xué)的個(gè)性化教學(xué)中能夠適應(yīng)不同學(xué)習(xí)者的進(jìn)度和風(fēng)格，這為每位學(xué)生提供了量身定制的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。由于學(xué)習(xí)者在知識(shí)水平、學(xué)習(xí)速度，以及接受信息方式等方面存在差異，ChatGPT可以通過智能分析每個(gè)學(xué)生的互動(dòng)反應(yīng)來調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和速度。例如對(duì)于能快速掌握新概念的學(xué)生，ChatGPT可以提供更深入和挑戰(zhàn)性的材料;而對(duì)于需要更多時(shí)間理解消化知識(shí)點(diǎn)的學(xué)生，則可以重復(fù)關(guān)鍵概念，并以不同的方式進(jìn)行講解加深理解，直到學(xué)生理解為止。這種個(gè)性化不僅提高了學(xué)習(xí)效率，還提高了學(xué)生的參與度和引導(dǎo)學(xué)生思考，有助于促進(jìn)自主學(xué)習(xí)和批判性思維能力的培養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

2.2.2定制化學(xué)習(xí)計(jì)劃

ChatGPT能夠針對(duì)表面活性劑化學(xué)學(xué)習(xí)者制定定制化的學(xué)習(xí)方案，該方案是根據(jù)學(xué)生特定的需要、目標(biāo)以及興趣進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過對(duì)學(xué)生初始知識(shí)水平、學(xué)習(xí)目標(biāo)和喜好進(jìn)行評(píng)價(jià)，ChatGPT可以開發(fā)一套個(gè)性化學(xué)習(xí)路線圖。該學(xué)習(xí)計(jì)劃既包括了必要的內(nèi)容，又兼顧了學(xué)習(xí)節(jié)奏與格調(diào)，保證了學(xué)生能按照自己的模式進(jìn)行高效地學(xué)習(xí)，如對(duì)有興趣從事實(shí)驗(yàn)室工作的學(xué)生來說，ChatGPT能提供更多的模擬場景及實(shí)驗(yàn)案例。

2.3增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

2.3.1模擬實(shí)驗(yàn)操作

ChatGPT能夠通過模擬實(shí)驗(yàn)操作，增強(qiáng)表面活性劑化學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在實(shí)驗(yàn)室條件受限或?qū)W生無法親自進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的情況下，ChatGPT可以創(chuàng)建虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，讓學(xué)生通過模擬進(jìn)行實(shí)驗(yàn)步驟的學(xué)習(xí)和練習(xí)。這種模擬不僅包括實(shí)驗(yàn)過程的演示，還允許學(xué)生在安全無風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)境中進(jìn)行試錯(cuò)，并從中學(xué)習(xí)。學(xué)生可以了解到不同的實(shí)驗(yàn)操作方式，例如表面活性劑在不同條件下的膠束形成或吸附層的構(gòu)建，并觀察理論與實(shí)踐之間的聯(lián)系。

2.3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與預(yù)測

ChatGPT對(duì)表面活性劑的化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果進(jìn)行分析和預(yù)測，還為教學(xué)增值。學(xué)生們做完實(shí)驗(yàn)之后，常常需要引導(dǎo)才能對(duì)數(shù)據(jù)做出正確的解讀并分析結(jié)果。ChatGPT能利用自身巨大的知識(shí)庫及分析能力來輔助學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如通過探究界面張力變化、膠束臨界濃度及溫度、pH等因素對(duì)表面活性劑特性的影響［3］。另外，ChatGPT可以指導(dǎo)學(xué)生如何基于已知數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)測，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果預(yù)測的認(rèn)識(shí)。

3ChatGPT在表面活性劑化學(xué)教學(xué)中的挑戰(zhàn)

3.1準(zhǔn)確性和可靠性

3.1.1信息準(zhǔn)確性

在表面活性劑化學(xué)教學(xué)中，ChatGPT面臨的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是確保提供的信息準(zhǔn)確無誤。表面活性劑化學(xué)作為一門基于精確數(shù)據(jù)和嚴(yán)格實(shí)驗(yàn)的學(xué)科，任何不準(zhǔn)確的信息都有可能導(dǎo)致學(xué)生對(duì)其基本概念產(chǎn)生誤解，甚至可能在實(shí)驗(yàn)過程中引發(fā)安全隱患。為迎接這一挑戰(zhàn)，ChatGPT有必要通過最新學(xué)術(shù)研究與實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)知識(shí)庫進(jìn)行持續(xù)更新。另外，還必須有很高的錯(cuò)誤檢測與修正機(jī)制、在提供數(shù)據(jù)過程中充分考慮上下文等因素才能保證學(xué)生所收到的每條數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。唯其如此，ChatGPT才有可能在表面活性劑化學(xué)領(lǐng)域作為一種可信的研究輔助手段。

3.1.2復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)理解

表面活性劑化學(xué)中所涉及的分子之間相互作用，膠束形成及相轉(zhuǎn)移現(xiàn)象都具有很高的復(fù)雜性，而且通常需要先進(jìn)的化學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合解釋。當(dāng)ChatGPT不能開展實(shí)際實(shí)驗(yàn)并觀測到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)，就不得不依靠它窮盡性的算法與數(shù)據(jù)庫去模擬上述復(fù)雜的過程［4］。另外，ChatGPT要求能理解和解釋化學(xué)合成反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)原理，而這往往是學(xué)生很難掌握的。要想攻克這一難題，ChatGPT除了要有較高水準(zhǔn)的技術(shù)與理論知識(shí)外，還要能將這些繁雜的概念用一種簡明易懂的形式傳遞給同學(xué)們。這就需要依靠ChatGPT自然語言處理及專業(yè)知識(shí)甄別。

3.2教育者與技術(shù)的適應(yīng)性

3.2.1教師對(duì)新技術(shù)的接受度

教師能否接受新技術(shù)，是執(zhí)行ChatGPT這種先進(jìn)工具進(jìn)行教學(xué)能否取得成功的關(guān)鍵。教師作為教育傳遞過程中的主體，其對(duì)新技術(shù)的態(tài)度、認(rèn)識(shí)與適應(yīng)能力，直接關(guān)系到課堂中技術(shù)應(yīng)用的成效。一些教師也許會(huì)對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方法采取保守的態(tài)度，也會(huì)對(duì)整合人工智能的新型教學(xué)工具抱有懷疑乃至抵觸的態(tài)度。所以，學(xué)校需要通過培訓(xùn)、教育等手段來提升其技術(shù)素養(yǎng)，從而保證其能將這些手段有效融入自身的教學(xué)實(shí)踐當(dāng)中。

3.2.2教育機(jī)構(gòu)的技術(shù)更新與維護(hù)

教育機(jī)構(gòu)的技術(shù)更新與維護(hù)是另一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)檫@些機(jī)構(gòu)需要定期投資于硬件和軟件的更新，以保持教學(xué)工具的現(xiàn)代化和有效性。尤其是在集成了像ChatGPT這樣的高級(jí)技術(shù)時(shí)，需要強(qiáng)大的計(jì)算能力和穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。此外，隨著技術(shù)的迅速發(fā)展，教育機(jī)構(gòu)必須投資于持續(xù)的職員培訓(xùn)，以確保所有用戶都能跟上技術(shù)更新的步伐。技術(shù)的維護(hù)和更新還涉及了預(yù)算規(guī)劃和資金分配，要求教育領(lǐng)導(dǎo)者有遠(yuǎn)見和策略性的規(guī)劃以適應(yīng)技術(shù)的快速發(fā)展。

3.3學(xué)習(xí)者互動(dòng)與參與度

3.3.1確保學(xué)習(xí)者的積極參與

確保學(xué)習(xí)者的積極參與是在線教學(xué)工具成功的重要因素。ChatGPT等工具雖然能提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，但若無法激發(fā)學(xué)生的參與感，教化效果仍會(huì)大打折扣。因此，進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)需要包含互動(dòng)性強(qiáng)的元素，如討論版、互動(dòng)測驗(yàn)和協(xié)作任務(wù)等，以促使學(xué)生積極參與。同時(shí)，ChatGPT可以通過提供及時(shí)反饋和個(gè)性化建議，幫助維持學(xué)生的參與度。教師也應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生提出問題并利用ChatGPT等工具來探索答案，以提升課堂的互動(dòng)性和學(xué)生的參與感。

3.3.2避免過度依賴技術(shù)導(dǎo)致的學(xué)習(xí)動(dòng)力下降

在運(yùn)用ChatGPT這種技術(shù)工具的同時(shí)，也要注意盡量避免學(xué)生對(duì)技術(shù)的過分依賴而影響其自主學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。應(yīng)該把技術(shù)工具看作是一種輔助學(xué)習(xí)而不是徹底取代傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方法。教師要保證學(xué)生對(duì)技術(shù)輔助作用的理解，鼓勵(lì)學(xué)生培養(yǎng)自主解決問題的意識(shí)。與此同時(shí)，教育者需要精心設(shè)計(jì)課程，讓學(xué)生不需要輔助技術(shù)也可以完成學(xué)習(xí)任務(wù)，從而發(fā)展其批判性思維與問題解決能力。這既可以避免學(xué)生過分依賴輔助技術(shù)，又有利于引導(dǎo)學(xué)生思考和探索。

3.4數(shù)據(jù)隱私與安全性

3.4.1保護(hù)學(xué)習(xí)者的個(gè)人數(shù)據(jù)

在使用ChatGPT等教學(xué)輔助工具時(shí)，保護(hù)學(xué)習(xí)者的個(gè)人數(shù)據(jù)至關(guān)重要。隨著技術(shù)的集成，學(xué)生的數(shù)據(jù)，包括他們的學(xué)習(xí)習(xí)慣、成績記錄以及個(gè)人信息，都可能被電子化管理。必須確保這些信息得到充分保護(hù)，以遵守?cái)?shù)據(jù)隱私法規(guī)并維護(hù)學(xué)生的信任。這要求教育機(jī)構(gòu)和技術(shù)提供商實(shí)施嚴(yán)格的數(shù)據(jù)安全措施，比如加密傳輸、訪問控制和定期安全審計(jì)。同時(shí)，也要對(duì)學(xué)生進(jìn)行隱私保護(hù)教育，讓他們了解個(gè)人數(shù)據(jù)的重要性，并掌握保護(hù)自己信息的基本方法。教師和教育工作者同樣需要接受培訓(xùn)，以便在處理學(xué)生數(shù)據(jù)時(shí)采取正確的操作，確保數(shù)據(jù)的安全性和隱私性。

3.4.2防止數(shù)據(jù)泄露和不當(dāng)使用

防止學(xué)習(xí)者數(shù)據(jù)泄露和不當(dāng)使用是數(shù)字時(shí)代教育領(lǐng)域面臨的一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)。隨著教育活動(dòng)日益數(shù)字化，學(xué)生的敏感信息更容易受到網(wǎng)絡(luò)攻擊和不當(dāng)操作的威脅。教育機(jī)構(gòu)必須采取多層次的安全措施來防止數(shù)據(jù)泄露，包括但不限于使用防火墻、安全協(xié)議和入侵檢測系統(tǒng)來保護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全，實(shí)施數(shù)據(jù)加密來保護(hù)存儲(chǔ)和傳輸中的數(shù)據(jù)，以及定期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行安全檢查和更新。除了技術(shù)措施外，教育機(jī)構(gòu)還應(yīng)制定嚴(yán)格的數(shù)據(jù)管理政策，并對(duì)所有可能接觸到學(xué)生數(shù)據(jù)的員工和合作伙伴進(jìn)行必要的安全培訓(xùn)，以確保意識(shí)到數(shù)據(jù)安全的重要性，并在日常操作中遵循最佳實(shí)踐。

4結(jié)語

在表面活性劑化學(xué)教學(xué)中，ChatGPT的應(yīng)用開創(chuàng)了高效、互動(dòng)和個(gè)性化的教育新模式。盡管面臨準(zhǔn)確性、可靠性、適應(yīng)性、參與度及數(shù)據(jù)安全等挑戰(zhàn)，但通過技術(shù)完善和教育實(shí)踐可逐步解決。為了實(shí)現(xiàn)ChatGPT在表面活性劑化學(xué)教學(xué)中的最大化效用，教育者、學(xué)生和技術(shù)提供者需齊心協(xié)力，確保技術(shù)有效整合，教育資源安全公正。人工智能并非取代教師，而是助力學(xué)生增強(qiáng)體驗(yàn)、激發(fā)創(chuàng)造力與批判性思維。

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作者簡介：陶惟一，女，漢，江蘇南京人，講師，博士，研究方向：生物表面活性劑。