生成式人工智能在巖體力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用與挑戰(zhàn)

摘 要 文章深入探討了生成式人工智能（AIGC）技術(shù)在巖體力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，及其帶來的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。AIGC技術(shù)通過生成高質(zhì)量的教學(xué)內(nèi)容，有助于解決巖體力學(xué)教學(xué)中理論與實(shí)踐脫節(jié)、資源有限和學(xué)生參與度不足等問題，從而提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。AIGC技術(shù)還可以豐富教學(xué)手段，如虛擬仿真、個性化學(xué)習(xí)資料和教學(xué)互動。盡管還存在技術(shù)集成、教學(xué)倫理和學(xué)術(shù)誠信等方面的問題，但通過教師的技術(shù)培訓(xùn)、教學(xué)方法創(chuàng)新和學(xué)生學(xué)習(xí)策略的培養(yǎng)，可以有效應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。因此，合理利用AIGC技術(shù)有利于推動巖體力學(xué)教學(xué)改革，培養(yǎng)適應(yīng)未來工程技術(shù)挑戰(zhàn)的專業(yè)人才。

關(guān)鍵詞 生成式人工智能；巖體力學(xué)；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法；評價(jià)體系

中圖分類號：G424 " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.22.037

Application and Challenges of Artificial Intelligence Generated Content

in Rock Mass Mechanics Teaching

ZHANG Bo， QIN Xiaohui， XU Chaohua

（School of Civil Engineering and Architecture， Guizhou Minzu University， Guiyang， Guizhou 550025）

Abstract This article delves into the application of Artificial Intelligence Generated Content in Rock Mass Mechanics， along with the challenges and opportunities. AIGC technology， by generating high-quality teaching content， helps address issues such as the gap between theory and practice， limited resources， and insufficient student engagement in teaching， thereby improving teaching quality and students' comprehensive practical abilities. AIGC technology can also enrich teaching methods， such as virtual simulation， personalized learning materials， and teaching interaction. Although there are still issues such as technological integration， teaching ethics， and academic integrity， these challenges can be effectively addressed through teacher training in technology， innovative teaching methods， and cultivating students' learning strategies. Therefore， the reasonable utilization of AIGC technology will facilitate the reform of rock mass mechanics teaching and cultivate professional talents capable of meeting future engineering challenges.

Keywords artificial intelligence generated content; rock mass mechanics; teaching content; teaching method; evaluation system

隨著人工智能技術(shù)的迅猛發(fā)展，生成式人工智能（Artificial Intelligence Generated Content，AIGC）技術(shù)正逐步在教育領(lǐng)域發(fā)揮重要作用[1-2]。AIGC技術(shù)的核心優(yōu)勢在于其通過先進(jìn)的算法和模型，自動生成高質(zhì)量的文本、圖像、音頻等教學(xué)內(nèi)容，為傳統(tǒng)教育模式帶來創(chuàng)新性的變革[3-4]。巖體力學(xué)作為高校土木工程、地質(zhì)工程、礦業(yè)工程和水利水電工程等專業(yè)的核心課程，承擔(dān)著培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜巖石工程問題能力的重要使命[5-6]。然而，巖體力學(xué)教學(xué)面臨著諸多挑戰(zhàn)，如理論與實(shí)踐脫節(jié)、教學(xué)資源有限、學(xué)生參與度不足等問題，這些問題限制了本課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生綜合能力的提升[7]。

在這種情況下，AIGC技術(shù)的應(yīng)用被視為一種潛在的解決方案，它不僅能夠豐富教學(xué)內(nèi)容和提高教學(xué)互動性，還能夠?yàn)閷W(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，從而促進(jìn)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)和思維創(chuàng)新。本文通過分析AIGC技術(shù)在巖體力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，旨在探討其在巖體力學(xué)教學(xué)改革中的角色。分析該技術(shù)如何滿足當(dāng)前教學(xué)的需求，為教學(xué)改革提供新的思路和方法，并進(jìn)一步推動巖體力學(xué)教育的發(fā)展，培養(yǎng)能夠適應(yīng)未來工程技術(shù)挑戰(zhàn)的專業(yè)人才。

1" 巖體力學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀

巖體力學(xué)作為地質(zhì)工程和土木工程領(lǐng)域的基礎(chǔ)學(xué)科，對于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和解決復(fù)雜問題的能力具有重要作用。然而，當(dāng)前巖體力學(xué)課程教學(xué)中存在一些亟待解決的問題，主要體現(xiàn)在教師的教學(xué)方法與內(nèi)容、教學(xué)資源與評估體系等方面[8]。

首先，傳統(tǒng)的教學(xué)方法多以課堂講授為主，輔以教科書和PPT展示，這種方式在傳遞理論知識方面發(fā)揮了一定作用。但是，巖體力學(xué)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，要求學(xué)生不僅要理解巖石和巖體的物理力學(xué)性質(zhì)，還要能夠?qū)⑦@些知識應(yīng)用于實(shí)際的巖土工程問題中，如邊坡工程、地下工程和基礎(chǔ)工程。教師在講解地應(yīng)力分布、巖體穩(wěn)定性分析等概念時(shí)，往往缺乏直觀的演示和實(shí)際操作的機(jī)會，導(dǎo)致學(xué)生難以將抽象的理論知識與實(shí)際工程相結(jié)合。此外，教師在備課時(shí)也面臨著資料更新不及時(shí)、缺乏多樣化教學(xué)案例等問題，限制了教學(xué)質(zhì)量的提升[9]。

從學(xué)生的角度來看，學(xué)習(xí)體驗(yàn)與參與度的不足是當(dāng)前教學(xué)模式中一個顯著的問題[10]。學(xué)生在學(xué)習(xí)巖體力學(xué)時(shí)，往往是被動接受知識，缺乏足夠的實(shí)踐機(jī)會來鞏固和深化理論。例如，在學(xué)習(xí)巖石的分類和性質(zhì)時(shí)，學(xué)生可能只能通過圖片和文字描述來了解，而無法通過觀察實(shí)際的巖石樣本或參與實(shí)驗(yàn)來增強(qiáng)理解。這種情況導(dǎo)致學(xué)生對課程的興趣不高，學(xué)習(xí)動力不足，影響了學(xué)習(xí)效果。

教學(xué)資源不足也是一個普遍存在的問題。許多高校的實(shí)驗(yàn)室設(shè)施陳舊，無法提供足夠的實(shí)驗(yàn)設(shè)備供學(xué)生進(jìn)行巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)[11]。此外，由于缺乏資金和技術(shù)支持，更新實(shí)驗(yàn)設(shè)備和開發(fā)新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目存在困難。在案例教學(xué)方面，雖然一些教師嘗試引入工程案例來豐富教學(xué)內(nèi)容，但由于案例的獲取和整理需要大量的時(shí)間和精力，這些努力往往難以持續(xù)。

評價(jià)體系的單一性和不完整性同樣影響了巖體力學(xué)的教學(xué)效果[12]。目前，對學(xué)生的評價(jià)主要依賴期末考試成績和平時(shí)作業(yè)，這種評價(jià)方式忽視了學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)和進(jìn)步。學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新思維和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等軟技能的評價(jià)往往缺乏有效的手段和標(biāo)準(zhǔn)。此外，由于評價(jià)體系不完善，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中缺乏及時(shí)的反饋和指導(dǎo)，難以自我調(diào)整和改進(jìn)學(xué)習(xí)方法。

2" AIGC技術(shù)在巖體力學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用

在巖體力學(xué)的教學(xué)過程中，AIGC技術(shù)為課程內(nèi)容的呈現(xiàn)、教案的優(yōu)化，以及教學(xué)互動方式帶來了創(chuàng)新性的變革。AIGC技術(shù)可以將教學(xué)內(nèi)容更加生動、直觀地展現(xiàn)出來，同時(shí)提供個性化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，從而提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效果。

在教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新方面，AIGC技術(shù)的應(yīng)用極大地豐富了教學(xué)手段。例如，通過虛擬仿真技術(shù)，學(xué)生可以在計(jì)算機(jī)上模擬巖石的力學(xué)行為，觀察不同地質(zhì)環(huán)境下巖體的應(yīng)力分布和變形情況。這種模擬實(shí)驗(yàn)不僅經(jīng)濟(jì)實(shí)用，而且還可以在較為安全的情況下探索復(fù)雜的巖體力學(xué)問題。此外，AIGC技術(shù)還可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和理解能力生成個性化的學(xué)習(xí)資料。教師可以利用AIGC工具為不同水平的學(xué)生定制適宜的學(xué)習(xí)資源，如針對初學(xué)者提供基礎(chǔ)知識講解，而對高階學(xué)生提供更深入的案例分析和研究問題。

在教案的檢查與優(yōu)化方面，AIGC技術(shù)表現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢。教師可以利用AIGC工具對教案進(jìn)行勘誤，確保教學(xué)內(nèi)容的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。同時(shí)，AIGC技術(shù)還能夠分析學(xué)生的語言習(xí)慣和學(xué)習(xí)偏好，幫助教師調(diào)整教案表述，使其更符合學(xué)生的理解和接受方式。例如，對于巖體力學(xué)中應(yīng)力、應(yīng)變和單元等微觀尺度的概念，AIGC技術(shù)可以將其轉(zhuǎn)化為更通俗易懂的語言，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和課程的吸引力。

在教學(xué)互動與學(xué)習(xí)體驗(yàn)的提升方面，AIGC智能輔導(dǎo)系統(tǒng)的引入可以為學(xué)生提供24小時(shí)的學(xué)習(xí)支持。比如學(xué)生在學(xué)習(xí)巖體結(jié)構(gòu)和巖體工程分級等問題時(shí)，可以通過智能輔導(dǎo)系統(tǒng)自動根據(jù)圖片獲得劃分結(jié)果，并獲得及時(shí)的解答和指導(dǎo)。這不僅提高了學(xué)習(xí)效率，也增強(qiáng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。協(xié)作學(xué)習(xí)平臺的構(gòu)建為學(xué)生提供了交流和合作的機(jī)會。通過在線討論、共享資源和協(xié)同完成任務(wù)，學(xué)生可以在團(tuán)隊(duì)合作中提升自己的溝通能力和協(xié)作能力，這對于巖體力學(xué)這樣一門實(shí)踐性強(qiáng)的課程來說尤為重要。

3" AIGC在巖體力學(xué)教學(xué)改革中面臨的挑戰(zhàn)及其對策

隨著AIGC技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸深入，巖體力學(xué)的教學(xué)改革同樣面臨著一系列挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)不僅涉及技術(shù)層面的集成問題，還包括教學(xué)倫理與學(xué)術(shù)誠信等更為復(fù)雜的問題。首先，在技術(shù)應(yīng)用方面，盡管AIGC技術(shù)為巖體力學(xué)的課程教學(xué)提供了新的可能性，但其與現(xiàn)有教學(xué)體系的集成并非易事。技術(shù)集成的困難主要表現(xiàn)在如何將AIGC工具無縫融入課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)?zāi)M和作業(yè)評估等多個環(huán)節(jié)。例如，教師需要熟悉AIGC工具，才能進(jìn)行巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)、工程巖體分級、巖質(zhì)邊坡漸進(jìn)破壞等操作，以便在課堂上有效地利用這些工具來輔助教學(xué)。同時(shí)，學(xué)校需要提供相應(yīng)的技術(shù)支持和基礎(chǔ)設(shè)施，確保學(xué)生能夠在實(shí)驗(yàn)室和學(xué)習(xí)環(huán)境中順利使用AIGC技術(shù)。此外，隨著學(xué)生越來越依賴AIGC技術(shù)來完成作業(yè)和論文，如何確保學(xué)術(shù)誠信成為一個亟待解決的問題。學(xué)生可能會直接使用AIGC生成的內(nèi)容而未經(jīng)充分理解和消化，這不僅違背了學(xué)習(xí)的本意，也可能導(dǎo)致學(xué)術(shù)不端行為的發(fā)生。

針對這些挑戰(zhàn)，教師需要采取一系列對策。首先，技術(shù)培訓(xùn)與教學(xué)法創(chuàng)新是關(guān)鍵。教師應(yīng)定期參加有關(guān)AIGC技術(shù)的培訓(xùn)課程，以便更好地理解和運(yùn)用這些工具。同時(shí)，教師需要創(chuàng)新教學(xué)方法，將AIGC技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，創(chuàng)造出更加豐富和互動的教學(xué)環(huán)境。其次，教學(xué)內(nèi)容與方法的適應(yīng)性調(diào)整也至關(guān)重要。教師應(yīng)根據(jù)AIGC技術(shù)的特點(diǎn)，調(diào)整教學(xué)大綱和課程設(shè)計(jì)，確保教學(xué)內(nèi)容的實(shí)時(shí)更新與學(xué)生需求緊密結(jié)合。在實(shí)際操作中，教師可以設(shè)計(jì)以問題為中心的項(xiàng)目和任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用AIGC技術(shù)進(jìn)行研究和學(xué)習(xí)。同時(shí)，教師應(yīng)明確告知學(xué)生，AIGC技術(shù)僅是學(xué)習(xí)和研究過程中的一個輔助工具，真正的學(xué)術(shù)成就來自個人的努力和創(chuàng)造性工作。通過這樣的教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生不僅能夠提升學(xué)習(xí)效率，還能夠在遵守學(xué)術(shù)誠信的前提下，充分利用AIGC技術(shù)的優(yōu)勢，促進(jìn)自身的全面發(fā)展。

對于學(xué)生而言，培養(yǎng)正確的學(xué)習(xí)策略和技能是應(yīng)對AIGC技術(shù)挑戰(zhàn)的關(guān)鍵。學(xué)生需要學(xué)會如何有效地利用AIGC技術(shù)來輔助學(xué)習(xí)，而不是完全依賴它。這包括學(xué)會如何鑒別AIGC生成內(nèi)容的準(zhǔn)確性和可靠性，以及如何將這些內(nèi)容與自己的理解和分析相結(jié)合。此外，批判性思維和創(chuàng)新能力的激發(fā)對于學(xué)生來說同樣重要。教師應(yīng)鼓勵學(xué)生提出問題、進(jìn)行獨(dú)立思考，并在AIGC技術(shù)的幫助下，探索新的解決方案和創(chuàng)新思路。

4" 結(jié)語

綜上所述，巖體力學(xué)教學(xué)在傳統(tǒng)教學(xué)模式下面臨著諸多困境，包括教學(xué)方法單一、教學(xué)資源匱乏、評價(jià)體系不完善等問題，這些問題限制了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，影響了教學(xué)效果。而AIGC技術(shù)的興起為巖體力學(xué)教學(xué)改革注入了新的活力，它通過提供豐富的教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新的教學(xué)手段和個性化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，極大地拓展了教學(xué)場景。AIGC技術(shù)不僅能夠輔助教師創(chuàng)新教學(xué)方法，優(yōu)化教案內(nèi)容，還能通過智能輔導(dǎo)系統(tǒng)和協(xié)作學(xué)習(xí)平臺提升教學(xué)的互動性。

在AIGC技術(shù)的支持下，巖體力學(xué)的教學(xué)改革將進(jìn)入一個新的階段。通過合理利用這項(xiàng)技術(shù)，有望培養(yǎng)出更多具有創(chuàng)新能力和實(shí)踐技能的工程人才。同時(shí)，教師也需要不斷更新自身的知識體系，解決伴隨技術(shù)應(yīng)用而來的新問題，確保AIGC技術(shù)能夠在巖體力學(xué)教學(xué)中發(fā)揮最大的作用。未來，在AIGC技術(shù)的助力下，巖體力學(xué)教學(xué)會實(shí)現(xiàn)更為顯著的革新，為學(xué)生提供更加豐富、高效和有意義的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳芳，陳嬡琳.AIGC背景下新文科人才培養(yǎng)探究——基于ChatGPT的分析[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2024（3）：52-55.

[2] 李悅萱.AIGC技術(shù)在人工智能教學(xué)中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)，2023，52（10）：108-109.

[3] 馮鳴陽，曹蕊，陳慶軍.AIGC沖擊下藝術(shù)設(shè)計(jì)教育的變革與重構(gòu)：機(jī)遇、范式與應(yīng)對[J].工業(yè)工程設(shè)計(jì)，2023，5（4）：47-58.

[4] 孟凡麗，馬翔，王建虎.AIGC視域下的虛擬教研室：概念特征、運(yùn)行要素與建設(shè)進(jìn)路[J].2023（4）：14-21.

[5] 吳順川，李利平，張曉平.巖石力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2021.

[6] 劉佑榮，唐輝明.巖體力學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[7] 唐勁舟，楊科，段敏克.數(shù)值模擬軟件在巖石力學(xué)教學(xué)過程中的運(yùn)用——以顆粒流程序?yàn)槔齕J].科教導(dǎo)刊，2023（14）：46-48.

[8] 臧明東，楊國香，王飛永.巖體力學(xué)課程思政教學(xué)設(shè)計(jì)[J].科教導(dǎo)刊，2022（14）：114-116.

[9] 陳軍濤，方志，常西坤，等.線上線下+項(xiàng)目牽引的“巖體力學(xué)”教學(xué)分析[J].教育教學(xué)論壇，2021（37）：125-128.

[10] 邱燕，劉偉，唐勇.新工科背景下的“巖體力學(xué)與工程”課程教學(xué)改革[J].西部素質(zhì)教育，2022，8（2）：4-6.

[11] 馬振乾，周浪，左少杰，等.“巖石力學(xué)與工程”教學(xué)初步探索[J].教育教學(xué)論壇，2023（19）：121-124.

[12] 張敏，代樹林，徐燕，等.新工科背景下基于OBE理念的巖體力學(xué)課程改革研究[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2024（427）：78-80.