生成式人工智能ChatGPT助推工程地质课程双语教学的探索与实践

［摘 要］2022年11月，生成式人工智能ChatGPT的发布引发了教育领域的广泛关注。ChatGPT因其具备自然语言理解能力与多维感观文本、图片、视频等素材生成能力，深刻影响着当前高等教育教学方式。文章以土木工程学科工程地质课程双语教学为目标，从专业英语学习、教学内容情景模拟、学习指导等方面展示ChatGPT的教育应用潜能，并通过教学案例分析验证ChatGPT在工程地质课程双语教学方面的优势，揭示了以ChatGPT为代表的生成式人工智能在教与学当中带来的巨大变革以及所面临的局限。

［关键词］ChatGPT；工程地质课程；双语教学；教育应用

［中图分类号］ G642 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）23-0097-04

随着国际交流合作的日益加深与我国“一带一路”建设的持续推进，高等教育双语化进程成为培养新型国际化人才的关键[1]。工程地质作为土木工程学科中一门重要的专业基础课程，主要涉及地质构造基础概念、岩土体物理力学特性、工程地质勘查方法以及不良地质现象对各类工程影响等方面的学科知识，是从事土木工程设计与施工不可或缺的前置基础[2]。因此，开展工程地质课程双语建设对培养具有宽广国际视野的土木工程师，服务于国家“一带一路”长远建设具有十分重要的意义。

工程地质课程双语教学实践经验表明，由于部分学生不具备听说读写所需的英语专业基础词汇量，大量生僻难懂的英文专业术语大大降低了其课堂知识吸收的效率与积极性，但如果在双语教学当中花费大量时间和精力教授学生英文专业术语的理解与表达，又往往难以在有限的课时内帮助学生掌握、理解专业知识，偏离实际教学目标[3-4]。此外，工程地质课程知识体系是多学科交叉融合，概念宽泛复杂，如果脱离实际地质环境与感官体验（视觉、听觉、触觉等）进行教学，就难以让学生深刻理解地质构造概念和工程地质现象，这进一步加大了工程地质课程双语教学的难度。因此，如何调动工程地质课程双语教学过程中学生学习的积极性，加强学生地质环境实际感观体验与专业英语表述能力，成为提高工程地质双语课程教学质量的关键难题。

2022年11月，生成式人工智能ChatGPT正式发布，其在自动生成用户所需文本、图像、视频、音频等多维感官识别内容方面展现了卓越性能，从而引发了教育领域的广泛关注与讨论[5]。一些学者[6]认为将ChatGPT作为一种教学辅助工具，可以极大发挥教师与学生的创造力，其提供的个性化智能辅导将改善教师的教学模式以及加强学生的自主学习能力。因此，本文以ChatGPT为主要研究对象，利用其三项核心能力（启发式内容生成能力、对话情景理解能力、序列任务执行能力）探讨在工程地质课程双语教学中的教育应用潜力。

一、生成式人工智能ChatGPT在工程地质课程双语教学中的应用能力

生成式人工智能ChatGPT的问世标志着人类文明已经进入了人工智能的“快车道”，并进一步加快了全球“数字教育”的建设。其中，基于Transformer模型架构以及强化学习、指示微调、思维链等技术的合理运用，ChatGPT在情景理解与内容生成方面显示出了较为突出的能力，尤其是在教育应用方面，主要具有以下三项核心能力。

（一） 启发性内容生成能力

ChatGPT能够基于既定教学目标生成专业英语词库、工程分析案例、文献调研结果等教育资源。这些富有启发性和创意性的内容不仅能够成为学生学习联想的素材，也能够在思维广度上给学生带来启发。

针对工程地质课程双语教学目标，ChatGPT可以依据教学大纲内容生成相应的专业英语词汇库，辅助学生进行专业术语英文单词的学习。例如，在工程地质矿物物理力学性质教学设计中，教师可以输入某种具体矿物种类，利用ChatGPT生成颜色、光泽、硬度等专业英语词汇，并通过不同矿物的积累形成专业英语词库，助力学生进行工程地质课程的双语学习，提高学生英文学习能力。此外，ChatGPT能够基于学生提问的工程地质现象生成案例分析双语范文或启发式思路提示，为学生提供开阔的工程地质知识补充，从而以人机协同方式辅助学生学习。例如，ChatGPT可以从地质作用、地质条件等方面生成中英文案例揭示正、逆、平移等断层的形成原因以及对应的异同点，并引用前沿科学文献术语解释不同断层构造对工程建设的影响与防治措施，为学生提供开阔创新的学习思路。

（二）对话情景理解能力

ChatGPT能够在与教师和学生的多轮问答中掌握上、下文信息，进行语义理解与合理推断，捕捉教师和学生提出问题的关键与意图，生成符合逻辑的连贯性回复，并能够结合相应辅助设计软件生成多维感官体验回复，包括图片、音频、视频等辅助模态数据，为教师和学生带来良好的交互感官体验，提高教师的教学效率与学生学习的积极性。

针对工程地质课程教学内容，ChatGPT能够结合markdown、Maxproxy等辅助软件调用生成相应的多维感官教学素材，具体包括地质现象图片、地质灾害视频等，辅助教师设计具有创新性的教学活动；例如，ChatGPT可以根据师生对喀斯特地貌的描述自主搜索现实生活中相应的喀斯特地质现象案例，并结合markdown软件调用具体现实图片进行地质现象分析，从而加深学生对工程地质课程内容的理解。此外，ChatGPT与Maxproxy软件可以结合使用，自动生成相关地质灾害的视频。例如，师生可以根据对地震液化现象的教学需求，调用Maxproxy从网站上下载地震液化案例的相关图像和视频素材，然后再使用ChatGPT编写脚本自动将这些素材合成为一个完整的视频，并插入教师的现场讲解，使学生能够身临其境地感触地震液化现象的产生与危害。

（三）序列任务执行能力

ChatGPT能够基于教学大纲内容，理解课程内容与课时分配间的逻辑关系，逐层分析不同课程内容在教学当中的比重，完成基于不同考查目标的测试题目的布置，并能够根据学生课后习题反馈生成相应的辅助习题并讲解解题思路，循序渐进地加深学生对课堂知识的理解。

针对工程地质课堂内容测试目标，ChatGPT能够根据测试范围、考查目标、题目类型、英文词汇量等命题要求，自动生成多种备选测试题目并给出详细的解题步骤。例如，在工程地质考试命题中，ChatGPT能够根据不同题型的分值比例，按照教学大纲内容比重合理安排不同题型中各章节知识点的分布，精准全面覆盖工程地质课程教学内容，并可以根据教师要求自动调整卷面难度以及英文词汇量，从而达到智能灵活命题的要求。此外，ChatGPT还能够根据学生课后习题的反馈情况，总结学生课堂知识薄弱点，从而辅助教师对学生这方面课后习题进行锻炼。例如，围绕河流侵蚀、搬运与沉积作用相关知识点，学生难以把握紊流的计算，ChatGPT可以根据课后习题反馈针对不同学生的易错点，生成不同的习题解析过程，加强学生对这方面知识点的掌握与运用。

二、生成式人工智能ChatGPT在工程地质双语课程教学中的应用论证

本研究从工程地质课程双语教与学两个维度出发，分别选取专业英语词库生成、课堂知识点图片展示以及辅助批阅试题三个具体教育应用场景，对ChatGPT（2023年3月发布的GPT-4）在工程地质课程双语教学中的应用进行论证。

（一）专业英语词库生成

当师生给出具体矿物种类后，ChatGPT可以自动生成其物理性质的中英文描述文本，且能够根据师生需求统计总结英文文本中的专业英语词汇。例如，教师通过对石膏物理性质的提问，让ChatGPT生成中英文对照的描述文本，辅助进行工程地质课程双语的教学。再通过ChatGPT积累总结石膏物理性质描述中的专业英文词汇，生成学生课后巩固和复习的英文词库（见表1）。经过多轮测试，只要不断输入工程地质课程知识点相关的中英文问题，ChatGPT便能够不断积累工程地质教学当中的专业英语词汇，形成适用于工程地质双语教学的专业英语词库，提高学生双语学习能力与效率。笔者通过多轮测试验证了ChatGPT已经初步具备辅助双语教学的应用能力。

（二）图片展示

当学生对地质构造的内容难以理解时，教师可以利用ChatGPT生成相应的图片进行展示，还可以让ChatGPT识别图片内容进行相应知识点的描述。例如，根据断层地质构造的描述，采用ChatGPT生成对应的Unsplash图片链接，并调用markdown进行现实断层图片展示。在此基础上，结合图片识别内容利用ChatGPT对断层地质构造进行描述，从多维感官加强学生对地质构造的认识与理解（见表2）。经过多轮测试，笔者发现图片展示的正确性取决于对问题描述的详细程度，越详细的描述越能够增加图片匹配度，也可以在生成图片之前多设置几道关于断层地质构造知识点的问题，ChatGPT可以根据上、下文语境结合问题描述调用正确图片。通过以上试验，本研究可以初步验证ChatGPT已经具备较好的辅助教学功能，所生成的图片具有一定准确性，图片描述逻辑清晰，且能够抓住关键知识点。不过值得注意的是，对于较复杂的情景图片展示，ChatGPT识别与反馈能力还有待提高。

（三）辅助批阅

教师不仅可以根据教学目的利用ChatGPT生成不同知识点对应的习题，还可以让ChatGPT自主识别与判断学生习题反馈的正误，并给出具体修正意见，加深学生对解题思路与计算方法的理解，最终达成辅助批阅的基本任务。在生成的辅助批阅文本中，ChatGPT首先给出正确与否的判断，然后从语法与内容方面给出学生习题作答错误的原因，并给出合理的解题思路与正确答案。通过ChatGPT的辅助批阅，学生可以很好地认识到自己英文写作中的拼写与语法错误习惯，并得到及时纠正，从而提高学生对工程地质课程双语学习的能力（见表3）。此外，教师可以根据ChatGPT给出的习题答案与自我分析得到的习题答案进行对比验证，有助于开阔教师教学思路，从多个角度给学生讲解工程地质课程的知识点。笔者通过多轮测试验证了ChatGPT能够持续输出类似的辅助批阅结果，具备习题解答正误判断与错因分析等基本功能，展示了其具有较高的教育应用价值。

三、结语

以ChatGPT为代表的生成式人工智能所具备的情景对话能力与多维感观素材生成能力，在教育界得到了广泛应用。笔者成功将ChatGPT应用在土木工程学科工程地质课程双语教学当中，发展了双语教学、多维感观教学和课后辅助教学等多种智能教学模式，突破了传统工程地质课程双语教学需围绕书本进行大量记忆和练习的局限，提高了教师与学生在工程地质课程教与学当中分析与思考的能力，从而验证了生成式人工智能ChatGPT在高等教育体系中的巨大应用潜能。

近年来，部分专家悲观地认为教师终将被ChatGPT所取代[6]，但以工程地质课程双语教学为代表的ChatGPT应用测试表明，在人工智能驱动的数字化教学背景下，教学仍然离不开教师的个人教学能力，ChatGPT只是对教师教学能力的延展与开拓。面对ChatGPT对教育领域的革命性冲击，教师应该保持积极探索、开发的态度建立教育共生关系，同时也要高度重视人工智能在教育中潜在的安全与道德问题，辩证地发挥出ChatGPT在教育领域的潜在优势。

［ 参 考 文 献 ］

[1］ 张慎河，陈启辉，刘玉香，等.基于工程教育专业认证的土木工程地质实习教学探索与实践[J].高教学刊，2023，9（1）：127-130.

[2］ 柏青.水利类专业“工程地质”课程教学改革方案[J].教育教学论坛，2020（50）：344-345.

[3］ 张永杰，王桂尧，周德泉，等.工程地质课程双语教学实践探讨[J].高等建筑教育，2014，23（1）：94-98.

[4］ 李斌，李彦荣，夏庆霖，等.“双一流”建设中工程地质专业教育对标国际的若干思考[J].中国地质教育，2021，30（4）：56-61.

[5］ 焦建利.ChatGPT助推学校教育数字化转型：人工智能时代学什么与怎么教[J].中国远程教育，2023，43（4）：16-23.

[6］ 冯雨奂.ChatGPT在教育领域的应用价值、潜在伦理风险与治理路径[J].思想理论教育，2023（4）：26-32.

［责任编辑：雷 艳］