8.11 ChatGPT教育和研究：机会、威胁和战略
<p>ChatGPT for Education and Research: Opportunities, Threats,
and Strategies
ChatGPT教育和研究：机会、威胁和战略</p>
<p>研究目的：
本研究从学生和教育工作者的角度探讨了ChatGPT对整体教育带来的潜在机遇和威胁，并且探讨了ChatGPT如何帮助学生提高编程技能。</p>
<p>文章脉络：
1 引言
ChatGPT是由OpenAI开发的NLP模型，并于2022年11月推出。ChatGPT是一个突破性的LLM，可以生成文本并保持类似人类的对话风格。为了避免有害和不真实的输出，ChatGPT决定使用三种不同的策略：（1）监督微调，（2）奖励建模，（3）强化学习。该过程首先收集用于通过监督学习微调GPT-3的贴标机演示数据集。接下来，使用模型输出排名的数据集来进一步通过来自人类反馈的强化学习来微调监督模型。最后，生成的模型称为InstructGPT。与其他基于AI的语言模型不同，ChatGPT在与用户的实时对话中生成并呈现全新的内容。在ChatGPT取得进展的同时，人们也考虑到了它潜在的威胁。然而更重要的是要合理地评估情况，并在ChatGPT等工具的存在下制定合适的未来教育计划。
ChatGPT与其他LLM的区别在于其一些特殊特征，如可访问性，个性化，会话格式和成本效益。ChatGPT最近才推出，在教育领域也是一项相对较新的技术。据作者所知，没有研究对学生和教师进行了全面的调查，以了解ChatGPT如何支持编程学习和教学，以及解决ChatGPT在教育、研究，特别是编程教育方面的机会、威胁和策略。
在这项研究中，我们探讨了在教育和研究中使用ChatGPT的机遇，挑战和策略，并确定了潜在威胁的策略。为了证明ChatGPT在编程支持方面的有效性，我们进行了与编码相关的实验，对学生和教师进行全面调查。
2 相关文献
Muneer提出了AI和NLP提高学习成绩的潜力。Dowling及其合作者发现ChatGPT对他们的金融研究有好处。Rudolph等人讨论了在教育中使用ChatGPT的机遇和挑战。Frieder等人测试了ChatGPT在GHOSTS和手工数据集上的数学能力。Kung等人评估了ChatGPT在美国医师执照考试中的表现。他们的实验结果表明，ChatGPT在所有三项考试中的表现接近或接近最低要求，尽管没有得到任何具体的指导或支持。Gilson等人调查了ChatGPT在医疗许可考试中的表现。
计算机编程是一项复杂的任务，需要正确的逻辑和语法实现。Alphacode 是一种最先进的LLM，专门为支持竞争级别的编程而开发和培训。ChatGPT是一个更通用的会话引擎，而Alphacode更专门用于编程，尽管这两个系统使用“几乎相同的架构”。Jalil等人研究了ChatGPT在解决软件测试课程问题中的性能。
Malinka和合作者研究了ChatGPT对高等（大学）教育的影响，特别是与计算机编程相关的科目。实验结果表明，ChatGPT可以成功地生成数值问题的程序代码，但在解决问题时存在局限性和挑战性。此外，ChatGPT最近已被应用于不同领域的任务，如软件工程，医学教育，数据增强，第五次工业革命，代码生成，智能车辆和解决AI任务。
一些使用ChatGPT的研究：
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3 ChatGPT的机会
本节从学习者，教育工作者和研究人员的角度介绍了ChatGPT在教育和研究方面的前景和机会。
3.1 学习机会
（1）ChatGPT模型可以针对给定的问题创建解释和分步解决方案。
（2）ChatGPT可以通过在讨论过程中为学习者提供个性化指导，进行小组讨论和辩论。
（3）ChatGPT可以通过提供语音转文本和文本转语音等服务来支持残疾学习者。
（4）学习者可以与ChatGPT争论给定的解释，解决方案和其他建议。
ChatGPT用于技术教育的功能：
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（a)是一个主体的概念示例和解释，（b）是数学问题的解决方案。
3.2 教育工作者的机会
（1）课程规划：ChatGPT提供特定主题的插图，活动和练习，以帮助教育工作者更好地教学生。ChatGPT还可以用于生成针对主题和难度级别的特定主题测验问题。
（2）个性化学习支持：
教育工作者可以使用ChatGPT来分析学生的表现数据，并确定学生在特定概念或算法方面遇到的困难。
个性化学习步骤：
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（3）回答学习者的问题：
例如，如果学习者问问题“我们应该对哪个数据字段使用哪个排序算法？“，在这种情况下，ChatGPT可以提供摘要信息。
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（4）快速评估和评价：
该模型可用于检查提交的作业是否存在剽窃行为，还可以基于不同的难度水平（例如，高、中、易）同一主题。该模型可用于评分作业和测验。除了上述好处外，教育工作者还可以使用ChatGPT进行语言学习支持，个性化反馈，专业发展和研究。
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3.3 研究人员的机会
（1）它能有效地支持研究的写作过程；
（2）它可以通过发现和纠正印刷错误，改善语法不一致，提供高级词汇和建议改进策略来改善写作；
（3）可以总结特定主题的已发表工作；
（4）可以通过对某个具体课题的分析，提供线索和研究思路。
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4 使用ChatGPT编程学习
ChatGPT的应用不限于语言相关的任务，还可用于编程学习应用（例如，代码建议、优化、完成和错误检测）。
4.1 概念理解
清晰的概念是提高编程性能的基本要求。ChatGPT可以提供各种编程概念的解释和示例（例如，数据结构、算法、语言和编程语言语法）。
当我们要求ChatGPT“为选择排序提供伪代码和解释”时，它会生成伪代码和解释：
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4.2 解决方案代码生成
程序员可以使用ChatGPT根据问题描述生成解决方案代码。这样的解决方案代码可以帮助程序员在他们的编程学习阶段。
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上表显示了基于使用ChatGPT的问题描述生成的代码的正确性。
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上图示出了在AOJ平台和基本编译器中执行的生成代码的比较准确性。
4.3 代码中的错误检查和调试
错误检查和调试代码对于学习者来说是一项繁琐而耗时的任务，需要他们逐行检查代码以识别错误及其位置。ChatGPT可以识别代码中的错误，并提供潜在的建议和代码片段。
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4.4 解决方案代码优化
代码优化在竞争性编程中非常重要，因为必须满足所有测试用例和应用的约束。ChatGPT可以通过建议减少内存使用和时间复杂性的方法来帮助优化代码。
ChatGPT基于代码审查和优化代码提供了有用的解释：
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<p>此外，ChatGPT模型可用于初学者和高级程序员的日常练习，学习资源和个性化编程支持。该平台可以成为编程学习者更好地发展概念，逻辑，编程语言和编码技能的重要助手。
5 支持程序设计学习与教学的ChatGPT语言模型综述
我们对ChatGPT如何支持本科生、硕士生和博士生以及教师的编程学习和教学进行了全面的调查。调查的目的是了解ChatGPT如何支持编程学习和教学。
在参与的学生中，61.3%（第一年35.5%，第二年16.1%，第三年6.5%，第四年3.2%）为本科生，32.2%（第一年16.1%，第二年16.1%）为硕士生，6.5%为第二年博士生。
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我们发现，大多数学生对他们的编程经验的评分在1/5到3/5之间。
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在回答“您是否从ChatGPT获得了帮助/支持以解决编程问题？“，78.8%的学生回答“是”，21.2%的学生回答“否”。这些结果表明，大量的学生已经采取了ChatGPT的支持，他们的编程学习。大多数学生对ChatGPT提供的编程支持表示满意。
另一方面，与教师进行了类似的调查，以评估ChatGPT如何支持编程教学和研究。对于程序设计教学和研究方面的问题，大部分教师对ChatGPT提供的建议表示满意。
6 威胁与策略
由于ChatGPT能够在高级认知任务中生成与人类生成的文本几乎无法区分的文本，因此ChatGPT的这种能力引起了人们对其在教育和研究中的潜在用途的担忧。
（1）作业和在线考试的完整性；
（2）盲目依赖生成式AI工具；
（3）难以评估ChatGPT生成的答案和文本；
（4）伦理影响和潜在偏见；
（5）批判性思维和解决问题的能力。
7 限制
目前ChatGPT正处于积极的开发阶段，在实验过程中，我们在代码生成，错误检查和调试，并优化解决方案的代码取得了显着的成果。
实验结果表明，所生成的代码的准确性是95.83%的基本编译器和75%的AOJ。
在针对教师的调查中，我们提出了“您对ChatGPT的使用满意度如何？请按1-5分的等级给予一个评分。大约50%的教师给出了3/5的评分。
8 结论
ChatGPT和其他AI LLM具有潜力，可以成为教育和研究工作的支持工具。该模型可用于回答问题，撰写论文，解决问题，解释复杂的主题，提供虚拟辅导，练习语言，学习编程，教学和支持研究。尽管ChatGPT是一个强大的工具，可以在各种主题上产生令人印象深刻的响应，但它仍然存在一定的局限性。</p>