人工智能与未来教育前沿研究｜种大双 杨枫 宋婷 马赟 陈曼：ChatGPT教育应用的优化路径
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种大双 杨枫 宋婷 马赟 陈曼.ChatGPT教育应用的优化路径[J].中国教育信息化,2023,29(6):017-025.DOI:10.3969/j.issn.1673-8454.2023.06.003
人工智能与未来教育前沿研究
ChatGPT教育应用的优化路径
种大双 杨枫 宋婷 马赟 陈曼
摘 要： 研究ChatGPT教育应用对通用人工智能时代下的教育数字化转型具有重要意义。通过系统测试和文献研究等方法，首先厘清ChatGPT的技术路线、应用场景和发展历程；然后从重塑教育的底层逻辑、催生学校结构变革和重构教育生态三个层面，论述ChatGPT给教育带来的机遇，并从技术局限性、伦理道德、知识产权、数据安全、知识异化等角度来论述其教育应用面临的挑战；最后提出ChatGPT教育应用的优化路径。一是加强自主研发，完善顶层设计。加强人工智能技术研发是掌握数字主权的必然要求，也是解决数据安全问题的关键。二是开发应用指南，引导应用方式。加快提升教育中各类主体的人工智能能力素养和伦理素养，遵循“伦理先行”意识，强化自律自治，共同打造良性发展的人工智能教育应用生态。三是认清技术本质，回归育人本位。只有辨明技术本质，回归到育人的本质，才能在技术与人的双向耦合中，培育出新的自由全面发展的个体。四是明确各方责任，加强情感互动。在开发者、教师、学校、学生等组成的教育生态系统中，要明确各主体的角色、责任与义务，重视对学生情感、态度、价值观的塑造，构建积极、健康且充满活力的教学环境。
关键词： 生成式人工智能；ChatGPT；大型语言模型；教育数字化转型；通用人工智能；数据安全中图分类号： G434文献标志码： A文章编号： 1673-8454（2023）06-0017-09作者简介： 种大双，河南中医药大学信息技术学院讲师，博士（河南郑州 450046）；杨枫，通讯作者，河南中医药大学管理学院副教授，博士（河南郑州 450046）；宋婷，河南中医药大学信息技术学院讲师，博士（河南郑州 450046）；马赟，河南中医药大学信息技术学院讲师，硕士（河南郑州 450046）；陈曼，河南开放大学继续教育与数字化应用研究中心讲师，硕士（河南郑州 450046）基金项目： 2022年国家自然科学基金项目“面向新型走班制教育时间表问题的模型构建与算法研究”（编号: 62207010）；2023年河南省科技发展计划项目“‘5G+智慧教育’赋能河南省城乡教师融合发展的内生机制与实践路径研究”（编号：232102320152）；2020年河南中医药大学研究项目“推进治理体系和治理能力现代化 促进学校高质量发展”（编号：2020-ZLYB-013）
一、引言
自2022年11月发布以来，ChatGPT的用户呈爆炸式增长，在全球范围内引起巨大的反响，特别是在教育行业引起了广泛关注和讨论。以ChatGPT为代表的新一代人工智能技术，或许意味着一次较深层次的信息革命，将对人类经济社会生活带来巨大影响。ChatGPT是“生成式人工智能暴发”的一部分，可能会改变人们对工作方式、思维方式以及人类创造力的真正含义的看法[1]。新技术具有两重性，既带来机遇，也伴随风险。尤其在发展初期，技术的不完善、被滥用或操纵、监管体系不健全等，均会加剧技术及其应用的风险。ChatGPT似乎让人们看到了教育数字化转型的技术奇点。数字技术对教育的影响存在多重逻辑，机遇与挑战并存[2]。对教育来说，ChatGPT是“阿拉丁神灯”还是“潘多拉魔盒”[3]?它给教育带来哪些机遇和挑战?如何优化ChatGPT教育应用的路径?为回答这些问题，本文首先厘清ChatGPT的技术路线、应用场景和发展历程，然后讨论其给教育带来的机遇和挑战，最后给出ChatGPT教育应用的优化路径。二、ChatGPT的台前幕后和前世今生
(一)台前幕后：应用场景与技术路线 ChatGPT台前是一个人工智能聊天机器人，幕后倚靠一个大型语言模型，兼具“人化”和“非人化”的特质。ChatGPT的实质是人工智能生成内容的突破性落地，是生成式人工智能的典型应用，开启了通用人工智能时代。有研究者将其视为人工智能的第二次复兴，也有人将它视为第四次工业革命的开端[4]。 ChatGPT属于一种深度合成技术，是算法、算力和数据共同进步的结果，具有数字孪生、数字编辑和数字创作能力。基于这些能力，可以实现智能增强、智能转译、语义理解、属性控制、基于模仿的创作、基于概念的创作等功能。这些功能以文字、图形、音频、视频、虚拟场景及其复合形式表现。它在教育、科研、医疗保健、工业、电商、传媒、服务、金融、社会治理、艺术创作、智能办公、应急管理、智慧养老等多个领域能够发挥重要作用[5]，如图1所示。GPT早期版本都未能引起人们广泛的关注，直到基于GPT-3.5模型的ChatGPT问世才引起轰动。ChatGPT主要以文字的方式来处理信息，是单模态的。传统的商业聊天机器人“有能无智”，而ChatGPT“有能有智”。例如，ChatGPT从对话中理解上下文的能力得到提升，能够比大多数现有解决方案更准确地做出响应，这有助于减少错误并改善人机交互时的用户体验。ChatGPT的硬件设施和算力变化符合摩尔定律，更新迭代较快。新发布的GPT-4模型把信息的处理方式拓展到了图像、音乐、视频，可以根据用户提示来生产视频，甚至用户可以选择视频的风格，是多模态的。微软的Bing Chat已经使用了最新的GPT-4模型。根据OpenAI 公司发布的最新消息，GPT-5也即将上市。
三、ChatGPT教育应用的机遇
(一)ChatGPT重塑教育的底层逻辑 ChatGPT给教育带来了危机感：知识不再有用、教育工具失效、能力模型迷茫、教育信仰危机[7]。从脑科学的角度讲，大脑有一种效能模式，会自动判断知识的重要性，对于重要的知识会作出反应，不重要的则无反应。大脑的这种特征在心理学上也得到证实。ChatGPT使知识变得唾手可得，迎合了大脑走捷径的喜好。教育的本质是使人发展，人工智能时代发展的关键就是要在新的环境建构新智商。若教育可以提高人类的智商，而人机协同可以创造出更高的智商和效率，那么我们会选择人机协同，这是重塑教育的底层逻辑。 知识的记录是将人类思想变成凝固的符号，知识的传播是教育的发端，知识的表达是通过文字、图片、视频等多种方式对知识的呈现。ChatGPT不但可以记录知识、传播知识、表达知识，还可以生成知识。当知识唾手可得时，还需要花费大量时间去记忆吗?大脑获取、记忆和生成知识的过程，是神经元突触建立连接的过程，是催生智慧的过程。如果这一过程被类ChatGPT的人工智能替代，极有可能产生“机进人退”的不利局面。一定的基础知识和技能是获得更高层次知识所必需的，但其获取方式有待重新认知。包含逻辑、推理和想象的思维方式更值得我们去反思。人工智能能够完成一定程度的逻辑和推理，想象就显得弥足珍贵。这种转变重塑了教育的底层逻辑，将推动教育哲学的转变。 (二)ChatGPT催生学校结构性变革 当前大多数学校教育实践的结构模式可以概括为年龄进阶、分科课程、班级授课和教师主导[8]。学校教育的变革可发生在系统目标、系统要素、要素间关系等不同层次上。若要素间相互作用的方式发生大范围且持久的制度性变化，则系统会发生结构性变化。这种结构性变化本质上是年龄进阶、分科课程、班级授课、教师主导等环节的交互模式发生变化。例如，不再以年龄进阶，而是以知识和能力进阶;不再以分科课程和班级授课为教学的组织方式，而是以项目方式进行，等等。尽管ChatGPT不是专为教育开发，却极具教学应用价值。已有研究表明，在传统教师主导的班级授课中，ChatGPT能够辅助“教师的教”和“学生的学”。可以畅想的是，如果由ChatGPT代替教师，由算法控制学习内容与进度，将会实现教学自动化。当这种教学模式实现规模化、常态化应用，即可催生学校的结构性变革。 (三)ChatGPT重构教育生态 ChatGPT在个性化教育中大有作为，对教师教学、课程设置、人才培养标准带来了挑战，正冲击现有的教育生态系统。 1.助力个性化教育 ChatGPT具有对话情境理解、启发性内容生成、序列任务执行、程序语言解析等功能，能够为学习者提供更加有效的个性化指导和交互式体验。一是可以根据学习者的知识水平提供个性化的学习方案和学习材料。二是可以使学习者更容易和高效地获取教育资源。三是可以让学习者快速获取问题的答案，以及撰写论文、报告的参考资料等。四是可以提高自适应学习系统的易用性和准确度。学生只需通过“聊天”的方式即可获取问题答案，且随着数据量的增加和算力的提升，ChatGPT能够可以快速地自我学习和改进，这意味着答案的准确性也将得到提升。五是可以为学生提供某种价值情绪。例如，当学生倾诉考试不及格时，ChatGPT会首先表示歉意，然后给出应对建议，最后给出心理安慰，这种情感慰藉和心理辅导在教育中是难能可贵的。 2.重构课程体系 课程是人才培养质量的关键。课程设置要既能传承知识和经验，又能汇聚时代赋予的新技能和新知识。课程设置应与时俱进、不断发展。一方面，ChatGPT能够通过图灵测试和明尼苏达大学的法律考试，还可以在高考测试中取得不错的成绩;另一方面，ChatGPT可以使师生更容易和高效地获取教育资源、问题的答案、撰写论文和报告的参考资料。面对这些改变，现有课程体系是否能满足教育数字化转型的需求?类ChatGPT的人工智能工具是否要纳入课程体系?学生学什么才能有效应对人工智能的挑战?人工智能工具的使用是教师数字素养的重要组成部分，对信息时代的教育至关重要。技术变革要求教育者重视培养学生的核心技能。因此，在课程目标、课程内容、课程实施、课程评价上都应考虑ChatGPT的潜在价值。 3.重构学习评价体系在通用人工智能时代，传统的人才评价方式受到冲击，传统的人才观也发生改变。人才培养目标正加速由传统的“知识型人才”，转向“复合型人才”和“应用创新型人才”。人才观的变化会引发评价方式的变化。生成式人工智能让学习者有了“复合脑”，包括个体自身的内脑和与内脑相联系的外脑(人工脑)。内脑依赖生理特征，决定了学习者能达到的最高能力水平。外脑的价值依附于内脑，形式上可以独立于个体，决定了个体对于真实环境的感知能力与程度。复合脑的存在有助于对学习的科学评价。一种新的学习评价思维是，合理分配人脑与“人工脑”的功能与责任，鼓励学习者多参与高阶思维活动，减少低阶思维活动。
四、ChatGPT教育应用的挑战
(一)技术局限性 ChatGPT在推理、逻辑、数学和计算、价值倾向等方面的表现并不理想[9]。 首先，ChatGPT的推理能力并不可靠。通过对ChatGPT在推理、幻想和交互性方面的多任务、多语言、多模式评估，发现它在零样本学习上优于传统大型语言模型。有实验表明，ChatGPT在逻辑推理、非文本推理、常识推理等10个不同推理类别中，平均准确率为63.41%，因此它不是一个可靠的推理器，更擅长演绎推理而不是归纳推理。ChatGPT也存在幻觉问题。由于无法访问外部知识库，它会从参数记忆中产生更多的外部幻觉。但是ChatGPT的交互特性可以提高性能。另外，由于数据访问限制，ChatGPT的推理结果说服力不强。例如，由于ChatGPT访问PubMed、Cochrane等医学数据库受限，它对文献的处理大都在“摘要”层面，其研究深度和可信度备受质疑。 其次，ChatGPT在处理释义和相似任务时表现不佳[10]。该系统有时不能正确理解信息及其内在的逻辑关系，从而生成错误的回答。有时甚至“满口胡言乱语”[11]。ChatGPT不具备足够的虚假信息甄别能力，用户也无法判断它生成的内容是否正确。ChatGPT在撰写学术论文时，概述性观点较多，研究问题的深度不足，论证观点普通，论证语言单薄，回答“未曾见过的问题”能力较弱。 再次，ChatGPT在进行数理运算时，依靠语料库进行概率匹配，对存在因果关系的数理计算能力较弱。笔者以概率论题目测试ChatGPT的分析和计算能力，它连续几次都未能给出正确答案。ChatGPT对题目的分析正确，却在关键计算步骤总是重复出错，但通过提示后ChatGPT能够回答正确。 又次，ChatGPT设计中性化[12]，但有时候又表现出一定的倾向性。例如，罗伯特(Robert)等使用ChatGPT创作爱尔兰打油诗，它对自由派政治家的描述是正面的，而对保守派政治家的描述是负面的[13]。 最后，ChatGPT生成内容是对历史数据的提取，无法对未发生的事情进行有效预测。另外，它在习语使用、情感共鸣、研究视角等方面也存在不足，还存在对话容量限制、答案多而不精、语言僵硬等现象，在释义和处理相似任务时表现欠佳[10]。 (二)伦理道德 生成式人工智能模糊了信息真实与虚假的边界，模糊了网络虚拟空间与物理现实世界的边界[14]。若使用不当，ChatGPT会加剧学术不端和教育不公平。随着ChatGPT的不断进化，它完成作业、撰写论文、通过考试的能力也越来越强，容易诱发考试作弊与学术不端，冲击现有的教育体系，挑战学术伦理道德规范。ChatGPT对法律法规和伦理道德方面问题的回答具有严格的约束条件，用户很难诱导它作出不正确的回答。但当“居心叵测”的用户不断通过质疑、恐吓、规训等语言威胁后，ChatGPT对伦理道德的判读有时候显得进退两难、模棱两可。 (三)知识产权归属 人工智能生成的文章是否符合《中华人民共和国著作权法》中“作品”的标准，其性质和知识产权归属问题有待解决。由OpenAI公司的使用协议第3(a)条可知，用户向模型的输入内容和模型的输出内容都归用户所有，用户对内容的合法性负责。不同用户输入相同内容得到相同输出的产权归属问题、不同用户输入相异内容得到相同内容的产权归属问题仍待解决。有研究认为，ChatGPT的创作产物属于“作品”[15]，也有研究持相反态度。若属于“作品”，其著作权归属问题有待确认。人工智能系统主要包括三个利益相关者主体，即系统开发者、运营者和使用者。使用协议约定，ChatGPT系统使用者为系统生成内容的所有者，这也表明系统的“作品”著作权应归使用者。但是，不同用户生成的相同“作品”的著作权归属，应遵循“申请在先原则”。由知识产权的归属问题引发署名权之争。随着时间的推移，研究和争论的结果更倾向于“ChatGPT不具有作者署名权”。 (四)数据安全和隐私 数据安全和隐私问题包括数据来源合法性、生成虚假或违法信息、数据泄露等。数据来源风险主要指ChatGPT在自主学习过程中，存在数据获取侵权、数据内容不合法和采纳虚假信息三种风险。生成虚假或违法内容会扰乱社会秩序，为居心叵测的人提供思路方法。数据泄露风险主要是指用户的信息如果保护不当，可能被ChatGPT泄露的风险。用户需要权衡信息保护、信息利用和信息开发的关系。用户与ChatGPT的交互如果是跨境完成的，还存在数据跨境安全问题和跨国治理屏障。研发者在信息安全产生争议时，应能证明其程序设计无危害信息安全的故意，否则应承担“算法黑箱”的法律后果。类ChatGPT系统开发者应公布其数据获取的途径和来源。 (五)知识异化风险 “技术黑箱”产生的知识真实性难分辨、权威性难保证，知识碎片化加剧，引发机进人退[16]。ChatGPT在众多领域呈现“超越”态势，学生在接收到教师和机器人对问题的回答时会产生疑惑，对学生的身心健康，思想的自主性、独立性、创造性都有潜在的威胁。ChatGPT能否参与对学生情感和价值观的塑造?ChatGPT对于同一个问题的回答可能不同，这造成了知识的标准不统一。要警惕人工智能通过迎合用户喜好来构建思维的“舒适圈”[17]，以防止“机进人退”。五、ChatGPT教育应用的优化路径
对ChatGPT的评价要理性，附带伦理价值探析。一方面，以ChatGPT 为代表的生成式人工智能技术可能会引发一场技术变革，重塑数字时代内容的生产和消费方式，极大地丰富人们的数字生活;另一方面，ChatGPT也会带来全新的挑战，其开发方和使用方都采取积极的策略，才能做到人工智能与教育博弈的纳什均衡[18][19]。基于前文论述，本文尝试构建ChatGPT教育应用的优化路径。
(一)加强自主研发，完善顶层设计 加强人工智能技术研发是掌握数字主权的必然要求，也是解决数据安全问题的关键。大型语言模型是通往通用人工智能的核心需求，它要求规模巨大、自主学习能力强大，可以基础设施即服务的模式运行。掌握数字化基础设施才能从根本上掌握数据安全。通过对百度的类ChatGPT模型“文心一言”进行对比测试，发现其性能还有待提升。国内信息技术头部企业应进一步布局国际领先的算力基地建设，加快人工智能教育应用的落地步伐。 在制度设计上，我国在2022年3月开始实施《互联网信息服务算法推荐管理规定》，包含生成合成算法的监管规定;又于2023年1月开始实施《互联网信息服务深度合成管理规定》，在算法治理中为深度合成率先立法。此外，《网络音视频信息服务管理规定》《网络信息内容生态治理规定》《中华人民共和国民法典》都对算法服务的信息安全监管作出相关规定。我国将生成式人工智能服务提供者作为治理的枢纽，应当在数字产业化和产业数字化进程中深入内容生成的治理[15]。一方面，ChatGPT设计者和监管者应开发出相应的检测工具。例如，美国斯坦福大学开发了一款DetectGPT软件，可以检测论文是否由ChatGPT撰写。目前，ChatGPT并不提供信息的来源，这是学术写作的一个缺点。但是OpenAI公司提供了辅助查询工具Elicit (https://elicit.org/)。它能针对研究的问题，建议引用的参考文献，并从包含1.75亿篇学术论文的知识库中提取论文摘要[20]。另一方面，需引导使用者澄清ChatGPT在作品中的贡献。例如，《自然》(Nature)等期刊要求使用了人工智能工具撰写的论文，需在“作者信息”“方法”“致谢”部分注明。 (二)开发应用指南，引导应用方式 在合理使用方面，应加快提升教育中各类主体的人工智能能力素养和伦理素养，遵循“伦理先行”意识，强化自律自治，共同打造良性发展的ChatGPT教育应用生态。下面是针对教师、学校管理者和学生的一些具体指南。 1.教师应用指南 ①对于学生利用ChatGPT进行考试作弊的问题，采用线下考试即可破解。对于线上考试，可以使用监考或监视软件。然而，过度依赖考试(终结性评价)的做法已经被众多教育机构所抛弃。②制定ChatGPT等人工智能工具不擅长的作业和任务。例如，分析图像和视频、分析课堂小组讨论、分析长文本、分析最近发生的问题(还未进入文本生成器的训练数据中)[20]。考虑到人工智能算法强大的学习能力，这种方法可能是一种短期的解决方案。例如，新发布GPT-4模型已经支持对图像和视频进行处理。③在学习评价方面，避免使用简单且公式化的题目，应注重考查学生的创造性和批判性思维能力[21]。例如，在试题形式上，应注意设计主观题和客观题的比例，并在课堂上进行一定的评价，丰富评价形式，允许学生表达自己的观点。由于ChatGPT生成的内容是公式化的，导致相似输入对应的输出可能是一样或极为类似的。同班级学生使用ChatGPT生成的作业内容也极有可能高度相似。教师可以根据内容相似程度和相似答案数量，来判定学生是否使用ChatGPT来完成作业。图尼丁(Turnitin)已经开发了检测人工智能作品的工具。人工智能工具和作弊检测工具将上演“道高一尺魔高一丈”的竞赛游戏。④学生参与同行评价和“回教”[21]。回教是一种在医疗保健领域特别流行的沟通确认方法(患者/学生需要用言语证明他们已经理解)。⑤培养学生的自主学习能力，让学生明白人工智能只能是一种辅助工具，而非培养思维能力的捷径。⑥禁止学生随意上传实验和调研数据等，防止泄密，保护隐私。 2.学校管理者应用指南 ①就ChatGPT等人工智能工具的应用，对教师和学生进行技能培训。②为教师和学生提供学术诚信培训。③在法律框架内更新学生守则和学术诚信政策，明确使用人工智能工具的指导意见和相应后果，禁止在设计、测评、考试等过程中使用ChatGPT作弊或抄袭。④谨慎开设学生可以很容易通过ChatGPT完成考核任务的课程。⑤鼓励、支持和分享人工智能工具对学习和教学影响的研究。⑥开设特许教学学院，将信息技术深度嵌入教学系统，探索ChatGPT的教育应用。⑦开发或引入人工智能内容检测工具。 3.学生应用指南 ①应积极了解学术诚信政策，以及学术不端行为的后果。②将掌握人工智能工具内化为数字素养，提高就业能力。③将人工智能工具作为“学伴”，而不是简单的采用人工智能生成的内容。④提高辨识人工智能工具产生内容正确性的能力，培养批判性和创造性思维。⑤尝试使用人工智能工具解决现实问题。当代大学生大多是“数字原住民”，更容易接受新事物和新技术，应充分发挥这种优势。⑥注意保护个人信息和公共信息安全。 (三)认清技术本质，回归育人本位 技术是把“双刃剑”，本身不存在好坏，而人类赋予其价值的好坏。在任何情形下，都不能忘记数字技术的工具属性。如果本末倒置，任其疯狂的无序发展，技术可能会反噬人类。因此，必须保证人类对ChatGPT的掌控。教育经历了知识的记录、知识的传播、知识的表达和知识的生产阶段。未来，只注重知识传授的教育方法已经难以为继。ChatGPT不但可以记录知识、传播知识、表达知识，还可以生成知识。当知识唾手可得时，知识的传播将显得不那么重要。教育的本质是使人发展，通用人工智能时代发展教育的关键就是要在新的环境建构新智商。 党的二十大将教育、科技、人才“三位一体”进行统筹安排和一体部署，说明了科技与教育之间相互促进的关系。教育应更加主动、更加紧密地拥抱科技。未来，教师的工作重心将偏重“育人”。只有辨明技术本质，回归到育人的本质，才能在技术与人的双向耦合中，培育出新的自由全面发展的个体。回归育人本位，要注重学生高阶能力的培养。一种新的学习评价思维是，合理分配人脑与“人工脑”的功能与责任，鼓励学习者多参与高阶思维活动，减少低阶思维活动。 (四)明确各方责任，加强情感互动 教育的第一要义是学生的发展。在ChatGPT出现以前，人们一直尝试在各种教育情境中测试人工智能技术在教育中的应用，包括面向教师、学生和系统的人工智能教育应用。在开发者、系统、教师、学校、学生等组成的教育生态系统中，要明确各主体的角色、责任与义务。ChatGPT可以作为一个很好的教学辅助工具，充当助教的角色。学生可以合理使用ChatGPT，但要防止产生依赖性和“机进人退”。学校管理者应及时制定应用指南、政策和规范，协调ChatGPT教育应用中各主体间的关系，构建积极、健康且充满活力的教学环境。 重视教师、ChatGPT对学生情感、态度、价值观的塑造。在通用人工智能时代，学生对技术的使用具有不确定性，受益和受害可能只在一念之间。ChatGPT在葆有伦理道德因素的基础上，可以为学生提供某种价值情绪。这种能力可在教师无法提供足够人文关怀时，为学生提供更多的情感交流。教育领域对ChatGPT应用的最大担忧是考核作弊和学术不端，而一味地禁止可能适得其反，正向引导更有利于个体的发展，疏胜于堵。参考文献：
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（1.School of Information Technology, Henan University of Chinese Medicine, Zhengzhou 450046, Henan;
2.College of Management, Henan University of Chinese Medicine, Zhengzhou 450046, Henan;
3.Continuing Education and Digital Application Research Center, Henan Open University, Zhengzhou 450046, Henan）
编辑：王晓明 校对：李晓萍
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期刊简介
《中国教育信息化》创刊于1995年8月，是由中华人民共和国教育部主管，教育部教育管理信息中心主办，面向国内外公开发行的国家级学术期刊。期刊内容力求全面深入地记录我国教育信息化的建设进展、研究与应用成果和行业发展状况，开展我国教育信息化发展状况调研和教育信息化国际比较研究，服务于国家教育宏观决策；力求全面准确地把握教育信息化相关的方针政策和标准规范，及时追踪ICT前沿技术的发展趋势及其与教育的融合，深度挖掘教育信息化建设与应用的体制、机制创新，服务于我国教育信息化实践。
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