ChatGPT在表面活性剂化学教学中的应用

摘要：表面活性剂化学是研究那些能够显著改变界面性质的分子或者离子的科学。在日常生活和工业领域，如洗涤剂、化妆品和石油回收中，表面活性剂的应用无处不在。ChatGPT作为一种先进的交互式AI，为表面活性剂化学的教学提供了新的机遇。通过交互式学习模式，ChatGPT能够以对话的形式解释复杂概念，并实时回答学生问题，提高学习效率。个性化教学使得AI能够适应不同学习者的进度和风格，并提供定制化的学习计划。在增强实验教学方面，ChatGPT可以模拟实验操作并帮助学生分析和预测实验结果。然而，这一教学模式也面临准确性、可靠性、教育者适应性、学习者参与度以及数据隐私安全等挑战。为确保AI技术的正确运用，并使其辅助而非取代传统教学，是实现AI在教育领域应用的关键。

关键词：表面活性剂化学;交互式学习;个性化教学

表面活性剂化学作为一个关键的科学领域，它的分子设计和应用对于许多行业至关重要。随着教育技术的发展，特别是人工智能的进步，ChatGPT提供了独特的机遇来革新传统的表面活性剂化学教学方法。

1表面活性剂化学的定义与应用领域

表面活性剂化学是研究表面活性剂分子的结构、性质、合成、应用及发展趋势的学科。表面活性剂分子由于其结构既含有亲水（水溶性）又含有疏水（油溶性）成分，具有两亲性，可显著地改变液体表/界面张力，已被广泛地应用于不同工业及家用领域。如用作洗涤剂、化妆品中的稳定剂、医药领域的药物输送系统，以及用于食品工业的乳化剂、石油、塑料工业的分散剂或者增湿剂等［１］。另外，表面活性剂在农业，环保及纺织工业方面也扮演着重要角色，它的作用机理及应用效果受到了表面科学及材料科学等众多学科的高度重视。

2ChatGPT在表面活性剂化学教学中的机遇

2.1引入交互式学习模式

2.1.1交互式学习模式中的对话式教学

ChatGPT在表面活性剂化学教学中引入的交互式学习模式，通过对话形式解释复杂概念，为学生提供了一个更加直观和个性化的学习途径。这种方式使得抽象理论，如界面活性剂的吸附行为、胶束形成以及微乳液系统的稳定性等变得更加易于理解［2］。学生可以通过提问来直接探究他们感兴趣或不理解的概念，而ChatGPT则可以根据学生的具体需求，用易于理解的语言进行解答，有助于构建更深层次的知识理解和记忆。此外，这种互动性强的学习方式还能激发学生的好奇心，鼓励他们进行更深入的探索和学习，从而提高整体的教学效果。

2.1.2实时答疑中的效率提升

ChatGPT实时答疑功能应用于表面活性剂化学教学，学生学习效率明显提高。学生不需要在传统课堂教学中的互动环节去解决自己的问题，可随时在ChatGPT上提问和获得反馈。这类即时回答可减少不理解、误解的累积，帮助学生们保持一致的学习进度，提高对知识的吸收率。实时答疑还支持学生们在学习中养成独立思考的习惯，并通过不断地和ChatGPT进行交互以验证想法，纠正错误概念及深化表面活性剂化学重要原理及用途的认识。这一学习方式对增强学术自信，掌握复杂的科学概念具有重要意义。

2.2个性化教学

2.2.1适应性学习

ChatGPT在表面活性剂化学的个性化教学中能够适应不同学习者的进度和风格，这为每位学生提供了量身定制的学习体验。由于学习者在知识水平、学习速度，以及接受信息方式等方面存在差异，ChatGPT可以通过智能分析每个学生的互动反应来调整教学内容和速度。例如对于能快速掌握新概念的学生，ChatGPT可以提供更深入和挑战性的材料;而对于需要更多时间理解消化知识点的学生，则可以重复关键概念，并以不同的方式进行讲解加深理解，直到学生理解为止。这种个性化不仅提高了学习效率，还提高了学生的参与度和引导学生思考，有助于促进自主学习和批判性思维能力的培养，激发学生的创新思维。

2.2.2定制化学习计划

ChatGPT能够针对表面活性剂化学学习者制定定制化的学习方案，该方案是根据学生特定的需要、目标以及兴趣进行设计。通过对学生初始知识水平、学习目标和喜好进行评价，ChatGPT可以开发一套个性化学习路线图。该学习计划既包括了必要的内容，又兼顾了学习节奏与格调，保证了学生能按照自己的模式进行高效地学习，如对有兴趣从事实验室工作的学生来说，ChatGPT能提供更多的模拟场景及实验案例。

2.3增强实验教学

2.3.1模拟实验操作

ChatGPT能够通过模拟实验操作，增强表面活性剂化学的实验教学。在实验室条件受限或学生无法亲自进行实验操作的情况下，ChatGPT可以创建虚拟实验环境，让学生通过模拟进行实验步骤的学习和练习。这种模拟不仅包括实验过程的演示，还允许学生在安全无风险的环境中进行试错，并从中学习。学生可以了解到不同的实验操作方式，例如表面活性剂在不同条件下的胶束形成或吸附层的构建，并观察理论与实践之间的联系。

2.3.2实验结果分析与预测

ChatGPT对表面活性剂的化学实验研究结果进行分析和预测，还为教学增值。学生们做完实验之后，常常需要引导才能对数据做出正确的解读并分析结果。ChatGPT能利用自身巨大的知识库及分析能力来辅助学生讲解实验数据，如通过探究界面张力变化、胶束临界浓度及温度、pH等因素对表面活性剂特性的影响［3］。另外，ChatGPT可以指导学生如何基于已知数据进行实验结果预测，增强了学生对实验设计及结果预测的认识。

3ChatGPT在表面活性剂化学教学中的挑战

3.1准确性和可靠性

3.1.1信息准确性

在表面活性剂化学教学中，ChatGPT面临的一个主要挑战是确保提供的信息准确无误。表面活性剂化学作为一门基于精确数据和严格实验的学科，任何不准确的信息都有可能导致学生对其基本概念产生误解，甚至可能在实验过程中引发安全隐患。为迎接这一挑战，ChatGPT有必要通过最新学术研究与实验结果，对知识库进行持续更新。另外，还必须有很高的错误检测与修正机制、在提供数据过程中充分考虑上下文等因素才能保证学生所收到的每条数据准确可靠。唯其如此，ChatGPT才有可能在表面活性剂化学领域作为一种可信的研究辅助手段。

3.1.2复杂化学反应理解

表面活性剂化学中所涉及的分子之间相互作用，胶束形成及相转移现象都具有很高的复杂性，而且通常需要先进的化学理论与实验数据进行综合解释。当ChatGPT不能开展实际实验并观测到实验现象时，就不得不依靠它穷尽性的算法与数据库去模拟上述复杂的过程［4］。另外，ChatGPT要求能理解和解释化学合成反应动力学、热力学原理，而这往往是学生很难掌握的。要想攻克这一难题，ChatGPT除了要有较高水准的技术与理论知识外，还要能将这些繁杂的概念用一种简明易懂的形式传递给同学们。这就需要依靠ChatGPT自然语言处理及专业知识甄别。

3.2教育者与技术的适应性

3.2.1教师对新技术的接受度

教师能否接受新技术，是执行ChatGPT这种先进工具进行教学能否取得成功的关键。教师作为教育传递过程中的主体，其对新技术的态度、认识与适应能力，直接关系到课堂中技术应用的成效。一些教师也许会对传统教学方法采取保守的态度，也会对整合人工智能的新型教学工具抱有怀疑乃至抵触的态度。所以，学校需要通过培训、教育等手段来提升其技术素养，从而保证其能将这些手段有效融入自身的教学实践当中。

3.2.2教育机构的技术更新与维护

教育机构的技术更新与维护是另一个挑战，因为这些机构需要定期投资于硬件和软件的更新，以保持教学工具的现代化和有效性。尤其是在集成了像ChatGPT这样的高级技术时，需要强大的计算能力和稳定的网络基础设施。此外，随着技术的迅速发展，教育机构必须投资于持续的职员培训，以确保所有用户都能跟上技术更新的步伐。技术的维护和更新还涉及了预算规划和资金分配，要求教育领导者有远见和策略性的规划以适应技术的快速发展。

3.3学习者互动与参与度

3.3.1确保学习者的积极参与

确保学习者的积极参与是在线教学工具成功的重要因素。ChatGPT等工具虽然能提供个性化的学习体验，但若无法激发学生的参与感，教化效果仍会大打折扣。因此，进行教学设计时需要包含互动性强的元素，如讨论版、互动测验和协作任务等，以促使学生积极参与。同时，ChatGPT可以通过提供及时反馈和个性化建议，帮助维持学生的参与度。教师也应鼓励学生提出问题并利用ChatGPT等工具来探索答案，以提升课堂的互动性和学生的参与感。

3.3.2避免过度依赖技术导致的学习动力下降

在运用ChatGPT这种技术工具的同时，也要注意尽量避免学生对技术的过分依赖而影响其自主学习动机。应该把技术工具看作是一种辅助学习而不是彻底取代传统的学习方法。教师要保证学生对技术辅助作用的理解，鼓励学生培养自主解决问题的意识。与此同时，教育者需要精心设计课程，让学生不需要辅助技术也可以完成学习任务，从而发展其批判性思维与问题解决能力。这既可以避免学生过分依赖辅助技术，又有利于引导学生思考和探索。

3.4数据隐私与安全性

3.4.1保护学习者的个人数据

在使用ChatGPT等教学辅助工具时，保护学习者的个人数据至关重要。随着技术的集成，学生的数据，包括他们的学习习惯、成绩记录以及个人信息，都可能被电子化管理。必须确保这些信息得到充分保护，以遵守数据隐私法规并维护学生的信任。这要求教育机构和技术提供商实施严格的数据安全措施，比如加密传输、访问控制和定期安全审计。同时，也要对学生进行隐私保护教育，让他们了解个人数据的重要性，并掌握保护自己信息的基本方法。教师和教育工作者同样需要接受培训，以便在处理学生数据时采取正确的操作，确保数据的安全性和隐私性。

3.4.2防止数据泄露和不当使用

防止学习者数据泄露和不当使用是数字时代教育领域面临的一项重要挑战。随着教育活动日益数字化，学生的敏感信息更容易受到网络攻击和不当操作的威胁。教育机构必须采取多层次的安全措施来防止数据泄露，包括但不限于使用防火墙、安全协议和入侵检测系统来保护网络安全，实施数据加密来保护存储和传输中的数据，以及定期对系统进行安全检查和更新。除了技术措施外，教育机构还应制定严格的数据管理政策，并对所有可能接触到学生数据的员工和合作伙伴进行必要的安全培训，以确保意识到数据安全的重要性，并在日常操作中遵循最佳实践。

4结语

在表面活性剂化学教学中，ChatGPT的应用开创了高效、互动和个性化的教育新模式。尽管面临准确性、可靠性、适应性、参与度及数据安全等挑战，但通过技术完善和教育实践可逐步解决。为了实现ChatGPT在表面活性剂化学教学中的最大化效用，教育者、学生和技术提供者需齐心协力，确保技术有效整合，教育资源安全公正。人工智能并非取代教师，而是助力学生增强体验、激发创造力与批判性思维。

参考文献：

［1］杨霆，车国勇.木质素化学改性方法及其在表面活性剂中的应用［J］.四川化工，2023，26（2）：16-21.

［2］YUNA BAE， SUNGSU KANG， BYUNG HYO KIM， et al. 利用液相透射电子显微镜技术研究纳米气泡在表面活性剂水溶液中的动力机制［J］.Engineering，2021，7（5）： 186-198.

［3］陆娉娉，郭爽，张永民.动态共价键在表面活性剂中的应用研究［J］.中国洗涤用品工业，2020（12）：57-65.

［4］徐岩杰，刘雪锋，陈晖，等.在表面活性剂强化的土壤洗涤中回收油和表面活性剂［C］// 中国化学会.第十七届全国胶体与界面化学学术会议论文（摘要）集（第三卷），2019.

作者简介：陶惟一，女，汉，江苏南京人，讲师，博士，研究方向：生物表面活性剂。