ChatGPT - nástroj v práci učiteľa chémie

Charakteristika umelej inteligencie

Umelá inteligencia (angl. artificial intelligence, AI) sa stala všadeprítomnou súčasťou nášho každodenného života. Preniká do rôznych oblastí a ovplyvňuje nás viac, ako si možno uvedomujeme. Neexistuje jednotná a všeobecne akceptovaná definícia umelej inteligencie.

Uvedieme niektoré najviac relevantné definície:

• Umelá inteligencia je súbor vied, teórií a techník, ktorých cieľom je napodobňovať kognitívne schopnosti človeka (Council of Europe, 2021).
• Technológia vzťahujúca sa na počítače alebo stroje, ktoré sú naprogramované na vykonávanie úloh, ktoré sme si kedysi mysleli, že to dokážu iba ľudia. Dokáže napodobniť ľudské myslenie a správanie (Unicef, 2021).
• Systém umelej inteligencie je strojový systém, ktorý dokáže pre danú množinu ľudí definovať ciele, robiť predpovede a rozhodnutia ovplyvňujúce skutočné alebo virtuálne prostredia (OECD, 2016).
• Technológia na spracovanie informácií modelmi, ktoré vytvárajú schopnosť učiť sa a vykonávať kognitívne úlohy vedúce k výsledkom (Unesco, 2021).

Na základe uvedených definícií dokážeme zhrnúť, že umelá inteligencia je typ technológie, ktorá sa snaží napodobňovať správanie a myslenie človeka. Popisuje vzťah čohosi umelého (nie prirodzeného procesu, ale umelo vytvoreného strojmi) a inteligencie (schopnosti učiť sa porozumieť dátam a zvládať neistotu v komplexných situáciách) (González-Calatayud et al., 2021).

ChatGPT vo vyučovaní

Využitie umelej inteligencie vo vzdelávaní ponúka rôzne možnosti na zlepšenie procesu učenia a podporu učiteľov pri ich každodennej práci. S nástupom nových technológií sa otvárajú nové možnosti, ako efektívne individualizovať vzdelávanie a obohatiť vyučovanie. Medzi rôznymi technológiami a nástrojmi umelej inteligencie, ktoré môžu pomôcť učiteľom, sú chatboty ako ChatGPT, Copilot, Gemini, Perplexity a Claude.

Chatbot je počítačový program alebo softvér, ktorý je navrhnutý na simulovanie ľudskej konverzácie a interakcie s používateľmi prostredníctvom textového alebo hlasového rozhrania. Hlavným cieľom chatbotov je komunikovať s ľuďmi podobne, ako by to robil skutočný človek, poskytovať odpovede na otázky, riešiť problémy alebo vykonať určité úlohy (Dahiya, 2017).

Medzi chatbotmi vyniká ChatGPT, významný sofistikovaný jazykový model umelej inteligencie s potenciálom priniesť revolúciu do rôznych aspektov edukačného prostredia.

ChatGPT je jazykový model vyvinutý spoločnosťou OpenAI, ktorý využíva pokročilé techniky umelej inteligencie a hlbokého učenia. Je založený na neurónovej sieti typu transformátor, ktorá bola trénovaná na obrovskom množstve textových údajov. Vďaka tomu je schopný generovať texty, ktoré sú veľmi podobné tým, ktoré píše človek, a poskytuje pocit, že komunikujete so skutočnou osobou s vlastnými názormi a preferenciami (Kodkin et al., 2024). Jednou z hlavných výhod ChatGPT je jeho schopnosť neustále sa učiť a zlepšovať na základe nových údajov a spätnej väzby od používateľov. Tento kontinuálny tréning umožňuje modelu poskytovať stále presnejšie a informatívnejšie odpovede, čo môže byť veľmi užitočné pri rôznych aspektoch vyučovania (Nguyen et al., 2023).

V kontexte vyučovania chémie môže ChatGPT pomôcť učiteľom pri príprave hodín, tvorbe učebných materiálov a navrhovaní kreatívnych aktivít. Môže generovať otázky na opakovanie, navrhovať projekty alebo experimenty a poskytovať návrhy na zlepšenie vyučovacích metód. Vďaka svojej schopnosti pracovať s textom a dávať rýchle odpovede, môže ChatGPT výrazne zefektívniť prípravu a realizáciu vyučovacích hodín.

Pre efektívne využívanie ChatGPT sú kľúčové tzv. prompty (príkazy). Zjednodušene predstavujú súbor pokynov alebo informácií, ktoré zadávame ChatGPT, aby sme mu pomohli vygenerovať požadovaný výstup.

Prompty v ChatGPT

Prompt je vstupný text, otázka, inštrukcia alebo príkaz, ktorý používateľ zadá do nástroja ChatGPT s cieľom získať určité odpovede. Komplexnosť promptu závisí od špecifických požiadaviek používateľa. Môže byť jednoduchý alebo zložitý v závislosti od toho, akú odpoveď chce používateľ dosiahnuť. Správne používanie promptov umožní získať presné a užitočné odpovede.

Pre dosiahnutie optimálnych výsledkov musí byť prompt čo najkonkrétnejší a správne štruktúrovaný. Čím podrobnejší a jasnejší prompt, tým kvalitnejšia bude odpoveď ChatGPT. Umelá inteligencia oceňuje jednoduchosť. Treba sa vyhnúť žargónu a zložitým výrazom, byť jednoduchí, ale presní (OpenAI, 2023). Je potrebné upozorniť, že prompty zadané v anglickom jazyku majú tendenciu generovať presnejšie a komplexnejšie odpovede v porovnaní s promptami v slovenskom jazyku. ChatGPT bol trénovaný primárne na anglických dátach, čo môže obmedziť jeho schopnosť generovať presné slovenské výrazy. Aj pri opakovanom zadaní rovnakého promptu dostanete rôzne odpovede, a to aj v krátkom časovom slede.

Stratégie pre vytváranie kvalitných promptov

Presnosť odpovedí v ChatGPT závisí predovšetkým od formulácie a štruktúry promptu. Otázkou je, akú štruktúru by mal mať prompt na to, aby nám ChatGPT vygeneroval čo najlepšie výsledky. Pre zvýšenie kvality promptu môžete použiť nasledujúce stratégie štruktúrovania (Marion, 2024, Robinson, 2024):

ROLA – Špecifikujte, v akej roli má ChatGPT vystupovať. Môže to byť od vedeckého výskumníka, psychológa, novinára, právnika, spisovateľa, lekára, prekladateľa až po detektíva riešiaceho záhadu.

Príklad: „Si učiteľ chémie, ktorý využíva aktivizujúce metódy. Navrhni 20 kreatívnych tém študentských projektov pre študentov tretieho ročníka gymnázia na tému Sacharidy, zameraných na pochopenie ich chemických vlastností, biologického významu a každodenného využitia. Projekty kladú dôraz na tímovú spoluprácu a môžu zahŕňať rôzne formy výstupov, ako napríklad modely, prezentácie, experimenty alebo video projekty.“

POKYNY/ INŠTRUKCIA – Formulujte presne detaily, čo má ChatGPT urobiť na splnenie vašej požiadavky. Ide o špecifické pokyny, ako sú napríklad: „Vytvor otázky (osnovu, inštrukcie, test)“, „Popíš proces (schému)“, „Vyhľadaj informácie“, „Napíš báseň (esej, rozprávku)“, „Vytvor otázky pre rozhovor“, „Navrhni pozvánku“, „Prelož tento text“.

Príklad: „Napíš text o hlavných biologických funkciách sacharidov v ľudskom organizme v podobe odrážok. Ku každej funkcii uveď konkrétne príklady sacharidov.“

KONTAKT – Poskytnite informácie o pozadí alebo prostredí pre výzvu. Môže to zahŕňať cieľovú skupinu, konkrétny námet, tému, predmet, dĺžku textu, časový rámec, štýl odpovede, napr. priateľský, kreatívny, neformálny, akademický, odborný atď.

Príklad: „Navrhni 3 jednoduché skupinové hry zamerané na zhrnutie témy Sacharidy, pre študentov vo veku 15 – 17 rokov. Každá hra by mala trvať 10 – 15 minút. Hry môžu prebiehať v interiéri aj exteriéri, bez potreby špeciálnych pomôcok.“

FORMÁT – Vymedzte, v akom formáte má ChatGPT generovať výstup. Môže mať podobu tabuľky, zoznamu, grafu, plagátu, listu, nadpisu, odseku atď.

Príklad: „Vytvor tabuľku, v jednom stĺpci budú vymenované disacharidy (sacharóza, laktóza, maltóza) a v ďalších stĺpcoch budú uvedené ich základné chemické vlastnosti (štruktúra), fyzikálne vlastnosti (farba, rozpustnosť vo vode, chuť) a výskyt v potravinách.“

PRÍKLADY – Ak máte predstavu, čo má ChatGPT vygenerovať, zahrňte do svojho promptu konkrétny príklad. Poskytnutie príkladu je užitočné, pretože môže usmerniť výstup umelej inteligencie. Je to ako ukázať, čo chcete.

Príklad: „Napíš, ktoré hlavné zlúčeniny obsahuje med. Pri každej z nich uveď hodnoty v percentách, ako v tomto príklade: fruktóza 30 – 38 % .“

OBMEDZENIA – Obmedzenia sú špecifické hranice, ktoré potrebujete nastaviť. Popíšte, čo si neprajete, aby ChatGPT generoval, prípadne vylúčil. Zaistíte, že odpoveď nebude príliš široká alebo mimo vašich požiadaviek.

Príklad: „Vysvetli účinky nadmerného príjmu sacharidov na zdravie človeka, ale použi iba výskumy z odborných lekárskych časopisov.“

V prípade potreby detailnejšieho vysvetlenia, objasnenia niektorých bodov alebo úpravy textu, môžete ChatGPT zadávať ďalšie prompty (klásť ďalšie otázky). Zvládnutie techniky tvorby efektívnych promptov si vyžaduje časté precvičovanie.

Hoci sú odpovede ChatGPT zvyčajne zmysluplné a citlivé na kontext, nie sú bezchybné a sú náchylné na vytváranie chybných alebo nezmyselných výstupov. Môžu vykazovať nepresnosti, neúplnosť informácií, nesprávne odpovede alebo nedostatočné kontextové porozumenie (Wu, 2023).

Príklad využitia ChatGPT na formuláciu cieľov vyučovacej hodiny pre tému Sacharidy

Príprava učiteľa na vyučovaciu hodinu je dôležitým prvkom efektívneho vzdelávania. Kľúčové je formulovať konkrétne a merateľné ciele hodiny, ktoré sú v súlade s celkovými vzdelávacími cieľmi stanovenými vo vzdelávacích štandardoch.

Vzdelávacie štandardy (obsahové a výkonové) sa zameriavajú na obsah a to, čo by sa malo učiť, zatiaľ čo revidovaná Bloomova taxonómia (ďalej „RBT“) sa zameriava na proces učenia a kognitívne úrovne, ktoré by sa mali rozvíjať (Anderson, Krathwohl et al., 2001). RBT umožňuje hlbšie rozpracovanie cieľov a aktivít v rámci konkrétnych kognitívnych úrovní.

Rozhodli sme sa overiť, ako dokáže ChatGPT pomôcť učiteľovi vytvoriť ciele vyučovacej hodiny pre tému Sacharidy podľa RBT. Vygenerované ciele sú uvedené v tabuľke 1.

Prompt zadaný do ChatGPT:

„Si odborník na didaktiku chémie a skúsený učiteľ. Navrhni ciele na vyučovaciu hodinu na tému ,Sacharidy - štruktúra a vlastnosti monosacharidov', pre študentov strednej školy, podľa revidovanej Bloomovej taxonómie, aby si zabezpečil pokrytie nižších a vyšších úrovní kognitívnych procesov.“

Tabuľka 1: Ciele vyučovacej hodiny podľa kognitívnych úrovní RBT vytvorené ChatGPT. V prvom stĺpci je text vygenerovaný ChatGPT a v druhom stĺpci sú po analýze navrhnuté naše úpravy. Pokiaľ k zmene nedošlo, miesto ostalo prázdne.

Vygenerované ciele sú síce v súlade s revidovanou Bloo­movou taxonómiou a sú priamo aplikovateľné vo vyučovacom procese, ale je potrebné, aby ich učiteľ dôkladne skontroloval a prípadne upravil. Ako uvádzame v tabuľke 1, po zhodnotení vygenerovaného textu pomocou ChatGPT, sa najčastejšie vyskytovali prípady nesprávneho použitia odbornej terminológie, zlej gramatiky a slovosledu.

Výstupy ChatGPT musia byť vždy kriticky zhodnotené.

Záver

Využitie ChatGPT vo vzdelávaní, aj pri výučbe chémie, prináša nové možnosti výučby pre učiteľov a učenia sa študentov. Prostredníctvom interakcií s ChatGPT sú študenti motivovaní skúmať a prehlbovať svoje porozumenie chemickým poznatkom, je podporovaná ich zvedavosť a samoučenie. Učiteľom poskytuje cennú podporu pri príprave na vyučovanie, tvorbe učebných materiálov, návrhu interaktívnych aktivít a individualizácii vzdelávacieho procesu. Správna formulácia promptov (príkazov) a efektívna komunikácia s ChatGPT sú kľúčom k získaniu presných a užitočných výsledkov. Tiež bol uvedený príklad, ako ChatGPT môže asistovať pri tvorbe cieľov na vyučovaciu hodinu v súlade s revidovanou Bloomovou taxonómiou. Dôležité je si uvedomiť, že ChatGPT je nástroj, ktorý má za úlohu podporovať a dopĺňať prácu učiteľa, nie ju nahrádzať. Na úspešné využitie ChatGPT vo vzdelávaní je nevyhnutné správne formulovať prompty (príkazy), vykonávať kritické hodnotenie získaných informácií a schopnosť analyzovať a vyhodnocovať generované odpovede. Úspech pri používaní ChatGPT závisí od schopnosti učiteľa zadávať dobre štruktúrované a presné prompty, ktoré vedú k hodnotným výstupom. Týmto spôsobom môžeme maximalizovať jeho potenciál a zabezpečiť, že jeho využitie bude prínosné a efektívne.

V ďalšom nadväzujúcom príspevku sa zameriame na využitie nástroja ChatGPT pri tvorbe úloh a testov pre sumatívne hodnotenie vo výučbe chémie.

Poďakovanie – Príspevok vznikol s podporou projektu KEGA 001UPJŠ-4/2023 „Implementácia formatívneho hodnotenia do ­výučby na základnej škole so zameraním na digitálnu formu“.

1) Anderson, L. W., Krathwohl, D. R. et al. 2001. A taxonomy for learning, teaching, and assessing: A revision of Bloom’s taxonomy of educational objectives. New York: Longman.
2) COUNCIL OF EUROPE 2021. Council of Europe and Artificial Intelligence. [online]. [cit. 2024-06-14]. Dostupné z: https://www.coe.int/en/web/artificial-intelligence.
3) Dahiya, M. 2017. A Tool of Conversation: Chatbot. In International Journal of Computer Sciences and Engineering [online]. vol. 5, no. 5, p. 158-161. [cit. 2024-06-14]. Dostupné z: https://www.ijcseonline.org/pdf_paper_view.php?paper_id=1283&27-IJCSE-02149.pdf.
4) GONZÁLEZ-CALATAYUD, V., PRENDES-ESPINOSA, P., ROIG, V. 2021. Artificial Intelligence for Student Assessment: A Systematic Review. Applied Sciences.
5) KODKIN, V. L., ARTEM´EVA, E. V. 2024. ChatGPT: Application in Chemistry Education and Challenges. In Journal of Computer and Communications [online]. vol. 12, p. 196-206. [cit. 2024-06-14]. Dostupné z: https://doi.org/10.4236/jcc.2024.123012.
6) MARION, S. 2024. How to write a good drafting prompt for OpenAI’s ChatGPT, GPT-3 and GPT-4 models? [online]. [cit. 2024-06-14]. Dostupné z: https://gptforwork.com/guides/how-to-write-good-prompt.
7) NGUYEN, T., CAO L., NGUYEN, P., TRAN, V., NGUYEN, P. 2023 Capabilities, Benefits, and Role of ChatGPT in Chemistry Teaching and Learning in Vietnamese High Schools. July 2023.Dostupné z: https://www.researchgate.net/publication/372372387Capabilities_Benefits_and_Role_of_ChatGPT_in_
Chemistry_Teaching_and_Learning_in_Vietnamese_High_Schools.
8) OECD 2016. OECD Science, Technology and Innovation Outlook. [online]. [cit. 2024-06-14]. Dostupné z: https://www.oecd-ilibrary.org/science-and-technology/oecd-science-technology-and-innovation-outlook-2016_sti_in_outlook-2016-en.
9) OpenAI Platform 2023. Six strategies for getting better results. [online]. [cit. 2024-06-14]. Dostupné z: https://platform.openai.com/docs/guides/prompt-engineering/six-strategies-for-getting-better-results.
10) ROBINSON, R. 2024. How to write an effective GPT prompt. [online]. [cit. 2024-06-14]. Dostupné z: https://zapier.com/blog/gpt-prompt/.
11) UNESCO 2021. Recommendation on the Ethics of Artificial Intelligence. [online]. [cit. 2024-06-14]. Dostupné z: https://www.unesco.org/en/articles/recommendation-ethics-artificial-intelligence.
12) UNICEF 2021. Policy guidance on AI for children. [online]. [cit. 2024-06-14]. Dostupné z: www.unicef.org/globalinsight/media/2356/file/UNICEF-Global-Insight-policy-guidance-AI-children-2.0-2021.

13) WU, Y. 2023. Integrating generative AI in Education: How ChatGPT Brings Challenges for Future Learning and Teaching. In Journal of Advanced Research in Education [online]. vol. 2, no. 4, p. 6-10. [cit. 2024-06-14]. Dostupné z: https://www.pioneerpublisher.com/jare/article/view/324.