Hogyan támogathatja a ChatGPT a felsőfokú oktatást?

Szerző: Verő Balázs, Verő Balázsné
A ChatGPT-vel folytatott beszélgetés leiratát szerkesztette: Dobránszky János

1. Bevezetés

Bizonyára nem kell indokolni, miért fontos az a kérdés, hogy miként támogathatja a ChatGPT a felsőfokú oktatást. Tóth László, az Anyagvizsgálók Lapja felelős szerkesztője a nyár végén megkért, írjunk egy rövid cikket arról, hogy mi is az a ChatGPT. Kérésének eleget téve, összeállítottunk egy ismeretterjesztő jellegű írást, amelyben az általános tudnivalókon kívül két anyagtudományi példával szemléltettük ennek a – lényegét tekintve – a nagy nyelvi modellen alapuló számítógépes programok egyikének a képességeit. Kétféle kérdésre kértünk választ: a diszlokációk sokszorozódására vonatkozó kérdést mi fogalmaztuk meg, míg a második kérdést R. W. Hertzberg, R. P. Vinci és J. L. Hertzberg Deformation and fracture mechanics of engineering materials című, 2012-ben megjelent könyve[1] második fejezetének végén szereplő húsz kérdés közül választottuk ki. Már itt hangsúlyozzuk – és ennek az oktatás folyamatában kitüntetett jelentősége van – az angolszász szakkönyvekben az egyes fejezetek végén mindig szerepelnek ellenőrző kérdések, amelyekre az adott fejezet tartalmának alapos ismeretében és némi gondolkodás árán lehet felelni.

Példaként ismertetjük az említett két kérdést és az azokra adott ChatGPT-válasz egy részét.

• Kérdés: A diszlokáció fizikai tárgy vagy anyag? Ha nem, mi az?
• Válasz: „A diszlokációk a kristályszerkezetben fellépő rácshibák, amelyek kulcsszerepet játszanak az anyagok mechanikai tulajdonságainak meghatározásában, de nem tekinthetők fizikai tárgyaknak vagy anyagoknak.”
• Kérdés: Ha ugyanezeket a kérdéseket angolul tettem volna fel, ugyanezeket a válaszokat kaptam volna?
• Válasz: „Igen, ugyanazokat a tudományosan megalapozott válaszokat kaptad volna angolul is.

Bár a diszlokáció mibenlétére vonatkozó ellenőrző kérdés és az arra adott ChatGPT-válasz elemzése önmagában is elegendő lenne egy szokásos terjedelmű blogbejegyzés kitöltésére, a már említett Anyagvizsgálók Lapja-cikkben (amely szeptember végén még nem jelent meg) megígértük, hogy a számítógépes programmal folytatott kérdés-felelet játék teljes anyagát közöljük. Úgy gondoljuk ugyanis, hogy az ellenőrző kérdésekből kiválasztott, mintegy hat, különböző területet érintő kérdés és a kapott válaszok alapján már felismerhetők azok az irányok, amelyekben a ChatGPT lényeges segítséget nyújthat a felsőfokú műszaki oktatásban.

Az alábbiakban tehát ennek a beszélgetésnek a teljes szövege olvasható, hangsúlyozva azt, hogy maguk a kérdések a már hivatkozott szakkönyvből származnak. Mivel a válaszok magyar nyelven, írásban érkeztek, azokat változatlan formában közöljük, de helyenként lábjegyzetben hívjuk fel a figyelmet a válasz esetleges pontatlanságára.

2. A ChatGPT-vel 2024. szeptember 9-én folytatott beszélgetés

2.1. Első kérdés: A diszlokáció fizikai tárgy vagy anyag? Ha nem, akkor mi az?

ChatGPT:
A diszlokációk a kristályszerkezetben fellépő rácshibák, amelyek kulcsszerepet játszanak az anyagok mechanikai tulajdonságainak meghatározásában, de nem tekinthetők fizikai tárgyaknak vagy anyagoknak. Ehelyett a diszlokációk vonalszerű hibák vagy defektusok, amelyek a kristályrács atomjainak elrendezésében fellépő helyi rendellenességeket képviselik.

A diszlokációk két fő típusa:

1. Éldiszlokáció (Edge Dislocation): Ez egy olyan vonal mentén lévő diszlokáció, ahol egy extra atomsík ékelődik be a kristályszerkezetbe. Az éldiszlokációk mentén az atomsíkok elcsúsznak, ami feszültségkoncentrációt okoz.
2. Csavardiszlokáció (Screw Dislocation): Ez egy olyan vonal mentén lévő diszlokáció, ahol a kristálysíkok egy spirális alakú eltolódást szenvednek. Ebben az esetben a diszlokáció vonala és a Burgers-vektor párhuzamosak.

A diszlokációk jelenléte és mozgása jelentős hatással van az anyagok mechanikai tulajdonságaira, mint például a keménységre, szilárdságra és képlékenységre. A diszlokációk mozgása lehetővé teszi a kristályok alakváltozását, amit kihasználnak a különböző fémmegmunkálási technikák során.

A diszlokációk nem önálló fizikai tárgyak, hanem a kristályrács hibái, amelyek az atomok elhelyezkedésének megváltozását okozzák. Ezen hibák leírásához használt fogalmak, mint a Burgers-vektor és a vonalvektor, segítenek meghatározni a diszlokációk irányát és jellemzőit.

2.2. Köszönöm! Második kérdés: Miért szükségesek a diszlokációk a kristályos anyagokra jellemző alakváltozó képesség (plaszticitás) magyarázatára?

ChatGPT:
A diszlokációk alapvető fontosságúak a kristályos anyagok alakváltozó képességének (plaszticitásának) megértésében és magyarázatában. Az alábbiakban részletezem, miért szükségesek a diszlokációk a plaszticitás magyarázatára:

1. Atomikus Méretű Mozgások és Rugalmas Határok [2]

Kristályos anyagok esetében a plasztikus (képlékeny) alakváltozás nem magyarázható kizárólag az atomok rugalmas elmozdulásával. Az atomok kis elmozdulása a rugalmas tartományban történik, amely után a kristályos anyag visszatér eredeti alakjába. Plasztikus alakváltozás esetén azonban tartós deformáció lép fel, amit az atomok jelentős elmozdulása okoz. A diszlokációk lehetővé teszik az atomok elmozdulását a kristályrácsban, miközben viszonylag kis energia szükséges a folyamat elindításához.

2. Energia Csökkentése

A diszlokációk mozgása kisebb energiabefektetést igényel a kristályrácsban, mint az atomok kollektív, szinkronizált elmozdulása. Az atomok egymáshoz viszonyított elmozdulása fokozatosan, lépésről lépésre történik a diszlokációk mentén, ami csökkenti az alakváltozáshoz szükséges energia mennyiségét.

3. Diszlokációk Mozgása és Csúszás

A diszlokációk lehetővé teszik az atomok csúszását a kristályrács síkjai mentén. Amikor egy külső feszültség hatására a diszlokációk mozgásba lendülnek, azok eltolódást okoznak az atomsíkok között, ami a plasztikus deformációt[3] eredményezi. Az ábra is mutathatja, hogy a diszlokációs vonalak mentén történő elmozdulások hogyan vezetnek a teljes kristályos szerkezet tartós deformációjához.

4. Képlékeny Deformáció Törési Mechanizmusa [4]

A diszlokációk lehetővé teszik a kristályos anyagok képlékeny deformációját anélkül, hogy az anyag törne vagy repedne. A diszlokációk eloszlatják a feszültséget a kristályrácsban, így a helyi feszültségkoncentrációk csökkennek, ami megakadályozza a repedések kialakulását.

5. Diszlokációs Sokszorozódás [5]

A diszlokációk száma növekedhet a deformáció során (diszlokációs sokszorozódás), ami tovább erősíti a plaszticitást. A diszlokációk kölcsönhatásba lépnek egymással, és új diszlokációkat hoznak létre, amikor egy külső erő hatására elmozdulnak. Ez a folyamat lehetővé teszi, hogy a kristályos anyag nagyobb mértékű deformációt képes elviselni, mielőtt törne vagy repedne.

6. Kritikus Nyírófeszültség

A diszlokációk létezése csökkenti a kritikus nyírófeszültséget, amely ahhoz szükséges, hogy a kristályos anyag megkezdje a plasztikus deformációt. Ha a diszlokációk nem lennének jelen, a kristályos anyag csak magasabb nyírófeszültségénél kezdődne el a képlékeny deformáció. A diszlokációk mozgása lehetővé teszi a plasztikus alakváltozást már alacsonyabb feszültség mellett is.

7. Kristályrácshibák és Anyagkeménység

A diszlokációk jelenléte és mozgása meghatározza az anyag keménységét és szilárdságát. Az anyagban lévő diszlokációk számának növekedése akadályozza a további diszlokációk mozgását (diszlokációs blokkolás), ami növeli az anyag keménységét (munkakeményítés[6]). Ez a jelenség fontos szerepet játszik az anyag mechanikai tulajdonságainak szabályozásában és az ipari alkalmazásokban.

8. Hőmérséklet Hatása

A hőmérséklet is befolyásolja a diszlokációk mozgását. Magasabb [7]hőmérsékleten a diszlokációk könnyebben mozognak, ami növeli a plaszticitást. Alacsonyabb hőmérsékleten a diszlokációk mozgása korlátozottabb, és az anyag törékenyebbé válik.

9. Különböző Diszlokációtípusok Hatása

A különböző diszlokációtípusok (éldiszlokációk, csavardiszlokációk és vegyes diszlokációk) eltérő módon járulnak hozzá a plasztikus deformációhoz. Az éldiszlokációk például nagyobb mértékű elmozdulást okoznak az atomsíkok között, míg a csavardiszlokációk az atomsíkok csavarodását eredményezik. A vegyes diszlokációk mindkét hatást kombinálják, ami összetettebb deformációs mechanizmusokat eredményez.

Összegzés

A diszlokációk lényeges szerepet játszanak a kristályos anyagok plaszticitásának magyarázatában, mivel lehetővé teszik az atomsíkok viszonylagos elmozdulását viszonylag kis energia befektetéssel. A diszlokációk mozgása, sokszorozódása és kölcsönhatásai meghatározzák az anyag alakváltozó képességét, keménységét és szilárdságát. Ezért a diszlokációk jelenléte és dinamikája alapvető fontosságú a kristályos anyagok mechanikai viselkedésének megértéséhez és szabályozásához.

Amennyiben további kérdések merülnek fel a témában, vagy szeretnél még részletesebb magyarázatot kapni, nyugodtan kérdezz!

2.3. A következő kérdésem: Állítsa relatív sorrendbe a különböző anyagokra és anyagcsoportokra jellemző Peierls-erőt, és magyarázza meg, hogy mi indokolja ezt a sorrendet az egyes esetekben.

ChatGPT:
A Peierls-erő a diszlokációk mozgását akadályozó energia-gát, amelyet az anyag kristályszerkezete és az atomsíkok közötti kötési erők határoznak meg. Az egyes anyagokra és anyagcsoportokra jellemző Peierls-erő relatív sorrendje a következő tényezőktől függ:

1. Kristályszerkezet (rácstípus)
2. Rácsállandó
3. Kötési energia és típus
4. Atomsíkok elrendezése

Ezek alapján, állítsuk sorrendbe a különböző anyagokat és anyagcsoportokat jellemző Peierls-erőt:

1. Fémek

• Testközéppontos köbös (BCC):
  • A BCC szerkezetű fémek, mint például a vas (Fe) és a króm (Cr), általában magasabb Peierls-erővel rendelkeznek, mivel a diszlokációk mozgása több akadállyal találkozik a komplex rácsszerkezet miatt.
• Lapközéppontos köbös (FCC):
  • Az FCC szerkezetű fémek, mint például az alumínium (Al), a réz (Cu), és a nikkel (Ni), alacsonyabb Peierls-erővel rendelkeznek, mivel a diszlokációk mozgása könnyebb a sűrűbb atomsíkok mentén.
• Hatszöges rács (HCP):
  • Az HCP szerkezetű fémek, mint például a magnézium (Mg) és a titán (Ti), szintén viszonylag alacsony Peierls-erővel rendelkeznek, de ez függ a mozgás irányától és a csúszási rendszertől.

2. Kerámiák

• Ionos kötésű kerámiák:
  • Az anyagok, mint például az alumínium-oxid (Al₂O₃) és a szilícium-karbid (SiC), magas Peierls-erővel rendelkeznek, mivel az erős ionos kötések nagy energia-gátat képeznek a diszlokációk mozgása előtt.
• Kovalens kötésű kerámiák:
  • Az anyagok, mint a gyémánt (C) és a szilícium (Si), szintén nagyon magas Peierls-erővel rendelkeznek, mivel az erős kovalens kötések miatt a diszlokációk mozgása erősen korlátozott.

3. Ötvözetek

• Szilárd oldatú ötvözetek:
  • Az ötvözetek, amelyek szilárd oldatok, mint például a sárgaréz (Cu-Zn) és a bronz (Cu-Sn), változó Peierls-erővel rendelkeznek az ötvöző elem koncentrációjától és a rács szerkezetétől függően.
• Fémüvegek:
  • A fémüvegek amorf szerkezete miatt általában alacsonyabb Peierls-erővel rendelkeznek, mivel nincsenek jól definiált kristályos rácsok, amelyek akadályozzák a diszlokációk mozgását.

Magyarázat

• Kristályszerkezet (rácstípus):
  • A BCC szerkezet nagyobb Peierls-erőt eredményez a bonyolultabb rácsszerkezet és a kevesebb csúszási rendszer miatt.
  • Az FCC szerkezet alacsonyabb Peierls-erőt eredményez a sűrű atomsíkok és a több csúszási rendszer miatt.
• Kötési energia és típus:
  • Az ionos és kovalens kötésű anyagok magasabb Peierls-erővel rendelkeznek a kötési energia nagysága miatt, ami nagyobb energia-gátat jelent a diszlokációk mozgásához.
• Atomsíkok elrendezése:
  • Az anyag atomsíkjainak sűrűsége és elrendezése szintén befolyásolja a Peierls-erőt. A sűrűbb atomsíkok és a szabályos elrendezés alacsonyabb Peierls-erőt eredményez.

Összegzés

A Peierls-erő relatív sorrendjét tehát a kristályszerkezet, a rácsállandó, a kötési energia és az atomsíkok elrendezése határozza meg. Az anyagok és anyagcsoportok Peierls-erő sorrendjének ismerete fontos a mechanikai tulajdonságok, különösen a plaszticitás és a keménység megértéséhez és előrejelzéséhez.

Remélem, ez a részletes magyarázat hasznos volt. Ha további kérdéseid vannak, szívesen válaszolok!

2.4. Köszönöm! A következő kérdésem: Ha egy FCC anyagnak nagy a rétegződésihiba-energiája, milyen egymáshoz közel vagy egymástól távol elhelyezkedő részdiszlokációkra számítunk, és milyen jellegű lesz a csúszás ebben a tárgyalt két esetben? Magyarázd meg röviden mindkét tendenciát.

ChatGPT:
Az FCC (face-centered cubic) kristályszerkezetű anyagok rétegződésihiba-energiája (stacking fault energy, SFE) jelentős hatással van a diszlokációk viselkedésére és a csúszás jellegére. A rétegződésihiba-energia meghatározza, hogy a részdiszlokációk (partial dislocations) milyen távol helyezkednek el egymástól, és ez befolyásolja a csúszás típusát és hatékonyságát. Vizsgáljuk meg ezt két szélsőséges esetben: nagy SFE és alacsony SFE[8].

Nagy rétegződési hibaenergia (SFE)

Egymáshoz közel elhelyezkedő részdiszlokációk:

• Jelenség: Nagy SFE esetén a részdiszlokációk közel helyezkednek el egymáshoz, mivel a nagy energia miatt a rétegződési hiba nem stabil, és az anyag igyekszik minimalizálni az ilyen hibákat.
• Csúszás jellege: A csúszás elsősorban egyenes diszlokációk mentén történik, mivel a részdiszlokációk gyorsan rekombinálódnak teljes diszlokációkká. Az ilyen anyagokban a csúszás könnyebben és egyenesebben megy végbe.

Magyarázat:

A nagy SFE azt jelenti, hogy az anyag energetikailag kedvezőtlennek találja a rétegződési hibák kialakulását. Ezért a részdiszlokációk közötti távolság kicsi, és az anyag inkább teljes diszlokációk mentén deformálódik, minimalizálva a rétegződési hibákat. Az egyenes diszlokációk mentén történő csúszás könnyebben létrejön, és kevesebb energia szükséges a diszlokációk mozgásához.

Alacsony rétegződési hibaenergia (SFE)

Egymástól távol elhelyezkedő részdiszlokációk:

• Jelenség: Alacsony SFE esetén a részdiszlokációk távolabb helyezkednek el egymástól, mivel a rétegződési hiba energetikailag stabilabb, és az anyag könnyebben megengedi ezeknek a hibáknak a kialakulását.
• Csúszás jellege: Az alacsony SFE anyagokban a csúszás inkább a részdiszlokációk mentén történik, ami több lépésben, fokozatosan megy végbe. Az ilyen anyagokban a csúszás inkább a rétegződési hibák mentén történik, ami lassabb és komplexebb csúszást eredményez.

Magyarázat:

Az alacsony SFE azt jelenti, hogy az anyag energetikailag stabilabb rétegződési hibákkal. Ennek következtében a részdiszlokációk közötti távolság nagyobb, mivel az anyag nem igyekszik minimálisra csökkenteni a rétegződési hibákat. A csúszás fokozatosan, több lépésben megy végbe, mivel a diszlokációk részdiszlokációk formájában mozognak a rétegződési hibák mentén.

Összegzés

• Nagy SFE: Részdiszlokációk közel helyezkednek el egymáshoz, a csúszás egyenes diszlokációk mentén történik, ami könnyebb és gyorsabb deformációt eredményez.
• Alacsony SFE: Részdiszlokációk távol helyezkednek el egymástól, a csúszás rétegződési hibák mentén, fokozatosan történik, ami lassabb és komplexebb deformációt eredményez.

Ezek a tendenciák kulcsfontosságúak a különböző FCC anyagok mechanikai tulajdonságainak megértéséhez és alkalmazásához. Ha további kérdéseid vannak, szívesen válaszolok!

2.5. Köszönöm! A következő kérdésem: Mit jelent a független csúszási rendszer fogalma?

ChatGPT

A független csúszási rendszer fogalma a kristályos anyagok deformációjának megértésében kulcsfontosságú. A csúszási rendszer egy csúszási síkból[9] és egy csúszási irányból áll, amelyek mentén a diszlokációk mozgása történik. Az független csúszási rendszerek számától függ, hogy az anyag milyen mértékben képes plasztikusan deformálódni.

Független csúszási rendszer meghatározása

1. Csúszási sík (Slip Plane): A kristályban az a sík, amelyben a diszlokációk könnyen mozoghatnak. Ez általában a legsűrűbb atomrendezésű sík[10].
2. Csúszási irány (Slip Direction): A csúszási síkon belül az az irány, amelyben a diszlokációk könnyen mozoghatnak. Ez általában a legsűrűbben csomagolt irány[11] a csúszási síkban.

Független csúszási rendszer

A csúszási rendszerek függetlenek, ha a kristály szerkezetében egymástól független mozgást biztosítanak. Azaz, ha egy csúszási rendszer mozgása nem gátolja vagy zavarja egy másik csúszási rendszer mozgását.

Kritériumok a független csúszási rendszerekhez

1. Geometriai függetlenség: Az egyes csúszási rendszereknek különböző síkokban és irányokban kell lenniük ahhoz, hogy különböző típusú deformációkat tudjanak létrehozni.
2. Lineáris függetlenség: A csúszási rendszerek vektorai (a csúszási sík normálvektora és a csúszási irány vektora) lineárisan függetlenek kell, hogy legyenek egymástól.

Példa a független csúszási rendszerekre

Az FCC (face-centered cubic) kristályszerkezetű anyagokban (például alumínium, réz) 12 független csúszási rendszer található, amelyek a következő síkokon és irányokban helyezkednek el:

• Csúszási síkok: {111} típusú síkok (4 különböző sík)
• Csúszási irányok: <110> típusú irányok (mindegyik síkban 3 különböző irány)

Ez összesen 4 sík × 3 irány = 12 független csúszási rendszert ad.

Miért fontosak a független csúszási rendszerek?

A független csúszási rendszerek száma meghatározza, hogy az anyag hogyan képes elnyelni és alkalmazkodni a deformációhoz. Az FCC anyagok nagy számú független csúszási rendszerük miatt nagyon jól deformálhatók és képesek plasztikusan viselkedni. Az olyan anyagok, amelyeknek kevesebb független csúszási rendszere van (például a HCP – hexagonal close-packed kristályszerkezetű anyagok), általában kevésbé képesek plasztikus deformációra, és hajlamosabbak rideg törésre.

Összefoglalva

A független csúszási rendszer fogalma a kristályos anyagokban azoknak a síkoknak és irányoknak a kombinációját jelenti, amelyek mentén a diszlokációk mozgása függetlenül történhet, lehetővé téve az anyag hatékony és sokirányú plasztikus deformációját. Ez a fogalom különösen fontos a mechanikai tulajdonságok, mint például a szilárdság, duktilitás és keménység megértésében és jellemzésében.

2.6. Köszönöm! A mai utolsó kérdésem: Melyik folyási feltétel jelzi a legkisebb folyási feszültséget az alkalmazott feszültségek legváltozatosabb kombinációja esetén – a Tresca- vagy a von Mises-féle folyási feltétel? Milyen feszültségi feltételek mellett adódik e két feltétel alapján ugyanaz a feszültségérték?

ChatGPT:
A Tresca- és a von Mises-féle folyási feltételek két különböző kritériumot jelentenek az anyagok folyási viselkedésének leírására többtengelyű feszültségi állapotban. Ezek a kritériumok meghatározzák, hogy milyen feszültségkombinációk esetén indul meg az anyag plasztikus deformációja. Nézzük meg részletesen a két feltételt és válaszoljuk meg a kérdéseket.

Tresca-féle folyási feltétel

A Tresca-féle folyási feltétel szerint az anyag akkor kezd el folyni, amikor a legnagyobb és a legkisebb főfeszültségek közötti különbség eléri a tiszta nyírófeszültség (τ_max) kétszeresét. Matematikailag ez a következőképpen írható le:

σ₁ – σ₃ = σ_y

ahol σ₁ és σ₃ a legnagyobb és a legkisebb főfeszültségek, σ_y a folyási feszültség az anyagban.

Von Mises-féle folyási feltétel

A von Mises-féle folyási feltétel szerint az anyag akkor kezd el folyni, amikor a második invariánsának a von Mises ekvivalens feszültsége (σv\sigma_vσv​) eléri az anyag folyási feszültségét. Az ekvivalens feszültség a főfeszültségek függvényében így adható meg:

ahol:
σ₁, σ₂ és σ₃ a főfeszültségek.

Az anyag akkor kezd el folyni, amikor:
σ_v = σ_y

Kisebb folyási feszültség a legváltozatosabb feszültségkombinációk esetén

Általánosan elmondható, hogy a von Mises-féle folyási feltétel hajlamos alacsonyabb folyási feszültséget jelezni a feszültségek változatos kombinációi esetén, mint a Tresca feltétel. Ennek oka, hogy a von Mises kritérium egy energiaelméletre épül, amely figyelembe veszi az összes feszültségkomponenst, míg a Tresca feltétel csak a főfeszültségek közötti legnagyobb különbséget nézi.

Feszültségi feltételek, ahol a két feltétel azonos feszültségértéket ad

A Tresca és a von Mises feltételek által azonos folyási feszültségértékek adódnak a következő esetben:

• Tiszta nyírás (Pure Shear): Ebben az esetben a főfeszültségek közül kettő ellentétes irányú, míg a harmadik nulla (σ₁ = –σ₃ és σ₂ = 0). Tiszta nyírás esetén a von Mieses ekvivalens feszültség és a Tresca feltétel is azonos folyási feszültséget jelez.

Például tiszta nyírás esetén, ahol: σ₁ = σ, σ₂ = 0, σ₃ = –σ, a von Mieses ekvivalens feszültség:

és a Tresca-feltétel:
σ₁ – σ₃ = σ – (–σ) = 2σ

Ebben az esetben, hogy a von Mieses és Tresca folyási feltételek azonos eredményt adjanak,

ami matematikailag nem lehetséges, de gyakorlati közelítésben a von Mieses-kritérium általában kissé alacsonyabb folyási feszültséget jelez.

Összefoglalva

• A von Mises folyási feltétel általában kisebb folyási feszültséget jelez a változatos feszültségkombinációk esetén.
• A Tresca és a von Mises folyási feltételek azonos értéket adnak tiszta nyírási állapotban, bár gyakorlati szempontból a von Mises kritériumot kissé előnyösebbnek tartják az alacsonyabb folyási feszültség miatt.

Köszönöm! ha ugyanezeket a kérdéseket angolul tettem volna fel, ugyanezeket a válaszokat kaptam volna?

ChatGPT:
Igen, ugyanazokat a tudományosan megalapozott válaszokat kaptad volna angolul is.

3. A mesterséges intelligencia használata a felsőoktatásban

Mielőtt a beszélgetés címben felvetett kérdésre – hogyan támogathatja a ChatGPT a felsőfokú oktatást? – válaszolnánk, célszerűnek tűnik, hogy a ChatGPT-vel folytatott kérdés-felelet játékból adódó következtetéseket is megfogalmazzuk. Amint már említettük, a kérdések egy nemzetközileg ismert kiadónál (Wiley) megjelent, a szakma kiválóságai által írt könyvből származnak. Nem lehet tehát kétséges, hogy a kérdések lényegre törőek. Ugyanakkor a számítógépes program által adott válaszok tartalmát óvatosan kell kezelni. Egyrészt, a számítógépes program alkalmazásának kezdetén meg kell adnunk, hogy a kérdező, az adott témakörben milyen szintű ismeretek birtokában van, másrészt pedig, ha többször feltennénk ugyanazt a kérdést a programnak, valószínű, hogy mindig kissé eltérő tartalmú választ kapnánk.

Erre a problémára a diszlokáció-sokszorozódással kapcsolatban folytatott beszélgetés világított rá, amikor az alapkérdésre adott válaszban az adott problémával összefüggésben lévő összes szakirodalmi ismeretet magába foglaló, de a nemzetközileg elfogadott állásponttól teljesen eltérő, nyugodtan állíthatjuk, hogy helytelen választ kaptunk. Amikor visszakérdeztünk, akkor a ChatGPT azonnal elismerte azt, hogy hibázott, és a második körben már helyes választ adott. Ebből a példából egyértelműen látszik, hogy az elsőként kapott választ elfogadni veszélyes, félrevezető lehet. Ugyanez igaz akkor is, ha arra kérjük a programot, hogy egy adott témában küldjön nekünk egy adott terjedelmű összefoglalót. Tapasztalatunk szerint ez utóbbi esetben alkalmazzák leggyakrabban az egyetemi hallgatók a programot.

Rátérve a címben foglalt kérdésre adott válaszra, a műszaki felsőoktatási folyamat nyilván csak akkor lehet eredményes, ha az oktató és a hallgató (vagy hallgatók) között érdemi kapcsolat alakul ki. E kölcsönösség miatt a problémakört vizsgálhatnánk akár az oktatók, akár a hallgatók szempontjából. Mi a hallgatók szempontjából vizsgáljuk a lehetőségeket, de látni fogjuk, hogy az oktatók is szükségszerűen találkoznak a ChatGPT alkalmazásakor felmerülő kérdésekkel. Ezért az oktatói gárdának is magas szinten kell ismernie és alkalmaznia ezt a programot.

Arra a kérdésre tehát, hogy a nagy nyelvi modellen alapuló programok – a ChatGPT ezek talán legismertebb példánya – miként segíthetik a hallgatók előrehaladását az anyagtudomány ismeretanyagának elsajátításában, kövessünk végig egy hallgatót a tanulmányai során.

A hallgató a műszaki anyagtudomány tantárggyal való ismerkedést általában a harmadik szemeszterben kezdi meg, és joggal feltételezhető, hogy a tantárgy előadója az első alkalommal a hallgató rendelkezésére bocsátja a tankönyvet, a gyakorlatok segédletét, és nyilván arra is felhívja a figyelmet, hogy ezeket a tanulást segítő eszközöket az előadások többletinformációkkal bővítik. Ideális esetben a tankönyvek – az angolszász világban jellemzően minden fejezet végén – mindig tartalmaznak összefoglaló kérdéseket. Az érdeklődő hallgatók tehát a tananyagban való előrehaladás közben már az egyes témakörök befejezése után feltehetik maguknak az adott területre vonatkozó kérdéseket, sőt, megpróbálhatják azokat megválaszolni is. Ezen a ponton segíthet először a hallgatónak a ChatGPT, hiszen a jól megfogalmazott kérdésre olyan választ kaphat, amely elindítja gondolkodását. A tankönyvből az előadások során szereplő információk alapján saját maga is megfogalmazhatja a választ, és azt a számítógépes program válaszával összehasonlítva elindulhat az a beszélgetés, amely minden bizonnyal a mélyebb megértést szolgálja. Ez a ChatGPT-vel folytatott vita vezet végül el ahhoz a megoldáshoz, amely összhangban van a tananyaggal, és a hallgató számára is megalapozott tudást hoz magával.

Ehhez a tanulási módhoz két megjegyzés kívánkozik. Az egyik: amennyiben a tankönyvekben szereplő kérdések feldolgozását a hallgatók nem egyénileg végeznék, hanem kis létszámú hallgatói csoportokban vitatkoznának a számítógépes programmal, és értelemszerűen egymással is, akkor ez a módszer a hallgatók közötti kapcsolatok kialakulását is elősegítheti. A másik megjegyzés pedig arra vonatkozik, hogy az adott témában folytatott kérdés-felelet végeredményét – tudomásunk szerint – a ChatGPT-t szolgáltató cégnél szakértői csoport minősíti. Ez a tudás valahogyan – maga a beszélgetés pedig nyilvánvalóan egészében – beépül a nagy nyelvi modell hátterébe; a nagy nyelvi modell szövegkorpuszába.

Az anyagtudománnyal foglalkozó tankönyvek – bár mindig újabb és újabb kiadást érnek meg – az szinte sohasem valósul meg, hogy az utolsó három–öt év eredményei is elérhetők lennének segítségükkel. A tantárgy előadójának viszont hivatásbeli kötelessége, hogy a tantárgyának legújabb eredményeit kövesse és ismerje is. Ezeknek az új ismereteknek a továbbadása az előadás végén a hallgatóknak feltett kérdésekkel valósulhat meg, és az előadó egyúttal javasolhatja a hallgatóknak, hogy a választ a következő előadásra a mesterséges intelligencia segítségével keressék meg. Ez a felhívás segíti az oktató és a hallgatók közötti kapcsolat kialakulását is, sőt, az előadó jelzést kaphat a hallgatóknak a tantárgy iránti érdeklődéséről, a hallgatók egyéni törekvéseiről.

Az előadások előrehaladása során előbb vagy utóbb elérkezünk a hallgatók tudásszintjének ellenőrzéséhez, például zárthelyik formájában. Első pillanatra nehezen képzelhető el, hogy ebben a folyamatban is segíthet a számítógépes program. Az szinte elképzelhetetlen, hogy a szóbeli tiltás ellenére a hallgatók ne használják a számítógépüket, de az még körülményesebb lenne, ha azokat be kellene gyűjteni. Így reálisan csak az képzelhető el, ha a zárthelyi feladatok megoldásához ezeket az eszközöket használniuk lehet, pontosabban kell. Az előadó által gondosan kiválasztott kérdésekre a hallgatónak a mesterséges intelligencia segítségével kell válaszolnia, és a kapott válasz értékelése után egy újabb kérdésfeltevéssel bizonyíthatja tudását. A zárthelyi értékelésekor az oktató azt vizsgálhatja, hogy a hallgató az adott témakörben milyen messzire jutott, mennyire volt képes vitatkozni a számítógépes programmal, és végül eljutott-e egy olyan megoldáshoz, amely összhangban van az előadó által korábban közölt ismeretanyaggal. Egy ilyen eljárás a zárthelyik javítását is megkönnyíti, hiszen az oktató interneten keresztül kapja meg a zárthelyik anyagát, és/vagy saját ismeretei, vagy a számítógépes program igénybevételével minősíti az adott zárthelyit.

A félév lezárásakor nem kerülhető el a vizsgáztatás. Az adott tantárgyat tekintve a hallgatók létszámától természetesen erősen függ az, hogy a számonkérésnek milyen az optimális formája. Kis létszámú évfolyamok esetén továbbra is a szóbeli vizsgáztatás tűnik a leghatékonyabbnak, de ha erre létszámi okok miatt nincs mód, akkor a zárthelyik írásakor alkalmazott módszer látszik célszerűnek, azzal a különbséggel azonban, hogy a vizsgazárthelyi végső értékelése a lehetőségek szerint már közvetlen személyes kapcsolatban történjen meg. Ez utóbbi eset főleg a legjobb vizsgazárthelyit író hallgatókkal való közelebbi személyes tájékozódást szolgálhatja.

Nem feledkezhetünk meg arról sem, hogy a hallgatói mérési gyakorlatokat hogyan segítheti a mesterséges intelligencia. Az eddig bemutatott és a tananyag elsajátítását segítő eseteken túlmenően feltétlenül említenünk kell azt, hogy a ChatGPT képes számítógépes programok írására is. Például a mérési eredmények statisztikai feldolgozásakor vagy egyes rutinfeladatok megoldásakor akár a gyakorlat ideje alatt, vagy a következő gyakorlatra, a hallgatók elkészíthetik ezeket a programokat az említett segítséggel. Mivel a mérési gyakorlatban alkalmazott vizsgálóberendezések, műszerek felépítésének és működési módjának részletes ismertetésére általában nincs lehetőség, a mérési jegyzőkönyveket a mesterséges intelligencia révén szerzett információkkal is ki lehet egészíteni.

A mindennapi gyakorlat fogja megmutatni a nagy nyelvi modelleken alapuló számítógépes programok alkalmazási lehetőségeit, és azt is, hogy ennek a módszernek a bevezetése milyen hatással lesz a hallgatók tudásszintjének elmélyítésére. Bizonyára még számos ötlet fog felmerülni, egy azonban ebből a blogbejegyzésből is kitűnik: eredményt csak akkor érhetünk el, ha a mesterséges intelligenciát – pl. a ChatGPT-t – olyan területen alkalmazzuk, amelyen nekünk is megfelelő tudásunk van, vagyis kialakulhat a számítógépes programmal egy termékeny szakmai vita. A már többször említett számítógépes programnak nevet adó fejlesztőmérnökök vagy a nekik segítő marketingszakemberek zsenialitását tükrözi a program első szava, a chat, hiszen a „chat” definíció szerint a következő: „A chat (ejtsd: cset, magyarul: csevegés) olyan társalgási forma, amely két vagy több ember között online (leggyakrabban az interneten keresztül) történik.”

---

[1] Az említett könyv 5. kiadásáról van szó, amely a John Wiley & Sons Inc. kiadónál jelent meg

[2] Az egyébként kiváló helyesírással dolgozó ChatGPK itt a fejezetcímek minden szavát nagy kezdőbetűvel, tehát helytelenül, írta. Az is feltűnő, hogy az angol „atomic” szót a helyes magyar kifejezés – atomos – helyett helytelenül fordította. Ennek könnyen lehet ám az a magyarázata, hogy a „microscopic” angol jelzőt is szinte egységesen „mikroszkopikus”-nak mondja s írja majd’ mindenki a helyes „mikroszkópos” helyett.

[3] A képlékeny alakváltozás (ma még) elterjedtebb kifejezés

[4] Ez a címsor eléggé zavaros lett

[5] Pontosabban: diszlokációsokszorozódás

[6] Pontosabban: alakítási keményedés vagy alakváltozási keményedés

[7] Jól látható, hogy a high/low a ChatGPT magyarjában gyakran magas/alacsony lesz (később azért kivételeket fogunk látni); ezt az egyébként is nagyon elterjedt nyelvhelyességi hibát a gépi fordítás csak fokozza

[8] Jellemző, hogy a ChatGPT ugyanazt a szokást alkalmazza, mint a hazai kutatók egyetemi oktatók túlnyomó többsége: az angol kifejezést ugyan lefordítja magyarra, de rögtön hozzárendel egy, az angol kifejezésből képzett betűszót (ami nem tévesztendő össze a rövidítéssel!)

[9] Az itt használt kifejezés (csúszási sík) jóval pontosabb kifejezés, mint az elterjedt „csúszósík”

[10] Pontosabban: legsűrűbb illeszkedésű sík

[11] Pontosabban: legsűrűbb illeszkedésű irány