人工智能赋能程序设计课程教学改革

人工智能赋能程序设计课程教学改革

李洁

江苏省徐州技师学院 江苏 徐州 221000

摘要：融合人工智能技术于教育领域，为程序设计教学的革新注入了新的动力与难题。借助于智能技术，教师能够依据每位学生的学习状况和个性，打造个性化的教学方案和课程内容，确保学生能在各自适应的步调和能力水平上深入学习，从而提升教学成效。教育领域的人工智能应用成为时代发展的必然趋势，它对传统的“知识灌输”式教学模式构成了极大的冲击。在常规的程序设计教学中，往往是教师主导，学生处于较为被动的知识接收状态。而智能技术的引入，能够创建出模拟的实验环境和编程平台，让学生通过亲自动手实践和自主探究来学习，这有助于锻炼他们的实际操作能力和问题解决技巧；此外，人工智能还能提供智能化的学习辅导工具，助力学生更加深刻地理解和掌握程序设计的核心概念与技巧。

关键词：人工智能；赋能；程序设计课程；教学改革

1人工智能赋能程序设计课程的教学转变

人工智能的融入为传统教学注入新活力，革新了教学内容与进度的布局，构筑起一套涵盖“教学—评价—反馈”全环节的程序设计课程体系。这一体系不仅增强了教师的教学水平，也显著提高了学生的学习效果，实现了从“我有学习意愿、我能掌握编程”到“我会编程、我能实践编程”的教学目标。人工智能在教学过程中的应用促使学生学习模式发生根本改变，个性化、量身定制的教育得以实现。例如，根据知识点智能推送客观题，以巩固语法知识；智能推荐编程练习，以增强实际编程技能。此外，构建学生个性化档案，分析个人偏好和能力，识别学生间的学习差异和需求，从而实现分层次、分类别的教学安排，全方位提升学生的编程技能，使学生能够自由选择学习材料和方式。人工智能在教学中的应用同样改变了教师的教学模式，解决了个性化学习与教师资源有限之间的冲突。利用人工智能的分析数据，教师能在课堂上集中解决学生普遍面临的编程难题，而在课堂之外则关注学生的个别发展需求。人工智能还能分析学生的课堂行为，帮助教师更准确地掌握学生的情绪和学业状态，以更有效地指导和支持学生的学习。在成果评估和反馈方面，人工智能也带来了变革。编程题目中的代码具有可执行和可检测性，使得自动阅卷、代码查重、作弊检测和可视化分析成为可能。通过分析学生的学习进程和代码提交时间，教师能针对性地调整教学目标和内容，采取更有效的教学方法。这一评测与反馈系统有助于学生和教师更清晰地了解学习进度和存在的问题，从而推动学生的学业成长。

2人工智能赋能教学的关键点

（1）打造各科目知识结构图。针对各章节内容，细致梳理出关键知识点及其间的相互关联，邀请行业专家进行审核和确认；利用图形数据库进行信息储存；对现有教学资源，诸如视频、课件、作业以及编程练习等，进行知识点分类和标记，并与知识结构图实现关联。（2）连接教务系统学生基本信息库，作为构建学生个人档案的初始资料，同时搜集涉及学科竞赛、个人才能、兴趣爱好等多方面信息，作为为学生推荐程序设计教学知识点和编程练习的初步参考。（3）与网络学习平台，例如超星学习系统对接，获取学生过往学习行为数据，包括浏览过的视频和课件所涵盖的知识点、观看次数和时长等；收集学生作业成绩及其对应的知识点信息，作为学习历史数据的来源。在人工智能平台上，运用机器学习技术，如协同过滤、时序分析、深度卷积网络等方法，对学生进行新教学知识点和编程练习的智能推荐。

3基于大语言模型的教学实践

3.1课前培养过程

培育学子在发掘问题、解析问题方面的技巧，同时激发他们主动学习的积极性。着重增强学生积极猎取学问的技能，全方位提高其创新思维与实际操作能力；在课程资源平台上，公布相应知识点的详细说明，涵盖教学视频、动态演示、教材具体页码及必备基础知识（例如离散数学、医学DNA分析、流体动力学数值模拟），提倡学生开展课前自学。具体实施措施：上传课程所需教材、幻灯片课件，并明确指定教材阅读的章节。倡导学生利用先进的语言模型，如GPT，来获取编程的启发与方向。

3.2课中培养过程

围绕学生主体性，依据学生个性化差异，精心设计个性化的教学方案与人才培养策略，灵活调整教学材料，实现知识传授的深浅有序、层次分明，逐步引入多元化的教学手段和学习辅导手段。遵循教学纲要规定的学习节奏，以编程实例为核心，除了语法讲解，更着重于培育编程理念和问题解决技巧。具体实施措施包括：运用PPT课件辅助教学，问题驱动式教学，现场利用编程软件进行代码编写；针对难点和普遍问题进行深入解析，利用“学习通App”的投票等互动功能提升学生参与度，实时掌握学生的学习状况；通过与高级语言模型如GPT的互动，获取答案和详尽解析，促进学生思考，确保学生跟上课程节奏。课堂实时布置2至3道调试题目，让学生参与错误查找和修正。同时，在实验课上实践翻转课堂模式，集中讨论研究性和挑战性的编程案例，探索结合大语言模型如GPT的“伙伴编程”学习新方式，致力于增强学生的编程设计水平。

3.3课后培养过程

以巩固和深化知识为核心，立足于实际应用，让学生沉浸于解决问题的过程，点燃他们探求知识的渴望。逐步引导学生培养创新思维和创造力，推动学生自发地掌握新技能，进而激活他们的学习动力。具体实施措施如下：公布课程重点内容，指导学生观看相应的教学视频、动画以及指定教材的具体页码；布置实践性强的案例项目，强调必须亲自调试并确保成功运行；在编程平台上布置日常作业（计入平时成绩），在超星学习平台上安排研究性课题，激励学生自主搜集资料，比如利用GPT等大型语言模型来启发思考。

4教学改革效果

智能技术的运用极大地促进了学生定制化教育的实现。它能够洞察学生的学习状况，进而推荐个性化的学习资料，评价学习成效，并将这些数据与学生的具体学习要求相融合，构建了一个完善的反馈机制。这一机制对教学材料和进度的调整，贴合了学生多元化的学习需求。在2023年秋季学期，我在未来技术学院的精英人才班中尝试了先进模型的教学法，随后开展的教学满意度调研显示，满意度高达96.9%，反映出学生们的学习热情和自信心有了显著提升。智能技术的运用也助力教师关注普遍问题并深入了解学生的个性化特征。借助智能技术，教师能够即时掌握学生的学习状况和表现，洞察每位学生的学习特点和需求，这便于教师优化课堂教学，针对学生的薄弱环节进行深入探讨，进而提升教学品质。2023年秋季，我对未来技术学院的尖子班和社区学院的理工大班进行了比较，发现学生的考试成绩整体提升了10.2个百分点。智能技术在教学评价和数据分析方面的应用，通过自动化的试卷生成和评分，提升了评价工作的效率与精确度。同时，通过数据可视化分析，教师能够及时掌握学生和班级的学习动态，识别问题并采取针对性的策略，从而增强教学成效。在2023年秋季学期，我在超星学习通平台的知识图谱模块中设计了116个知识点，利用课程知识关联与学习任务统计功能，有效地跟踪了学生的掌握率和知识点的学习情况。

结论

利用先进的人工智能技术，如大规模语言模型、知识架构和智能推荐算法，可以在教育领域实现教学活动的优化升级，从而显著提高课堂教学的效率与学生学习的成果，这对于实施分层次和分类别的教学策略尤为重要。通过智能技术的融入，教学能够更加贴合每个学生的个性化需求，实现教学内容的定制化与针对性，进而增强教学效果和学生表现。尽管如此，对这些新兴技术和方法的运用仍需深入研究和实践，特别是在程序设计教学领域。同时，还需注重在教学过程中调整好教师与学生之间的互动关系，确保双方能够积极参与并保持互动的有效性。

参考文献：

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