AIGC技術(shù)在高職程序設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)中的實踐探究

摘要：程序設(shè)計基礎(chǔ)課程是高職自動化類專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，為后續(xù)自動化專業(yè)課程的學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備，而引入生成式人工智能技術(shù)輔助教學(xué)，可以彌補當(dāng)前信息化教育技術(shù)的不足。教師可從利用AIGC工具生成教學(xué)案例、利用AIGC技術(shù)生成教學(xué)資料、利用AIGC技術(shù)提供個性化學(xué)習(xí)支持、利用AIGC技術(shù)輔助教學(xué)評價與反饋等四個方面探究AIGC技術(shù)在程序設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：程序設(shè)計基礎(chǔ)課程；高職自動化專業(yè)；生成式人工智能技術(shù)自動化領(lǐng)域中的許多系統(tǒng)和項目都涉及計算機控制和編程，因此提升編程能力有利于學(xué)生更好理解和運用自動化技術(shù)。程序設(shè)計基礎(chǔ)課程是高職自動化類專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，講授編程語言（例如python，C#，C++等）的基礎(chǔ)語法和應(yīng)用，目的是讓學(xué)生有一定的編程基礎(chǔ)，為后續(xù)自動化專業(yè)課程的學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動化類專業(yè)（以下簡稱“專業(yè)”）程序設(shè)計基礎(chǔ)課程引入生成式人工智能（以下簡稱“AIGC”）技術(shù)輔助教學(xué)，以彌補當(dāng)前信息化教育技術(shù)不足，并為學(xué)生提供個性化學(xué)習(xí)支持和豐富的學(xué)習(xí)資源，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率。一、AIGC技術(shù)簡介AIGC技術(shù)是一種以深度學(xué)習(xí)為理論基礎(chǔ)的人工智能技術(shù)，通過復(fù)雜的模型訓(xùn)練和海量的數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)，AIGC可以根據(jù)用戶輸入的提示詞，生成與其相關(guān)聯(lián)的內(nèi)容。OpenAI實驗室于2022年11月30日首次向公眾開放ChatGPT-3，并在發(fā)布的5天內(nèi)迅速獲得了超過100萬的訂閱量。GPT-3可以生成與人類語言非常相似的文本。GPT-4于2023年3月15日正式公布，它回答的準(zhǔn)確性大幅提高，還具備更高水平的識圖能力，且更有創(chuàng)意。在GPT-4模型的支持下，ChatGPT可以參與對話，理解和響應(yīng)自然語言輸入，并提供定制和互動幫助［1］。ChatGPT是一種由先進AI技術(shù)賦能的自然語言處理系統(tǒng)，借助AI技術(shù)，它能夠精準(zhǔn)地把握對話脈絡(luò)并據(jù)此進行實時交互，從而實現(xiàn)如同真人般的交談體驗。它還能勝任很多工作，例如寫郵件、編視頻劇本、做營銷廣告文案，甚至翻譯外文資料、編寫代碼。ChatGPT的面世打響了生成式人工智能競爭的第一槍，國內(nèi)的科技公司在AI領(lǐng)域也紛紛推出相對應(yīng)的大模型產(chǎn)品，包括科大訊飛的訊飛星火、百度的文心一言、阿里的通義千問等。AIGC技術(shù)可以應(yīng)用于自然語言、圖像、音視頻等諸多領(lǐng)域，正在改變?nèi)藗兊墓ぷ骱蜕罘绞剑矊逃I(lǐng)域產(chǎn)生深刻的影響。二、AIGC技術(shù)在程序設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)中的應(yīng)用程序設(shè)計基礎(chǔ)課程是高職自動化類專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，主要內(nèi)容包括編程語言基礎(chǔ)、函數(shù)和模塊化編程、面向?qū)ο缶幊?、項目實踐等，目的是培養(yǎng)學(xué)生編程的基本技能，提高邏輯思維和解決問題的能力水平。但是在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，部分學(xué)生的編程知識和技能水平?jīng)]有達到預(yù)期的教學(xué)效果，影響后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。而在課程教學(xué)中引入AIGC技術(shù)，創(chuàng)新教學(xué)方法，可以有效解決教和學(xué)的難題。例如，它可以幫助教師為不同層次的學(xué)生制訂個性化的教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生的參與度、積極性和學(xué)習(xí)效率等等。以下是AIGC技術(shù)在高職程序設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)中應(yīng)用的四個方面。（一）利用AIGC工具生成教學(xué)案例教師可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和興趣利用AIGC工具生成不同類型的教學(xué)案例和資源。這樣，學(xué)生可以獲得更多的學(xué)習(xí)資源，并能更好地理解和掌握知識技能［2］。例如在講授課程中的“for”語句時，為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時豐富教學(xué)實例，我們可以對通義千問發(fā)出指令，要求生成一個有趣的游戲案例，如圖1所示。AIGC工具能根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和水平生成適合他們的教學(xué)案例和實例。教師在備課時，可以利用AIGC工具，根據(jù)所教班級學(xué)生掌握知識的情況，生成不同難度的實例供學(xué)生學(xué)習(xí)和練習(xí)。依此，可以確保教學(xué)內(nèi)容既能滿足班級整體的教學(xué)進度，又能照顧到學(xué)生個體差異，規(guī)避“一刀切”的教學(xué)模式可能導(dǎo)致的部分學(xué)生“吃不飽”、部分學(xué)生跟不上的現(xiàn)象。當(dāng)然，教師仍然需要審查和修改AIGC工具生成的教學(xué)案例和實例，以確保其準(zhǔn)確性和適用性。（二）利用AIGC技術(shù)生成教學(xué)資料利用AIGC工具，提出特定的教學(xué)要求或問題，能生成符合預(yù)期的教學(xué)資料。這些資源可以包括教學(xué)課件、教案、練習(xí)題、實驗指導(dǎo)書、知識點總結(jié)圖表等。例如在生成教案時，輸入的提示詞需要指定課程的一系列關(guān)鍵信息，寫明具體的課程信息、簡明的課程內(nèi)容、學(xué)情分析、教學(xué)目標(biāo)（包括知識目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)）、教學(xué)的重難點和課程思政要求。其中，學(xué)情分析環(huán)節(jié)不可或缺，它可以明確學(xué)生的學(xué)習(xí)背景、知識水平、興趣偏好甚至學(xué)習(xí)中潛在的問題，這樣才能確保生成的教案設(shè)計貼近學(xué)生實際，因材施教。例如，為了讓學(xué)生清晰理解、掌握知識點，可以讓AIGC工具生成一些總結(jié)性的圖表、順口溜，以幫助學(xué)生理解和記憶。在講授完列表、元組、字典3種組合數(shù)據(jù)類型后，很多學(xué)生容易對它們的用法和特點產(chǎn)生混淆，這時就可以利用AIGC工具生成一個對比圖表，幫助學(xué)生更好地區(qū)分它們之間的異同，通義千問生成的知識點對比表（如表1所示）。（三）利用AIGC技術(shù)提供個性化學(xué)習(xí)支持基于AIGC技術(shù)衍生的AIGC工具可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和需求，提供個性化的學(xué)習(xí)支持，這樣可以幫助基礎(chǔ)相對薄弱的學(xué)生掌握編程語言，同時也是學(xué)生自主學(xué)習(xí)非常有用的工具。一方面，AIGC工具可以推薦個性化的學(xué)習(xí)資源。傳統(tǒng)搜索引擎如百度、谷歌，通常會返回給用戶大量相關(guān)網(wǎng)頁鏈接的列表，學(xué)生需要逐一點擊進入，篩選、閱讀不同來源的信息，獲取信息的準(zhǔn)確性在很大程度上依賴于用戶自身的搜索技巧和信息篩選能力。專業(yè)基礎(chǔ)不夠扎實的高職學(xué)生，在搜索專業(yè)問題時，有時候他們很難篩選、辨析需要且正確的結(jié)果。而AIGC工具作為一種人工智能驅(qū)動的工具，采用“點對點”的信息供給模式，可以方便學(xué)生訪問信息。與傳統(tǒng)的搜索引擎相比，AIGC工具直接提供一個書面的答案，而不僅僅是一個來源列表，大幅度降低學(xué)生正確判斷的難度。這意味著可以節(jié)省學(xué)生的學(xué)習(xí)時間，提高學(xué)習(xí)效率。另一方面，AIGC工具能與學(xué)生進行理解技術(shù)點的“啟發(fā)式對話學(xué)習(xí)”?！皢l(fā)式對話學(xué)習(xí)”強調(diào)學(xué)生主動思考與提問，而非被動接受式的學(xué)習(xí)。這可以培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和解決問題的能力，使他們成為終身學(xué)習(xí)者和創(chuàng)新思考者，而不僅僅是被動填裝知識的容器。AIGC工具能記住問題的上下文，并可以為學(xué)生的后續(xù)問題提供相關(guān)的回答，如同與一個真實的人類導(dǎo)師對話。這個特性在和學(xué)生之間的交互對話學(xué)習(xí)中非常有用，它可以確保對話教學(xué)的連貫性與精準(zhǔn)性。在對話中，學(xué)生可以要求進一步解釋前面的回答，甚至在錯誤的情況下進行糾正?！皢l(fā)式對話學(xué)習(xí)”使學(xué)生在學(xué)習(xí)編程時不再只是使用靜態(tài)的文字和視頻資料，而是能夠通過這種互動式學(xué)習(xí)獲得實時反饋，增強參與感。如圖2所示，學(xué)生可以圍繞課堂上的內(nèi)容，與AIGC工具進行對話學(xué)習(xí)，深入探究所學(xué)知識點。AIGC工具提供的即時反饋和詳細的指導(dǎo)，讓學(xué)生有更好的學(xué)習(xí)體驗。再者，AIGC技術(shù)能以簡潔、易懂的方式提供各種編程概念（如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法和編程語言語法）的解釋和示例。在講解算法時，AIGC技術(shù)能夠?qū)⒊橄蟮呐判蛩惴?、搜索算法等轉(zhuǎn)化為易于消化的步驟解析和可視化演示。AIGC能夠簡化復(fù)雜的算法邏輯使之一目了然，使學(xué)習(xí)者能夠直觀學(xué)習(xí)算法運行的過程，理解其背后的原理與思路。同時，AIGC還可以生成配套的練習(xí)題目，鼓勵學(xué)生通過動手實踐鞏固所學(xué)知識，提升算法應(yīng)用能力。在講解編程語言語法時，AIGC技術(shù)能夠針對編程語言，精準(zhǔn)講解語法規(guī)則、控制結(jié)構(gòu)、函數(shù)、類和對象等核心要素，幫助學(xué)生掌握編程語言語法。例如，教師可以要求通義千問提供對某段程序的解釋，這對學(xué)生學(xué)習(xí)編程語言的語法很有幫助。學(xué)生編寫的程序如下：price=［399，4369，539，288，109，749，235，190，99，1000］temp=［］max_price=int（input（"請輸入最大價格："））min_price=int（input（"請輸入最小價格："））foriinprice：ifmin_price<=i<=max_price：temp.append（i）print（"1.價格降序排序"）print（"2.價格升序排序"）choice_num=int（input（"請選擇排序方式："））ifchoice_num==1：temp.sort（reverse=True）else：temp.sort（）print（temp）以下為通義千問提供的程序解釋（如圖3所示，見下頁）。此外，AIGC工具還可以在程序調(diào)試中提供幫助。對編程學(xué)習(xí)者而言，查找與調(diào)試程序錯誤是一項既考驗?zāi)托挠趾馁M時間的工作，常常需要細致地檢查每一行代碼以甄別語法錯誤和邏輯錯誤。利用AIGC工具不僅可以識別代碼中的錯誤，還能提供修改方案。例如，學(xué)生可以這樣對AIGC工具提問：“這段代碼有bug嗎，怎樣才能修復(fù)bug？”AIGC工具就會給出有價值的建議、修改后的代碼片段，甚至給出完整的代碼，減少學(xué)生在代碼調(diào)試過程中的工作量，提升學(xué)習(xí)效率。通過觀察AIGC工具如何修正錯誤或優(yōu)化代碼，學(xué)生可以更直觀地深刻理解編程語法。AIGC工具還會提出關(guān)于編碼規(guī)范、命名規(guī)范等方面的建議，幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣。因此，學(xué)生通過這一過程可以鞏固編程語言的語法基礎(chǔ)、提升代碼閱讀和理解的能力。例如，利用AIGC工具分析下面程序中存在的錯誤（如圖4所示）。deff（x，y，z）：returnx+y+zargs=（1，2，3）printf（args）（四）利用AIGC技術(shù)輔助教學(xué)評價與反饋在教學(xué)過程中，教學(xué)評價和反饋有著非常重要的作用，它可以提高教學(xué)質(zhì)量和促進學(xué)生發(fā)展。傳統(tǒng)的考核評價方法往往忽視學(xué)生的學(xué)習(xí)特性。每個學(xué)生都有自己的學(xué)習(xí)風(fēng)格和學(xué)習(xí)進度，用整齊劃一的評價方式難以充分考慮個性化因素，這樣一來，評價結(jié)果的客觀性和準(zhǔn)確性自然會打折扣［3］。采用AIGC工具作為教學(xué)評價和反饋工具可以幫助教師高效地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，了解學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到的各種問題，從而更為準(zhǔn)確地進行指導(dǎo)；AIGC工具還可以提高教師工作效率，節(jié)省教師時間。例如，可以將學(xué)生編程作業(yè)輸入通義千問中進行評價，令其分析程序代碼的質(zhì)量，包括代碼結(jié)構(gòu)、語法錯誤、邏輯錯誤等方面。教師根據(jù)反饋，要求它給出相應(yīng)的改進意見，以幫助學(xué)生改進程序；同時可以要求它根據(jù)編程錯誤創(chuàng)建針對性的編程練習(xí)，以提高學(xué)生的編程水平；教師則可以直觀地從反饋結(jié)果了解學(xué)生知識點掌握的情況，提升了教學(xué)效率。如以下為教師通過一系列的提示語，引導(dǎo)通義千問對學(xué)生的編程作業(yè)進行評價與反饋。提示語中必須給出學(xué)生的教育背景、作業(yè)的準(zhǔn)確要求以及評價標(biāo)準(zhǔn)。下面為所用的提示語。①你現(xiàn)在的任務(wù)是對高職電氣自動化技術(shù)專業(yè)二年級學(xué)生編寫的python程序打分。②將學(xué)生的成績劃分為三個等級：完全正確、基本正確和錯誤，分別對應(yīng)打10分、6分及0分。③最后，給出你的評分和評價，并給出必要的指導(dǎo)建議和改進意見。輸入學(xué)生編寫的程序到通義千問中進行評估。程序題目：獲取用戶輸入的一個百分制成績，并給出對應(yīng)的A、B、C、D、E五個等級。如圖5所示。學(xué)生編寫的程序如下：score=float（input（"請輸出一個百分制成績："））ifscore>=90.0：grade="A"elifscore>=80.0：grade="B"elifscore>=70.0：grade="C"else：grade="E"print（"對應(yīng)的五分制成績是：{}".format（grade））利用AIGC工具對學(xué)生進行水平評估需要注意的是，AIGC工具可能存在一定的誤差和局限性。因此，需要結(jié)合教師自身的專業(yè)知識和判斷能力，確保評估和反饋的準(zhǔn)確性和有效性。三、教學(xué)效果分析為了驗證AIGC技術(shù)在課程教學(xué)中的積極作用，教學(xué)團隊在2023年秋季學(xué)期對高職電氣自動化技術(shù)專業(yè)開設(shè)程序設(shè)計基礎(chǔ)課程的大二年級學(xué)生進行了一項實驗研究。研究采用對照實驗設(shè)計，將兩個班的學(xué)生分成兩組：實驗組和對照組。實驗組采用通義千問作為輔助教學(xué)工具，而對照組采用傳統(tǒng)的一體化教學(xué)模式。通過比較兩組學(xué)生的成績和問卷調(diào)查，評估AIGC技術(shù)作為編程教學(xué)工具的有效性。學(xué)期結(jié)束，教學(xué)團隊以問卷的方式對實驗組、對照組兩組學(xué)生進行調(diào)查。在本次問卷調(diào)查中，針對兩組學(xué)生分別發(fā)放43份的調(diào)查問卷，并確保每一份都在現(xiàn)場發(fā)放并及時回收，回收率與問卷有效率為100%。問卷內(nèi)容包括：學(xué)生對教學(xué)方法的滿意度、對程序語言理解、提高學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)習(xí)效率、提高自學(xué)能力、提高分析問題和解決問題能力六個方面（問卷結(jié)果見表2）。從結(jié)果來看實驗組在所有調(diào)查內(nèi)容上的正面反饋均超過對照組，特別是在教學(xué)方法滿意度、提高學(xué)習(xí)效率方面學(xué)生滿意度尤為突出。同時，教學(xué)團隊還對兩組學(xué)生的成績進行了對比。從實驗組和對照組的考試結(jié)果分析來看，實驗組學(xué)生平均分數(shù)高于對照組9.42分，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05），如表