ChatGPT背景下Java課程實(shí)習(xí)的模式重構(gòu)探索與實(shí)踐

劉慶杰 郭娜

摘要：計(jì)算機(jī)編程教育在現(xiàn)代教育中占據(jù)重要地位，然而傳統(tǒng)的實(shí)習(xí)模式在面對快速發(fā)展的技術(shù)環(huán)境時暴露出一些局限性。本研究基于ChatGPT技術(shù)，探索了在Java課程實(shí)習(xí)中引入在線智能助教的新模式，以期提升學(xué)生的編程能力和實(shí)踐效果。我們詳細(xì)介紹了ChatGPT的基本原理，以及在教育中的廣泛應(yīng)用前景。接著，我們提出了一個重構(gòu)框架，將在線資源和ChatGPT技術(shù)融入實(shí)習(xí)環(huán)境，為學(xué)生提供實(shí)時的問題解答、編程建議和創(chuàng)新引導(dǎo)。通過具體案例的展示，我們分析了學(xué)生在這一模式下的學(xué)習(xí)成績和表現(xiàn)，以及他們對于模式的反饋和認(rèn)知。研究結(jié)果顯示，ChatGPT背景下的實(shí)習(xí)模式對學(xué)生的編程能力提升產(chǎn)生了重要影響。學(xué)生能夠在實(shí)時交互中獲得準(zhǔn)確的問題解答，提高學(xué)習(xí)效率；同時，他們通過與ChatGPT對話，深入理解編程概念和技術(shù)，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力。本研究強(qiáng)調(diào)了ChatGPT背景下的實(shí)踐模式在計(jì)算機(jī)編程教育中的創(chuàng)新作用，為教育領(lǐng)域的進(jìn)一步改革提供了有益的思路和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1.?引言：

中國應(yīng)用類本科院校在計(jì)算機(jī)教育領(lǐng)域取得了一定的成就，已經(jīng)成為培養(yǎng)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)人才的重要渠道。這些院校致力于培養(yǎng)具備實(shí)際應(yīng)用能力的計(jì)算機(jī)專業(yè)人才，注重實(shí)踐教學(xué)和產(chǎn)學(xué)合作。許多應(yīng)用類本科院校在教學(xué)設(shè)施、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)以及企業(yè)合作方面進(jìn)行了積極的努力，使學(xué)生能夠更好地接觸實(shí)際項(xiàng)目和技術(shù)然而，但是中國應(yīng)用類本科院校的計(jì)算機(jī)教育中仍然存在明顯的不足之處：在傳統(tǒng)教學(xué)活動中，整個教學(xué)活動的支配者和主導(dǎo)者由教師來擔(dān)任，這種以教師為主體地位的教學(xué)模式，會在一定程度上降低學(xué)生參與教學(xué)活動的主動性和積極性。并且傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)編程教育模式在面對快速發(fā)展的技術(shù)環(huán)境時逐漸暴露出一些局限性。一方面，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)難以滿足學(xué)生對實(shí)際項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)新思維的需求，導(dǎo)致學(xué)生在畢業(yè)后難以適應(yīng)實(shí)際工作環(huán)境。另一方面，雖然在線編程資源豐富，但學(xué)生在面對問題時常常缺乏及時準(zhǔn)確的指導(dǎo)和解答。

在此背景下，ChatGPT（Generative?Pre-trained?Transformer）技術(shù)的崛起為計(jì)算機(jī)編程教育帶來了新的可能性。ChatGPT是一種基于Transformer架構(gòu)的自然語言處理模型，其在自然語言生成、對話系統(tǒng)等領(lǐng)域取得了顯著的成果。在教育領(lǐng)域，ChatGPT的應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展到問題解答、輔助教學(xué)、創(chuàng)意生成等多個方向，為教育模式創(chuàng)新提供了有力支持。

本論文將聚焦于ChatGPT技術(shù)在Java編程課程實(shí)習(xí)模式中的應(yīng)用，旨在探討如何借助ChatGPT技術(shù)對傳統(tǒng)的實(shí)習(xí)模式進(jìn)行重構(gòu)，從而提升學(xué)生在編程領(lǐng)域的學(xué)習(xí)效果和實(shí)踐能力。我們將通過實(shí)際案例，深入分析這種新的實(shí)踐模式對學(xué)生的影響，包括知識獲取、問題解決、創(chuàng)新思維等方面的提升。同時，我們將探討可能的挑戰(zhàn)和應(yīng)對策略，以期為教育者和教育機(jī)構(gòu)在實(shí)踐中提供有益的參考。

2.?ChatGPT與教育應(yīng)用簡介：

2.1?ChatGPT的基本原理：

ChatGPT是一種基于Transformer架構(gòu)的自然語言處理模型，由大規(guī)模的語料庫預(yù)訓(xùn)練而來。它具備生成自然語言文本的能力，能夠根據(jù)給定的上下文生成具有合理語法和語義的文本輸出。該模型具有多層次的注意力機(jī)制，能夠在處理長文本時保持上下文的連貫性，并在對話任務(wù)中表現(xiàn)出出色的生成能力。

2.2?ChatGPT在教育中的應(yīng)用前景：

ChatGPT的出色語言生成能力使其在教育領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在教學(xué)過程中，它可以作為智能助教，為學(xué)生提供實(shí)時問題解答和知識查詢。同時，它還可以輔助教師編寫教材、生成練習(xí)題，從而提高教學(xué)效率。另外，ChatGPT還可以用于鼓勵創(chuàng)意思維，生成項(xiàng)目創(chuàng)意、故事情節(jié)等，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛力。

2.3?ChatGPT在教育中的先驅(qū)嘗試：

在實(shí)際教育場景中，已經(jīng)涌現(xiàn)出一些成功的ChatGPT應(yīng)用案例。例如，有學(xué)校引入ChatGPT作為學(xué)生的問題解答助手，幫助他們在學(xué)習(xí)過程中迅速解決疑惑。還有教育平臺將ChatGPT嵌入在線編程學(xué)習(xí)環(huán)境，為學(xué)生提供實(shí)時編程建議和錯誤提示，提升了編程學(xué)習(xí)的效率。這些嘗試表明，ChatGPT在教育中具有巨大的潛力，有望引領(lǐng)教育模式的創(chuàng)新。

2.4?ChatGPT在Java課程實(shí)習(xí)中的應(yīng)用前景：

對于Java編程課程，ChatGPT的應(yīng)用前景同樣廣闊。它可以為學(xué)生提供實(shí)時的編程問題解答，幫助他們克服在實(shí)踐過程中遇到的困難。此外，ChatGPT還可以與學(xué)生進(jìn)行編程對話，促進(jìn)學(xué)生對編程概念和技術(shù)的深入理解。在實(shí)踐項(xiàng)目方面，它可以為學(xué)生提供創(chuàng)意和項(xiàng)目設(shè)計(jì)建議，激發(fā)創(chuàng)新思維，幫助學(xué)生將所學(xué)知識應(yīng)用到實(shí)際中。

綜上所述，ChatGPT作為一種強(qiáng)大的自然語言處理模型，具有在教育中創(chuàng)造性應(yīng)用的潛力。在Java編程課程中，借助其語言生成和問題解答能力，有望為學(xué)生提供更豐富的編程學(xué)習(xí)體驗(yàn)，促進(jìn)他們的知識積累和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。這為我們探討ChatGPT背景下的Java課程實(shí)習(xí)模式重構(gòu)提供了有力的理論基礎(chǔ)。

3.?Java課程實(shí)習(xí)模式的重構(gòu)框架：

傳統(tǒng)的Java課程實(shí)習(xí)模式往往依賴于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境和教師資源，面臨著一些挑戰(zhàn)，如資源受限、實(shí)驗(yàn)操作難度較大等。在ChatGPT背景下，我們探索了一種新的實(shí)習(xí)模式重構(gòu)框架，旨在利用ChatGPT技術(shù)來彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)習(xí)模式的不足，提升學(xué)生的實(shí)踐效果和學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

3.1?融合在線資源和ChatGPT技術(shù)：

在傳統(tǒng)的實(shí)習(xí)模式中，學(xué)生通常在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行編程實(shí)踐，但受制于實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和時間限制。我們的重構(gòu)框架將充分利用在線編程資源，如編程學(xué)習(xí)平臺、在線IDE等，為學(xué)生提供更加靈活的實(shí)習(xí)環(huán)境。此外，我們將引入ChatGPT技術(shù)作為學(xué)生的智能助教，為他們提供實(shí)時的問題解答和編程建議。

3.2?實(shí)時交互與學(xué)習(xí)指導(dǎo)：

在新的實(shí)習(xí)模式中，學(xué)生可以通過與ChatGPT進(jìn)行實(shí)時對話，提問關(guān)于編程問題、語法疑惑等方面的問題。ChatGPT將根據(jù)學(xué)生的提問，生成合理的回答和解釋，幫助學(xué)生克服實(shí)踐中遇到的困難。這種實(shí)時交互將提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，讓他們能夠在實(shí)踐中及時獲得指導(dǎo)。

3.3?創(chuàng)新創(chuàng)意的激發(fā)：

我們的框架還將利用ChatGPT的創(chuàng)意生成能力，為學(xué)生提供項(xiàng)目創(chuàng)意和設(shè)計(jì)建議。學(xué)生可以通過與ChatGPT對話，獲取項(xiàng)目主題、功能點(diǎn)等方面的創(chuàng)意，從而鼓勵他們在實(shí)踐中提升創(chuàng)新思維和問題解決能力。這種創(chuàng)新的引導(dǎo)將幫助學(xué)生更好地將所學(xué)知識應(yīng)用到實(shí)際項(xiàng)目中。

3.4?自主學(xué)習(xí)與反饋機(jī)制：

在新的實(shí)習(xí)模式中，學(xué)生將更加獨(dú)立地進(jìn)行實(shí)踐和學(xué)習(xí)，通過與ChatGPT進(jìn)行交互，解決問題和獲取知識。與此同時，我們將建立學(xué)生的反饋機(jī)制，鼓勵他們分享自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、問題解決思路等，從而促進(jìn)學(xué)生之間的合作學(xué)習(xí)和經(jīng)驗(yàn)交流。

3.5?教師的引導(dǎo)和監(jiān)督：

在重構(gòu)的實(shí)習(xí)模式中，教師仍然扮演著重要的角色。教師將不僅擔(dān)任學(xué)生的指導(dǎo)者，還將監(jiān)督ChatGPT的應(yīng)用情況，確保學(xué)生獲得準(zhǔn)確的指導(dǎo)和信息。教師還可以在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中，提供額外的解釋和引導(dǎo)，幫助他們更好地理解編程概念和技術(shù)。

綜上所述，我們的Java課程實(shí)習(xí)模式重構(gòu)框架通過整合在線資源和ChatGPT技術(shù)，提供了一種全新的實(shí)踐學(xué)習(xí)方式。通過實(shí)時交互、創(chuàng)新引導(dǎo)和自主學(xué)習(xí)，學(xué)生可以在更靈活的環(huán)境中進(jìn)行編程實(shí)習(xí)，充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造力和潛力。在教師的引導(dǎo)下，這一框架有望引領(lǐng)Java編程教育模式的創(chuàng)新，為學(xué)生提供更高質(zhì)量的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

4.?實(shí)踐案例：ChatGPT在Java課程實(shí)習(xí)中的應(yīng)用：

在一門Java實(shí)習(xí)中，學(xué)生正在進(jìn)行一個項(xiàng)目，要求實(shí)現(xiàn)一個簡單的學(xué)生信息管理系統(tǒng)，包括添加、查詢和刪除學(xué)生信息等功能。在實(shí)際實(shí)現(xiàn)過程中，許多學(xué)生遇到了數(shù)據(jù)庫連接和數(shù)據(jù)操作方面的問題，導(dǎo)致項(xiàng)目進(jìn)展受阻。

4.1ChatGPT的應(yīng)用：

在這個情景下，學(xué)生可以通過在線編程平臺與ChatGPT進(jìn)行交互，解決他們遇到的問題。一個學(xué)生可能會提問：“我在連接數(shù)據(jù)庫時遇到了問題，應(yīng)該如何解決？”ChatGPT將根據(jù)學(xué)生的提問，生成有關(guān)數(shù)據(jù)庫連接和操作的建議，包括代碼示例和步驟解釋。例如，ChatGPT可能會建議使用Java的JDBC庫來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫連接，然后提供相關(guān)的代碼模板。

4.2學(xué)生收益與效果：

通過與ChatGPT的交互，學(xué)生獲得了實(shí)時的問題解答和編程建議，幫助他們克服了在數(shù)據(jù)庫連接和操作方面的困難。學(xué)生不僅僅得到了代碼示例，還理解了背后的原理和邏輯。這種實(shí)時的指導(dǎo)幫助他們迅速解決問題，保持了項(xiàng)目的進(jìn)展和學(xué)習(xí)的動力。

4.3?學(xué)生案例分享：

一名學(xué)生在開發(fā)學(xué)生信息管理系統(tǒng)時，遇到了無法登錄系統(tǒng)的問題。通過與ChatGPT交流，他獲得了有關(guān)建議和代碼示例。他很快將這些建議應(yīng)用到項(xiàng)目中，成功解決了問題，項(xiàng)目得以順利進(jìn)行。他在學(xué)習(xí)總結(jié)中提到，ChatGPT的幫助讓他更深入地理解了登錄系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。

4.4?教師角色：

在這一案例中，教師充當(dāng)了學(xué)生的引導(dǎo)者和監(jiān)督者。他們可以在學(xué)生與ChatGPT的交互過程中，提供額外的解釋和指導(dǎo)，確保學(xué)生獲得準(zhǔn)確和完整的知識。教師還可以在學(xué)生的實(shí)踐中，引導(dǎo)他們將所學(xué)知識應(yīng)用到實(shí)際項(xiàng)目中。

4.5?總結(jié)：

通過這個具體案例，我們看到了ChatGPT在Java課程實(shí)習(xí)中的應(yīng)用帶來的實(shí)際效果。學(xué)生通過與ChatGPT交互，獲得了針對性的問題解答和編程建議，幫助他們克服了實(shí)際編程項(xiàng)目中的難題。這種實(shí)時的指導(dǎo)和幫助不僅加速了學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)程，還增強(qiáng)了他們的實(shí)踐能力和自信心。這一案例充分證明了ChatGPT在Java編程教育中的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，為教育模式的創(chuàng)新提供了新的思路和途徑。

5.?效果評估與學(xué)生反饋：

5.1?學(xué)習(xí)成績和表現(xiàn)的分析：

為了評估學(xué)生在使用ChatGPT輔助編程實(shí)習(xí)后的學(xué)習(xí)成績和表現(xiàn)，我們進(jìn)行了對比研究。我們選擇了一組學(xué)生，將他們分成兩組，一組采用傳統(tǒng)的實(shí)習(xí)模式，另一組采用基于ChatGPT的重構(gòu)實(shí)習(xí)模式。在實(shí)踐項(xiàng)目的完成后，我們對兩組學(xué)生的編程成績和項(xiàng)目表現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)比較。

結(jié)果顯示，采用ChatGPT輔助的學(xué)生在項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)和問題解決方面表現(xiàn)出更高的效率和準(zhǔn)確性。他們在算法優(yōu)化、代碼設(shè)計(jì)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)中展現(xiàn)出更深入的理解和創(chuàng)新能力。相比傳統(tǒng)模式，這些學(xué)生的項(xiàng)目完成質(zhì)量更高，bug修復(fù)更及時，整體表現(xiàn)更為出色。

5.2?學(xué)生反饋與認(rèn)知：

我們還收集了學(xué)生對這種基于ChatGPT的實(shí)習(xí)模式的反饋。學(xué)生普遍表示，在使用ChatGPT的過程中，他們能夠及時獲得問題解答和編程建議，提高了學(xué)習(xí)效率。一名學(xué)生提到：“有了ChatGPT的幫助，我不再需要花費(fèi)大量時間在錯誤的代碼上，我可以更專注地解決問題。”

此外，學(xué)生們認(rèn)為與ChatGPT的實(shí)時交互能夠幫助他們更好地理解編程概念和技術(shù)，促使他們深入思考問題。一位學(xué)生說：“與ChatGPT的對話，讓我更深入地理解了我所遇到的問題，它提供了不同的角度和方法，讓我思路更加清晰。”

然而，也有部分學(xué)生提到，在某些復(fù)雜問題的解決上，ChatGPT的回答可能不夠準(zhǔn)確或完整。這表明在實(shí)踐中，ChatGPT仍然需要不斷的改進(jìn)和優(yōu)化，以更好地滿足學(xué)生的需求。

5.3?教師的觀點(diǎn)：

教師在評價(jià)這種模式時也提供了寶貴的觀點(diǎn)。教師認(rèn)為，ChatGPT的應(yīng)用使學(xué)生能夠更自主地解決問題，提升了他們的學(xué)習(xí)動力和自信心。然而，教師也強(qiáng)調(diào)在學(xué)生使用ChatGPT的過程中，仍然需要引導(dǎo)和監(jiān)督，確保學(xué)生獲得正確和有用的信息。

6.?挑戰(zhàn)與解決策略：

但是ChatGPT可能面臨一些挑戰(zhàn)，如誤導(dǎo)學(xué)生、技術(shù)局限等。針對這些挑戰(zhàn)也需要一些應(yīng)對策略，如教師引導(dǎo)、技術(shù)改進(jìn)等。

7.?結(jié)論：

通過本次研究的實(shí)踐和探索，我們在ChatGPT背景下對Java課程實(shí)習(xí)模式進(jìn)行了成功的重構(gòu)。這一模式的引入和應(yīng)用在學(xué)生編程能力的提升方面產(chǎn)生了重要影響，為教育領(lǐng)域帶來了新的可能性和機(jī)會。在我們的實(shí)踐中，通過將ChatGPT融入Java編程課程實(shí)習(xí)，學(xué)生獲得了實(shí)時問題解答、編程建議和創(chuàng)新引導(dǎo)的機(jī)會。這種實(shí)時交互和指導(dǎo)不僅加速了學(xué)生在解決問題和完成項(xiàng)目時的進(jìn)程，也提供了更深入的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。學(xué)生的學(xué)習(xí)成績和項(xiàng)目表現(xiàn)的提升，以及他們積極的反饋和認(rèn)知，都證明了這一模式對學(xué)生編程能力的積極影響。

首先，通過與ChatGPT的交互，學(xué)生能夠在實(shí)踐中及時獲得問題解答和編程建議，減少了在問題上花費(fèi)大量時間的情況。這使得學(xué)生能夠更專注地解決問題，提高了學(xué)習(xí)效率。

其次，ChatGPT的實(shí)時交互和創(chuàng)新引導(dǎo)促使學(xué)生更深入地理解編程概念和技術(shù)。學(xué)生不再僅僅停留在代碼表面，而是能夠從更高層次思考問題，設(shè)計(jì)更優(yōu)雅和高效的解決方案。

最重要的是，這種模式培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和解決問題的能力。通過與ChatGPT的對話，學(xué)生在解決問題的過程中逐漸養(yǎng)成了尋求信息、思考問題、自主解決的習(xí)慣，這些能力在他們未來的學(xué)習(xí)和職業(yè)發(fā)展中具有重要價(jià)值。

綜上所述，通過在ChatGPT背景下對Java課程實(shí)習(xí)模式進(jìn)行的實(shí)踐和探索，我們展示了一種創(chuàng)新的教育模式，對學(xué)生編程能力的提升產(chǎn)生了積極影響。這一模式不僅在知識傳授方面具有優(yōu)勢，更在培養(yǎng)創(chuàng)新思維、問題解決能力和自主學(xué)習(xí)能力方面發(fā)揮了重要作用。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，我們對這一模式的進(jìn)一步探索和優(yōu)化將為教育領(lǐng)域的創(chuàng)新帶來更多可能性，為培養(yǎng)具有實(shí)際能力的計(jì)算機(jī)科學(xué)人才鋪平道路。

資助項(xiàng)目：2023年校級教育研究與教學(xué)改革重點(diǎn)項(xiàng)目——ChatGPT背景下計(jì)算機(jī)教育研究與實(shí)踐，項(xiàng)目編號：JY2023A10

作者簡介：

劉慶杰（1978—），男，漢族，河南，碩士，教授，教育數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)安全、AI。郭娜（1980—），女，漢族，吉林，碩士，副教授，教育信息化、教育大數(shù)據(jù)。