人工智能時代下程序設計類公共課的教學改革探索

陳 鴻，殷鳳梅

(合肥師范學院 計算機與人工智能學院，合肥 230601)

隨著新一代信息技術的發展，我國正逐步進入人工智能新時代。人工智能的迅速發展對社會許多行業產生了巨大的影響。2017年7月，國務院印發了《新一代人工智能發展規劃》，鼓勵各高校建立“人工智能+X”復合專業培養的新模式。2019年，工業和信息化部人才交流中心發布了《人工智能產業人才崗位能力標準》，為高校落實人工智能國家戰略提供了具體的人才培養、課程設置等方面的參考。在人工智能時代，課程教學內容要與新時代技術結合，對課程內容進行學科之間的交叉融合[1-2]。程序設計作為專業基礎課程，廣泛地應用于不同領域，對人工智能技術的發展起到了很好的推動作用[3-4]。因此，程序設計課程改革必須適應人工智能時代的發展需求，需要對課程進行教學改革探索。

1 程序設計類公共課教學現狀及存在的問題

程序設計課程是高等學校主要是工科專業開設的公共基礎課程，主要講授程序設計的基本知識，讓學生掌握基本語法和編程技巧等，培養學生應用程序設計語言解決和處理實際問題的思維方法與綜合能力，為學生專業發展打下堅實的基礎。程序設計課程中，語法較多，語言較抽象，邏輯性和實踐能力較強，學生在學習過程中容易出現難學、分層的現象，教師在教學過程中也在不斷調整課程進度和難易程度，希望學生能夠扎實地學習程序設計的基礎知識，有較好的實踐應用能力。但是在課程教學中，仍存在一些需要思考和改進的問題。

1.1 公共課教學與不同專業學生的個性化差異適應度不夠

公共課教學面對的專業較多，不同專業學生之間的差異性比較明顯。如何協調好不同專業學生的教與學的問題是個挑戰。在程序設計課程教學中，隨著課程內容的深入學習，學生對課程和專業之間的關系有了進一步的認識，但是學生學習的個體差異性也越發明顯，有的學生用心鉆研，有些學生淺嘗輒止，對于作為專業基礎課程的程序設計語言并不重視。學生的學習成績逐漸拉開差距。如何讓不同專業學生既能學到課程基礎知識，又能拓展本專業的實踐能力，是個難題，特別是如何與智能時代的應用相結合是重點。

1.2 程序設計課程教學內容與人工智能先導課程的銜接不足

學校針對大學一年級各專業學生開設了人工智能概論課程，對人工智能時代的新技術、新理念等有深入的了解。由于程序設計課程開設年代較久，人工智能概論課程開設較遲，如何將先導課程很好地銜接基礎的程序設計課程，更好地讓學生運用程序設計知識為人工智能新技術服務，適應新時代人才發展需求，是亟需解決的問題。

1.3 教學模式與教學方法需要改進

程序設計課程的基礎知識中，語法學習是最基本的。但是部分學生覺得學習語法不重要，更想跳過語法直接編程，而編寫的程序又出現了許多語法錯誤。課程學習不夠扎實，眼高手低，導致基礎知識沒有學好，應用能力沒有提升。在實踐教學中，驗證型實驗內容偏多，學生的思考能力和編程能力的提升較為緩慢。由于課程內容多，課時有限，學生的個體差異性等多方面因素，驗證型實驗項目較多，綜合型實驗項目偏少，學生個人的獨立思考空間和綜合能力的培養有所欠缺，人工智能相關的設計題目更是難以高效完成。

1.4 過程性考核方式中的評測標準準確度不夠

考核方式中各部分如何占比是個討論點。通過調整考核方式，希望能更加真實地體現學生的學習成果，而不是一次期末考試定課程考核結果。因此，期末考試的比重在逐步降低，對于過程性考核的比例在加大，過程性考核的內容也在增加。但是對于學生的監督和評價存在局限性，特別是課前和課后環節的考核較難把握。課前任務的布置和課后作業的完成等會存在代做或者抄襲現象，課堂評價比重加大不能全面體現學生的整體學習效果，因為課堂上表現較好或者較差的學生會讓老師印象深刻，對于表現不出眾的學生不能給出較為客觀的評價。如何讓過程性考核更加客觀地體現學生的學習效果是個問題。需要借助智能化技術手段提升學生學習的滿意度和評價標準的準確度。

1.5 產教融合度不夠

由于教學要求和用人需求存在差異，教學內容相對靜止，會落后于產業發展，學生對于國內的新平臺和新技術了解不多，編程更多的是使用國外通用平臺或者單一的開發環境，對于企業所用的跨平臺開發環境不熟悉，對于國內的云平臺開發實踐更是少之又少，學生不能較快地適應企業工程實踐需求。由于高校教師和企業工程師在對學生的教學中各有所長，如何運用國內新開發的技術和平臺與學生學習更好地融合，更好地突出應用能力培養，適應企業用人需求[5]，是需要思考的問題。

2 程序設計類公共課程改革策略

程序設計課程教學中出現的一些問題，需要借助人工智能時代的新技術，思考如何對課程的教學體系、產教融合度等進行適當改革，創新教學模式，提升學生的課程學習滿意度和綜合編程能力[6]。

2.1 結合學生個性化差異特點調整教學內容

在程序設計課程教學中，針對不同專業的教學內容進行更精細的劃分，讓不同專業學生對程序設計課程與本專業課程的關聯有深刻的認識，將人工智能技術融入到分專業學生的教學設計中，學生在學到課本知識的同時，又能同步領悟人工智能時代的重要技術。在課程學時中，合理分配專任教師和企業工程師的上課時長，為后續實踐課程打下扎實的基礎。

另外，針對學生的個性化差異，定制教學方案。在課程初期對學生學習基礎進行摸底，了解學生的整體水平和個體差異性。對課程內容的難度進行調整，激發學生的學習興趣，讓學生產生學習動力，不影響課程的整體學習效果。階段性教學后，針對班級學生的成績差異性進行分層教學，對于拔尖的學生重點拓展教學深度，鼓勵學生參加多樣化學習活動，提升綜合能力。對于基礎較為薄弱的學生增加基礎題的訓練題量并提高講解細致度，針對中間層的學生進行常規化教學進度。讓班級學生的整體學習積極性得到提升，盡量不出現學生掉隊的情況，提高課程的整體學習效果，也為挑選專業能力較強的學生做好鋪墊。

2.2 融入人工智能技術的在線資源建設

為了對學生因材施教，個性化能力培養得到提升，需要借助智能化教學平臺和云平臺適應當下人工智能時代學生的能力培養需求[7]。通過學習通平臺建立人工智能背景下的課程資源，將人工智能概論里的相關知識在程序設計課程中進行拓展和應用。如將機器學習中的經典算法加入程序設計課程案例中，讓學生嘗試編程實現，將計算機視覺中人臉識別技術的應用融入課程章節內容等。增加學習通平臺自主學習資源，分為基礎版與提高版，讓學生有選擇地進行課程資源輔助學習，達到不同能力需求的學習效果。在實驗平臺運用中，不局限于傳統實驗平臺的練習，引入云平臺的軟件開發的實踐操作，讓學生較快地適應企業的工程實踐需求。

2.3 混合式教學模式

人工智能的迅速發展，課程內容需要不斷更新，對學生的學習要求也逐漸提高。如何讓學生在課程學習過程中能夠適應教學進度，并能在自己的學習基礎上逐步提高，需要進行教學模式的改革。針對學生的個性化能力差異性，需要兼顧不同基礎的學生進行教學，采用“SPOC+強化課堂”的混合式教學模式，如圖1所示，適用于不同基礎的學生。通過SPOC特色課堂將課前資源進行優化，布置學習任務，并進行課前少量內容測試，讓教師發現學生的學習難點、教學內容的欠缺之處以及學生的易錯點等，教師及時調整教學內容和教學形式。在線下教學中，對課程內容進行深入學習，并通過問題引入、案例教學等多種形式展開教學，讓學生深入理解課程知識點和應用內容。在實操環節，讓學生將課程內容與實際應用更好地結合起來，發揮人工智能時代的技術應用，與企業人才需求緊密連接。通過強化課堂，對于學習能力較強的同學進行拓展教學，通過參與教師科研項目、參加學科競賽、參與校企合作的智能化軟件開發等，完成程序設計課程進階學習，自身的專業能力在短期內會得到較快提升，為后面的專業知識學習和企業實習打下良好的基礎。并且通過優秀學生的能力培養，以強帶弱，縮小班級學生之間的成績差異性，對于班級整體學習水平提升有很大幫助。

圖1 “SPOC+強化課堂”的混合式教學模式

2.4 過程性考核中加入智能化技術，提升評測準確度

雖然加大了過程性考核的比例，但是有些評測數據不能真實反映學習效果，需要借助人工智能時代的新技術，增加評測的準確度。通過對平臺上學生學習數據的挖掘與分析，建立學生的學習行為模型，對學生的學習情況進行跟蹤評測。基于作弊檢測技術，開發作業自主評測系統，避免抄襲現象，也及時反饋學生的學習狀態，更好地體現過程性考核的結果。

2.5 產教融合

為了使產教融合度提升，豐富學生的理論知識，并與企業發展相適應，教師要深入企業進行實踐研修，將所教課程與企業實踐進行關聯，將研修成果盡可能多地應用于課堂教學、實驗實訓、課程考核、畢業(設計)論文指導等教學環節，豐富教學資源，提高教學質量。積極參與校企合作，依托產學研合作項目、企業工程師對接等，促進程序設計教學與企業最新技術融合，激發學生的學習熱情，提升創新意識。讓學生將學校學到的知識與企業應用快速融合，為培養人工智能新時代的高科技人才做好充足的準備。

3 程序設計類公共課程教學改革實踐效果

將書本知識與企業實踐不斷融合，將課程內容、課程教學模式、課程考核方式等進行改進，讓學生較快適應人工智能時代新的發展需求。在對程序設計教學改革實踐后，對各班學生進行課程學習滿意度調查，統計出學生的整體滿意度較高。通過對2021、2022屆各班每次階段性測試求平均值，將8次測試結果作好統計，結果趨勢如圖2所示。可以得出，人工智能時代的程序設計課程改革后，新一屆學生的整體水平穩步提升。通過課堂互動和課下問題討論，可以感受到學生對課程的濃厚興趣，學生的自主學習能力也在逐步提高。

圖2 2021、2022屆學生課程階段性測試結果趨勢圖

4 結語

人工智能時代下新技術不斷涌現，程序設計類公共課不能一成不變，需要根據時代發展需求及時更新教學內容，改革教學模式，加大過程性考核比例和修改考核內容，加快產教融合。本文結合學校辦學特色和課程設置特點，在人工智能背景下，對教學內容、在線資源建設、教學模式、考核方式、產教融合等進行教學改革探索，將人工智能技術融入程序設計課程中，讓學生具有較好的編程能力和實際應用能力，跟上人工智能時代發展的步伐，適應企業用人需求，全面提升自身的綜合競爭力。