人工智能在程序設計課程混合式教學中的應用

摘要：在計算機科學專業中，程序設計是一門重要的課程，需要融入一些與人工智能有關的理念與技術。本文通過對有關概念的介紹，闡明了將人工智能引入到程序設計課程混合式教學中的優越性，提出了人工智能技術在程序設計課程混合式教學中的具體應用措施，實踐證明，人工智能在程序設計課程混合式教學中的應用可提高學生對人工智能技術的認識與應用能力。

關鍵詞：人工智能；程序設計；混合式教學；學習成效

互聯網、人工智能技術對學科的發展和專業人才的培養帶來了巨大的影響。程序設計課程要深入了解新時代的發展規律，根據我國的行業發展要求和學生的專業發展需要，優化培養方案和課程。程序設計基礎課程是我國高校開設的首門計算機專業基礎課，同時也是高校本科階段一門重要的公共基礎課，其目的在于通過編程教學，使學生具備較強的邏輯思維能力，提高其對實際問題的分析與處理能力。人工智能是一門新興的、具有廣闊發展前景的技術和學科。在教育領域，學生通過教師授課和編程實踐來掌握編程設計的基礎知識與技能。但是，該方法也有其自身的缺陷，例如，學生的學習進度不同，很難滿足個性化的學習需要。將人工智能技術融入程序設計課程教學中，給了學生更多、更有創意的學習體驗，既可以讓他們對編程知識進行深入的了解與掌握，又可以讓他們的創新思維和問題解決能力得到發展。鑒于此，人工智能技術在程序設計課程混合式教學中的應用是一個非常有價值的課題。

一、混合式教學概述

（一）混合式教學的定義

混合式教學是線上、線下相結合的教學模式。通過互聯網線上教學可以有效拓展現有的教學資源，同時，在教學組織、數據收集和教學反饋等方面也表現出很大的優越性。線下教學在師生互動、生生互動、教學監管等領域都有其獨特的優點。線上線下互相聯系、互相支撐、互為補充[1]，是混合式教學的核心精神。混合式教學可將線上、線下兩種教學模式的優勢最大限度地發揮出來，從而達到最佳的教學效果。同時，混合式教學也需要教師發揮更多的引導和指導作用，及時調整教學策略和方法，以實現教學目標。

（二）混合式教學中的技術融合

在混合式教學模式中，技術融合不僅可以作為教學手段的簡單應用，而且還可以深度整合教學的各個環節，實現教育資源的優化配置與高效利用。其中，智能化學習平臺通過集成人工智能、大數據分析、云計算等先進技術，可為學習者提供個性化學習路徑的推薦、實時互動反饋、學習進度的自動追蹤等服務。利用數據挖掘技術，教師可以分析學生的學習行為和效果，精準地識別學生的薄弱點并提供針對性的輔導材料，從而有效提升學生的學習針對性和效率，同時賦予學生更加個性化、高效的學習體驗。智能化學習平臺的應用還促進了資源的共享與優化配置。教師根據平臺提供的反饋調整教學策略，可以選擇合適的教學內容，以滿足學生的需求。數據驅動的教學決策支持系統可以對學生學習過程中產生的大量數據進行深入分析，為教師提供關于學生學習效果、教學方法有效性、課程內容適宜性的實時反饋，進而輔助教師做出更加科學的教學決策。這不僅增加了教學活動的透明度和可追蹤性，同時也為教育管理者提供了強有力的決策支持工具，有助于促進整個教育體系的優化與進步。這種技術與教育的深度融合，一方面體現了現代信息技術在教育領域應用的前沿性，另一方面也為傳統教育模式的革新提供了有力的技術支撐，展現了教育技術的廣闊發展前景。

（三）程序設計課程的混合式教學模式

第一，混合式教學融合了傳統的面對面教學和在線教學的優勢。傳統教學一般由教師講授、學生提問，為學生提供直接的反饋和解惑機會。在線學習平臺是一種新型的遠程教育方式，既可以發揮傳統教學模式的優點，又可以克服傳統教學在時空上的局限，使得學生的學習更為自由、靈活。

第二，混合式教學強調個性化學習路徑的設計。在程序設計教學中，學生的興趣存在很大的差別。通過在線學習平臺，教師能夠根據學生的水平，為其設計合適的課程內容及作業。學習水平高的學生可以研究一些有難度的題目，以加深對課程的了解，而學習水平較低的學生可以通過對額外教材知識的學習來鞏固基礎。混合式教學可以讓每位學生都能在適合的情境中學習，有效改善了學生學習的效果。

第三，混合式教學是一種重視實踐的教學模式[2]。通過在線學習平臺，教師可以設計一些實際的案例、程序的設計以及一些相關的實驗，使學生能夠進行實踐操作。在此基礎上，學生可以將抽象的編程概念轉化為實際操作能力，培養問題解決能力。而團隊項目和協作編程則著重培養學生的合作、交流能力，為其將來的發展打下良好的基礎。

二、人工智能在程序設計課程混合式教學中的優勢

（一）調動學生的學習興趣和參與度

人工智能技術可以讓教學內容變得更加生動、更具有吸引力，從而引起學生對程序設計的濃厚興趣。在教學過程中，教師利用具有較高交互性的在線編程平臺、模擬器等教學工具，讓學生體會將人工智能運用于程序設計中的優勢，進而加深其對有關知識的了解。在這種教學模式下，教師還可利用智能算法對學生的學習習慣與水平進行分析，從而為每個學生設計適合的學習路線，使得課程更加接近學生的興趣與需要。這種個性化的學習方式能夠有效地提升教學質量。另外，借助于機器學習算法，學生能夠在設計智能游戲或程序時，學習如何處理遇到的問題。這種實踐性的學習方式有助于培養學生的創新意識和探索精神，能夠提高學生對程序設計的積極性。

（二）提高學生的學習成績和技能水平

利用在線學習平臺，學生能夠在任何時間、任何地點獲得所需的學習資源，從而獲得更多的自主學習機會。同時，利用在線學習平臺的智能算法，教師還能依據學生的實際狀況對授課內容進行適時調整，以保證每位學生都能按照自己的進度進行學習，并提高其學習的個性化程度。通過對教學過程中出現的問題進行及時地反饋，學生能夠更好地理解和改正錯誤。利用智能評估系統，學生能夠即時獲得程序設計方面的反饋與建議，使其能夠在之后的學習中進行相應的調整與改進，從而提升其學習效果。除此以外，通過大數據的分析，教師能夠更好地掌握學生的實際學習情況，并進行針對性地指導，有助于提升學生的程序設計水平。

（三）培養學生的創新思維和問題解決能力

在混合式教學中，運用人工智能技術可以對開放問題進行有效地設計，激發學生對現實問題的探究與求解。具體而言，教師應當鼓勵學生參與人工智能項目，讓其應對人工智能項目的挑戰與困難，并啟發他們解決問題。在此過程中，學生通過對數據的分析、算法的選擇以及參數的調整，可以提高程序設計能力，同時也可以培養團隊協作能力和創造力。此外，人工智能還可以仿真現實環境，即利用虛擬現實技術讓學生身處一個仿真的虛擬環境，解決各類程序設計上的疑難題目，從而鍛煉學生解決實際問題的能力[3]。這樣的實踐教學有助于培養學生的邏輯推理能力、創新思維能力，使其可以更好地適應社會高速發展的需要。

三、人工智能在程序設計課程混合式教學中的具體應用

（一）智能輔助學習平臺

通過對學生的學習歷史、學習方式、學習能力等進行分析，智能輔助學習平臺可以為每位學生提供適合自己的學習資源和學習路線。學生可以根據自己的進度和方法自主進行學習，從而獲得良好的學習效果。針對程序設計的初學者，平臺會建議其學習一些基本的程序設計知識，同時進行一些簡單的練習，針對有一定經驗的學生，平臺會提供具有一定難度的項目。與此同時，智能輔助學習平臺還具備對學生的學習過程進行實時追蹤的功能。通過對學生在平臺上的活動進行實時監測，教師可以掌握學生在各個環節中的學習情況。這些數據的搜集為個性化反饋提供了良好的依據。例如，當學生在某一主題上的學習進度比較緩慢時，平臺會通過提供額外練習或講解的方式，幫助學生強化對該內容的掌握。此外，智能輔助學習平臺能夠針對學生的作業、在線練習、程序設計情況進行詳盡的評估與針對性的建議。當學生完成了程序設計的任務之后，平臺能夠對代碼進行自動分析，并對潛在的錯誤進行提示，從而給出相應的修改意見，這種實時的、個性化的反饋有助于學生更快的進步， 為學生提供更加深入的學習體驗。

（二）構建虛擬實驗環境

在傳統的程序設計課上，學生需要訪問實驗室或是利用專用設備來練習編程。但是，在實際操作中，因為設備條件的制約，學生很難獲得良好的實踐體驗。利用該平臺，學生可以在虛擬環境下完成實驗，而不用考慮損壞設備的風險，也不用擔心出現的不可逆錯誤。這既為學生提供了實踐機會，又降低了風險。其次，傳統實驗設備和程序設計工具的購置與維護成本較高，且受限于設備的數目及可用性，學生無法獲得充分的實踐練習。建立虛擬實驗環境，可以讓學生在不依靠專用的硬件設施的情況下，隨時隨地都能獲得同樣的實驗條件。這樣既能增加學生的學習靈活性，又能減少學校或機構實驗設備的購置與維護支出。另一方面，虛擬實驗環境的實時數據分析和評估功能可以給師生更多的信息反饋。在傳統的實驗中，教師要對學生的實驗成果進行收集、整理和評價，這一過程需要花費大量的時間。而虛擬實驗環境可以對學生的操作流程和實驗資料進行自動化采集，為教師提供實時的學情數據，有助于教師開展針對性的指導和幫助。學生也可以在實驗過程中得到及時的反饋，從而加深對程序設計原理與技能的認識。

（三）智能作業批改系統

以往，老師要花很多的時間和精力對每個學生的編程作業進行批改，這樣做不但費時費力，還會因為疲勞和時間限制影響評估結果的完整性與準確性。智能作業批改系統可對學生的編程作業進行自動化分析，找出錯誤，并對作業完成情況進行綜合評價，大大減少了教師的作業批改工作量。有了智能作業批改系統，教師可以把更多的時間用在課堂教學、學生輔導、教學計劃等方面，從而有效地提升教學效果和教學質量。同時，智能作業批改系統可以在學生提交作業之后即時做出評價，并給予及時的反饋。這樣既可以讓學生迅速發現自己的薄弱點與失誤所在，又可以幫助學生糾正其不良思維和編程習慣。智能作業批改系統也有利于學生的個性化學習。在掌握學生編程能力、常見錯誤及學習路徑后，教師能夠針對不同學生的情況和需求進行針對性地輔導。這樣既能適應不同層次的學生，又能引導他們按照自己的進度來提升程序設計能力。個性化學習具有較強的適應性，使得每位學生都能在適當的難度和深度下學習。

（四）人工智能輔助編程工具

人工智能輔助編程工具具有代碼自動填充、糾正等能力，能夠對程序中的內容進行分析，并提供代碼片段的智能建議，以達到加快程序設計的目的。學生可以快速地打出代碼，并降低打字及語法上的錯誤。同時，這一工具還能檢測出學生的錯誤，并提出修正意見。這樣的及時回饋，不但提升了程序設計的效率，同時也有助于引導學生對代碼進行更嚴謹的檢視。在此基礎上，人工智能輔助編程工具還可通過對執行路徑、時間復雜度以及內存占用的分析，給出具體的代碼性能評測結果，幫助學生理解算法的執行效率與效能，并對已有的代碼進行改進，從而提升程序運行效率[4]。

這種實時性能分析工具可幫助學生建立對程序性能的敏感性，提高程序設計的效率。另外，人工智能輔助編程工具還具有智能推薦和引導功能，使學生能夠更好地掌握先進的程序設計技術與方法。比如，工具可根據學生的編碼歷史和當前任務提供關于代碼結構、設計模式等方面的建議。通過這種引導，學生可以逐漸提高程序設計技能，同時養成更專業化、更高效的程序設計習慣。

四、結束語

綜上所述，本文主要探討了人工智能在程序設計課程混合式教學中的應用。人工智能在程序設計課程混合式教學中的應用具有廣闊的發展前景。將人工智能技術運用于程序設計課程混合式教學，可以有效地改善學生的學習效果，滿足不同學習水平學生的需要。但人工智能技術在實際運用中仍存在著師資隊伍建設緩慢、技術支撐不足等問題。所以，如何將人工智能技術更好地運用到程序設計課程的混合式教學中可作為今后研究的方向。

作者單位：李靜 海南政法職業學院公共安全技術系

參考文獻

[1]顏慧.大數據+人工智能背景下混合式教學案例設計[J].電腦知識與技術，2023，19（08）：164-166+177.

[2]鄧澤林，李峰，陳曦等.強化“兩性一度”的程序設計類課程教學模式改革[J].計算機教育，2022，（11）：82-86.

[3]汪芳，李軒涯，李春科等.基于百度人工智能平臺的程序設計課程混合式教學探索[J].計算機教育，2022，（10）：36-40.

[4]梁婷婷，梁肇敏，邱素貞.產學融通與育教融合的Python程序設計教學改革探索[J].廣西廣播電視大學學報，2022，33（03）：5-10.