AI賦能的C語言程序設(shè)計(jì)課程改革路徑探索

摘要：為應(yīng)對C語言程序設(shè)計(jì)課程傳統(tǒng)教學(xué)困境，該研究探索了AI技術(shù)與課程的深度融合路徑，系統(tǒng)梳理了AI技術(shù)賦能程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，深入挖掘AI技術(shù)與課程深度融合的創(chuàng)新應(yīng)用。依托超星泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺中的超星AI工作臺，以及免費(fèi)AI工具DeepSeek大模型，構(gòu)建了“基于知識圖譜導(dǎo)學(xué)、AI輔助練習(xí)、智能優(yōu)化項(xiàng)目實(shí)踐與多元智慧評估”的“四位一體”教學(xué)模式，探討了課程改革中的應(yīng)對策略。研究結(jié)果表明，該模式有效提升了教學(xué)效率與學(xué)生編程能力，為同類程序設(shè)計(jì)課程的智能化改革提供了實(shí)踐參考。

關(guān)鍵詞：人工智能輔助教學(xué)；C語言；程序設(shè)計(jì)；四位一體；教學(xué)改革

中圖分類號：G42" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）19-0169-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)） 標(biāo)識碼（OSID）

0 引言

2024年12月，教育部辦公廳印發(fā)通知，明確提出“緊扣新時(shí)代新征程教育使命，滿足面向未來的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)需求”“以人工智能引領(lǐng)構(gòu)建以人為本的創(chuàng)新教育生態(tài)”。高職教育應(yīng)主動響應(yīng)國家號召，積極應(yīng)對AI技術(shù)浪潮帶來的新機(jī)遇和新挑戰(zhàn)。因此，本研究旨在探索如何利用人工智能技術(shù)，系統(tǒng)性地破解C語言程序設(shè)計(jì)課程在教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐環(huán)節(jié)、個(gè)性化學(xué)習(xí)支持及評價(jià)方式等方面面臨的傳統(tǒng)困境，以期構(gòu)建一種新型高效的教學(xué)范式。

1 課程特點(diǎn)與傳統(tǒng)教學(xué)困境

C語言程序設(shè)計(jì)課程是高職院校計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)的必修課程，是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維、算法思維、編程能力以及創(chuàng)新能力的重要基礎(chǔ)課程。人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，對人才需求和教育形態(tài)提出了新的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的C語言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)也暴露出以下問題。

1.1 教學(xué)內(nèi)容方面

傳統(tǒng)的C語言課程內(nèi)容主要側(cè)重基礎(chǔ)語法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和簡單算法，與實(shí)際工程項(xiàng)目結(jié)合較少，導(dǎo)致學(xué)生難以理解C語言在現(xiàn)實(shí)場景中的具體應(yīng)用，無法將所學(xué)知識與實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)聯(lián)系起來[1]。特別是在物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式系統(tǒng)等C語言仍占核心地位的新興領(lǐng)域，傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的更新未能及時(shí)跟進(jìn)，學(xué)生所學(xué)知識與市場需求出現(xiàn)脫節(jié)。

1.2 實(shí)踐教學(xué)方面

傳統(tǒng)的C語言實(shí)踐教學(xué)多遵循“教師案例分析—操作演示—學(xué)生模仿—實(shí)踐鞏固”的線性流程。這種以教師為中心、相對固化的實(shí)踐模式，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)自主性和培養(yǎng)其獨(dú)立解決復(fù)雜問題的能力方面存在局限。

1.3 學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)方面

高職生源結(jié)構(gòu)多元化，學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和接受程度存在差異，傳統(tǒng)課堂多以教師為中心，統(tǒng)一進(jìn)度，難以滿足學(xué)生的個(gè)性化需求。課程教學(xué)平臺缺乏智能化推送，難以支持學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)。更重要的是，缺乏對知識點(diǎn)之間內(nèi)在邏輯的智能引導(dǎo)，難以促進(jìn)學(xué)生形成對課程知識體系的結(jié)構(gòu)化認(rèn)知，從而阻礙深度學(xué)習(xí)的進(jìn)行[2]。

1.4 教學(xué)評價(jià)方面

現(xiàn)有評價(jià)體系雖結(jié)合過程考核與終結(jié)性考核，但過程評價(jià)主要以簽到和答題為主，無法全面反映學(xué)生的努力程度、進(jìn)步以及實(shí)踐創(chuàng)新能力，不利于對學(xué)生進(jìn)行全面考核。

2 AI輔助教學(xué)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在全球教育領(lǐng)域，特別是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)類專業(yè)的教學(xué)改革方面，人工智能（AI） 的應(yīng)用日益成為重要的研究方向。尤其是在編程教育中，AI輔助教學(xué)逐漸成為提升教學(xué)效果、增強(qiáng)學(xué)生編程能力和創(chuàng)新思維的關(guān)鍵手段。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，AI與編程教育的結(jié)合愈發(fā)多樣化。

2.1 國外研究現(xiàn)狀

國外編程教育改革聚焦于利用人工智能實(shí)現(xiàn)個(gè)性化反饋、自動化評估與項(xiàng)目驅(qū)動式學(xué)習(xí)，以提升教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的編程能力。國外的教育機(jī)構(gòu)在這一領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展。麻省理工學(xué)院（MIT） 、斯坦福大學(xué)等高校早已在計(jì)算機(jī)課程中引入AI輔助工具。MIT的CS50編程課程集成了AI工具進(jìn)行實(shí)時(shí)作業(yè)評估，并利用基于ChatGPT的智能編程助手為學(xué)生提供即時(shí)反饋。斯坦福AI實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的基于自然語言處理（NLP） 的編程教學(xué)工具，可以根據(jù)學(xué)生的自然語言輸入自動生成代碼片段，使抽象編程邏輯與自然語言思維建立連接，從而降低了編程入門的門檻。

通過項(xiàng)目驅(qū)動與人工智能協(xié)同，人工智能能夠自動評估學(xué)生項(xiàng)目的進(jìn)度和質(zhì)量，減輕教師的負(fù)擔(dān)，使教師能夠更專注于個(gè)性化輔導(dǎo)。Google的AutoML平臺實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)和模型訓(xùn)練過程的自動化，為學(xué)生提供實(shí)踐項(xiàng)目，培養(yǎng)其編程與項(xiàng)目能力。學(xué)生不僅學(xué)習(xí)編程語法，還能在實(shí)際項(xiàng)目中進(jìn)行應(yīng)用，從而提升解決實(shí)際問題的能力。

2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)研究與實(shí)踐緊跟國際步伐，在頂尖高校和科技公司的推動下，呈現(xiàn)出“自研大模型賦能教學(xué)”和“商業(yè)化AI助教平臺”兩大發(fā)展路徑。多所高校和機(jī)構(gòu)已經(jīng)開展相關(guān)研究，并取得了顯著進(jìn)展。

1） AI輔助教學(xué)研究

北京郵電大學(xué)、華中科技大學(xué)等高校在Java、C語言等課程中嘗試AI輔助教學(xué)。清華大學(xué)自主研發(fā)的GLM4大模型，開發(fā)了智能助教，實(shí)現(xiàn)了自動出題和答疑等功能。這種AI賦能的教學(xué)模式有效提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和參與度[3]。

2） 編程教育中的AI應(yīng)用案例

猿輔導(dǎo)的“猿編程”課程通過AI算法對學(xué)生的作業(yè)進(jìn)行批改并提供個(gè)性化反饋。該平臺利用深度學(xué)習(xí)和自然語言處理技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控學(xué)生的編程過程，及時(shí)糾正錯(cuò)誤，從而提高學(xué)生的編程技能。

3） 國內(nèi)課程改革與AI結(jié)合

許多高職院校正在改革編程課程，以適應(yīng)新工科人才培養(yǎng)的需求。AI技術(shù)成為課程創(chuàng)新的重要?jiǎng)恿4]。例如，北京大學(xué)的“賽博助教”系統(tǒng)結(jié)合了ChatGPT與計(jì)算概論課程，提供智能輔導(dǎo)，幫助學(xué)生解決編程問題，提升學(xué)習(xí)效果。

3 課程改革目標(biāo)及實(shí)施路徑

3.1 課程改革目標(biāo)

本課程改革旨在：一是探究與AI技術(shù)深度融合的教學(xué)模式，推動知識傳授向能力培養(yǎng)和個(gè)性化學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)型；二是遴選實(shí)用的AI工具，為學(xué)生提供即時(shí)反饋、個(gè)性化建議和錯(cuò)誤檢測；三是增強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，確保課程內(nèi)容與企業(yè)及行業(yè)的發(fā)展緊密對接。

3.2 改革實(shí)施路徑

3.2.1 “四位一體”教學(xué)模式的總體設(shè)計(jì)

本課程基于“知識圖譜導(dǎo)學(xué)—AI輔助練習(xí)—智能優(yōu)化項(xiàng)目實(shí)踐—多元智慧評估”四位一體的模式。線上依托超星泛雅平臺及AI工作臺，線下借助DeepSeek作為編程助手，利用AI技術(shù)創(chuàng)新C語言教學(xué)模式，從而提升教學(xué)質(zhì)量。

超星泛雅AI工作臺接入DeepSeek大模型以及文心一言、Kimi等通用大模型，提供知識圖譜、AI助教、AI學(xué)情分析、AI出題、AI實(shí)踐等功能，如圖1所示。教師可以利用平臺的AI功能開展教案、課件制作、出題與智能批閱，推動課程向智慧化升級。知識圖譜支持個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑的規(guī)劃，AI助教能夠智能督學(xué)、推薦資源、提供即時(shí)答疑和反饋，助力學(xué)生達(dá)成課程目標(biāo)。

3.2.2 教學(xué)內(nèi)容的重構(gòu)與組織

以AI技術(shù)為工具，結(jié)合軟件工程思維與職業(yè)崗位需求，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)知識向崗位能力的轉(zhuǎn)化，如表1所示。

3.2.3 AI驅(qū)動的教學(xué)環(huán)節(jié)創(chuàng)新

項(xiàng)目構(gòu)建了基于DeepSeek大模型與超星AI工作臺的智能教育生態(tài)，聚焦程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)場景的創(chuàng)新，如表2所示，通過代碼理解、智能評估與個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃，打造高效的教學(xué)范式。課程采用線上線下混合式教學(xué)，超星知識圖譜梳理教學(xué)要素，形成可視化知識框架。課前，教師利用AI助手搜集資料、更新題庫和案例，并通過AI學(xué)情分析進(jìn)行多維度分析，以制定有效的教學(xué)設(shè)計(jì)。學(xué)生在課前遇到疑問可以借助AI助教獲取解答，實(shí)現(xiàn)自主診斷和即時(shí)反饋。課中實(shí)施理實(shí)一體化教學(xué)，DeepSeek助力代碼編寫、注釋、改錯(cuò)和交互問答，降低難度并提升效率。課后，學(xué)生分組完成項(xiàng)目實(shí)踐，DeepSeek提供框架生成、代碼評估和優(yōu)化建議，培養(yǎng)工程思維。教師收集成果，生成班級畫像并推送資源，實(shí)現(xiàn)“診斷-教學(xué)-評估”的閉環(huán)。

3.2.4 多元智慧評價(jià)體系構(gòu)建

超星AI工作臺通過采集多類型學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，構(gòu)建豐富的原始數(shù)據(jù)池，為多元智慧評估奠定基礎(chǔ)。

行為數(shù)據(jù)：記錄學(xué)生的操作，如登錄、學(xué)習(xí)時(shí)長、點(diǎn)擊等，反映其專注度和掌握情況。

交互數(shù)據(jù)：采集師生及生生之間的互動，如討論區(qū)提問和私信等，反映觀點(diǎn)表達(dá)和交流。

成果數(shù)據(jù)：收集考試成績、作業(yè)、項(xiàng)目報(bào)告等，展示學(xué)生的技能和應(yīng)用能力。

通過持續(xù)采集這三類數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生掌握情況的多元評估。平臺建立反饋機(jī)制，將評估結(jié)果實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化為學(xué)習(xí)建議（如推送資源、提醒學(xué)習(xí)落后等） ，形成“評估—建議—反饋—優(yōu)化”的良性循環(huán)。

3.3 課程改革成效

寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院于2018年將該課程認(rèn)定為精品課，2023年認(rèn)定為單元金課和院級在線開放課。該課程在超星學(xué)習(xí)通平臺上線，已運(yùn)行4輪，選課人數(shù)達(dá)到4 028人，累計(jì)瀏覽量為8 554 324。多年來，課程充分結(jié)合了就業(yè)需求、課程內(nèi)容、競賽訓(xùn)練和認(rèn)證要求等多個(gè)維度的要素，引入了項(xiàng)目驅(qū)動和案例教學(xué)方法，幫助學(xué)生順暢實(shí)現(xiàn)從理論學(xué)習(xí)到編程實(shí)踐的過渡。特別是在2023年，平臺上線了超星AI工作臺，結(jié)合DeepSeek大模型，實(shí)現(xiàn)AI賦能，推動課程向智慧課程轉(zhuǎn)型。四位一體的課程教學(xué)模式幫助學(xué)生在程序設(shè)計(jì)類技能大賽中屢獲佳績，近兩年獲得國家級獎(jiǎng)項(xiàng)3項(xiàng)，省級獎(jiǎng)項(xiàng)8項(xiàng)。

在本教學(xué)模式改革實(shí)施后，課程的學(xué)期末通過率由改革前的73.79%提升至85.36%。課后問卷顯示，82%的學(xué)生反饋在根據(jù)學(xué)習(xí)建議進(jìn)行針對性學(xué)習(xí)后，對課程知識的理解更深，學(xué)習(xí)效率顯著提升。項(xiàng)目成果和課堂反饋表明，團(tuán)隊(duì)協(xié)作與溝通能力顯著提升，課堂參與度明顯增強(qiáng)。這充分證明了實(shí)時(shí)評估轉(zhuǎn)化為學(xué)習(xí)建議的模式能夠有效提升學(xué)習(xí)成效，驗(yàn)證了該教學(xué)模式的科學(xué)性與可行性。

4 項(xiàng)目的推廣應(yīng)用價(jià)值

4.1 精準(zhǔn)賦能，全方位提升教育質(zhì)量與學(xué)生綜合能力

在職業(yè)教育領(lǐng)域，項(xiàng)目通過AI技術(shù)深度賦能C程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)，為學(xué)生打造個(gè)性化、智能化的學(xué)習(xí)支持體系。超星AI工作臺基于多維度學(xué)情數(shù)據(jù)提供動態(tài)反饋，DeepSeek大模型分析代碼邏輯，提供優(yōu)化建議，并根據(jù)學(xué)生的情況進(jìn)行精準(zhǔn)分析和反饋[5]。該模式顯著提升了學(xué)生的編程技能、算法設(shè)計(jì)及問題解決能力，幫助學(xué)生快速掌握符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編程技能，增強(qiáng)職業(yè)競爭力。

4.2 深度融合，構(gòu)建產(chǎn)教協(xié)同育人新生態(tài)

本研究構(gòu)建的教學(xué)模式，通過引入源于真實(shí)產(chǎn)業(yè)需求的項(xiàng)目案例，自然架起了教育與行業(yè)之間的橋梁。學(xué)生在掌握編程知識的同時(shí)，通過實(shí)戰(zhàn)解決行業(yè)問題，提升了實(shí)踐與創(chuàng)新能力。校企深度合作，企業(yè)提供真實(shí)需求與案例，讓學(xué)生在貼近實(shí)際工作的環(huán)境中成長，既助力學(xué)生發(fā)展，又為企業(yè)輸送具備實(shí)戰(zhàn)能力的技術(shù)人才。

4.3 創(chuàng)新驅(qū)動，引領(lǐng)教育信息化變革新潮流

項(xiàng)目的推廣推動了教育模式的創(chuàng)新與教育信息化的發(fā)展。通過混合教學(xué)、AI輔助等模式，打破了傳統(tǒng)課堂的局限，構(gòu)建了靈活多元的學(xué)習(xí)環(huán)境。AI工具實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化智能教學(xué)，平臺學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)為教學(xué)優(yōu)化提供了支持，從而全面提升了教育效率與質(zhì)量。

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【通聯(lián)編輯：張薇】