AIGC賦能C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革研究

關(guān)鍵詞： AIGC；C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)；教學(xué)改革；個(gè)性化學(xué)習(xí)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2024）28-0143-03

0 引言

C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)作為工科專業(yè)的基礎(chǔ)課程，在培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力和計(jì)算思維方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。然而，傳統(tǒng)的C語(yǔ)言課程教學(xué)存在知識(shí)點(diǎn)零散、算法抽象、個(gè)性化學(xué)習(xí)體驗(yàn)差以及信息反饋不及時(shí)等問(wèn)題[1]。這些問(wèn)題導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不足，邏輯思維和實(shí)踐能力未能得到有效培養(yǎng)，學(xué)習(xí)效果不盡如人意。

AIGC（Artificial Intelligence Generated Content） 是一種基于人工智能的內(nèi)容生成式技術(shù)，它通過(guò)深度學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)分析，能夠識(shí)別數(shù)據(jù)中的模式特征并創(chuàng)造出高質(zhì)量的內(nèi)容[2]。C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)要求學(xué)生具備扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和嚴(yán)密的邏輯思維，同時(shí)注重實(shí)踐操作，包括算法設(shè)計(jì)和項(xiàng)目開發(fā)等。AIGC技術(shù)可以針對(duì)這些需求提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)材料和案例，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的互動(dòng)性和實(shí)踐性。然而，AIGC在教育領(lǐng)域的應(yīng)用也面臨著挑戰(zhàn)[3]。需要確保AIGC生成的教育內(nèi)容符合教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量要求，避免誤導(dǎo)學(xué)生。此外，還需要處理好人工智能與人類教師之間的協(xié)同關(guān)系，使AIGC成為教師的得力助手，而非替代者。這要求教育者深入理解AIGC技術(shù)，合理地將其融入教學(xué)設(shè)計(jì)中[4]。

基于此，本文利用AIGC技術(shù)對(duì)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程進(jìn)行教學(xué)改革，旨在解決學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)體驗(yàn)不足和實(shí)踐能力薄弱的問(wèn)題。通過(guò)融合多種大模型數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合判斷，本研究旨在為學(xué)生提供高質(zhì)量、高時(shí)效性的編程知識(shí)，從而在技術(shù)日益復(fù)雜的學(xué)習(xí)環(huán)境中提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

1 C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程現(xiàn)狀分析

作為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心課程，C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)在培養(yǎng)學(xué)生的編程能力和計(jì)算思維方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。然而，在當(dāng)前的教學(xué)實(shí)踐中，該課程面臨一些挑戰(zhàn)和問(wèn)題。

1.1 C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)現(xiàn)狀

當(dāng)前教育體系與行業(yè)及市場(chǎng)的實(shí)際需求之間存在一定差距[5-6]。首先，傳統(tǒng)教學(xué)模式過(guò)于側(cè)重基礎(chǔ)語(yǔ)法和程序結(jié)構(gòu)，未能充分培養(yǎng)學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用于解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。在軟件和信息技術(shù)行業(yè)快速發(fā)展的背景下，市場(chǎng)對(duì)工程師的要求已經(jīng)擴(kuò)展到項(xiàng)目管理、團(tuán)隊(duì)合作和創(chuàng)新思維等綜合能力。然而，現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容更新滯后，無(wú)法覆蓋新興技術(shù)和工業(yè)應(yīng)用，導(dǎo)致學(xué)生畢業(yè)后難以適應(yīng)快速變化的工作環(huán)境。其次，課程考核方式目前主要依賴于考試和實(shí)驗(yàn)報(bào)告，這在一定程度上強(qiáng)調(diào)了理論知識(shí)的掌握，卻未能充分評(píng)估學(xué)生的實(shí)際編程技能和項(xiàng)目開發(fā)能力。這種偏重理論的考核方法無(wú)法全面評(píng)價(jià)學(xué)生的綜合能力，特別是在創(chuàng)新思維、問(wèn)題解決和團(tuán)隊(duì)協(xié)作等關(guān)鍵技能上，難以準(zhǔn)確衡量學(xué)生在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中的表現(xiàn)。最后，部分課程的教學(xué)資源更新滯后，未能與技術(shù)發(fā)展保持同步，缺少現(xiàn)代教學(xué)案例和材料，這導(dǎo)致教學(xué)方法單一，缺乏信息化教學(xué)工具的輔助，進(jìn)而影響了教學(xué)的吸引力和學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

1.2 C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程思政現(xiàn)狀

C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程包含豐富的思政元素，但是在教學(xué)過(guò)程中并沒有被充分挖掘，存在以下不足[7-9]。首先，思政教育與專業(yè)課程的融合度不夠，存在“兩張皮”現(xiàn)象，即專業(yè)教育和思想政治教育未能有機(jī)結(jié)合，導(dǎo)致思政教育難以深入學(xué)生內(nèi)心。其次，部分教師對(duì)課程思政的認(rèn)識(shí)不足，缺乏深入理解和創(chuàng)新，導(dǎo)致思政元素在專業(yè)課程中的融入不夠充分，教學(xué)方法單一，無(wú)法有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度。再次，教學(xué)方法存在局限性。許多課程仍然采用傳統(tǒng)的講授方式，學(xué)生處于被動(dòng)接受知識(shí)的狀態(tài)，缺乏足夠的互動(dòng)和實(shí)踐機(jī)會(huì)。這種模式限制了學(xué)生創(chuàng)造性思維和問(wèn)題解決能力的發(fā)展，不利于培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代工程挑戰(zhàn)的綜合技能。最后，教學(xué)考核評(píng)價(jià)方式過(guò)于單一，主要側(cè)重專業(yè)知識(shí)的掌握，而忽略了對(duì)學(xué)生個(gè)人品質(zhì)的全面評(píng)價(jià)。教育過(guò)程中未能將德育作為培養(yǎng)學(xué)生全面發(fā)展的基礎(chǔ)任務(wù)，缺乏對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)提升的有效引導(dǎo)。

綜合上述問(wèn)題，本文提出一種基于AIGC技術(shù)的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教學(xué)模型。該模型能夠提高教學(xué)質(zhì)量并激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)深化思政教育與專業(yè)課程的融合，實(shí)現(xiàn)育才與育人的雙重目標(biāo)。通過(guò)挖掘編程教學(xué)思維的邏輯性、程序設(shè)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)性和工匠精神的傳承性等思政元素，教師引導(dǎo)學(xué)生在提升專業(yè)技能的同時(shí)，加深對(duì)思政教育的理解和認(rèn)同，使思政教育內(nèi)容自然融入教學(xué)資源和案例，實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授與價(jià)值觀塑造的有機(jī)統(tǒng)一，培育出既具備專業(yè)技能又擁有出色思想素質(zhì)的人才。

2 基于AIGC的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)模型

當(dāng)前國(guó)內(nèi)AIGC臺(tái)的生態(tài)系統(tǒng)正日益豐富，涌現(xiàn)出豆包、通義千問(wèn)、Kimi、智譜清言、百川等眾多領(lǐng)先的大語(yǔ)言模型。這些平臺(tái)不僅支持多樣化的生成式預(yù)訓(xùn)練變換器的開發(fā)與部署，還通過(guò)持續(xù)的訓(xùn)練與優(yōu)化，不斷提升模型在內(nèi)容生成的質(zhì)量和性能[10]?；贏IGC的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程模型融合自然語(yǔ)言處理技術(shù)，提供了一個(gè)實(shí)時(shí)響應(yīng)學(xué)生編程難題的高效學(xué)習(xí)工具。無(wú)論是在線還是離線環(huán)境，學(xué)生可以通過(guò)對(duì)話或上傳資料獲得詳盡解答，同時(shí)，模型自動(dòng)記錄問(wèn)答過(guò)程，促進(jìn)了互動(dòng)學(xué)習(xí)并加深了對(duì)課程內(nèi)容的理解。這些記錄還能幫助教師實(shí)時(shí)跟蹤學(xué)生進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)，有效提高教學(xué)效果。

2.1 C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)模型設(shè)計(jì)

為確保AIGC 生成內(nèi)容的教學(xué)質(zhì)量和標(biāo)準(zhǔn)一致性，本文采用多種大模型的API接口進(jìn)行自我審視和工作流程的優(yōu)化[11]。通過(guò)這些接口調(diào)用，能夠?qū)Ρ炔煌竽Ｐ偷妮敵鼋Y(jié)果，并在同一界面上展示這些對(duì)比，這種方法不僅增強(qiáng)了信息的綜合性，降低了歧義引起的誤導(dǎo)風(fēng)險(xiǎn)，還為學(xué)生學(xué)習(xí)提供了堅(jiān)實(shí)可靠的技術(shù)支持。

C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)模型結(jié)構(gòu)如圖1所示。該模型由用戶界面、NLP對(duì)話管理、大模型API接口和知識(shí)庫(kù)構(gòu)成，其中用戶界面基于Web聊天窗口，提供直觀交互，使學(xué)生能與C語(yǔ)言模型COCO直接交流。在這個(gè)平臺(tái)上，學(xué)生可以即時(shí)獲得問(wèn)題的答案和解釋，獲取根據(jù)他們學(xué)習(xí)進(jìn)度和風(fēng)格個(gè)性化定制的學(xué)習(xí)建議和資源。

在C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程中，NLP對(duì)話管理利用自然語(yǔ)言處理技術(shù)，精確理解用戶查詢意圖并識(shí)別問(wèn)題類型，如代碼糾錯(cuò)、概念解釋或編程指導(dǎo)等。系統(tǒng)將集成多個(gè)專業(yè)模型以協(xié)同工作，確保對(duì)各類請(qǐng)求提供精準(zhǔn)有效的響應(yīng)。同時(shí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)和進(jìn)度數(shù)據(jù)將實(shí)時(shí)記錄并存儲(chǔ)，這不僅幫助教師和教學(xué)管理人員監(jiān)控學(xué)生狀態(tài)，也支持個(gè)性化教學(xué)的數(shù)據(jù)需求。教師通過(guò)分析學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，能夠及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略，提供定制化指導(dǎo)。

C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)模型通過(guò)與大模型通信的程序編程API 接口，智能評(píng)估前端模塊發(fā)送的消息，綜合考慮計(jì)算成本和影響評(píng)分，及時(shí)處理低于預(yù)設(shè)閾值的請(qǐng)求，確保學(xué)生和教師得到及時(shí)準(zhǔn)確的反饋。此外，模型還能根據(jù)學(xué)生需求，從多角度分析判斷，提供定制化的教學(xué)支持，以滿足個(gè)性化學(xué)習(xí)需求。

知識(shí)庫(kù)匯集了來(lái)自教科書、在線資源、專業(yè)論文等多種來(lái)源的數(shù)據(jù)，支持智能學(xué)習(xí)算法根據(jù)用戶行為和偏好推薦內(nèi)容。這不僅輔助教師構(gòu)建知識(shí)圖譜，關(guān)聯(lián)不同概念和主題，幫助學(xué)生構(gòu)建知識(shí)體系，提高數(shù)據(jù)整合能力，而且知識(shí)管理系統(tǒng)化地組織和管理信息，便于檢索和使用。此外，系統(tǒng)還提供自檢工具，讓學(xué)生能夠測(cè)試自己的理解和技能水平，確保知識(shí)庫(kù)數(shù)據(jù)的完整性、時(shí)效性和安全性。

在教學(xué)過(guò)程中，教師可以上傳各種格式的數(shù)據(jù)資料（包括txt、docx、pdf和視頻文件等），不斷訓(xùn)練教學(xué)模型來(lái)提升交互體驗(yàn)的效率，在后臺(tái)構(gòu)建和維護(hù)一個(gè)全面而多樣化的資源數(shù)據(jù)庫(kù)。利用這些資源，教師可以構(gòu)建專屬課程的人工智能模型，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化教學(xué)。

2.2 C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)模型構(gòu)建

由于通用大模型的數(shù)據(jù)復(fù)雜多樣，C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)模型需要通過(guò)專業(yè)資料進(jìn)行深入訓(xùn)練，以增強(qiáng)其對(duì)課程內(nèi)容的理解。基于多源數(shù)據(jù)融合的綜合數(shù)據(jù)判斷，該模型可以提供更加精準(zhǔn)和個(gè)性化的解決方案。構(gòu)建多源數(shù)據(jù)融合的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)模型流程如圖2所示。

首先，搭建模型開發(fā)環(huán)境，基于新一代大模型AI 應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)Coze，配置模型的初始參數(shù)，確保設(shè)置為L(zhǎng)LM（Large Language Model） 單代理模式，以便管理和控制。利用API接口構(gòu)建綜合工作流，包括數(shù)據(jù)輸入、處理和輸出的各個(gè)環(huán)節(jié)。設(shè)置子節(jié)點(diǎn)以拓展用戶功能，如個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑推薦、疑難問(wèn)題解答等。接著，調(diào)用多種大語(yǔ)言模型，集成多種大語(yǔ)言模型，以實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的融合和優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。通過(guò)變量和提示詞的設(shè)置，生成針對(duì)不同學(xué)習(xí)階段和需求的節(jié)點(diǎn)回復(fù)。確保模型的輸出能夠順利傳輸至工作流的終結(jié)點(diǎn)，捕獲和記錄運(yùn)行結(jié)果信息。此外，設(shè)計(jì)自檢工作流，以自動(dòng)檢查和優(yōu)化模型輸出的內(nèi)容。再利用上一節(jié)點(diǎn)的輸出，強(qiáng)化回答內(nèi)容的準(zhǔn)確性和相關(guān)性，優(yōu)化后的結(jié)果應(yīng)存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫(kù)，并進(jìn)行定期的回顧和更新。其次，收集C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程的全面教學(xué)數(shù)據(jù)（ 包括教材、案例、習(xí)題等），實(shí)現(xiàn)增量同步，確保課程資料的更新能夠及時(shí)反映在模型知識(shí)庫(kù)中。同時(shí)完成知識(shí)自檢，確保知識(shí)庫(kù)的準(zhǔn)確性和時(shí)效性。最后，開展交互式測(cè)試，收集用戶反饋，評(píng)估問(wèn)答的準(zhǔn)確性和響應(yīng)速度。根據(jù)測(cè)試結(jié)果和用戶反饋，不斷優(yōu)化問(wèn)答系統(tǒng)，提高交互體驗(yàn)。

C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)模型運(yùn)行流程如圖3所示。系統(tǒng)啟動(dòng)后初始化并加載所需模型，然后向用戶顯示歡迎詞，準(zhǔn)備接受輸入。用戶通過(guò)界面提交問(wèn)題或請(qǐng)求，系統(tǒng)隨即利用加載的模型分析和理解輸入內(nèi)容的意圖和上下文。若用戶輸入在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的應(yīng)用范圍內(nèi)，系統(tǒng)便訪問(wèn)內(nèi)置知識(shí)庫(kù)檢索相關(guān)信息或數(shù)據(jù)。若輸入超出應(yīng)用范圍，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)查詢性質(zhì)調(diào)用相應(yīng)模型API生成或檢索答案，綜合多個(gè)模型輸出。

模型交互界面如圖4所示，顯示COCO模型的簡(jiǎn)介，通過(guò)輸入欄進(jìn)行對(duì)話。學(xué)生可以提出相應(yīng)的C語(yǔ)言編程問(wèn)題，通過(guò)對(duì)話框進(jìn)行實(shí)時(shí)答疑。如圖5所示，給出一段判斷質(zhì)數(shù)的代碼進(jìn)行優(yōu)化，鍵入指令后，COCO模型快速地給出相應(yīng)的改進(jìn)方法。首先，引入布爾類型以提高直觀性，改進(jìn)變量命名以增強(qiáng)可讀性。其次，在邏輯上精簡(jiǎn)判斷流程，避免冗余循環(huán)，使得代碼更加高效。最后，在主函數(shù)中使用三目運(yùn)算符來(lái)簡(jiǎn)化條件分支，讓代碼結(jié)構(gòu)更緊湊，邏輯更清晰。通過(guò)這些改進(jìn)，不僅提升了代碼的執(zhí)行效率，也增強(qiáng)了代碼的可維護(hù)性和易讀性，表明基于AIGC的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)模型能夠幫助學(xué)生理解程序設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)，迅速響應(yīng)學(xué)生的需求，提供定制化的學(xué)習(xí)支持，顯著提高學(xué)習(xí)效率和質(zhì)量。

3 結(jié)束語(yǔ)

為解決傳統(tǒng)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)中存在的個(gè)性化學(xué)習(xí)體驗(yàn)不足和實(shí)踐能力培養(yǎng)的問(wèn)題，本文構(gòu)建了一種基于AIGC 的C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)模型。該模型利用多源數(shù)據(jù)融合和大模型API接口的集成，確保了教學(xué)內(nèi)容的高質(zhì)量和時(shí)效性。隨著課程資料的不斷完善和師生互動(dòng)的深入，該模型將不斷迭代升級(jí)，展現(xiàn)出其作為高效AI助教的潛力，為學(xué)生提供即時(shí)、個(gè)性化的學(xué)習(xí)支持，提升學(xué)習(xí)效率。未來(lái)，教師可以定期審查和更新課程內(nèi)容，反映編程語(yǔ)言和行業(yè)實(shí)踐的最新發(fā)展。利用數(shù)據(jù)分析工具監(jiān)控學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度和課程效果，以期實(shí)現(xiàn)更廣泛的教育創(chuàng)新和教學(xué)效果的提升，為進(jìn)一步探索程序設(shè)計(jì)類課程的思政教育改革提供參考。