人工智能在程序設(shè)計課程混合式教學(xué)中的應(yīng)用

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

關(guān)鍵詞：人工智能；程序設(shè)計；混合式教學(xué)；學(xué)習(xí)成效

互聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術(shù)對學(xué)科的發(fā)展和專業(yè)人才的培養(yǎng)帶來了巨大的影響。程序設(shè)計課程要深入了解新時代的發(fā)展規(guī)律，根據(jù)我國的行業(yè)發(fā)展要求和學(xué)生的專業(yè)發(fā)展需要，優(yōu)化培養(yǎng)方案和課程。程序設(shè)計基礎(chǔ)課程是我國高校開設(shè)的首門計算機專業(yè)基礎(chǔ)課，同時也是高校本科階段一門重要的公共基礎(chǔ)課，其目的在于通過編程教學(xué)，使學(xué)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(fā)展前景的技術(shù)和學(xué)科。在教育領(lǐng)域，學(xué)生通過教師授課和編程實踐來掌握編程設(shè)計的基礎(chǔ)知識與技能。但是，該方法也有其自身的缺陷，例如，學(xué)生的學(xué)習(xí)進度不同，很難滿足個性化的學(xué)習(xí)需要。將人工智能技術(shù)融入程序設(shè)計課程教學(xué)中，給了學(xué)生更多、更有創(chuàng)意的學(xué)習(xí)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(chuàng)新思維和問題解決能力得到發(fā)展。鑒于此，人工智能技術(shù)在程序設(shè)計課程混合式教學(xué)中的應(yīng)用是一個非常有價值的課題。

一、混合式教學(xué)概述

（一）混合式教學(xué)的定義

混合式教學(xué)是線上、線下相結(jié)合的教學(xué)模式。通過互聯(lián)網(wǎng)線上教學(xué)可以有效拓展現(xiàn)有的教學(xué)資源，同時，在教學(xué)組織、數(shù)據(jù)收集和教學(xué)反饋等方面也表現(xiàn)出很大的優(yōu)越性。線下教學(xué)在師生互動、生生互動、教學(xué)監(jiān)管等領(lǐng)域都有其獨特的優(yōu)點。線上線下互相聯(lián)系、互相支撐、互為補充[1]，是混合式教學(xué)的核心精神?；旌鲜浇虒W(xué)可將線上、線下兩種教學(xué)模式的優(yōu)勢最大限度地發(fā)揮出來，從而達到最佳的教學(xué)效果。同時，混合式教學(xué)也需要教師發(fā)揮更多的引導(dǎo)和指導(dǎo)作用，及時調(diào)整教學(xué)策略和方法，以實現(xiàn)教學(xué)目標。

（二）混合式教學(xué)中的技術(shù)融合

在混合式教學(xué)模式中，技術(shù)融合不僅可以作為教學(xué)手段的簡單應(yīng)用，而且還可以深度整合教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)教育資源的優(yōu)化配置與高效利用。其中，智能化學(xué)習(xí)平臺通過集成人工智能、大數(shù)據(jù)分析、云計算等先進技術(shù)，可為學(xué)習(xí)者提供個性化學(xué)習(xí)路徑的推薦、實時互動反饋、學(xué)習(xí)進度的自動追蹤等服務(wù)。利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，教師可以分析學(xué)生的學(xué)習(xí)行為和效果，精準地識別學(xué)生的薄弱點并提供針對性的輔導(dǎo)材料，從而有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)針對性和效率，同時賦予學(xué)生更加個性化、高效的學(xué)習(xí)體驗。智能化學(xué)習(xí)平臺的應(yīng)用還促進了資源的共享與優(yōu)化配置。教師根據(jù)平臺提供的反饋調(diào)整教學(xué)策略，可以選擇合適的教學(xué)內(nèi)容，以滿足學(xué)生的需求。數(shù)據(jù)驅(qū)動的教學(xué)決策支持系統(tǒng)可以對學(xué)生學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進行深入分析，為教師提供關(guān)于學(xué)生學(xué)習(xí)效果、教學(xué)方法有效性、課程內(nèi)容適宜性的實時反饋，進而輔助教師做出更加科學(xué)的教學(xué)決策。這不僅增加了教學(xué)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(yōu)化與進步。這種技術(shù)與教育的深度融合，一方面體現(xiàn)了現(xiàn)代信息技術(shù)在教育領(lǐng)域應(yīng)用的前沿性，另一方面也為傳統(tǒng)教育模式的革新提供了有力的技術(shù)支撐，展現(xiàn)了教育技術(shù)的廣闊發(fā)展前景。

（三）程序設(shè)計課程的混合式教學(xué)模式

第一，混合式教學(xué)融合了傳統(tǒng)的面對面教學(xué)和在線教學(xué)的優(yōu)勢。傳統(tǒng)教學(xué)一般由教師講授、學(xué)生提問，為學(xué)生提供直接的反饋和解惑機會。在線學(xué)習(xí)平臺是一種新型的遠程教育方式，既可以發(fā)揮傳統(tǒng)教學(xué)模式的優(yōu)點，又可以克服傳統(tǒng)教學(xué)在時空上的局限，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)更為自由、靈活。

第二，混合式教學(xué)強調(diào)個性化學(xué)習(xí)路徑的設(shè)計。在程序設(shè)計教學(xué)中，學(xué)生的興趣存在很大的差別。通過在線學(xué)習(xí)平臺，教師能夠根據(jù)學(xué)生的水平，為其設(shè)計合適的課程內(nèi)容及作業(yè)。學(xué)習(xí)水平高的學(xué)生可以研究一些有難度的題目，以加深對課程的了解，而學(xué)習(xí)水平較低的學(xué)生可以通過對額外教材知識的學(xué)習(xí)來鞏固基礎(chǔ)?；旌鲜浇虒W(xué)可以讓每位學(xué)生都能在適合的情境中學(xué)習(xí)，有效改善了學(xué)生學(xué)習(xí)的效果。

第三，混合式教學(xué)是一種重視實踐的教學(xué)模式[2]。通過在線學(xué)習(xí)平臺，教師可以設(shè)計一些實際的案例、程序的設(shè)計以及一些相關(guān)的實驗，使學(xué)生能夠進行實踐操作。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生可以將抽象的編程概念轉(zhuǎn)化為實際操作能力，培養(yǎng)問題解決能力。而團隊項目和協(xié)作編程則著重培養(yǎng)學(xué)生的合作、交流能力，為其將來的發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。

二、人工智能在程序設(shè)計課程混合式教學(xué)中的優(yōu)勢

（一）調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度

人工智能技術(shù)可以讓教學(xué)內(nèi)容變得更加生動、更具有吸引力，從而引起學(xué)生對程序設(shè)計的濃厚興趣。在教學(xué)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(xué)工具，讓學(xué)生體會將人工智能運用于程序設(shè)計中的優(yōu)勢，進而加深其對有關(guān)知識的了解。在這種教學(xué)模式下，教師還可利用智能算法對學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣與水平進行分析，從而為每個學(xué)生設(shè)計適合的學(xué)習(xí)路線，使得課程更加接近學(xué)生的興趣與需要。這種個性化的學(xué)習(xí)方式能夠有效地提升教學(xué)質(zhì)量。另外，借助于機器學(xué)習(xí)算法，學(xué)生能夠在設(shè)計智能游戲或程序時，學(xué)習(xí)如何處理遇到的問題。這種實踐性的學(xué)習(xí)方式有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和探索精神，能夠提高學(xué)生對程序設(shè)計的積極性。

（二）提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績和技能水平

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

（三）培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和問題解決能力

在混合式教學(xué)中，運用人工智能技術(shù)可以對開放問題進行有效地設(shè)計，激發(fā)學(xué)生對現(xiàn)實問題的探究與求解。具體而言，教師應(yīng)當鼓勵學(xué)生參與人工智能項目，讓其應(yīng)對人工智能項目的挑戰(zhàn)與困難，并啟發(fā)他們解決問題。在此過程中，學(xué)生通過對數(shù)據(jù)的分析、算法的選擇以及參數(shù)的調(diào)整，可以提高程序設(shè)計能力，同時也可以培養(yǎng)團隊協(xié)作能力和創(chuàng)造力。此外，人工智能還可以仿真現(xiàn)實環(huán)境，即利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)讓學(xué)生身處一個仿真的虛擬環(huán)境，解決各類程序設(shè)計上的疑難題目，從而鍛煉學(xué)生解決實際問題的能力[3]。這樣的實踐教學(xué)有助于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力、創(chuàng)新思維能力，使其可以更好地適應(yīng)社會高速發(fā)展的需要。

三、人工智能在程序設(shè)計課程混合式教學(xué)中的具體應(yīng)用

（一）智能輔助學(xué)習(xí)平臺

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

（二）構(gòu)建虛擬實驗環(huán)境

在傳統(tǒng)的程序設(shè)計課上，學(xué)生需要訪問實驗室或是利用專用設(shè)備來練習(xí)編程。但是，在實際操作中，因為設(shè)備條件的制約，學(xué)生很難獲得良好的實踐體驗。利用該平臺，學(xué)生可以在虛擬環(huán)境下完成實驗，而不用考慮損壞設(shè)備的風(fēng)險，也不用擔心出現(xiàn)的不可逆錯誤。這既為學(xué)生提供了實踐機會，又降低了風(fēng)險。其次，傳統(tǒng)實驗設(shè)備和程序設(shè)計工具的購置與維護成本較高，且受限于設(shè)備的數(shù)目及可用性，學(xué)生無法獲得充分的實踐練習(xí)。建立虛擬實驗環(huán)境，可以讓學(xué)生在不依靠專用的硬件設(shè)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(xué)生的學(xué)習(xí)靈活性，又能減少學(xué)校或機構(gòu)實驗設(shè)備的購置與維護支出。另一方面，虛擬實驗環(huán)境的實時數(shù)據(jù)分析和評估功能可以給師生更多的信息反饋。在傳統(tǒng)的實驗中，教師要對學(xué)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(huán)境可以對學(xué)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(xué)情數(shù)據(jù)，有助于教師開展針對性的指導(dǎo)和幫助。學(xué)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(shè)計原理與技能的認識。

（三）智能作業(yè)批改系統(tǒng)

以往，老師要花很多的時間和精力對每個學(xué)生的編程作業(yè)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(jié)果的完整性與準確性。智能作業(yè)批改系統(tǒng)可對學(xué)生的編程作業(yè)進行自動化分析，找出錯誤，并對作業(yè)完成情況進行綜合評價，大大減少了教師的作業(yè)批改工作量。有了智能作業(yè)批改系統(tǒng)，教師可以把更多的時間用在課堂教學(xué)、學(xué)生輔導(dǎo)、教學(xué)計劃等方面，從而有效地提升教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。同時，智能作業(yè)批改系統(tǒng)可以在學(xué)生提交作業(yè)之后即時做出評價，并給予及時的反饋。這樣既可以讓學(xué)生迅速發(fā)現(xiàn)自己的薄弱點與失誤所在，又可以幫助學(xué)生糾正其不良思維和編程習(xí)慣。智能作業(yè)批改系統(tǒng)也有利于學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)。在掌握學(xué)生編程能力、常見錯誤及學(xué)習(xí)路徑后，教師能夠針對不同學(xué)生的情況和需求進行針對性地輔導(dǎo)。這樣既能適應(yīng)不同層次的學(xué)生，又能引導(dǎo)他們按照自己的進度來提升程序設(shè)計能力。個性化學(xué)習(xí)具有較強的適應(yīng)性，使得每位學(xué)生都能在適當?shù)碾y度和深度下學(xué)習(xí)。

（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?qū)Τ绦蛑械膬?nèi)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(shè)計的目的。學(xué)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(xué)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(shè)計的效率，同時也有助于引導(dǎo)學(xué)生對代碼進行更嚴謹?shù)臋z視。在此基礎(chǔ)上，人工智能輔助編程工具還可通過對執(zhí)行路徑、時間復(fù)雜度以及內(nèi)存占用的分析，給出具體的代碼性能評測結(jié)果，幫助學(xué)生理解算法的執(zhí)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(xué)生建立對程序性能的敏感性，提高程序設(shè)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(dǎo)功能，使學(xué)生能夠更好地掌握先進的程序設(shè)計技術(shù)與方法。比如，工具可根據(jù)學(xué)生的編碼歷史和當前任務(wù)提供關(guān)于代碼結(jié)構(gòu)、設(shè)計模式等方面的建議。通過這種引導(dǎo)，學(xué)生可以逐漸提高程序設(shè)計技能，同時養(yǎng)成更專業(yè)化、更高效的程序設(shè)計習(xí)慣。

四、結(jié)束語

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

作者單位：李靜 海南政法職業(yè)學(xué)院公共安全技術(shù)系

參考文獻

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