人工智能背景下高校計算機教學(xué)改革探索

中圖分類號：G641 文獻標(biāo)識碼：A文章編號：2095-9052（2025）04-0146-03

引言

隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，人工智能成為推動科技革新的關(guān)鍵力量。面對這一變化，高校的計算機教學(xué)需要不斷適應(yīng)社會的需求，通過整合教育資源和創(chuàng)新教學(xué)手段，以人工智能技術(shù)為核心來提升學(xué)生的計算機技能，為他們未來的職業(yè)生涯打下堅實的基礎(chǔ)。因此在人工智能背景下，高校計算機專業(yè)的教師必須意識到課程改革的緊迫性，并明確教育改革的方向，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，為計算機領(lǐng)域輸送更多優(yōu)秀的專業(yè)人才。

一、人工智能概述

人工智能（Artificial Intelligence，AI）于1950年數(shù)學(xué)家圖靈在《計算機與智力》以模仿游戲為原型發(fā)明了“圖靈測試”，通過“圖靈測試”來判定計算機是否具有人工智能，即幕后設(shè)置一個人和一臺計算機，有臺前的測試人員分別對“二者”進行提問，通過幕后人與計算機的回答來分辨哪個是人類以及哪個是計算機，若判定結(jié)果錯誤或判定過程艱難，則視為該計算機具備智能特質(zhì)，這便是人們對人工智能的最初步的模糊界定。1956年在達特茅斯會議上，約翰·麥卡錫提出“人工智能”，并解釋為“人工智能就是要讓機器的行為看起來就像是人所表現(xiàn)出來的智能行為一樣”，自此人工智能誕生。人工智能是一門技術(shù)科學(xué)，不僅是當(dāng)代最引人注目的技術(shù)革新之一，也是推動教育領(lǐng)域變革的關(guān)鍵動力。AI作為計算機科學(xué)的重要分支，致力于理論的發(fā)掘、方法的創(chuàng)新、技術(shù)的發(fā)展以及應(yīng)用系統(tǒng)的實施，旨在模擬、拓展甚至超過了人類智力的界限[1]

二、人工智能背景下高校計算機教學(xué)改革原則

（一）精準(zhǔn)教學(xué)數(shù)據(jù)化原則

教師作為高校計算機課堂活動的組織者和引導(dǎo)者，基于計算機課程教材，并根據(jù)相應(yīng)的學(xué)情來設(shè)計計算機課程的教學(xué)環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生作為學(xué)習(xí)活動的主體在計算機課堂中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題[2]。學(xué)情的精準(zhǔn)把握是設(shè)計后續(xù)計算機課程教學(xué)環(huán)節(jié)的依據(jù)，根據(jù)高校學(xué)生的認知水平選取適合的自主學(xué)習(xí)資料進行預(yù)習(xí)并上傳預(yù)習(xí)檢測練習(xí)，實現(xiàn)先學(xué)后教，避免了傳統(tǒng)計算機課堂教學(xué)的“一刀切”，有利于以學(xué)生為中心，實現(xiàn)學(xué)生個性化學(xué)習(xí)。

（二）交流互動立體化原則

人工智能應(yīng)用于高校計算機教學(xué)要遵循交流互動立體化原則，在計算機課程教學(xué)的課中階段利用人工智能技術(shù)，充分進行師生互動和學(xué)生間互動，在互動中鼓勵學(xué)生針對課堂教學(xué)知識內(nèi)容展開思考、鍛煉信息收集和交流能力，從而順利地完成本節(jié)計算機課程的學(xué)習(xí)任務(wù)，實現(xiàn)師生全時空互動，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率[3]

（三）教學(xué)評價多元性原則

多元評價是計算機課程教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)要求，高校計算機課程標(biāo)準(zhǔn)強調(diào)以學(xué)生全面發(fā)展為最終目的，堅持評價功能具有多項性，評價內(nèi)容具有綜合性，評價類型具有全程性，評價方法具有多樣性，評價主體具有多元性。此外，由于計算機課程具有較強實踐性，學(xué)習(xí)過程中強調(diào)動手實踐，所以只采用終結(jié)性評價的傳統(tǒng)評價方式不適用于計算機課程的評價。

結(jié)合高校要求與計算機課程本身性質(zhì)，對于計算機課程的評價應(yīng)弱化甄別與選拔功能，強調(diào)評價育人功能，促進學(xué)生素養(yǎng)形成與發(fā)展；采用結(jié)果性評價的同時，提高診斷性評價和形成評價的使用，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注個體內(nèi)差異評價；堅持理論與實踐并行，知識與技能并重，綜合運用多種方式全面考查學(xué)生學(xué)習(xí)狀況；鼓勵多元主體參與評價，同時堅持自評、他評與師評相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生全方位多渠道客觀看待自己的學(xué)業(yè)表現(xiàn)。

三、人工智能背景下高校計算機教學(xué)改革設(shè)計

（一）高校計算機教學(xué)改革模式構(gòu)建

在高校計算機教學(xué)改革的模式構(gòu)建過程中，其主要分為四個階段，分別為分析、設(shè)計、開發(fā)與評價階段。在分析階段著重教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計，在充分考慮計算機課程核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)上，將STEAM劃分為S（科學(xué)）、T（技術(shù)）、E（工程）、A（藝術(shù)）和M（數(shù)學(xué)）目標(biāo)。確定教學(xué)目標(biāo)以后教師需要根據(jù)計算機課程的教學(xué)內(nèi)容及目標(biāo)準(zhǔn)備智能化的學(xué)習(xí)資源，準(zhǔn)備智能化的學(xué)習(xí)工具；在設(shè)計階段，著重教學(xué)模式的選擇，本文選取STEAM教育中發(fā)展較為成熟的5E教學(xué)模式；開發(fā)階段，將5E教學(xué)模式的步驟與STEAM目標(biāo)相結(jié)合，對計算機課程的教學(xué)活動進行細化，從而培養(yǎng)學(xué)生相應(yīng)的STEAM素養(yǎng)；評價階段，結(jié)合本文設(shè)計的評價指標(biāo)表，著重課中部分的評價。

（二）高校計算機教學(xué)改革具體設(shè)計

1．分析階段

（1）學(xué)習(xí)目標(biāo)分析。計算機課程核心素養(yǎng)主要包括四方面內(nèi)容，分別是信息意識、計算思維、智能化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新和信息社會責(zé)任。第一，信息意識指的是學(xué)生面對信息能夠展示出一定的敏感度，并能夠?qū)π畔⒌膬r值做出判斷，從而篩選到自己需要的信息；第二，計算思維源自計算機科學(xué)領(lǐng)域，指的是學(xué)生能夠?qū)⑵涑Ｓ玫乃枷敕椒?，如抽象、分解、概率、算法設(shè)計等，運用到自己解決計算機課程的問題中；第三，智能化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新強調(diào)解決問題時在智能化方面表現(xiàn)出的創(chuàng)造性，學(xué)生根據(jù)計算機課程的需要與探究內(nèi)容選擇合適的信息化工具，對研究過程進行記錄并作出一定的展示；第四，信息社會責(zé)任涵蓋計算機學(xué)習(xí)與實踐的過程中應(yīng)遵守的多方面責(zé)任，涉及文化、道德、行為等多個維度。四個方面的內(nèi)容相互補充、互相影響，共同致力于發(fā)展學(xué)生的素養(yǎng)與技能。

（2）重難點分析。計算機課程的教學(xué)重點是指教材內(nèi)容中最基本、最重要、學(xué)生必須掌握的知識和技能，并對進一步學(xué)習(xí)其他知識和技能起決定作用。教學(xué)的難點則是那些學(xué)生在理解時存在困難的知識，或是經(jīng)過反復(fù)操練才能被掌握的技能，具有相對的不穩(wěn)定性[4] C

在本文所構(gòu)建的基于人工智能的計算機課程的教學(xué)改革模式中，教學(xué)重點為基本事實、概念與原理等的掌握，教學(xué)難點為學(xué)生在所學(xué)知識基礎(chǔ)上，進行計算機程序設(shè)計，從而發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)和STEAM素養(yǎng)，成為綜合應(yīng)用型人才。因此，教師在進行教學(xué)設(shè)計時需結(jié)合STEAM教育理念，思考分析計算機課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容與其他學(xué)科的聯(lián)系，嘗試將多學(xué)科內(nèi)容聯(lián)合，引導(dǎo)學(xué)生融會貫通。

2.設(shè)計階段

（1）教學(xué)工具。在本文所構(gòu)建的基于人工智能的計算機課程教學(xué)改革模式中，計算機課堂教學(xué)所用到的教學(xué)工具主要分為四類。第一類是認知工具，即計算機課堂上幫助學(xué)生學(xué)習(xí)新知識所用到的軟件，如Word、PPT、PhotoShop、Scratch編程軟件等；第二類是檢索工具，即依托互聯(lián)網(wǎng)，為學(xué)生提供信息資源的瀏覽器，如谷歌瀏覽器、Bing瀏覽器、百度等；第三類是交流工具，即滿足學(xué)生小組討論和交流的需要的工具，如微信、QQ、釘釘?shù)?；第四類是計算機程序展示工具，即對學(xué)生運用所學(xué)知識進行創(chuàng)作的計算機程序進行成果化的工具，以便于展示與闡述，如以MindMaster為代表的可視化工具、以剪映為代表的視頻剪輯工具、以全能掃描王為代表的掃描工具等[5]。工具不同，功能不同，能滿足學(xué)生需求的程度也就不同，這就要求教師以時間、地點、內(nèi)容等因素為轉(zhuǎn)移，充分考慮學(xué)生需求為學(xué)生引人或提供恰當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)工具，幫助學(xué)生完成認知建構(gòu)、信息檢索、資源共享、小組交流、計算機程序展示，促進高校計算機STEAM學(xué)習(xí)活動順利開展與推進。

（2）教學(xué)策略。為了達成教學(xué)目標(biāo)、提高教學(xué)的效率，在計算機課程的教學(xué)過程中調(diào)節(jié)教學(xué)行為與活動的一系列方式與方法，是教育教學(xué)順利進行的保證。在本文所構(gòu)建的基于人工智能的計算機課程教學(xué)改革模式中，強化支架策略、評價策略的應(yīng)用。

支架策略，即教師為學(xué)生理解計算機知識提供的一種概念框架，該策略符合學(xué)生最近發(fā)展區(qū)。本文所構(gòu)建的基于人工智能的計算機課程教學(xué)改革模式強調(diào)學(xué)生自主探究，教師在整個過程中只作為輔助者，為此教師需要事先把復(fù)雜的計算機學(xué)習(xí)任務(wù)加以分解，并對計算機問題進行表征，同時提供支架以便于學(xué)生逐步遞進、層層深入理解計算機課堂所學(xué)內(nèi)容。

評價策略，即教師需要依據(jù)計算機課程的核心素養(yǎng)和STEAM教育目標(biāo)制定評價量表，并邀請多主體參與評價過程，從而幫助學(xué)生對整個計算機課程的學(xué)習(xí)活動開展過程進行評價與反思。本模式中的評價除了強調(diào)多元主體參與，還注重多維評價，即過程性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合，將學(xué)生計算機課堂表現(xiàn)、創(chuàng)作計算機程序、測驗成績等均納人評價范圍，從科學(xué)性、技術(shù)性、工程性、藝術(shù)性和數(shù)學(xué)性等方面給予恰當(dāng)?shù)脑u價。

3.開發(fā)階段

（1）引入：創(chuàng)設(shè)情境，引出主題。STEAM教學(xué)強調(diào)教學(xué)情境要有意義，因此在計算機課程正式開始前，教師需要充分考慮學(xué)生已有知識情境和學(xué)生生活中比較熟悉的情境，創(chuàng)設(shè)課程開展的主題情境，從而引起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)部動機。主題情景中所展示的計算機課程相關(guān)的現(xiàn)象或問題，應(yīng)與本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容息息相關(guān)。

（2）探究：小組合作，探究學(xué)習(xí)，工程思想，數(shù)學(xué)思維。教師通過提問的方式引導(dǎo)學(xué)生思考計算機課程的主題情境中現(xiàn)象或者問題的解決方案，并將其分解為由簡到繁、由易到難的可操作的子任務(wù)。通過教師的引導(dǎo)，學(xué)生循序漸進地完成一系列子任務(wù)，最終實現(xiàn)問題的解決。在探究計算機課程的學(xué)習(xí)開展過程中，始終采用的是學(xué)生小組合作學(xué)習(xí)。在分組的時候主要采取組內(nèi)異質(zhì)、組間同質(zhì)的分組方式，通過深入探索、動手操作、自主練習(xí)等以真實情境為基礎(chǔ)的任務(wù)驅(qū)動，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，幫助學(xué)生形成“表征問題、分析問題、提出假設(shè)以及驗證假”的問題解決意識，同時小組合作頭腦風(fēng)暴鼓勵創(chuàng)造性思維發(fā)展，有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識，為知識的整合與遷移打下基礎(chǔ)。

（3）解釋：問題解決，難點講解，概念整合，科學(xué)素養(yǎng)。歷史實踐已經(jīng)證明學(xué)生中心和教師中心都是不符合教學(xué)規(guī)律的，因此STEAM教育強調(diào)“主體-主導(dǎo)”的教學(xué)關(guān)系，即學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)。其原因在于保證學(xué)生主體地位能夠推動學(xué)生主觀能動性的發(fā)揮，而保證教師的主導(dǎo)作用能夠引導(dǎo)學(xué)生知識的建構(gòu)更加科學(xué)合理。學(xué)生在進行計算機課程的自主探究過程中，由于知識經(jīng)驗有限，難免出現(xiàn)錯誤理解。因此，教師不需要對學(xué)生已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的計算機課程知識進行重復(fù)與贅述，而需要在學(xué)生已有發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，對錯誤認知進行更正，對遺漏的計算機課程知識進行補充、對相關(guān)計算機課程知識進行延伸，幫助學(xué)生形成正確的認知，促進科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展。

（4）遷移：知識遷移，實踐應(yīng)用；技術(shù)應(yīng)用，美化升級。在遷移階段中教師根據(jù)主題情境，提取出關(guān)鍵問題，設(shè)置發(fā)散性思維任務(wù)，能夠鞏固所學(xué)的計算機課程知識同時，充分給予學(xué)生自主創(chuàng)作的空間。學(xué)生進行個性化創(chuàng)作，難免會出現(xiàn)各種各樣的問題，在這個過程中教師需要做的就是區(qū)分共性問題與個性問題。針對共性問題，統(tǒng)一進行問題說明與理論講解；而針對個性問題，則需要有針對性的進行指導(dǎo)，為學(xué)生提供解決問題的方向與必要的計算機學(xué)習(xí)資源，答疑解惑的同時，提供改進意見，確保學(xué)習(xí)方向與學(xué)習(xí)目標(biāo)始終一致。此外，在計算機程序設(shè)計過程中，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生利用技術(shù)手段，對制作過程進行記錄與保存，并采用智能化學(xué)習(xí)工具，準(zhǔn)備計算機程序展示與分享。

（5）評價：程序分享，完善理念。這一活動不僅能鍛煉學(xué)生的語言表達能力，增強學(xué)生在公眾面前表達的信心，而且融于任務(wù)之中的情感態(tài)度價值觀教育能夠最大程度發(fā)揮課程思政的作用，大幅提升了立德樹人工作的效果。此外，分享結(jié)束后設(shè)置評價環(huán)節(jié)，學(xué)生頭腦風(fēng)暴，為人工智能下計算機程序后期完善與迭代提出了寶貴的建議與意見。

4.評價階段

多主體參與。傳統(tǒng)計算機課程的評價主要表現(xiàn)為教師評價，沒有充分發(fā)揮學(xué)生的主體性。因此，在本文所構(gòu)建的基于人工智能的計算機課程教學(xué)改革模式中，將自我評價、同伴評價與教師評價相結(jié)合，豐富評價的多元性。計算機課程的學(xué)習(xí)任務(wù)完成后，教師引導(dǎo)學(xué)生，結(jié)合評價量表，對活動開展前、活動開展時及活動開展后的思想態(tài)度和行為進行評估。在此基礎(chǔ)上，教師對各類數(shù)據(jù)進行匯總整理，并結(jié)合學(xué)生課堂表現(xiàn)情況，對學(xué)生做出最終評價。

多形式考查。為了改變傳統(tǒng)教學(xué)中只注重終結(jié)性評價的弊端，本文所構(gòu)建的基于人工智能的計算機課程教學(xué)改革模式中將評價形式進行擴充，從紙筆測試、上機實踐與計算機程序設(shè)計三個維度進行評價。這項改變不僅將過程性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合，還綜合考查了學(xué)生對基礎(chǔ)知識、實踐操作的掌握情況，以及在創(chuàng)新思維方面的發(fā)展。

結(jié)語

人工智能背景下高校計算機課程的教學(xué)改革過程中，教師應(yīng)著重通過人工智能技術(shù)的潛力，設(shè)計以學(xué)生為中心的教學(xué)策略，進而激發(fā)學(xué)生對計算機課程的熱情，從而培養(yǎng)出具備所需計算機專業(yè)技能的人才。

參考文獻：

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（責(zé)任編輯：陳顯波）