人工智能时代下程序设计类公共课的教学改革探索

陈 鸿，殷凤梅

(合肥师范学院 计算机与人工智能学院，合肥 230601)

随着新一代信息技术的发展，我国正逐步进入人工智能新时代。人工智能的迅速发展对社会许多行业产生了巨大的影响。2017年7月，国务院印发了《新一代人工智能发展规划》，鼓励各高校建立“人工智能+X”复合专业培养的新模式。2019年，工业和信息化部人才交流中心发布了《人工智能产业人才岗位能力标准》，为高校落实人工智能国家战略提供了具体的人才培养、课程设置等方面的参考。在人工智能时代，课程教学内容要与新时代技术结合，对课程内容进行学科之间的交叉融合[1-2]。程序设计作为专业基础课程，广泛地应用于不同领域，对人工智能技术的发展起到了很好的推动作用[3-4]。因此，程序设计课程改革必须适应人工智能时代的发展需求，需要对课程进行教学改革探索。

1 程序设计类公共课教学现状及存在的问题

程序设计课程是高等学校主要是工科专业开设的公共基础课程，主要讲授程序设计的基本知识，让学生掌握基本语法和编程技巧等，培养学生应用程序设计语言解决和处理实际问题的思维方法与综合能力，为学生专业发展打下坚实的基础。程序设计课程中，语法较多，语言较抽象，逻辑性和实践能力较强，学生在学习过程中容易出现难学、分层的现象，教师在教学过程中也在不断调整课程进度和难易程度，希望学生能够扎实地学习程序设计的基础知识，有较好的实践应用能力。但是在课程教学中，仍存在一些需要思考和改进的问题。

1.1 公共课教学与不同专业学生的个性化差异适应度不够

公共课教学面对的专业较多，不同专业学生之间的差异性比较明显。如何协调好不同专业学生的教与学的问题是个挑战。在程序设计课程教学中，随着课程内容的深入学习，学生对课程和专业之间的关系有了进一步的认识，但是学生学习的个体差异性也越发明显，有的学生用心钻研，有些学生浅尝辄止，对于作为专业基础课程的程序设计语言并不重视。学生的学习成绩逐渐拉开差距。如何让不同专业学生既能学到课程基础知识，又能拓展本专业的实践能力，是个难题，特别是如何与智能时代的应用相结合是重点。

1.2 程序设计课程教学内容与人工智能先导课程的衔接不足

学校针对大学一年级各专业学生开设了人工智能概论课程，对人工智能时代的新技术、新理念等有深入的了解。由于程序设计课程开设年代较久，人工智能概论课程开设较迟，如何将先导课程很好地衔接基础的程序设计课程，更好地让学生运用程序设计知识为人工智能新技术服务，适应新时代人才发展需求，是亟需解决的问题。

1.3 教学模式与教学方法需要改进

程序设计课程的基础知识中，语法学习是最基本的。但是部分学生觉得学习语法不重要，更想跳过语法直接编程，而编写的程序又出现了许多语法错误。课程学习不够扎实，眼高手低，导致基础知识没有学好，应用能力没有提升。在实践教学中，验证型实验内容偏多，学生的思考能力和编程能力的提升较为缓慢。由于课程内容多，课时有限，学生的个体差异性等多方面因素，验证型实验项目较多，综合型实验项目偏少，学生个人的独立思考空间和综合能力的培养有所欠缺，人工智能相关的设计题目更是难以高效完成。

1.4 过程性考核方式中的评测标准准确度不够

考核方式中各部分如何占比是个讨论点。通过调整考核方式，希望能更加真实地体现学生的学习成果，而不是一次期末考试定课程考核结果。因此，期末考试的比重在逐步降低，对于过程性考核的比例在加大，过程性考核的内容也在增加。但是对于学生的监督和评价存在局限性，特别是课前和课后环节的考核较难把握。课前任务的布置和课后作业的完成等会存在代做或者抄袭现象，课堂评价比重加大不能全面体现学生的整体学习效果，因为课堂上表现较好或者较差的学生会让老师印象深刻，对于表现不出众的学生不能给出较为客观的评价。如何让过程性考核更加客观地体现学生的学习效果是个问题。需要借助智能化技术手段提升学生学习的满意度和评价标准的准确度。

1.5 产教融合度不够

由于教学要求和用人需求存在差异，教学内容相对静止，会落后于产业发展，学生对于国内的新平台和新技术了解不多，编程更多的是使用国外通用平台或者单一的开发环境，对于企业所用的跨平台开发环境不熟悉，对于国内的云平台开发实践更是少之又少，学生不能较快地适应企业工程实践需求。由于高校教师和企业工程师在对学生的教学中各有所长，如何运用国内新开发的技术和平台与学生学习更好地融合，更好地突出应用能力培养，适应企业用人需求[5]，是需要思考的问题。

2 程序设计类公共课程改革策略

程序设计课程教学中出现的一些问题，需要借助人工智能时代的新技术，思考如何对课程的教学体系、产教融合度等进行适当改革，创新教学模式，提升学生的课程学习满意度和综合编程能力[6]。

2.1 结合学生个性化差异特点调整教学内容

在程序设计课程教学中，针对不同专业的教学内容进行更精细的划分，让不同专业学生对程序设计课程与本专业课程的关联有深刻的认识，将人工智能技术融入到分专业学生的教学设计中，学生在学到课本知识的同时，又能同步领悟人工智能时代的重要技术。在课程学时中，合理分配专任教师和企业工程师的上课时长，为后续实践课程打下扎实的基础。

另外，针对学生的个性化差异，定制教学方案。在课程初期对学生学习基础进行摸底，了解学生的整体水平和个体差异性。对课程内容的难度进行调整，激发学生的学习兴趣，让学生产生学习动力，不影响课程的整体学习效果。阶段性教学后，针对班级学生的成绩差异性进行分层教学，对于拔尖的学生重点拓展教学深度，鼓励学生参加多样化学习活动，提升综合能力。对于基础较为薄弱的学生增加基础题的训练题量并提高讲解细致度，针对中间层的学生进行常规化教学进度。让班级学生的整体学习积极性得到提升，尽量不出现学生掉队的情况，提高课程的整体学习效果，也为挑选专业能力较强的学生做好铺垫。

2.2 融入人工智能技术的在线资源建设

为了对学生因材施教，个性化能力培养得到提升，需要借助智能化教学平台和云平台适应当下人工智能时代学生的能力培养需求[7]。通过学习通平台建立人工智能背景下的课程资源，将人工智能概论里的相关知识在程序设计课程中进行拓展和应用。如将机器学习中的经典算法加入程序设计课程案例中，让学生尝试编程实现，将计算机视觉中人脸识别技术的应用融入课程章节内容等。增加学习通平台自主学习资源，分为基础版与提高版，让学生有选择地进行课程资源辅助学习，达到不同能力需求的学习效果。在实验平台运用中，不局限于传统实验平台的练习，引入云平台的软件开发的实践操作，让学生较快地适应企业的工程实践需求。

2.3 混合式教学模式

人工智能的迅速发展，课程内容需要不断更新，对学生的学习要求也逐渐提高。如何让学生在课程学习过程中能够适应教学进度，并能在自己的学习基础上逐步提高，需要进行教学模式的改革。针对学生的个性化能力差异性，需要兼顾不同基础的学生进行教学，采用“SPOC+强化课堂”的混合式教学模式，如图1所示，适用于不同基础的学生。通过SPOC特色课堂将课前资源进行优化，布置学习任务，并进行课前少量内容测试，让教师发现学生的学习难点、教学内容的欠缺之处以及学生的易错点等，教师及时调整教学内容和教学形式。在线下教学中，对课程内容进行深入学习，并通过问题引入、案例教学等多种形式展开教学，让学生深入理解课程知识点和应用内容。在实操环节，让学生将课程内容与实际应用更好地结合起来，发挥人工智能时代的技术应用，与企业人才需求紧密连接。通过强化课堂，对于学习能力较强的同学进行拓展教学，通过参与教师科研项目、参加学科竞赛、参与校企合作的智能化软件开发等，完成程序设计课程进阶学习，自身的专业能力在短期内会得到较快提升，为后面的专业知识学习和企业实习打下良好的基础。并且通过优秀学生的能力培养，以强带弱，缩小班级学生之间的成绩差异性，对于班级整体学习水平提升有很大帮助。

图1 “SPOC+强化课堂”的混合式教学模式

2.4 过程性考核中加入智能化技术，提升评测准确度

虽然加大了过程性考核的比例，但是有些评测数据不能真实反映学习效果，需要借助人工智能时代的新技术，增加评测的准确度。通过对平台上学生学习数据的挖掘与分析，建立学生的学习行为模型，对学生的学习情况进行跟踪评测。基于作弊检测技术，开发作业自主评测系统，避免抄袭现象，也及时反馈学生的学习状态，更好地体现过程性考核的结果。

2.5 产教融合

为了使产教融合度提升，丰富学生的理论知识，并与企业发展相适应，教师要深入企业进行实践研修，将所教课程与企业实践进行关联，将研修成果尽可能多地应用于课堂教学、实验实训、课程考核、毕业(设计)论文指导等教学环节，丰富教学资源，提高教学质量。积极参与校企合作，依托产学研合作项目、企业工程师对接等，促进程序设计教学与企业最新技术融合，激发学生的学习热情，提升创新意识。让学生将学校学到的知识与企业应用快速融合，为培养人工智能新时代的高科技人才做好充足的准备。

3 程序设计类公共课程教学改革实践效果

将书本知识与企业实践不断融合，将课程内容、课程教学模式、课程考核方式等进行改进，让学生较快适应人工智能时代新的发展需求。在对程序设计教学改革实践后，对各班学生进行课程学习满意度调查，统计出学生的整体满意度较高。通过对2021、2022届各班每次阶段性测试求平均值，将8次测试结果作好统计，结果趋势如图2所示。可以得出，人工智能时代的程序设计课程改革后，新一届学生的整体水平稳步提升。通过课堂互动和课下问题讨论，可以感受到学生对课程的浓厚兴趣，学生的自主学习能力也在逐步提高。

图2 2021、2022届学生课程阶段性测试结果趋势图

4 结语

人工智能时代下新技术不断涌现，程序设计类公共课不能一成不变，需要根据时代发展需求及时更新教学内容，改革教学模式，加大过程性考核比例和修改考核内容，加快产教融合。本文结合学校办学特色和课程设置特点，在人工智能背景下，对教学内容、在线资源建设、教学模式、考核方式、产教融合等进行教学改革探索，将人工智能技术融入程序设计课程中，让学生具有较好的编程能力和实际应用能力，跟上人工智能时代发展的步伐，适应企业用人需求，全面提升自身的综合竞争力。