大模型環(huán)境下程序設(shè)計實驗課程思政教學(xué)探索

0 引言

隨著社會生產(chǎn)生活的信息化、智能化發(fā)展和大模型、智能技術(shù)與相關(guān)設(shè)備的應(yīng)用，程序設(shè)計已經(jīng)被越來越多的行業(yè)列為必備技能之一。通過開設(shè)程序設(shè)計及其相關(guān)課程，可以培養(yǎng)當(dāng)前社會科技發(fā)展所需的人才，提升他們的計算思維與智能工具使用能力。

當(dāng)前，以GPT為代表的大模型已能進行諸如智能問答、內(nèi)容創(chuàng)作、代碼生成等復(fù)雜的智力任務(wù)，由此引發(fā)人類的信息獲取方式、知識結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)模式發(fā)生明顯改變。2023年由可汗學(xué)院和0penAI合作推出的教育機器人Khanmigo，不僅可以為學(xué)生提供個性化的指導(dǎo)和輔導(dǎo)，實現(xiàn)人工智能助教的功能，還可以為教師提供教學(xué)幫助。人工智能技術(shù)特別是大語言模型的出現(xiàn)，在對傳統(tǒng)程序設(shè)計教學(xué)模式提出挑戰(zhàn)的同時，也使課程思政面臨巨大的挑戰(zhàn)。

現(xiàn)階段大模型的輸出與訓(xùn)練數(shù)據(jù)、規(guī)則有較緊密的聯(lián)系，大模型輸出的內(nèi)容易受訓(xùn)練數(shù)據(jù)、規(guī)則及其相關(guān)價值觀偏向的影響，學(xué)生在使用智能工具的過程中，有偏見的或有害的信息有可能未被合理過濾。培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人、為誰培養(yǎng)人是教育的根本問題，也是建設(shè)教育強國的核心課題。立德樹人是高校的立身之本，大模型在意識形態(tài)領(lǐng)域的潛在影響需要引起重視[1]。因此，當(dāng)前的高校教育需要將思政教育全方位地貫徹融入高校課堂教學(xué)的全過程。

1程序設(shè)計實驗教學(xué)現(xiàn)狀

當(dāng)前程序設(shè)計的理論與技術(shù)正處于快速發(fā)展中，新技術(shù)與新方法不斷涌現(xiàn)，理論與實驗課程所涉及的知識發(fā)展迅速，傳統(tǒng)的教學(xué)模式難以與之匹配。同時，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和人民生活水平的提高，現(xiàn)階段大學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣、學(xué)習(xí)工具、學(xué)習(xí)方法等都已經(jīng)發(fā)生較大變化，這些現(xiàn)象和特點都對當(dāng)前教學(xué)尤其是實驗教學(xué)的模式與方法提出新的要求。

1.1大模型在程序設(shè)計實驗教學(xué)中的應(yīng)用越來越受到師生重視

當(dāng)前，教育方面針對學(xué)生的大模型應(yīng)用大致可劃分為自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)和探究學(xué)習(xí)三種形式，學(xué)生可以使用諸如ChatGPT等大模型進行個性化、定制化的學(xué)習(xí)，更便利地進行自主學(xué)習(xí)。通過利用大模型所提供的文字處理、數(shù)據(jù)分析等工具和推薦的個性化學(xué)習(xí)資源，學(xué)生可以更為便捷地進行編程學(xué)習(xí)、知識預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、知識點擴充等活動，通過采用大模型基于對話的包容性學(xué)習(xí)方法，能積極地進行人機互動，提升學(xué)習(xí)動機與參與度，實現(xiàn)合作學(xué)習(xí)。大模型基于豐富的知識庫，通過輔助理解、語言表達以及學(xué)習(xí)工具和跨學(xué)科應(yīng)用，可以激發(fā)學(xué)生主動思考，從而促進探究學(xué)習(xí)。

與此同時，大模型在程序設(shè)計實驗教學(xué)中的應(yīng)用與探索已越來越受到重視。在各高校的教學(xué)實踐中，越來越多的師生開始使用大模型作為學(xué)習(xí)與教學(xué)的輔助工具，學(xué)生可以將大模型作為輔助，以大模型充當(dāng)定制私教，獲得個性化指導(dǎo)，從而更加高效地開展實踐活動；教師可以利用大模型輔助習(xí)題的批改和生成，進行實驗指導(dǎo)等，極大地提高了教學(xué)效率。然而，部分學(xué)生不能理性地使用大模型，放棄主動思考，盲目照抄大模型給出的代碼、解釋等，或者在習(xí)題解答、測試中直接使用大模型作答。這樣會阻礙他們對知識的掌握，違背使用智能工具提高認(rèn)知的初衷，需要在程序設(shè)計實驗教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生合理、有效地利用大模型等智能工具。

1.2程序設(shè)計實驗課程思政教學(xué)現(xiàn)狀

2016年12月，習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調(diào)，用好課堂教學(xué)這個主渠道，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)。教育部2020年印發(fā)的《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》提出，把思想政治教育貫穿人才培養(yǎng)體系，全面推進高校課程思政建設(shè)，發(fā)揮好每門課程的育人作用，提高高校人才培養(yǎng)質(zhì)量[2。國家教材委員會2021年印發(fā)的《習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想進課程教材指南》提出，理學(xué)、工學(xué)、醫(yī)學(xué)類課程教材要結(jié)合學(xué)科專業(yè)特點，闡釋人民至上、生命至上思想，培養(yǎng)學(xué)生胸懷祖國、服務(wù)人民的愛國精神，勇攀高峰、敢為人先的創(chuàng)新精神，追求真理、嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的求實精神，淡泊名利、潛心研究的奉獻精神[3]。習(xí)近平總書記的重要講話和相關(guān)文件為新時代高校課程思政改革指明了方向。

程序設(shè)計實驗教學(xué)是高校教學(xué)中專業(yè)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。現(xiàn)階段的程序設(shè)計實驗課程思政建設(shè)以立德樹人為引領(lǐng)，以培養(yǎng)新工科領(lǐng)域的創(chuàng)新型人才為目標(biāo)。在程序設(shè)計教學(xué)實踐中，南京工業(yè)大學(xué)主要從實驗教學(xué)師資、內(nèi)容和環(huán)境方面對課程思政進行分析與實踐；天津大學(xué)在課程思政中使用在案例教學(xué)、學(xué)科競賽中融入思政元素的創(chuàng)新方案；吉林大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院科學(xué)計算可視化分析當(dāng)前計算機專業(yè)課程思政的研究熱點、研究前沿趨勢等，從而獲得計算機課程思政研究的基本軌跡、特征、熱點和趨勢；鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院使用軟件工程的方法，從預(yù)備、構(gòu)建和優(yōu)化三個階段建設(shè)課程思政案例庫；西北工業(yè)大學(xué)建立課程思政案例庫，從而實現(xiàn)面向軟件工程的思政教學(xué)；華東理工大學(xué)以五星教學(xué)原理進行計算機實驗課程思政建設(shè)。在當(dāng)前大模型、智能工具逐漸受到重視并已經(jīng)進入課堂教學(xué)、課程指導(dǎo)等教學(xué)環(huán)節(jié)的情況下，如何引導(dǎo)學(xué)生合理使用大模型、智能工具，將思政教育進一步融入程序設(shè)計課程群的實驗教學(xué)，完成學(xué)生的優(yōu)秀人格塑造和知識能力培養(yǎng)，是當(dāng)前高校亟待研究與解決的問題。

2程序設(shè)計實驗課程思政探索

在現(xiàn)階段的程序設(shè)計實驗教學(xué)過程中，由于新技術(shù)、新方法的出現(xiàn)，傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式已經(jīng)與程序設(shè)計課程群的實驗課程現(xiàn)狀不匹配，需要在課程思政理念指導(dǎo)下，研究學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣與學(xué)習(xí)特點，采用新的教學(xué)思路，合理編排實驗內(nèi)容并采用與之相適應(yīng)的考核方式，從而達到程序設(shè)計實驗課的開設(shè)目的，實現(xiàn)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目標(biāo)。

2.1 思政元素融入程序設(shè)計實驗教學(xué)

在程序設(shè)計實驗課程思政教學(xué)設(shè)計中，以課程中的重點內(nèi)容如語法規(guī)范、結(jié)構(gòu)模塊、算法思想和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等為根本，以課程教學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向，深入挖掘?qū)嶒炚n程的思政元素，進行思政教學(xué)資源整合，尋求最合適的融入點，將契合專業(yè)、需要培植、能塑造品德的核心元素融入實驗教學(xué)。進行思政教學(xué)資源整合時，在綜合考慮課程開設(shè)學(xué)期、教學(xué)內(nèi)容和授課學(xué)生年齡段、認(rèn)知特性、學(xué)習(xí)方式的基礎(chǔ)上，圍繞實驗課程教學(xué)目標(biāo)和講授內(nèi)容，挖掘各章節(jié)的思政元素。根據(jù)知識點間的內(nèi)容聯(lián)系和邏輯關(guān)系，將程序設(shè)計實驗課程的主體思政元素分為愛國主義與科技興國、科學(xué)思維與工匠精神、創(chuàng)新開放與工程思維、科學(xué)倫理與職業(yè)道德，在此基礎(chǔ)上形成界限分明、互為補充、各具特色的思政課程體系，以實現(xiàn)價值塑造、能力培養(yǎng)和知識傳授的課程目標(biāo)。在實驗教學(xué)活動中，設(shè)置并實施分時段、分層次的遞進深化的課程項目，讓學(xué)生能夠深度沉浸、全情投入、主動學(xué)習(xí)，從而提升自信心和成就感。同時，定期進行課程交流，促進實驗教學(xué)活動深入開展。通過融入精心設(shè)計的思政教學(xué)內(nèi)容，以民族自豪感、對新技術(shù)與新知識的渴望激發(fā)學(xué)生的求知熱情，從而培養(yǎng)其自主學(xué)習(xí)能力與終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣，達到并實現(xiàn)全方位塑造新時期高素質(zhì)人才和創(chuàng)新型人才的目的。

2.2大模型等智能技術(shù)的正確使用

在實驗教學(xué)中，以課程思政理念為指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生正確對待與認(rèn)識大模型和智能工具，使學(xué)生認(rèn)識到智能語言模型的出現(xiàn)給各行業(yè)都帶來巨大的機遇，將成為人類學(xué)習(xí)、工作和生活的重要工具。在日常學(xué)習(xí)中，通過合理有效地使用大模型、智能工具等，學(xué)生可以隨時隨地、快速有效地對所學(xué)知識進行反饋，提高掌握知識的效率。在實驗課程中，隨著大模型、智能工具的廣泛使用，需要正確地引導(dǎo)學(xué)生：人是主導(dǎo)者，要強調(diào)人的創(chuàng)造性。主要從理想與品質(zhì)、主導(dǎo)性與理性兩個方面開展思政教育，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會高效地使用智能語言模型，并在它的基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新性和決策性的工作，為未來的工程實現(xiàn)、創(chuàng)新性工作的開展準(zhǔn)備好必備技能。

2.3構(gòu)建多維度立體實驗教學(xué)結(jié)構(gòu)

程序設(shè)計實驗教學(xué)采用如圖1所示的多維度立體實驗教學(xué)結(jié)構(gòu)。

圖1多維度立體實驗教學(xué)結(jié)構(gòu)

在教師端，教學(xué)準(zhǔn)備階段，教師在每個實驗中導(dǎo)入思政內(nèi)容，以思政元素為引導(dǎo)，進入實驗教學(xué)。針對實驗內(nèi)容，給出實驗資源與相關(guān)的知識補充，鼓勵學(xué)生主動進行相關(guān)探索與擴展。在教學(xué)方式上，除了采用傳統(tǒng)的面對面實驗課堂指導(dǎo)方式外，還可以利用網(wǎng)絡(luò)、即時通信工具等進行師生交流，提供課外指導(dǎo)。對于教學(xué)工具，除了充分利用當(dāng)前已有的各種功能齊全的面向程序設(shè)計實驗教學(xué)的實驗工具、平臺與智能工具外，還以學(xué)校的在線教育綜合平臺作為實驗教學(xué)的主要平臺，輔以雨課堂，進行實驗報告的發(fā)布、上交、評分與簽到等實驗教學(xué)中必要的流程。同時，使用由全國高校程序設(shè)計與算法類課程群教師共同建設(shè)的在線編程練習(xí)平臺PTA，挑選并發(fā)布相關(guān)的程序設(shè)計編程練習(xí)與習(xí)題，擴充實驗內(nèi)容，鼓勵學(xué)生自主進行個性化的課程實驗。充分發(fā)揮教學(xué)平臺的優(yōu)勢和所提供的智能分析工具，促進各實驗平臺間的相互關(guān)聯(lián)、彼此補充。利用已有的公開的編程練習(xí)平臺及其提供的豐富的編程題目，通過各平臺已配有的輔助教學(xué)工具，為學(xué)生提供更多的實驗資源，從而提高實驗教學(xué)質(zhì)量。

在學(xué)生端，借助網(wǎng)絡(luò)、實驗平臺、智能手機等，學(xué)生可以不受實驗時間、空間的限制，隨時隨地進行實驗學(xué)習(xí)與課程實踐，提高學(xué)習(xí)興趣與效率。在對實驗內(nèi)容進行擴展時，除了使用教師提供的資源外，還可以使用諸如文小言（百度）、通義（阿里）、Kimi（月之暗面）、海螺AI（MiniMax）、豆包（字節(jié)）、元寶（騰訊）等進行實驗的輔助解釋。借助大模型、智能工具等在日常實驗練習(xí)中的使用，降低學(xué)生自主探索的難度，增強他們自主探索的信心與動力。

在多維度立體實驗教學(xué)結(jié)構(gòu)中，教師端與學(xué)生端的實驗流程與傳統(tǒng)流程存在明顯差異，因此，實驗的教學(xué)組織方式也發(fā)生明顯改變。通過思政教育與實驗的要求、內(nèi)容的引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生的內(nèi)驅(qū)力，達到促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)的效果。與此對應(yīng)的實驗評價方式也發(fā)生改變。利用實驗平臺的智能評價工具進行在線評價、過程評價與結(jié)果評價，結(jié)合教師、學(xué)生的在線評價、線下評價、過程評價與結(jié)果評價，形成更具體、立體、真實的評價結(jié)果，并利用智能評價工具的分析功能，分析每位學(xué)生的學(xué)習(xí)模式、學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)效果，進而幫助學(xué)生了解自己的學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)習(xí)慣等，從而提高學(xué)習(xí)效率，提升學(xué)習(xí)質(zhì)量。

3 結(jié)束語

本文利用現(xiàn)代化的教學(xué)平臺與教學(xué)手段，結(jié)合課程的線上資源與線上線下教學(xué)手段，構(gòu)建以課程思政理念為指導(dǎo)的程序設(shè)計實驗教學(xué)多維度立體實驗教學(xué)結(jié)構(gòu)，通過使用該教學(xué)結(jié)構(gòu)進行教學(xué)實踐，充分調(diào)動學(xué)生的自主學(xué)習(xí)動力與興趣。實踐證明，該教學(xué)結(jié)構(gòu)可以有效培養(yǎng)學(xué)生的計算思維與創(chuàng)新思維，優(yōu)化程序設(shè)計實驗課程教學(xué)，實現(xiàn)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目標(biāo)。

4參考文獻

[1]譚立湘，王雷，鄭重．“計算機程序設(shè)計”課程教學(xué)模式與思政教學(xué)設(shè)計[J].工業(yè)和信息化教育，2024（4）：35-38.

[2] 教育部關(guān)于印發(fā)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》的通知[A/0L].（2020-06-05）[2024-07-15].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202006/t20200603_462437.html.

[3] 國家教材委員會關(guān)于印發(fā)《習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想進課程教材指南》的通知[A/0L].（2021-08-25）[2024-07-15].https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2021-08/25/content_5633152.htm.