大模型下编程教学面临的挑战与应对.pdf
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1、第 11 期2023 年 11 月 10 日计 算 机 教 育Computer Education中图分类号:G64260大模型下编程教学面临的挑战与应对徐 慧,鞠小林,王皓晨(南通大学 信息科学技学院,江苏 南通 226009)摘 要:从编程教学的有效性出发,分析 ChatGPT 等大模型对传统编程教学知识面和技能训练上的挑战及有效性的影响,包括缺乏理解和思考、缺乏实践经验、缺乏个性化和反馈、知识浅薄和依赖性、不利于创新能力的培养、个人沉浸、不利身心健康等;针对具体教学提出 ChatGPT 大模型下调整教学目的、教学内容、考核依据等应对之策。关键词:编程教学;有效性;ChatGPT;大模型文
2、章编号:1672-5913(2023)11-0060-05第一作者简介:徐慧,女,教授,研究方向为数据分析、模式识别、计算机教学,。0引 言以 2022 年底 OPENAI 推出的 ChatGPT 为代表的大模型、生成式人工智能展现了“几乎无所不知”的能力,给各界带来了震撼,尤其给教育业带来了巨大冲击。大模型“一键生成代码”的能力,更是给编程教学带来了极大的困惑和前所未有的挑战。编程教学的有效性决定了一个国家软件开发能力。在现代社会中,软件已经成为各行各业、政府和社会组织中必不可少的工具和基础设施。软件的研发实力和技术水平体现了一个国家在科技和创新领域的实力和竞争力,有效的编程教学是国力增强所
3、需。在信息化、数字化和智能化时代,编程教学对于年轻人的成长也变得非常重要,它提供了未来工作和生活中所需的关键技能,并可以促进学生在科学、技术、工程和数学领域的学习。1编程教学的有效性不同专业的学生学习编程的目的会有差异,计算机相关专业学生学习编程是为了能用计算机编程解决问题。用计算机求解问题的过程如图1所示1。图 1 计算机求解问题过程机外表示处理要求问题抽象逻辑结构操作描述数学模型设计逻辑结构操作描述解决方案实现逻辑结构操作描述程序第 1 步:抽象。从研究对象中抽象出数据对象、数据元素以及数据元素之间的关系;对处理要求进行抽象,给出操作定义及边界条件。第 2 步:设计。设计数据元素及其关系在
4、计算机中的存储方法;设计操作实现的算法。第3步:实现。用程序实现算法,通过调试、测试及分析,最终解决问题。编程教学实际是教学生用计算机求解问题的知识与技能,包括设计、编程及算法分析。如下因素用于衡量编程教学的有效性。(1)解决问题的能力:学生是否能够运用所学的编程知识和技巧,解决实际问题和应用 场景。(2)逻辑思维和分析能力:编程教学要求学大模型教学第 11 期61生思考问题的逻辑和步骤,设计合理的算法和数据结构。(3)代码的质量:学生编写的程序是否能够正确运行,并达到预期的功能和效果;代码是否具有良好的结构、可读性和可维护性,是否遵循编程规范和最佳实践。(4)持续学习和自我提升的能力:编程是
5、一个不断发展与演进的领域,通过编程教学,培养持续学习与自我提升的能力,以适应将来新的编程语言、框架和技术,跟上行业的发展。(5)创造性和创新性:问题层出不穷、千变万化,学生是否能够运用编程思维和技术,提出创新的解决方案,并实现自己的创意和想法。(6)沟通与协作能力:编程工作中不可避免地涉及团队项目,与他人合作共同完成一个编程任务、接受测试人员反馈等,编程教学应该培养学生的团队合作能力、沟通能力和协作能力,帮助他们适应未来的工作环境。这些因素综合起来可以更全面地评估编程教学的有效性。虽然程序是最终的成果体现,但教学中应该关注学生在学习过程中的成长与发展,以及他们是否能够运用所学的知识解决实际问题
6、。2ChatGPT等大模型下编程教学面临的挑战与困境以 ChatGPT 为代表的生成式 AI 大模型依靠对人类已有知识的汇集、分析和输出,具备了任何一个人无法企及的知识广度和深度。在计算机领域,ChatGPT 自述可以在软件开发中提供不同开源编程语言的代码和模板、快速原型开发、代码质量改进、自动化测试与调试、项目管理等服务。大模型的强大功能给编程教学在知识面、技能训练和教学有效性各方面带来挑战。2.1知识面的挑战人工智能技术彻底改变了知识生产周期以及知识生产方式。知识不再只是人在实践中认识世界、认识自我的成果,它还包括机器学习与数据分析的结果2。大模型拥有比人类更复杂、更高效率且更精确的信息获
7、取、筛选、分析和呈现能力,能够为学生提供任何他们想知道的知识信息3。“照本宣科式”的教学可能会被替代,以知识传递为核心的教育教学模式更是被逼入“墙角”4。在传统的教育学中,教师一直被定义为“知识的已知者”和“知识的传播者”。从 ChatGPT 等大模型诞生的那天开始,教师这一角色的定位就注定被颠覆5。2.2技能训练上的挑战编程能力不仅是知识层面上的能力,更是一种技能。技能须经过实践与训练,编程能力只能在纠正千错万错的实际操作与练习中渐增,这是一项费时、费力、费心智的事。当无捷径可寻时,学生会自觉进行练习以完成必要的学业。现在 ChatGPT 可提供源码,“多快好省”地完成学业任务,由此极大地阻
8、碍学生亲力亲为写程序,如果上机操作只是把源码拷贝一下、运行一下,那编程技能训练就无从谈起。2.3编程教学有效性面临的困境ChatGPT 给编程带来了新途径,可以极大地提高编程效率,但这种方式给编程教学的有效性带来了诸多挑战。(1)缺乏理解和思考:学生通过 ChatGPT 等大模型获得代码后可能不研究代码、不思考如何实现该代码,使得学生缺乏对代码的理解。(2)缺乏实践经验:通过 ChatGPT 等大模型获得代码能够帮助学生解决问题,但不能代替实际编写代码的经验。(3)缺乏个性化和反馈:编程是创造性的工作,同一个问题会有不同的设计和不同的源码。ChatGPT 难以针对学生提供个性化的编程教育,也不
9、能提供针对性的反馈与指导。(4)知识浅薄和依赖性:通过 ChatGPT 等大模型获得代码和解决方案,往往不用花费太多的心力和时间,也不须深入了解其原理,长期下来,会对编程知识知之甚少,编程能力浮于其表,恶性循环,形成对 ChatGPT 等 AI 工具的依赖。(5)不利于创新能力的培养:现成易得的答案,剥夺了学生思考的必要、钻研的动力、多样化思维的可能、合作与交流的必要、兴趣与好奇202362计 算 机 教 育Computer Education心的激发,失去创新思维和创新能力成长的空间和环境。(6)个人沉浸,不利身心健康:借助大模型等 AI 工具解决学习问题又方便又快捷,减少了生生、师生的交流
10、。长期拟人化的陪伴模式可能会导致如同网瘾般严重的情感成瘾问题,使学生长时间、习惯性地沉浸于人工智能世界,这对于学生的自我意识、心理健康、习惯养成、社会交往等方面都是有危害的。3ChatGPT大模型下编程教学应对之策ChatGPT 等大模型具有改变着软件开发方式的潜力,挑战了传统编程教学方法的有效性。终其因,明其理,可以利用大模型赋能有效的编程教学,创新教学模式。3.1调整编程教学产出,变“从无到有”为“从有到优”传统的编程教学旨在通过教学,使学生能够“从无到有”,即通过问题分析、方案设计到编程实现,最终给出求解问题的程序。有了大模型后,直接获得源码。千篇一律的源码无法体现出学生学习情况个体上的
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