“人工智能+”导向的计算机语言类课程教学创新培养——以Web前端开发课程为例

0 引 言(yán)

人工智能(néng)（AI）在(zài)最近 10 年發(fā)展迅速，不断应用在(zài)智慧城市、智慧工厂，智能(néng)搜索(suǒ)、智能(néng)教(jiào)育和人们的(de)出行、生(shēng)活等方方面面，Al 在(zài)機(jī)器表达、模(mó)型训练、知識(shí)推理(lǐ)和运用人类语言(yán)方面达到了前所未有的(de)高度(dù)，是新工科及产业發(fā)展的(de)重(zhòng)点方向[1]。因此，要以(yǐ)“新工科”重(zhòng)塑人工智能(néng)時(shí)代工程人才培养结构，注重(zhòng)工程能(néng)力，注重(zhòng)交叉與(yǔ)融合，还要转变现有的(de)教(jiào)學(xué)模(mó)式，启發(fā)學(xué)生(shēng)自主探索(suǒ)、發(fā)现问题、分析和解决问题[2]。

近年来，许多相关研究人员相继在(zài)探讨計(jì)算機(jī)语言(yán)課(kè)教(jiào)學(xué)改革。文献[3]中探索(suǒ)了在(zài)线教(jiào)學(xué)中存在(zài)的(de)困惑，开展了新形势下的(de)教(jiào)學(xué)研究，提出从关注“教(jiào)”转变为关注“學(xué)”。文献[4]中针对 Java 程序設(shè)計(jì)教(jiào)學(xué)中存在(zài)的(de)问题，提出依托超星平台，以(yǐ)“學(xué)”为中心的(de)五位一(yī)体教(jiào)學(xué)改革模(mó)式。文献[5]中以(yǐ) Web 前端基礎(chǔ)課(kè)程为例，在(zài)新工科背(bèi)景下，从課(kè)程思(sī)政設(shè)計(jì)到实施进行了积极的(de)探索(suǒ)和实踐(jiàn)。文献[6]中以(yǐ) Web 前端技术課(kè)程为例，积极探索(suǒ) Web 前端課(kè)程學(xué)习與(yǔ)思(sī)想政治教(jiào)育的(de)有機(jī)融合，达到专业知識(shí)技能(néng)传授和思(sī)政元素建設(shè)两不误。文献[7]中在(zài)新工科背(bèi)景下，通过分析 Web 前端开發(fā)技术課(kè)程传统教(jiào)學(xué)的(de)弊端，提出基于问题驱動(dòng)的(de)教(jiào)學(xué)考核方案。文献[8]中通过校内模(mó)拟实际工作环境，以(yǐ)来自真实项目的(de)实际案例进行实训教(jiào)學(xué)，增强學(xué)生(shēng)实际操作能(néng)力。随着人工智能(néng)技术的(de)快速發(fā)展，人们在(zài)诸多领域都有了新的(de)认知[9]。智慧 3D 图形技术在(zài)自動(dòng)驾驶、滴滴出行、高精度(dù)虚拟场景生(shēng)成、大屏可视化等领域建立了有效的(de)应用[10]。由此可见，在(zài)新工科 +AI 背(bèi)景下，研究人员仍在(zài)探索(suǒ) Web 前端开發(fā)语言(yán)教(jiào)學(xué)模(mó)式和融入思(sī)政教(jiào)育等新元素，对人才培养结构也应作出相应的(de)调整和改变。

1 計(jì)算機(jī)语言(yán)类課(kè)程教(jiào)學(xué)存在(zài)的(de)问题

为了组織(zhī)好并改进計(jì)算機(jī)语言(yán)課(kè)程教(jiào)學(xué)，我们对大三大四年级中若干學(xué)生(shēng)进行了问卷调查，从中提取了 20 份样本，归纳出以(yǐ)下主要问题：①重(zhòng)理(lǐ)论轻实踐(jiàn)，老旧的(de)“填鸭式”教(jiào)學(xué)，讲解过于肤浅，學(xué)的(de)东西只停留于表面，没有真正學(xué)到重(zhòng)点，無(wú)法将理(lǐ)论知識(shí)进行有效转化和应用；②課(kè)程内容(róng)不够與(yǔ)時(shí)俱进、总課(kè)時(shí)变少、課(kè)件老旧、内容(róng)过于生(shēng)硬，且缺(quē)少模(mó)塊(kuài)化案例教(jiào)學(xué)設(shè)計(jì)，教(jiào)師(shī)在(zài)讲授時(shí)应该引入新颖的(de)实际案例；③課(kè)程考查和教(jiào)學(xué)偏理(lǐ)论和应试教(jiào)育，且機(jī)械和固化，教(jiào)學(xué)的(de)重(zhòng)心和目标出现偏移，导致學(xué)生(shēng)的(de)學(xué)习兴趣和能(néng)力没有提高；④理(lǐ)论課(kè)和实踐(jiàn)課(kè)脱节，离实际的(de)开發(fā)还有很长的(de)路要走，無(wú)法有针对性进行動(dòng)手实踐(jiàn)，和學(xué)生(shēng)預(yù)期的(de)目标差距过大，导致自身原地踏步和失去目标；⑤老師(shī)布置的(de)任务较少，实踐(jiàn)不够，都是學(xué)习通上的(de)一(yī)些(xiē)选择题，此外，課(kè)堂互動(dòng)和实踐(jiàn)环节太少；⑥针对实踐(jiàn)教(jiào)學(xué)，一(yī)般以(yǐ)实验課(kè)的(de)形式出现，存在(zài)與(yǔ)理(lǐ)论課(kè)程严重(zhòng)脱节的(de)问题，经常(cháng)会出现理(lǐ)论課(kè)程的(de)教(jiào)學(xué)进度(dù)與(yǔ)实踐(jiàn)課(kè)程的(de)教(jiào)學(xué)进度(dù)不符合的(de)情况，且实踐(jiàn)内容(róng)单一(yī)，通常(cháng)只针对某一(yī)方面的(de)知識(shí)点；⑦实踐(jiàn)課(kè)内容(róng)单薄，单一(yī)重(zhòng)复的(de)内容(róng)多，综合性的(de)内容(róng)少。如何設(shè)計(jì)新工科計(jì)算语言(yán)类教(jiào)學(xué)培养结构，形成人才培养上的(de)优势，并避免头重(zhòng)脚轻，轻视基礎(chǔ)实踐(jiàn)的(de)问题显得尤为重(zhòng)要。

2 “人工智能(néng)+”导向的(de)計(jì)算機(jī)语言(yán)类課(kè)程教(jiào)學(xué)创新培养结构

教(jiào)師(shī)預(yù)先設(shè)計(jì)好一(yī)个个实际的(de)中小型案例，让學(xué)生(shēng)通过实际操作来了解语言(yán)的(de)特性和应用，帮助學(xué)生(shēng)更好地理(lǐ)解语言(yán)的(de)应用场景和实际意义，加深对语言(yán)學(xué)习的(de)印象。在(zài)讲解某一(yī)语言(yán)特性時(shí)，也可以(yǐ)引入相关的(de)实踐(jiàn)性的(de)题目，让學(xué)生(shēng)更好地理(lǐ)解该特性的(de)作用和应用。同時(shí)，在(zài)課(kè)堂互動(dòng)中融入必要的(de)实踐(jiàn)环节，教(jiào)師(shī)可以(yǐ)采用问答、讨论、小组合作等方式，让學(xué)生(shēng)积极参與(yǔ)課(kè)堂，促进師(shī)生(shēng)之(zhī)间的(de)交流和互動(dòng)。鼓励學(xué)生(shēng)带笔记本上課(kè)，教(jiào)師(shī)在(zài)課(kè)上設(shè)置一(yī)些(xiē)中小型项目，让學(xué)生(shēng)在(zài)教(jiào)師(shī)的(de)指导下動(dòng)手编写代码、调试程序和实现，才能(néng)真正掌握语言(yán)的(de)特性和技巧。“基于问题、任务和目标达成度(dù)”定义計(jì)算機(jī)语言(yán)类課(kè)程（以(yǐ) Web 前端开發(fā)为例）教(jiào)學(xué)設(shè)計(jì)，导入教(jiào)師(shī)/學(xué)生(shēng)模(mó)塊(kuài)，对 Web 前端課(kè)程教(jiào)學(xué)設(shè)計(jì)融入與(yǔ)产业需求关联的(de)人工智能(néng)元素，创建“人工智能(néng)+”导向的(de) Web 前端开發(fā)教(jiào)學(xué)创新培养结构（如图 1 所示）。

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教(jiào)師(shī)将语法和算法知識(shí)进行有效转化和应用，提高學(xué)生(shēng)的(de)工程实踐(jiàn)能(néng)力和创新能(néng)力，形成工程知識(shí)，解决实际工程问题。构建从语法知識(shí)、到算法知識(shí)，再到工程知識(shí)逐步推进的(de)學(xué)习脈(mài)络，从导认識(shí)、导应用，到懂原理(lǐ)、懂应用的(de)螺旋式递进學(xué)习过程，是创新培养卓越計(jì)算機(jī)人才的(de)重(zhòng)要途径。

3 教(jiào)學(xué)实踐(jiàn)——以(yǐ) Web 前端开發(fā)課(kè)程为例

1）从零到整：基礎(chǔ)语法學(xué)习讲解。

作为初學(xué)者，他们对計(jì)算機(jī)语言(yán)类課(kè)程（以(yǐ) Web 前端为例）的(de)了解是片面的(de)、零碎的(de)、不充分的(de)，经常(cháng)难以(yǐ)入门。教(jiào)師(shī)在(zài)教(jiào)學(xué)設(shè)計(jì)中要充分考虑这些(xiē)先验，融入課(kè)程教(jiào)學(xué)設(shè)計(jì)中，化零为整，去伪存真。梳理(lǐ)各章零散知識(shí)，化零散为整体；做大量的(de)整理(lǐ)、构思(sī)和必要的(de)提炼，构建系统性模(mó)塊(kuài)化知識(shí)；使知識(shí)在(zài)章节之(zhī)间有联動(dòng)性、有衔接、系统性和整体性，让初學(xué)者能(néng)够较快入门，建立知識(shí)基礎(chǔ)，体现知識(shí)的(de)顶层設(shè)計(jì)、系统性和整体性。

模(mó)塊(kuài)化案例設(shè)計(jì)对任課(kè)教(jiào)師(shī)提出更高的(de)要求。計(jì)算機(jī)专任教(jiào)師(shī)应具备足够深广度(dù)的(de)計(jì)算機(jī)语言(yán)理(lǐ)解能(néng)力和较丰富的(de)编程实战经验，它要求教(jiào)師(shī)站在(zài)很高的(de)、全局的(de)视角把握模(mó)塊(kuài)化案例設(shè)計(jì)、勾连模(mó)塊(kuài)，为案例安排(pái)和知識(shí)分解进行顶层設(shè)計(jì)。

2）从整到零：模(mó)塊(kuài)和模(mó)型理(lǐ)解。

如今不缺(quē)知識(shí)，缺(quē)的(de)是如何重(zhòng)组（Reassemble）知識(shí)和分解（Decompose）复杂知識(shí)的(de)能(néng)力。教(jiào)師(shī)在(zài)精心設(shè)計(jì)課(kè)程模(mó)塊(kuài)和必要的(de)算法模(mó)型后，接下来要对案例模(mó)塊(kuài)进行分解指导，导出相应的(de)知識(shí)要点，帮助學(xué)生(shēng)理(lǐ)解模(mó)塊(kuài)和模(mó)型。作为初學(xué)者，他们接着要对高度(dù)模(mó)塊(kuài)化知識(shí)乃至模(mó)型进行有效分解和理(lǐ)解，逐步拆箱（Unboxing），因此，他需要一(yī)个引路人，而教(jiào)師(shī)就是模(mó)塊(kuài)和模(mó)型的(de)設(shè)計(jì)者，是引导學(xué)生(shēng)主動(dòng)认知和分解的(de)第(dì)一(yī)人。教(jiào)師(shī)按照知識(shí)落脚点将案例模(mó)塊(kuài)进行分解，划分成多个小的(de)模(mó)塊(kuài)和學(xué)习任务，交由本组各个同學(xué)分别进行探寻、理(lǐ)解模(mó)塊(kuài)設(shè)計(jì)原理(lǐ)、分解出模(mó)塊(kuài)知識(shí)点以(yǐ)及处理(lǐ)脈(mài)络。同時(shí)，又要抓住知識(shí)重(zhòng)点，有针对性學(xué)习，并记录學(xué)习过程中的(de)问题和难点；针对模(mó)型方面，属于拔高环节，無(wú)论是编译型语言(yán)（C/C++，Java），还是 Web 前端开發(fā)语言(yán)，都有其算法模(mó)型的(de)影子，要另行安排(pái)時(shí)间让另一(yī)组同學(xué)来探究（模(mó)型原理(lǐ)和算法细节）。同時(shí)，组员记录各自分解學(xué)习中存在(zài)的(de)问题。最后，教(jiào)師(shī)集中時(shí)间组織(zhī)好分组答辩，自评和互评。针对同學(xué)们提出的(de)问题进行一(yī)一(yī)解答，让模(mó)塊(kuài)分解和模(mó)型理(lǐ)解方面的(de)學(xué)习真正落地，真正理(lǐ)解和掌握高度(dù)综合的(de)知識(shí)和掌握必要的(de)算法基礎(chǔ)。

3）用创结合：实际项目协作实踐(jiàn)。

现在(zài)不缺(quē)源码，缺(quē)的(de)是如何让初學(xué)者从零到一(yī)，从一(yī)到多汇聚代码和動(dòng)手实踐(jiàn)的(de)能(néng)力。要能(néng)达到对知識(shí)的(de)融会贯通，就要不断实踐(jiàn)，在(zài)项目中學(xué)习，學(xué)会在(zài)“學(xué)”中“用”和在(zài)“用”中“學(xué)”，并不断提炼和反向总结。这些(xiē)实际项目可以(yǐ)是大學(xué)生(shēng)创新创业训练計(jì)划项目、學(xué)科竞赛项目和校企合作项目等。近些(xiē)年来清华大學(xué)深圳研究院和名校校企联合培养計(jì)算機(jī)卓越人才的(de)案例不少，是卓越人才培养無(wú)可争辩的(de)典范，而且强调“以(yǐ)學(xué)生(shēng)为中心”就是要注重(zhòng)对知識(shí)的(de)提升应用，提高新工科本科生(shēng)的(de)工程实踐(jiàn)能(néng)力和团队协作能(néng)力。以(yǐ)近十年来國(guó)家、省市和學(xué)校鼓励大學(xué)生(shēng)积极申报大學(xué)生(shēng)创新创业训练計(jì)划项目，程序設(shè)計(jì)竞赛和校企合作基地项目为契機(jī)，鼓励學(xué)有余力的(de)同學(xué)组队参與(yǔ)申报双创项目，参與(yǔ)學(xué)科竞赛和开發(fā)校企合作项目，教(jiào)師(shī)为项目申请书的(de)撰写、工程代码编写和项目开發(fā)提供技术方法上的(de)指导，并为后续成果总结撰写、问题解答提供支持，切实提升新工科本科生(shēng)的(de)動(dòng)手实踐(jiàn)能(néng)力和应用创新能(néng)力，进一(yī)步夯实高层次知識(shí)在(zài)复杂工程问题中的(de)应用理(lǐ)解；同時(shí)，注重(zhòng)培养學(xué)生(shēng)在(zài)协同學(xué)习中的(de)经验总结和分享，达到共同进步的(de)效果。

最后，教(jiào)師(shī)反过来修改 Web 前端課(kè)程建設(shè)目标和人才培养方案的(de)制订，以(yǐ)課(kè)程的(de)目标达成度(dù)为指引，逐步培养本科生(shēng)创新工程和解决复杂工程问题的(de)能(néng)力，创新計(jì)算機(jī)卓越人才培养结构，为國(guó)家、社会和产业输送計(jì)算機(jī)卓越人才。

基于“1+X”的(de)新工科大學(xué)生(shēng)工程能(néng)力创新培养结构，具体是以(yǐ)“人工智能(néng)”人才培养为引领，“人工智能(néng)”1 是推手，“學(xué)生(shēng)”为中心，“教(jiào)師(shī)”是关键，“问题+任务+目标达成度(dù)”X 是导向，“双创+竞赛+项目”是載(zài)体，多层次引导學(xué)生(shēng)主動(dòng)实踐(jiàn)、自主探索(suǒ)，渐进培养本科生(shēng)的(de)計(jì)算機(jī)工程实踐(jiàn)能(néng)力和创新能(néng)力，并结合課(kè)程组教(jiào)師(shī)的(de)教(jiào)學(xué)实踐(jiàn)，进一(yī)步阐述新工科計(jì)算機(jī)语言(yán)类教(jiào)學(xué)（以(yǐ) Web 前端开發(fā)为例）创新培养结构的(de)实际应用情况。

課(kè)程组教(jiào)師(shī)针对 Web 前端課(kè)程的(de)教(jiào)學(xué)要求、教(jiào)學(xué)内容(róng)和教(jiào)學(xué)目标，制订了 Web 前端开發(fā)教(jiào)學(xué)的(de)學(xué)习内容(róng)和层次化知識(shí)递进结构，并融入了项目式課(kè)程學(xué)习思(sī)想，如图 2 所示。

实踐(jiàn)是检验真理(lǐ)的(de)唯一(yī)标准。課(kè)程组教(jiào)師(shī)在(zài)教(jiào)學(xué)过程中，充分运用教(jiào)材、教(jiào)案、平台、比赛、双创和共享等教(jiào)學(xué)元素，构建了从程序实现向结果分析拓展，从基礎(chǔ)理(lǐ)论向算法实现拓展，从基礎(chǔ)示例向实际问题拓展的(de)“三拓”學(xué)习途径。依托新型“人工智能(néng)”技术，遵循“教(jiào)、學(xué)、用、创”四位一(yī)体的(de)顶层教(jiào)學(xué)設(shè)計(jì)和层次化教(jiào)學(xué)原则，采取“基于目标达成度(dù)”的(de)反向教(jiào)學(xué)設(shè)計(jì)思(sī)路，充分运用“教(jiào)—學(xué)—用”的(de)渐进式教(jiào)學(xué)手法，贯彻知識(shí)的(de)整体性和系统性要求，启發(fā)學(xué)生(shēng)發(fā)现问题和探索(suǒ)问题，进而解决复杂工程问题。

4 教(jiào)學(xué)效果

5 结 语

人工智能(néng)方法技术已经建立起新的(de)产业应用，对高校教(jiào)育教(jiào)學(xué)和卓越人才培养产生(shēng)了新的(de)变革和挑战。对新工科背(bèi)景下計(jì)算機(jī)语言(yán)类教(jiào)學(xué)提出了新的(de)要求，更加注重(zhòng)智能(néng)创新元素。基于“问题、任务和目标达成度(dù)”的(de)教(jiào)學(xué)設(shè)計(jì)理(lǐ)念和多年的(de)教(jiào)學(xué)实踐(jiàn)，提出的(de)新工科“人工智能(néng)+”导向的(de)計(jì)算機(jī)语言(yán)类教(jiào)學(xué)（以(yǐ) Web 前端开發(fā)为例）创新培养结构，指明了知識(shí)模(mó)塊(kuài)學(xué)习要运用“化零为整”和“化整为零”的(de)教(jiào)學(xué)思(sī)想，以(yǐ)及“用创结合”项目式學(xué)习的(de)具体方法和途径，可以(yǐ)有效地减少學(xué)习成本和门槛，提升知識(shí)转化应用能(néng)力和双创—竞赛—项目上的(de)工程实踐(jiàn)能(néng)力，逐步培养學(xué)生(shēng)解决复杂工程问题的(de)能(néng)力。今后，将继续探索(suǒ)人工智能(néng)新技术方法，将人工智能(néng)元素融入計(jì)算機(jī)语言(yán)类教(jiào)學(xué)中，创新培养計(jì)算機(jī)工程能(néng)力强的(de)卓越人才，既是向硕士阶段學(xué)习的(de)铺垫，又是为國(guó)家、社会和产业输送人才。

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基金项目：武汉科技大學(xué)教(jiào)研项目“新工科背(bèi)景下的(de)‘計(jì)算機(jī)语言(yán)类’課(kè)程教(jiào)學(xué)新思(sī)考”（2023X026）；武汉科技大學(xué)大學(xué)生(shēng)创新创业训练项目“Web端地图引擎库設(shè)計(jì)及高精度(dù)地图虚拟场景生(shēng)成”（23Z080）。

第(dì)一(yī)作者简介：边小勇，男，武汉科技大學(xué)副教(jiào)授，研究方向为人工智能(néng)、計(jì)算機(jī)图形學(xué)，bianxiaoyong@wust.edu.cn。

引用格式：边小勇,盛玉霞,王薇,等.“人工智能(néng)+”导向的(de)計(jì)算機(jī)语言(yán)类課(kè)程教(jiào)學(xué)创新培养——以(yǐ)Web前端开發(fā)課(kè)程为例[J].計(jì)算機(jī)教(jiào)育,2024(12):65-69.

文章头图由“智谱清言(yán)”绘制而成。

（完）