生成式人工智能賦能教師Python編程實踐探究

【摘要】生成式人工智能技術(shù)正推動教育變革，為教師提供新機遇，尤其在賦能教師編程方面作用顯著。本文以五分鐘倒計時程序為例，詳細闡述了生成式人工智能賦能教師編寫Python代碼的過程，進而揭示生成式人工智能賦能教師編程的普遍方法和路徑。通過探討生成式人工智能賦能教師編程的應(yīng)用潛力與局限，以期為廣大教師提供有益的借鑒與啟發(fā)?！娟P(guān)鍵詞】生成式人工智能；Python編程；五分鐘倒計時編程是一種創(chuàng)造性的工作，在現(xiàn)代社會中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。通過編程能讓計算機按照人的意愿去完成各種任務(wù)。在眾多編程語言中，Python是一種非常流行且易于學習的語言。近年來，Python因其易用性、功能強大和廣泛的庫支持，成為初學者快速入門編程的首選工具。教師學習編程的必要性和現(xiàn)實困難隨著數(shù)字時代的來臨，教育領(lǐng)域正經(jīng)歷著一場由技術(shù)驅(qū)動的深刻變革。編程作為一項面向未來的核心技能，對于教師緊跟技術(shù)發(fā)展趨勢、適應(yīng)未來教育需求具有不可替代的作用。編程可以賦予教師靈活應(yīng)對教育變革的能力，為學生提供更加貼合時代要求的教育體驗。通過不斷精進編程技能，教師能夠更好地服務(wù)于學生，為培養(yǎng)適應(yīng)未來社會需求的復(fù)合型人才奠定堅實基礎(chǔ)。同時，編程還可以為教師參與科研項目創(chuàng)造機會，豐富學術(shù)經(jīng)歷，增強教育專業(yè)競爭力。此外，編程更是跨學科融合教學的關(guān)鍵之一，有助于構(gòu)建綜合教學體系，培養(yǎng)學生綜合素養(yǎng)與創(chuàng)新能力，從而滿足未來社會與職業(yè)需求。在未來教育環(huán)境中，編程技能將愈發(fā)關(guān)鍵，它將成為連接傳統(tǒng)教學內(nèi)容與現(xiàn)代科技應(yīng)用的橋梁。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)的日益成熟與普及，教育勢必會迎來新的變革，這些技術(shù)將深度融入教育過程，推動教育向個性化、智能化轉(zhuǎn)變?？梢?，編程技能對于教師而言，不僅是從容應(yīng)對教育領(lǐng)域變革的有力武器，更是順應(yīng)時代發(fā)展潮流、持續(xù)提升教育教學質(zhì)量所不可或缺的關(guān)鍵技能。在現(xiàn)實中，很多教師在入職前并未接受過編程教育，入職后面臨繁重的教學任務(wù)，很難抽出時間，堅持長期的編程學習。一直以來，教師普遍存在編程能力較弱的情況，把編程技術(shù)應(yīng)用到教育教學實踐中更是困難重重。因此，加強教師的編程培訓與支持，提供靈活多樣的學習資源與實踐機會，對于提升教師隊伍的整體編程能力，推動教育與技術(shù)的深度融合，具有至關(guān)重要的意義。生成式人工智能賦能教師編程概述1.生成式人工智能生成式人工智能（GenerativeArtificialIntelligence，以下簡稱“生成式AI”）是利用復(fù)雜的算法、模型和規(guī)則，進行大規(guī)模數(shù)據(jù)集中學習，以創(chuàng)造新的原創(chuàng)內(nèi)容的人工智能技術(shù)[1]。生成式AI的核心在于其強大的模式識別與生成能力。如其在文本、圖像等多模態(tài)內(nèi)容生成領(lǐng)域，已非常成熟。在程序代碼生成與識別上，也表現(xiàn)優(yōu)秀，它能夠根據(jù)給定的需求或上下文，自動生成高質(zhì)量的代碼片段，甚至完整的程序。這種能力極大地提高了軟件開發(fā)的效率，使得開發(fā)者可以更快地實現(xiàn)功能，減少手動編碼的錯誤率，并專注于更高層次的邏輯設(shè)計和創(chuàng)新。在當今數(shù)字化時代，生成式AI正逐漸成為推動各行業(yè)創(chuàng)新與變革的重要力量，無論是在內(nèi)容創(chuàng)作，還是在教育科研、智能客服等領(lǐng)域，都有著極為廣闊的應(yīng)用前景與潛力，為人們的生活與工作帶來前所未有的便利與可能。目前，國內(nèi)比較有名的生成式人工智能有文心一言、訊飛星火、360智腦、Kimi、通義千問、智譜清言等，這些生成式AI都具有強大的語言理解和生成能力，具有持續(xù)學習和進化以及應(yīng)用場景廣泛等特點。2.生成式AI在教育領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀隨著生成式AI的蓬勃發(fā)展，其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛且深入。在教學輔助層面，教師可利用它迅速生成高質(zhì)量的課件、教案以及豐富多樣的練習題，大大縮短備課時長，同時還能依據(jù)學生的個體差異制定個性化學習路徑，使教學更具針對性。在智能輔導(dǎo)方面，它如同隨時在線的專屬導(dǎo)師，即時解答學科疑惑，細致剖析作業(yè)難題并助力教師高效批改。生成式AI還能構(gòu)建虛擬學習場景，幫助學生理解復(fù)雜概念，完成一些特殊的實驗。此外，生成式AI還能夠協(xié)助教育管理者進行數(shù)據(jù)分析和決策支持、優(yōu)化資源配置、提升管理效率等，在教育領(lǐng)域多個方面發(fā)揮顯著作用。3.生成式AI重塑教師編程潛力生成式AI因其強大的語言理解和生成能力，在賦能教師編程方面展現(xiàn)出巨大的潛力和價值。一是，生成式AI允許使用者通過自然語言與其進行交互，教師無須深入了解復(fù)雜的編程語法和規(guī)則，只需用自然語言描述需求或問題，生成式AI就能理解并嘗試給出相應(yīng)的編程解決方案或代碼示例。二是生成式AI可以為教師提供編程語言的教程、視頻講解和實戰(zhàn)案例，并對教師的編程作品進行自動評估，給出詳細的反饋和改進建議。三是生成式AI能執(zhí)行一些自動化的編程任務(wù)，教師可以將更多精力投入到更有價值的創(chuàng)造性工作中去。生成式人工智能賦能Python編程實踐下面，筆者以五分鐘倒計時為例，介紹生成式AI，如文心一言賦能Python編程的實踐過程。一是構(gòu)建需求。制作一個五分鐘倒計時程序，程序具有一定的可控性，如可以隨時暫停倒計時、隨時可以重置倒計時等。二是對話交流（獲取代碼）。與生成式AI，如文心一言進行對話：“我是一名編程小白，想用Python編寫一個五分鐘倒計時程序，請給出代碼?！蓖ㄟ^以上對話（以下簡稱“基礎(chǔ)版對話”），擬獲取一個基礎(chǔ)版的五分鐘倒計時Python代碼。根據(jù)對話內(nèi)容，文心一言給出需求代碼及相關(guān)提示。三是調(diào)試代碼（完成任務(wù)）。PythonIDLE是Python自帶的集成開發(fā)環(huán)境，用于編寫、調(diào)試和運行Python代碼。IDLE提供了一個簡單的文本編輯器，允許用戶編寫Python代碼，并且提供了運行和調(diào)試這些代碼的功能。它還支持代碼高亮、自動補全和其他一些基本功能，非常適合初學者或者進行簡單的Python編程任務(wù)。對于已獲得的Python代碼，可以復(fù)制到PythonIDLE窗口中進行調(diào)試，得到簡易的五分鐘倒計時效果。通過以上實例，可見借助生成式AI，哪怕是沒有編程基礎(chǔ)的教師，也可以通過對話的形式，快速獲得需要的編程代碼，實現(xiàn)相應(yīng)的功能需求。四是提升程序功能。為了進一步提升程序的可操作性和功能性，繼續(xù)完善程序，思路同上。首先明確任務(wù)需求，組織對話內(nèi)容，獲取代碼，調(diào)試代碼，完成任務(wù)。對于五分鐘倒計時，在實踐中，通常會使用到“開始”“暫停/繼續(xù)”“重置”，這幾個按鈕來滿足使用者的使用需求。對話：請幫我編寫一個Python代碼實現(xiàn)五分鐘倒計時功能，具體要求是程序運行后停留在5分鐘倒計時的等待狀態(tài)，按下“開始”按鈕后，倒計時開始；程序運行中，如按下“暫?！卑粹o則倒計時暫停，同時“暫停”按鈕變成“繼續(xù)”按鈕；當?shù)褂嫊r處于暫停狀態(tài)下，如按下“繼續(xù)”按鈕，則倒計時繼續(xù)；任何時候，按下“重置”按鈕，則倒計時恢復(fù)到初始等待狀態(tài)。注意，程序中的數(shù)字字號設(shè)置為60。根據(jù)對話內(nèi)容（以下簡稱“功能版對話”），文心一言給出需求代碼及相關(guān)提示。對于已獲得的Python代碼，同樣復(fù)制到PythonIDLE窗口中進行調(diào)試，得到功能版的五分鐘倒計時效果。經(jīng)測試，各項功能符合使用需求。至此，一個功能版的五分鐘倒計時程序制作完畢（如有需要，可通過PyInstaller命令將Python代碼打包成獨立的可執(zhí)行文件，使之方便在其他電腦上運行使用）。不同生成式AI賦能教師編程的實證研究為了全面評估生成式AI在賦能教師編程方面的潛力，筆者選取國內(nèi)三款知名的生成式AI產(chǎn)品，如Kimi、通義千問、智譜清言進行對比實證研究。Kimi具備超長文本處理能力，使得其在閱讀理解、文獻分析、長文寫作等任務(wù)上具有獨特優(yōu)勢。下面以前例“五分鐘倒計時”中相同的提示語，測試其自然語言理解能力及編程能力。首先進行“基礎(chǔ)版對話”，Kimi生成的Python代碼，經(jīng)PythonIDLE調(diào)試，可以較好地完成任務(wù)，實現(xiàn)預(yù)期的效果。接下來，進行“功能版對話”，經(jīng)PythonIDLE調(diào)試，程序存在兩處問題：倒計時界面顯示為300，而不是5：00；倒計時暫停后，單擊“繼續(xù)”按鈕，倒計時不在暫停位置繼續(xù)下去。再次對話，修改程序。Kimi根據(jù)對話，給出解釋并再次給出新的代碼，經(jīng)PythonIDLE調(diào)試，問題反而更多了。再次對話，重新布置更清晰的任務(wù)，經(jīng)過本次對話，Kimi基本理解了對話內(nèi)容，幾乎實現(xiàn)了預(yù)期的要求，唯有“重置”按鈕，功能還存在一點小問題。經(jīng)過幾輪對話后，Kimi終于給出了完全符合預(yù)期要求的Python代碼。通義千問是大規(guī)模語言模型，也是一款生成式AI，注冊后即可免費使用。同樣用前例“五分鐘倒計時”中相同的提示語，測試其自然語言理解能力和編程能力。首先進行“基礎(chǔ)版對話”，通義千問生成的Python代碼，可以實現(xiàn)預(yù)期的效果。然后再進行“功能版對話”，一次性就生成了符合預(yù)期的Python代碼。經(jīng)調(diào)試，程序完全符合預(yù)期要求。智譜清言是生成式AI，注冊后即可免費使用。進行“基礎(chǔ)版對話”，智譜清言生成的Python代碼，呈現(xiàn)的效果符合預(yù)期，與文心一言等效果雷同；進行“功能版對話”，經(jīng)PythonIDLE調(diào)試，存在問題：按下“繼續(xù)”按鈕后，倒計時并沒有往下繼續(xù)。再次對話：當程序處于暫停狀態(tài)，“繼續(xù)”按鈕出來后，再按下“繼續(xù)”按鈕，倒計時并不往下進行。智譜清言給出解釋并給出新代碼。再次調(diào)試發(fā)現(xiàn)倒計時程序基本符合使用需求（還有幾處小細節(jié)，如字體、字號的大小有出入等，經(jīng)對話后皆可符合要求）。經(jīng)過以上實例驗證，這些生成式AI在編寫五分鐘倒計時基礎(chǔ)功能代碼的生成上均表現(xiàn)優(yōu)異，當面對更為復(fù)雜的功能需求時，它們的理解、生成能力卻表現(xiàn)不一。但經(jīng)過與其進行多輪次的細致對話和逐步引導(dǎo)，這些生成式AI還是能夠出色地完成任務(wù)，提供滿足需求的Python代碼解決方案。結(jié)論與展望1.結(jié)論本文通過分析一個簡單的五分鐘倒計時程序?qū)嵗?，揭示了生成式AI在賦能Python編程方面的巨大潛力。這種技術(shù)的興起極大地降低了編程的入門障礙，使得即使是編程零基礎(chǔ)的教師也能在簡單引導(dǎo)下，快速構(gòu)建出具有實際功能的程序。同時，生成式AI還提供了即時反饋和錯誤識別功能，有助于教師快速發(fā)現(xiàn)并解決代碼中的問題。生成式AI還能擴展教師的編程知識、提供編程范例和解決方案，有利于教師持續(xù)學習。值得一提的是，在實踐中，生成式AI在自然語言理解方面仍存在局限，可能導(dǎo)致生成的代碼不符合預(yù)期。但通過有效溝通和細致引導(dǎo)，生成式AI可以顯著提高代碼生成的準確性與效率。特別是在應(yīng)對復(fù)雜的編程任務(wù)時，教師與生成式AI之間進行的深入對話和逐步引導(dǎo)是獲取滿足特定需求解決方案的關(guān)鍵。當然，生成式AI在賦能教師Python編程時，如果教師過度依賴生成式AI，則可能出現(xiàn)一些不利于教師編程技能和解決問題能力發(fā)展的情況，以及抑制教師的創(chuàng)新思維和獨立思考等風險。2.展望隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，可以預(yù)見生成式AI將更加智能化，特別是深度學習和自然語言處理技術(shù)的進一步突破，將顯著提升對話過程中的理解和響應(yīng)能力。同時，生成式AI在解析復(fù)雜編程需求和創(chuàng)作高質(zhì)量代碼方面的能力也將實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。展望