ChatGPT背景下Java課程實習的模式重構探索與實踐

劉慶杰 郭娜

摘要：計算機編程教育在現代教育中占據重要地位，然而傳統的實習模式在面對快速發展的技術環境時暴露出一些局限性。本研究基于ChatGPT技術，探索了在Java課程實習中引入在線智能助教的新模式，以期提升學生的編程能力和實踐效果。我們詳細介紹了ChatGPT的基本原理，以及在教育中的廣泛應用前景。接著，我們提出了一個重構框架，將在線資源和ChatGPT技術融入實習環境，為學生提供實時的問題解答、編程建議和創新引導。通過具體案例的展示，我們分析了學生在這一模式下的學習成績和表現，以及他們對于模式的反饋和認知。研究結果顯示，ChatGPT背景下的實習模式對學生的編程能力提升產生了重要影響。學生能夠在實時交互中獲得準確的問題解答，提高學習效率；同時，他們通過與ChatGPT對話，深入理解編程概念和技術，培養自主學習和創新能力。本研究強調了ChatGPT背景下的實踐模式在計算機編程教育中的創新作用，為教育領域的進一步改革提供了有益的思路和實踐經驗。

1.?引言：

中國應用類本科院校在計算機教育領域取得了一定的成就，已經成為培養計算機科學與技術人才的重要渠道。這些院校致力于培養具備實際應用能力的計算機專業人才，注重實踐教學和產學合作。許多應用類本科院校在教學設施、實驗室建設以及企業合作方面進行了積極的努力，使學生能夠更好地接觸實際項目和技術然而，但是中國應用類本科院校的計算機教育中仍然存在明顯的不足之處：在傳統教學活動中，整個教學活動的支配者和主導者由教師來擔任，這種以教師為主體地位的教學模式，會在一定程度上降低學生參與教學活動的主動性和積極性。并且傳統的計算機編程教育模式在面對快速發展的技術環境時逐漸暴露出一些局限性。一方面，傳統的課堂教學難以滿足學生對實際項目經驗和創新思維的需求，導致學生在畢業后難以適應實際工作環境。另一方面，雖然在線編程資源豐富，但學生在面對問題時常常缺乏及時準確的指導和解答。

在此背景下，ChatGPT（Generative?Pre-trained?Transformer）技術的崛起為計算機編程教育帶來了新的可能性。ChatGPT是一種基于Transformer架構的自然語言處理模型，其在自然語言生成、對話系統等領域取得了顯著的成果。在教育領域，ChatGPT的應用已經擴展到問題解答、輔助教學、創意生成等多個方向，為教育模式創新提供了有力支持。

本論文將聚焦于ChatGPT技術在Java編程課程實習模式中的應用，旨在探討如何借助ChatGPT技術對傳統的實習模式進行重構，從而提升學生在編程領域的學習效果和實踐能力。我們將通過實際案例，深入分析這種新的實踐模式對學生的影響，包括知識獲取、問題解決、創新思維等方面的提升。同時，我們將探討可能的挑戰和應對策略，以期為教育者和教育機構在實踐中提供有益的參考。

2.?ChatGPT與教育應用簡介：

2.1?ChatGPT的基本原理：

ChatGPT是一種基于Transformer架構的自然語言處理模型，由大規模的語料庫預訓練而來。它具備生成自然語言文本的能力，能夠根據給定的上下文生成具有合理語法和語義的文本輸出。該模型具有多層次的注意力機制，能夠在處理長文本時保持上下文的連貫性，并在對話任務中表現出出色的生成能力。

2.2?ChatGPT在教育中的應用前景：

ChatGPT的出色語言生成能力使其在教育領域具有廣泛的應用前景。在教學過程中，它可以作為智能助教，為學生提供實時問題解答和知識查詢。同時，它還可以輔助教師編寫教材、生成練習題，從而提高教學效率。另外，ChatGPT還可以用于鼓勵創意思維，生成項目創意、故事情節等，激發學生的創新潛力。

2.3?ChatGPT在教育中的先驅嘗試：

在實際教育場景中，已經涌現出一些成功的ChatGPT應用案例。例如，有學校引入ChatGPT作為學生的問題解答助手，幫助他們在學習過程中迅速解決疑惑。還有教育平臺將ChatGPT嵌入在線編程學習環境，為學生提供實時編程建議和錯誤提示，提升了編程學習的效率。這些嘗試表明，ChatGPT在教育中具有巨大的潛力，有望引領教育模式的創新。

2.4?ChatGPT在Java課程實習中的應用前景：

對于Java編程課程，ChatGPT的應用前景同樣廣闊。它可以為學生提供實時的編程問題解答，幫助他們克服在實踐過程中遇到的困難。此外，ChatGPT還可以與學生進行編程對話，促進學生對編程概念和技術的深入理解。在實踐項目方面，它可以為學生提供創意和項目設計建議，激發創新思維，幫助學生將所學知識應用到實際中。

綜上所述，ChatGPT作為一種強大的自然語言處理模型，具有在教育中創造性應用的潛力。在Java編程課程中，借助其語言生成和問題解答能力，有望為學生提供更豐富的編程學習體驗，促進他們的知識積累和創新能力的培養。這為我們探討ChatGPT背景下的Java課程實習模式重構提供了有力的理論基礎。

3.?Java課程實習模式的重構框架：

傳統的Java課程實習模式往往依賴于實驗室環境和教師資源，面臨著一些挑戰，如資源受限、實驗操作難度較大等。在ChatGPT背景下，我們探索了一種新的實習模式重構框架，旨在利用ChatGPT技術來彌補傳統實習模式的不足，提升學生的實踐效果和學習體驗。

3.1?融合在線資源和ChatGPT技術：

在傳統的實習模式中，學生通常在實驗室中進行編程實踐，但受制于實驗室設備和時間限制。我們的重構框架將充分利用在線編程資源，如編程學習平臺、在線IDE等，為學生提供更加靈活的實習環境。此外，我們將引入ChatGPT技術作為學生的智能助教，為他們提供實時的問題解答和編程建議。

3.2?實時交互與學習指導：

在新的實習模式中，學生可以通過與ChatGPT進行實時對話，提問關于編程問題、語法疑惑等方面的問題。ChatGPT將根據學生的提問，生成合理的回答和解釋，幫助學生克服實踐中遇到的困難。這種實時交互將提高學生的學習效率，讓他們能夠在實踐中及時獲得指導。

3.3?創新創意的激發：

我們的框架還將利用ChatGPT的創意生成能力，為學生提供項目創意和設計建議。學生可以通過與ChatGPT對話，獲取項目主題、功能點等方面的創意，從而鼓勵他們在實踐中提升創新思維和問題解決能力。這種創新的引導將幫助學生更好地將所學知識應用到實際項目中。

3.4?自主學習與反饋機制：

在新的實習模式中，學生將更加獨立地進行實踐和學習，通過與ChatGPT進行交互，解決問題和獲取知識。與此同時，我們將建立學生的反饋機制，鼓勵他們分享自己的實踐經驗、問題解決思路等，從而促進學生之間的合作學習和經驗交流。

3.5?教師的引導和監督：

在重構的實習模式中，教師仍然扮演著重要的角色。教師將不僅擔任學生的指導者，還將監督ChatGPT的應用情況，確保學生獲得準確的指導和信息。教師還可以在學生學習過程中，提供額外的解釋和引導，幫助他們更好地理解編程概念和技術。

綜上所述，我們的Java課程實習模式重構框架通過整合在線資源和ChatGPT技術，提供了一種全新的實踐學習方式。通過實時交互、創新引導和自主學習，學生可以在更靈活的環境中進行編程實習，充分發揮自己的創造力和潛力。在教師的引導下，這一框架有望引領Java編程教育模式的創新，為學生提供更高質量的學習體驗。

4.?實踐案例：ChatGPT在Java課程實習中的應用：

在一門Java實習中，學生正在進行一個項目，要求實現一個簡單的學生信息管理系統，包括添加、查詢和刪除學生信息等功能。在實際實現過程中，許多學生遇到了數據庫連接和數據操作方面的問題，導致項目進展受阻。

4.1ChatGPT的應用：

在這個情景下，學生可以通過在線編程平臺與ChatGPT進行交互，解決他們遇到的問題。一個學生可能會提問：“我在連接數據庫時遇到了問題，應該如何解決？”ChatGPT將根據學生的提問，生成有關數據庫連接和操作的建議，包括代碼示例和步驟解釋。例如，ChatGPT可能會建議使用Java的JDBC庫來實現數據庫連接，然后提供相關的代碼模板。

4.2學生收益與效果：

通過與ChatGPT的交互，學生獲得了實時的問題解答和編程建議，幫助他們克服了在數據庫連接和操作方面的困難。學生不僅僅得到了代碼示例，還理解了背后的原理和邏輯。這種實時的指導幫助他們迅速解決問題，保持了項目的進展和學習的動力。

4.3?學生案例分享：

一名學生在開發學生信息管理系統時，遇到了無法登錄系統的問題。通過與ChatGPT交流，他獲得了有關建議和代碼示例。他很快將這些建議應用到項目中，成功解決了問題，項目得以順利進行。他在學習總結中提到，ChatGPT的幫助讓他更深入地理解了登錄系統的實現方法。

4.4?教師角色：

在這一案例中，教師充當了學生的引導者和監督者。他們可以在學生與ChatGPT的交互過程中，提供額外的解釋和指導，確保學生獲得準確和完整的知識。教師還可以在學生的實踐中，引導他們將所學知識應用到實際項目中。

4.5?總結：

通過這個具體案例，我們看到了ChatGPT在Java課程實習中的應用帶來的實際效果。學生通過與ChatGPT交互，獲得了針對性的問題解答和編程建議，幫助他們克服了實際編程項目中的難題。這種實時的指導和幫助不僅加速了學生的學習進程，還增強了他們的實踐能力和自信心。這一案例充分證明了ChatGPT在Java編程教育中的實際應用價值，為教育模式的創新提供了新的思路和途徑。

5.?效果評估與學生反饋：

5.1?學習成績和表現的分析：

為了評估學生在使用ChatGPT輔助編程實習后的學習成績和表現，我們進行了對比研究。我們選擇了一組學生，將他們分成兩組，一組采用傳統的實習模式，另一組采用基于ChatGPT的重構實習模式。在實踐項目的完成后，我們對兩組學生的編程成績和項目表現進行了詳細比較。

結果顯示，采用ChatGPT輔助的學生在項目的實現和問題解決方面表現出更高的效率和準確性。他們在算法優化、代碼設計等關鍵環節中展現出更深入的理解和創新能力。相比傳統模式，這些學生的項目完成質量更高，bug修復更及時，整體表現更為出色。

5.2?學生反饋與認知：

我們還收集了學生對這種基于ChatGPT的實習模式的反饋。學生普遍表示，在使用ChatGPT的過程中，他們能夠及時獲得問題解答和編程建議，提高了學習效率。一名學生提到：“有了ChatGPT的幫助，我不再需要花費大量時間在錯誤的代碼上，我可以更專注地解決問題?！?/p>

此外，學生們認為與ChatGPT的實時交互能夠幫助他們更好地理解編程概念和技術，促使他們深入思考問題。一位學生說：“與ChatGPT的對話，讓我更深入地理解了我所遇到的問題，它提供了不同的角度和方法，讓我思路更加清晰?！?/p>

然而，也有部分學生提到，在某些復雜問題的解決上，ChatGPT的回答可能不夠準確或完整。這表明在實踐中，ChatGPT仍然需要不斷的改進和優化，以更好地滿足學生的需求。

5.3?教師的觀點：

教師在評價這種模式時也提供了寶貴的觀點。教師認為，ChatGPT的應用使學生能夠更自主地解決問題，提升了他們的學習動力和自信心。然而，教師也強調在學生使用ChatGPT的過程中，仍然需要引導和監督，確保學生獲得正確和有用的信息。

6.?挑戰與解決策略：

但是ChatGPT可能面臨一些挑戰，如誤導學生、技術局限等。針對這些挑戰也需要一些應對策略，如教師引導、技術改進等。

7.?結論：

通過本次研究的實踐和探索，我們在ChatGPT背景下對Java課程實習模式進行了成功的重構。這一模式的引入和應用在學生編程能力的提升方面產生了重要影響，為教育領域帶來了新的可能性和機會。在我們的實踐中，通過將ChatGPT融入Java編程課程實習，學生獲得了實時問題解答、編程建議和創新引導的機會。這種實時交互和指導不僅加速了學生在解決問題和完成項目時的進程，也提供了更深入的學習體驗。學生的學習成績和項目表現的提升，以及他們積極的反饋和認知，都證明了這一模式對學生編程能力的積極影響。

首先，通過與ChatGPT的交互，學生能夠在實踐中及時獲得問題解答和編程建議，減少了在問題上花費大量時間的情況。這使得學生能夠更專注地解決問題，提高了學習效率。

其次，ChatGPT的實時交互和創新引導促使學生更深入地理解編程概念和技術。學生不再僅僅停留在代碼表面，而是能夠從更高層次思考問題，設計更優雅和高效的解決方案。

最重要的是，這種模式培養了學生的自主學習和解決問題的能力。通過與ChatGPT的對話，學生在解決問題的過程中逐漸養成了尋求信息、思考問題、自主解決的習慣，這些能力在他們未來的學習和職業發展中具有重要價值。

綜上所述，通過在ChatGPT背景下對Java課程實習模式進行的實踐和探索，我們展示了一種創新的教育模式，對學生編程能力的提升產生了積極影響。這一模式不僅在知識傳授方面具有優勢，更在培養創新思維、問題解決能力和自主學習能力方面發揮了重要作用。隨著技術的不斷發展，我們對這一模式的進一步探索和優化將為教育領域的創新帶來更多可能性，為培養具有實際能力的計算機科學人才鋪平道路。

資助項目：2023年校級教育研究與教學改革重點項目——ChatGPT背景下計算機教育研究與實踐，項目編號：JY2023A10

作者簡介：

劉慶杰（1978—），男，漢族，河南，碩士，教授，教育數字化、網絡安全、AI。郭娜（1980—），女，漢族，吉林，碩士，副教授，教育信息化、教育大數據。