生成式AI工具协同高中编程教学的应用研究

摘要：编程教学是信息技术学科的重中之重，只是由于难度太大、涵盖范围太广，学生们很难深入理解。此时，高中教师就需要研究生成式AI工具协同编程教学的可行性，加大生成式AI工具的应用力度。基于代码Debug、函数解释和讯飞星火促进学生学习，强化学生对知识的理解，推动教学效率的提升。

关键词：生成式AI；高中编程；协同教学

最新版的信息技术课程标准指出应该重视编程教学，并培养学生的计算思维与数字化创新能力。由此可见编程教学的重要性。生成式AI工具是现如今常见的教学工具之一，该工具的应用不仅为破解编程教学难题而提供了技术支撑，甚至于创新了编程教学的应用方式。对此，教师们应该重视以生成式AI工具协同编程教学，以此提高教学成效[1]。

一、“代码Debug”助力个性化学习

编程是高中信息技术课程中的内容，占据着重要位置。虽然编程的应用范围非常广泛，对学生日后的升学毕业也有重要影响，但由于编程的知识太过复杂、理解难度太大，学生们在编程学习过程中很容易出错，比如，不清楚所输入的函数返回值的类型，或者未曾转换类型就开始了算术运算，种种情况，即使学生有认真学习，也无法理解该部分知识。在此情形下，教师就需要为学生们的编程学习寻找有效的错误调试工具，代码Debug就是一种这样的工具。代码Debug是生成式AI工具中的一种功能，其允许编写程序的人员在代码中设置各种断点，执行特定点的暂停程序，通过执行代码对变量值的变化进行监控，也是因此强大的功能，其可以帮助编写程序的人员快速寻找出程序中的错误，精确了解错误出现的原因，从而在不断的程序调试中更加快速准确的解决问题。就以“解析算法”为例，学生们无法界定input函数返回值类型的概念，导致整个程序都出现错误。此时，学生们便可以利用代码Debug对断点进行设置，对程序的执行过程进行全面跟踪，对变量的值所发生的具体变化、发生变化的原因以及过程等等进行观察，最终寻找到出错的源头，解决问题，纠正错误。此外，学生们可以利用代码Debug对程序的执行过程进行理解，通过对程序逻辑的感受和掌控，提高问题解决能力以及编程能力。

二、“函数解释”助力学生自主学习

编程学习虽然对学生而言至关重要，但因为内容复杂、涵盖的知识广泛而成为了一大难点。高中阶段的学生哪怕之前就学习过信息技术的相关知识，也难以轻而易举地学习、理解编程以及编写程序。基于如此情况，高中教师就需要利用生成式AI工具，了解生成式AI工具的各种功能作用，以此协同编程教学。如函数解释，函数解释是通过解释编程中的相关语句，促使学生加强对编程中相关知识点的理解和掌握。学生们不仅可以在课中学习时应用函数解释，也可以在课前预习、课后复习，甚至是遇到难题时应用函数解释，通过函数解释，对编程语句的含义、用法以及功能等进行查阅[2]。

以“实现自助式人行道交通信号灯”为例。此项目的设想就是当人行道需要通行的人数达到一定数量，由交警按下特定的按钮，人行道的交通信号灯可以通过人为从红变绿，此时行人可以通行；当所有行人通行完毕，交警手动按下按钮，人行道的交通信号灯便从绿转红，此时机动车通行，而行人禁止通行。此项目的难点就在于函数的理解和应用。此时教师们就可以发挥生成式AI工具的作用，通过其中的“函数解释”功能，指导学生进行课前预习，对相关函数语句的概念、用法进行了解。然后在课堂上，深入讲解函数语句的各种参数，辅以实例代码，促使学生更加深刻地掌握函数用法，并根据相关函数编写程序，完成“自助式人行道交通信号灯”这一项目。课后，学生们也可以基于生成式AI工具的函数解释功能进行复习和巩固，进一步深入理解函数。长期如此，便能转变学生的被动学习为主动求知，增加学生的课堂参与度，使其在不断的新知学习中丰富知识储备，提升程序编写能力。

三、“讯飞星火”助力解决难题

生成式AI是一个具备对话功能的AI系统，和普通搜索引擎的最大区别就在于，能够对基于人类自然语言提出的问题进行理解并回答。而且，生成式AI工具能够进行推理和分析，让使用者对更多的信息进行收集，对问题进行解决。讯飞星火是生成式AI工具的功能之一，高中教师在进行编程教学时，需要应用生成式AI工具，以该功能促进学生学习。

譬如，教师教学“程序设计语言基本知识”时，以“计算BMI指数并判断人体胖瘦程度”为主线，要求学生们编写Python程序，输入自己的身高体重，对自己的BMI指数进行计算，从“正常”“偏瘦”“胖”三种状态中，对自己的胖瘦程度进行判断。在此期间，学生们可以借助讯飞星火生成相关代码，并对自己写的代码和生成的代码进行比较分析，了解两者的异同，说明自己的感想，选出写的更好地代码[3]。从这不难发现，生成式AI工具确实具备自主生成代码的能力，一旦学生们编写程序时遇到困难，便可以通过生成式AI工具对相关的问题进行搜索查询，然后根据生成式AI工具提供的思路和初始代码解决问题。反过来，学生可以在完成程序的编写后，利用生成式AI工具输入自己写的代码，由该工具进行阅读分析，了解自己所编写的程序代码的不足之处。如此种种，不仅能够节省课堂教学的时间，减少时间的浪费；还能降低编程教学的难度，让学生们学习时更加轻松。而且，可以让学生在反复实践的过程中，掌握和生成式AI的对话模式，学会对自己的需求进行准确表达。甚至是了解代码程序中注释语句的重要性，学会添加这些注释语句，阅读并理解他人所写的程序代码，也让他人阅读并理解自己所写的程序代码，促进同学之间的沟通表达，提升编程水平。

结语

总之，生成式AI工具与编程教学的深度融合，正重塑着“教”与“学”的生态关系，既实现了从代码纠错到思维训练的梯度提升，也推动了教学方式从“单向传授”向“人机共育”的转型。基于种种，高中教师应该加强探索研究，以生成式AI工具协同编程教学，保证学生的主体性，进一步开发技术教育的创新潜能。

参考文献

[1] 岳彦龙，张学军，梁屿藩. 人工智能教学如何培养高中生的计算思维？ ──基于人工智能案例驱动的Python编程教学的实证研究[J]. 基础教育，2022，19（1）：74-84.

[2] 叶红霞. 基于生成式人工智能的高中Python教学实践研究[J]. 中国信息技术教育，2024（24）：62-64，112.

[3] 朱景为. 人工智能环境下的中学编程教育实施路径探索与实践[J]. 文渊（中学版），2024（10）：449-451.