趙廣輝-AIGC時代的程序設計人才培養的機遇與挑戰.pdf

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1、AIGC時代的程序設計人才培養的機遇與挑戰趙廣輝武漢理工大學演講嘉賓趙廣輝全國高等院校計算機基礎教育研究會常務理事、理工專委會副主任武漢理工大學教授，首批國家級線下一流本科課程“Python程序設計基礎”負責人。主編Python程序設計基礎榮獲全國高等院校計算機基礎教育研究會優秀教材獎。主持建設的“Python程序設計”數字化課程入選高校在線開放課程聯盟“慕課十年典型案例”、獲第五屆中國軟件開源創新大賽一等獎。曾獲全國高等院校計算機基礎教育研究會“優秀教師獎”，獲國家教學成果二等獎1項、湖北省教學成果獎4項、中國發明協會一等獎1項、湖北省科技發明二等獎1項。目 錄CONTENTS1.程序設計人

2、才培養的時代機遇2.程序設計人才培養目標變革3.程序設計人才培養實施路徑4.人才培養困境與風險程序設計人才培養的時代機遇PART 01人工智能的發展1950s-1960s1980s1990s042000s生成創造世界感知理解世界AI編碼助手AI測試工具設計稿轉代碼生成式AIAI增強開發電商體量增速迅猛Gartner 2024 年十大戰略技術趨勢電商體量增速迅猛早期人工智能偏向于推理和分析通過分析數據，發現其中的規律和模式并用于其他多種用途電商體量增速迅猛生成式人工智能可以根據已有的數據學習并生成新的數據如文本、圖像、音頻和視頻工業時代到生成式人工智能時代第一次工業革命1785蒸汽機帶動工業化生

3、產機械化電氣化第二次工業革命1866電氣動力帶動自動化生產信息化第三次工業革命1946計算機帶動數字化生產智能化第四次工業革命?涌現智能 2026 智能化不僅僅是技術變革更是一場認知與思維革命會引起教育和教學的變革AIGC促進教育變遷革新人力結構轉變不同于自動化浪潮下，機器人對藍領的替代，AIGC時代受AI影響最大的是一些初級專業人士和技術人員，即部分白領的工作具有創造力、深度思考、探索能力的人，將享受AIGC帶來的效率優勢。麥肯錫生成式人工智能和美國工作的未來報告提出2030 年美國工資最低的崗位將減少110萬個，但工資最高的崗位可能增加 380萬個人力需求轉變世界經濟論壇發布未來就業報告2

4、023顯示，未來5年內，人工智能、商業智能分析師、數據科學等大數據相關職位的需求增長最快。該報告同時指出，創造性、分析性思維，技術素養、好奇心與學習能力、韌性、靈活性與敏捷性等通識素養是未來最需要培養的技能。學科壁壘不斷消融，數字技術、人工智能等科創技術能力與人文素養、通識教育并重，跨專業人才需求緊俏。教育行業教學輔助自適應學習大規模因材施教程序設計人才社會需求結構變化電商體量增速迅猛電商體量增速迅猛電商體量增速迅猛電商體量增速迅猛增加設計、訓練、調整和部署AI模型理解復雜的機器學習框架和算法在特定的應用領域中應用AI模型訓練與開發為了提高AI系統的可用性和用戶體驗，專注于人機交互的角色變得更

5、加重要人機交互設計師處理倫理考慮、合規性、數據隱私AI決策的透明度開發和監督AI系統的使用準則AI倫理和審計特定行業需求需要定制化的解決方案開發和維護這些方案需要技術專長AI解決方案開發者電商體量增速迅猛電商體量增速迅猛電商體量增速迅猛消失簡單的編碼任務生成標準代碼模板修復常見的編程錯誤編寫基礎的業務邏輯可能會被AI自動化代碼生成和維護AI可以自動生成測試用例識別潛在的缺陷基本的測試和質量保證任務的需求可能會減少初級測試角色對于數據集進行初步分析的任務比如生成報告或識別數據趨勢可能會通過AI工具自動化完成簡單的數據分析程序設計編碼能力算法能力程序設計教學主體：師-生-機核心：能力培養教學：個性

6、化多元化精準教學評價：全流程、個性化的評價AIGCAIGC 時代程序設計人才培養AIGC for 程序設計程序設計 for AIGC數據能力工程能力機器學習協作能力倫理意識AIGC崗位同比增長超320%AI 時代程序設計人才培養高級程序員初級程序員Text here研究生5.5%?？?9.05%本科64.22%中國程序員受教育程度AIGC使初級程序員80%的工作被替代AI 時代程序設計人才培養程序設計人才結構變化AIGC使超級個體的產生會變得更容易非計算機專業學科交叉程序人才超級個體高級程序員人才結構1234人機交互設計師AI解決方案代碼審查倫理初級程序員程序設計人才培養目標變革PART 02

7、04030201電商體量增速迅猛終身學習學習目標的改變(為什么而學)綜合能力提升和批判性思維學習內容的改變(學什么)以問題求解為中心學習方式的改變(如何學)“人機”合作式學習將越來越普遍學習觀電商體量增速迅猛知識不是教學的核心網絡時代的新知識觀智能時代的新知識觀智能時代知識更新速度加快知識觀教學觀電商體量增速迅猛教師身份轉變教學目標的改變(為什么而教)培養綜合能力和高階思維教學內容的改變(教什么)建構軟知識的思路與框架教學方法的改變(如何教)發現式教學和分享式教學電商體量增速迅猛培養創新人才促進個體的全面發展創新型人才和跨領域人才善于與智能機器共同工作人類主要承擔創造性工作人才觀教學觀念AIG

8、C拓寬程序設計人才培養途徑兼具數字化與專業能力專業智能編程人工智能時代，計算機科學不僅是必修課，而且是基礎課計算機專業學科交叉人機交互倫理審計AI解決方案AI模型程序設計人才培養目標能力與思維電商體量增速迅猛基礎和全流程能力除編程能力外，還強調算法、數據結構、機器學習和數據科學等的理解和應用能力電商體量增速迅猛創造力和創新思維包括解決問題、提出創新解決方案、設計新系統或應用等方面的能力電商體量增速迅猛協作溝通等軟技能能夠與團隊成員、機器智能合作并有效地傳達和交流想法。電商體量增速迅猛倫理和社會責任意識培養學倫理和社會責任的意識，包括對AI應用的倫理問題的理解、對隱私和數據安全的關注、以及對人工

9、智能的社會影響的認識電商體量增速迅猛解決跨學科問題的能力學習和探索計算機科學、數學、統計學、心理學和應用領域的知識，提高跨學科能力，能從多個角度思考和解決所遇到的問題電商體量增速迅猛終身學習和適應能力包括學習新技術、掌握新知識和適應新環境方面的能力用于個人學習預測人工智能生成式人工智能模糊學習模式之間的界限混合靈活教學支持學生的歸屬感和聯系微證書2023年美國高等教育信息化協會地平線報告：教與學版：關鍵教學技術與實踐趨勢生成式人工智能是關鍵技術人-機協作人-人協作應用理解記憶分析創新評估電商體量增速迅猛創新評價分析應用理解記憶布魯姆學習目標分類體系斯金納程序教學模式強調結構化和標準化的教學限制

10、了創新能力和批判性思維的培養不匹配智能時代對大學生素養的要求電商體量增速迅猛今天的教育是第一次工業時代以后建立起來的，是面向精英教育而設計的，是兩百年以前的人對未來設計的一種教育機制和體制。精英教育15%大眾教育50%普及教育60.2%程序設計人才培養實施PART 03基于大模型的AI編程工具電商體量增速迅猛代碼生成生成高質量的代碼片段或者完整的程序，減少編寫代碼工作量電商體量增速迅猛錯誤檢測和修復檢測代碼潛在錯誤提供相應修復建議電商體量增速迅猛自動化重構識別出潛在代碼缺陷改進代碼質量和可維護性電商體量增速迅猛自動化測試生成自動化測試代碼幫助提高測試覆蓋率加快軟件開發電商體量增速迅猛代碼優化識

11、別出代碼性能瓶頸提升程序的執行效率和響應速度開發工作流程會因人工智能工具而有所不同AI編程輔助程序設計教學平衡點電商體量增速迅猛學習曲線陡峭編程邏輯難以掌握錯誤提示信息看不懂復雜問題求解困難程序設計教學難點提升能力上限降低學習難度減輕學習者的認知負擔精力集中在關鍵概念上Github copilotOpenAIGPT-4SQLAI.aiAmazon CodeWhisperer教師是推動AI輔助教學的主體學生管理者教師電商體量增速迅猛電商體量增速迅猛電商體量增速迅猛自主學習輔助練習測試評估個性化資源推薦與任務規劃啟發式引導深層次思考迭代交互和擬人陪伴實時答疑解惑測評數據多模態測評內容常態化測評結果

12、個性化電商體量增速迅猛教學管理效果評價教學資源高效利用教學數據價值釋放掌握AI工具的應用01提示詞工程人機協作能力02數據素養04AI輔助教學設計03終身學習能力05學術科研備課規劃作業生成和批改電商體量增速迅猛從依賴教學經驗轉向數據驅動教師負責更多創造性工作基于生成式AI的程序設計教學個性內容編程開發智能評價游戲設計互動體驗內容創作程序設計教學應用電商體量增速迅猛 廣泛應用于教學與答疑 提供更自然、更豐富的交互體驗AI助教與聊天機器人電商體量增速迅猛 生成復雜的游戲環境、角色和情節 提升程序設計學習的趣味性游戲化教學設計電商體量增速迅猛智能評價學習成果電商體量增速迅猛設計教學案例電商體量增速

13、迅猛個性化學習材料電商體量增速迅猛 自動生成代碼片段和整個程序 提高開發效率 生成測試用例和自動化測試腳本 幫助提升軟件的質量和穩定性代碼生成與自動化測試知識語法60%程序設計20%應用20%電商體量增速迅猛學生通過使用許多小練習完成大量編寫代碼的實踐由人工或自動評價工具進行檢查?，F在許多此類問題都可以通過人工智能模型輕松解決。學生通常只需接受集成開發環境插件自動生成的建議循證教學法AI輔助程序設計教學電商體量增速迅猛問題求解算法思維40%評價優化10%1243項目應用20%知識語法10%程序設計20%利用代碼生成模型來處理低層次的實現任務讓學生更早地開始關注高層次的思維與算法將語法的深入和細

14、微討論推遲到以后進行抽象掉復雜的語法，讓學生專注于算法問題AI輔助教學法AIGC推動教育框架進化AIGC教育框架高階通識能力跨學科復合能力AIGC技術素養更重要的教學內容生成式AI技術在知識量、信息獲取和處理方面的強勢能力，迫使教育界進一步反思現有的教育框架師-生-機協同教學AI強化師資力量更好的教學主體賦能教師因材施教更好的教學載體AIGC 帶來的技術依賴可能弱化學習主體的主動性和敬畏感合理分配資源，平衡教育和技術發展的需求個性化的學習主體互聯網+教育線上MOOC教學線下課堂教學PPT課件印刷教材實踐實訓教學管理數據分散、割裂、碎片智能評價05數字教師個性化教學04作業和項目設計03生成個性

15、化教學案例02生成數字化教學資源01電商體量增速迅猛互聯網+教育人工智能+教育線上MOOC實踐實訓數字教材圖文解析導學項目教學管理智能評價線下分析評價協作創新解決復雜問題能力消除數據孤島：教、學、練習、測試、評價和分析集成形成完整教學過程數據鏈支持智慧教學與個性化學習構建數字化多模態教學生態教學實施輔助建設教學生態智能評價05數字教師個性化教學04作業和項目設計03生成個性化教學案例02生成數字化教學資源01教學實施輔助建設數字資源https:/ typing import List,TextIO#符號常量，用于代替序號訪問列表數據ID=0NAME=1LATITUDE=2LONGITUDE=3

16、CAPACITY=4BIKES_AVAILABLE=5DOCKS_AVAILABLE=6NO_KIOSK=SMARTdef csv_to_list(csv_file:str)-Liststr:讀文件到列表，返回列表with open(csv_file,r,encoding=utf-8)as fr:stations_lst=row.strip().split(,)for row in frreturn stations_lstdef is_number(value:str)-bool:判斷當前數據是否是數值，返回布爾型。return value.strip().lstrip(-+).replac

17、e(.,1).isnumeric()def clean_data(stations_lst:list)-None:將數據中的數值字符串轉為整數或浮點數：若當前數值字符串中的數據是非負整數時，轉為int類型；若當前數值字符串中的數據不是非負整數時轉為float類型for station in stations_lst:for i in range(len(station):if is_number(stationi):if.not in stationi:stationi=int(stationi)else:stationi=float(stationi)else:continuedef que

18、ry_available_bikes(stations_lst:list)-list:查詢帶各站點可用單車數量信息，返回各站點可用單車總數量available_bikes=station5 for station in stations_lst1:#略過首行，各站點可用單車數量的列表available_bikes_amount=sum(available_bikes)return available_bikes_amountdef get_stations_id(stations_name:str,stations_lst:list)-list:接收一個站點名稱和經過數據清洗的站點信息列表，模

19、糊查詢站點id，返回包含輸入的站名名的全部站點名和對應的idstations_id=stat_id,name,bikes,docksfor station in stations_lst1:if stations_name in stationNAME:stations_id.append(station:2+stationBIKES_AVAILABLE:DOCKS_AVAILABLE+1)return stations_iddef menu(stations_id):接收站點查詢結果列表，逐行輸出，返回可選站點id列表id_ls=for raw in stations_id:print(fr

20、aw0:8 raw1:34 raw2:5 raw3:bool:接收借車站點id、站點id列表和站點數據列表為參數，完成借車功能，返回布爾值for i in range(1,len(stations_lst):if station_id in id_ls and stations_lstiID=station_id and stations_lstiBIKES_AVAILABLE 1:stations_lstiBIKES_AVAILABLE-=1stations_lstiDOCKS_AVAILABLE+=1print(stations_lsti)return Trueelse:return Fa

21、lseif _name_=_main_:stations_ls=csv_to_list(/data/bigfiles/stations.csv)clean_data(stations_ls)stat_name=input()#print(query_available_bikes(stations_ls)stat_id=get_stations_id(stat_name,stations_ls)id_lst=menu(stat_id)rent_stat_id=int(input()#輸入借車站點idrent_bike(rent_stat_id,id_lst,stations_ls)AI工具評價

22、代碼這段代碼的主要功能是處理和查詢一個包含自行車站點信息的CSV文件。具體來說，它可以執行以下操作：讀取CSV文件并將其轉換為列表（csv_to_list函數）。清洗數據，將數值字符串轉換為整數或浮點數查詢各站點可用單車數量信息。根據站點名稱模糊查詢站點ID。完成借車功能，更新站點的可用單車數量和可用停車位數量。從代碼功能的角度來看，這段代碼實現了預期的功能，且邏輯清晰，易于理解。從代碼風格的角度來看，這段代碼的可讀性較好。函數命名清晰，有助于理解函數的功能。同時，代碼中包含了一些注釋，有助于理解代碼的功能和實現方式。但是，一些函數的注釋可以更詳細一些，例如rent_bike函數的注釋可以說明

23、它是如何更新站點的可用單車數量和可用停車位數量的。從可擴展性的角度來看，這段代碼的可擴展性較好。每個函數都有明確的功能，且函數間的耦合度較低，這有助于代碼的修改和擴展。但是，這段代碼的一些功能可以進一步抽象為類，例如站點和自行車，這樣可以更好地組織代碼，提高代碼的可讀性和可維護性。綜上，我會給這段代碼打8分（滿分10分）。這段代碼實現了預期的功能，且代碼風格和可擴展性較好。但是，代碼的注釋可以更詳細一些，且可以考慮使用面向對象的方式來組織代碼概念學生主動探索發現強調通過創造性生成和構建來深入探索和理解知識鼓勵學生提出問題、進行獨立思考和創造性實踐核心思想強調學生的自主性和參與度鼓勵他們提出問題

24、、進行實驗、進行調查和研究根據自己的興趣和需求來生成新的知識將學生置于問題解決和創造的過程中適當的指導和支持促進他們主動構建知識和解決問題的能力學生被鼓勵通過創造性的實踐來生成新的知識和見解，例如設計和制作產品、編寫程序代碼、創作藝術作品等創造性生成學生通過深入的探索和發現過程來理解和應用知識，從而培養批判性思維、問題解決能力和創新能力.深入探索學生在實踐和探索的過程中進行反思，思考他們的經驗和學習成果，并與他人分享他們的見解和成果反思和分享學生在學習過程中處于主導地位，他們提出問題、制定研究計劃、選擇學習資源，并獨立或協作地進行實踐和探索學生主導教師在生成式探究式學習中充當指導者和支持者的角

25、色，提供必要的指導、資源和反饋，以促進學生的學習和發展教師的角色生成式探究式教學實踐激發任務對話遷移結論評價生成式探究學習學習單教學實踐教學目標從知識向能力和思維轉移01向學生提開放性問題而不是有標準答案的問題03讓學生在課堂上分享自己的探索成果05采用開放性教學資源，而不僅僅是教科書02鼓勵學生主動探索并與學生一起探索04采用多元性、過程性、差異性評價方式評價學生06生成式探究教學實踐項目名稱：2048小游戲開發電商體量增速迅猛3.1 基礎知識和技能3.2 與AI工具交互學習各子模塊的功能實現3.3 如何實現游戲的基本功能，如移動方塊、合并方塊、更新游戲狀態等。3.指導和講解電商體量增速迅猛

26、2.1 獨立或小組合作進行游戲探究和規劃2.2 思考以下問題：游戲邏輯和規則是如何實現的？游戲界面如何設計和繪制？如何處理用戶輸入和游戲狀態的更新？如何判斷游戲勝利或失敗的條件？2.學生探究電商體量增速迅猛1.1 2048小游戲的基本規則和玩法：1.2 項目的目標1.3 預期成果1.項目介紹和目標電商體量增速迅猛6.1 展示開發的2048小游戲，并分享學習心得和經驗。6.2 思考以下問題：在開發過程中遇到的挑戰和解決方法是什么？學生在編程和項目開發中有何收獲和成長？游戲的改進和擴展方向是什么？如何將所學的編程概念和技能應用到其他項目中？6.展示和反思5.1 測試游戲的功能和邏輯，發現并修復可能

27、存在的錯誤和問題。5.2 進行游戲的功能和性能優化，例如提高游戲運行速度、改進用戶界面等。5.測試和調試電商體量增速迅猛4.編碼和實踐4.1 根據自己的理解和AI交互編寫游戲代碼4.2 提供AI反饋和小組討論克服困難和解決問題。生成式探究教學實例電商體量增速迅猛生成游戲環境、角色和情節提升程序教學的應用性和趣味性電商體量增速迅猛電商體量增速迅猛與傳統的按章節劃分知識點的教學相比的優勢以完整的應用項目為載體學生在連貫的實踐中掌握知識形成全局系統性思維模式克服了知識碎片化的問題增強了知識遷移和應用的能力電商體量增速迅猛獨立思考、批判性思維、決策思維、挑戰性思維、人機協作思維、嚴謹縝密的推理思維、創

28、新思維、深度學習思維生成式探究人才培養實踐人才培養困境與風險PART 04AI技術局限性缺乏情感交流與個性化指導創造力和批判性思維培養不足教師角色轉變難電商體量增速迅猛AI目前無法完全替代教師進行情感交流和個性化指導。電商體量增速迅猛學生會遇到各種困惑和挫折，需要教師鼓勵、支持和指導電商體量增速迅猛AI難以捕捉學生的情感變化和學習狀態，無法根據學生的實際情況進行調整和反饋電商體量增速迅猛自然語言處理能力有限，難以理解復雜的問題和需求。電商體量增速迅猛AI模型的訓練需要大量的數據，而教育領域的數據往往存在質量參差不齊、缺乏標準化等問題，影響AI模型的準確性和可靠性電商體量增速迅猛側重于知識傳授和

29、技能訓練對于培養學生的創造力和批判性思維能力幫助有限電商體量增速迅猛學生需要具備獨立思考、解決問題的能力，而AI難以在這方面提供有效的支持。電商體量增速迅猛AI生成的代碼或解決方案缺乏創新性，不利于培養學生的創造性思維電商體量增速迅猛教師需要從知識的傳授者轉變為學習的引導者和促進者，需要具備更高的信息素養和技術應用能力電商體量增速迅猛教師對AI技術存在抵觸情緒，擔心AI會取代自己的工作需要觀念轉變和能力提升AI輔助程序設計教學的局限性教學模式變革能力考核困難電商體量增速迅猛傳統OJ評測失效不再使用小程序做編碼訓練探究式實踐項目結構復雜，結果不唯一，評價維度多電商體量增速迅猛能力的多元化與復雜性

30、問題解決能力、批判性思維能力、創造力、溝通協作能力等能力具有復雜性、難以量化，難以用單一的指標進行評估電商體量增速迅猛過程性評價的難度能力培養是一個持續的過程要關注學生學習過程和成長軌跡難以全面記錄和分析學生的學習過程，導致過程性評價難以實施電商體量增速迅猛AI算法的局限性AI算法可能存在偏見，導致對學生進行不公平的評價或歧視難以評估學生創造力和批判性思維電商體量增速迅猛評價標準的缺失缺乏統一的能力評價標準和工具導致評價結果難以客觀公正不同學科、不同學習階段的能力培養目標存在差異電商體量增速迅猛教師評價能力的提升教師需要具備更高的評價能力關注學生學習過程和個性化發展能力評測困難01學術誠信學生可能過分依賴AI工具完成作業和項目影響學術誠信02技術依賴受制于基礎設施和技術成熟度的局限性過分依賴AI輔助學習工具可能導致學生的自學能力下降03教師和學生之間的互動AI輔助學習可能減少教師與學生之間的直接互動影響教學質量和學習體驗04數據隱私和安全AI系統的訓練和運作依賴大量數據，這可能涉及敏感信息學生的個人資料和學習行為數據存在泄露風險05偏見和公平性AI系統可能因為訓練數據的偏差而產生偏見導致對特定群體的不公平對待基礎設施和技術成熟度的局限性06政策與責任不到 10%的學校和大學制定生成式AI使用政策或正式指南AI輔助學習系統出現錯誤或產生不良后果時責任歸屬模糊風險THANKS