ChatGPT背景下Java课程实习的模式重构探索与实践

刘庆杰 郭娜

摘要：计算机编程教育在现代教育中占据重要地位，然而传统的实习模式在面对快速发展的技术环境时暴露出一些局限性。本研究基于ChatGPT技术，探索了在Java课程实习中引入在线智能助教的新模式，以期提升学生的编程能力和实践效果。我们详细介绍了ChatGPT的基本原理，以及在教育中的广泛应用前景。接着，我们提出了一个重构框架，将在线资源和ChatGPT技术融入实习环境，为学生提供实时的问题解答、编程建议和创新引导。通过具体案例的展示，我们分析了学生在这一模式下的学习成绩和表现，以及他们对于模式的反馈和认知。研究结果显示，ChatGPT背景下的实习模式对学生的编程能力提升产生了重要影响。学生能够在实时交互中获得准确的问题解答，提高学习效率；同时，他们通过与ChatGPT对话，深入理解编程概念和技术，培养自主学习和创新能力。本研究强调了ChatGPT背景下的实践模式在计算机编程教育中的创新作用，为教育领域的进一步改革提供了有益的思路和实践经验。

1. 引言：

中国应用类本科院校在计算机教育领域取得了一定的成就，已经成为培养计算机科学与技术人才的重要渠道。这些院校致力于培养具备实际应用能力的计算机专业人才，注重实践教学和产学合作。许多应用类本科院校在教学设施、实验室建设以及企业合作方面进行了积极的努力，使学生能够更好地接触实际项目和技术然而，但是中国应用类本科院校的计算机教育中仍然存在明显的不足之处：在传统教学活动中，整个教学活动的支配者和主导者由教师来担任，这种以教师为主体地位的教学模式，会在一定程度上降低学生参与教学活动的主动性和积极性。并且传统的计算机编程教育模式在面对快速发展的技术环境时逐渐暴露出一些局限性。一方面，传统的课堂教学难以满足学生对实际项目经验和创新思维的需求，导致学生在毕业后难以适应实际工作环境。另一方面，虽然在线编程资源丰富，但学生在面对问题时常常缺乏及时准确的指导和解答。

在此背景下，ChatGPT（Generative Pre-trained Transformer）技术的崛起为计算机编程教育带来了新的可能性。ChatGPT是一种基于Transformer架构的自然语言处理模型，其在自然语言生成、对话系统等领域取得了显著的成果。在教育领域，ChatGPT的应用已经扩展到问题解答、辅助教学、创意生成等多个方向，为教育模式创新提供了有力支持。

本论文将聚焦于ChatGPT技术在Java编程课程实习模式中的应用，旨在探讨如何借助ChatGPT技术对传统的实习模式进行重构，从而提升学生在编程领域的学习效果和实践能力。我们将通过实际案例，深入分析这种新的实践模式对学生的影响，包括知识获取、问题解决、创新思维等方面的提升。同时，我们将探讨可能的挑战和应对策略，以期为教育者和教育机构在实践中提供有益的参考。

2. ChatGPT与教育应用简介：

2.1 ChatGPT的基本原理：

ChatGPT是一种基于Transformer架构的自然语言处理模型，由大规模的语料库预训练而来。它具备生成自然语言文本的能力，能够根据给定的上下文生成具有合理语法和语义的文本输出。该模型具有多层次的注意力机制，能够在处理长文本时保持上下文的连贯性，并在对话任务中表现出出色的生成能力。

2.2 ChatGPT在教育中的应用前景：

ChatGPT的出色语言生成能力使其在教育领域具有广泛的应用前景。在教学过程中，它可以作为智能助教，为学生提供实时问题解答和知识查询。同时，它还可以辅助教师编写教材、生成练习题，从而提高教学效率。另外，ChatGPT还可以用于鼓励创意思维，生成项目创意、故事情节等，激发学生的创新潜力。

2.3 ChatGPT在教育中的先驱尝试：

在实际教育场景中，已经涌现出一些成功的ChatGPT应用案例。例如，有学校引入ChatGPT作为学生的问题解答助手，帮助他们在学习过程中迅速解决疑惑。还有教育平台将ChatGPT嵌入在线编程学习环境，为学生提供实时编程建议和错误提示，提升了编程学习的效率。这些尝试表明，ChatGPT在教育中具有巨大的潜力，有望引领教育模式的创新。

2.4 ChatGPT在Java课程实习中的应用前景：

对于Java编程课程，ChatGPT的应用前景同样广阔。它可以为学生提供实时的编程问题解答，帮助他们克服在实践过程中遇到的困難。此外，ChatGPT还可以与学生进行编程对话，促进学生对编程概念和技术的深入理解。在实践项目方面，它可以为学生提供创意和项目设计建议，激发创新思维，帮助学生将所学知识应用到实际中。

综上所述，ChatGPT作为一种强大的自然语言处理模型，具有在教育中创造性应用的潜力。在Java编程课程中，借助其语言生成和问题解答能力，有望为学生提供更丰富的编程学习体验，促进他们的知识积累和创新能力的培养。这为我们探讨ChatGPT背景下的Java课程实习模式重构提供了有力的理论基础。

3. Java课程实习模式的重构框架：

传统的Java课程实习模式往往依赖于实验室环境和教师资源，面临着一些挑战，如资源受限、实验操作难度较大等。在ChatGPT背景下，我们探索了一种新的实习模式重构框架，旨在利用ChatGPT技术来弥补传统实习模式的不足，提升学生的实践效果和学习体验。

3.1 融合在线资源和ChatGPT技术：

在传统的实习模式中，学生通常在实验室中进行编程实践，但受制于实验室设备和时间限制。我们的重构框架将充分利用在线编程资源，如编程学习平台、在线IDE等，为学生提供更加灵活的实习环境。此外，我们将引入ChatGPT技术作为学生的智能助教，为他们提供实时的问题解答和编程建议。

3.2 实时交互与学习指导：

在新的实习模式中，学生可以通过与ChatGPT进行实时对话，提问关于编程问题、语法疑惑等方面的问题。ChatGPT将根据学生的提问，生成合理的回答和解释，帮助学生克服实践中遇到的困难。这种实时交互将提高学生的学习效率，让他们能够在实践中及时获得指导。

3.3 创新创意的激发：

我们的框架还将利用ChatGPT的创意生成能力，为学生提供项目创意和设计建议。学生可以通过与ChatGPT对话，获取项目主题、功能点等方面的创意，从而鼓励他们在实践中提升创新思维和问题解决能力。这种创新的引导将帮助学生更好地将所学知识应用到实际项目中。

3.4 自主學习与反馈机制：

在新的实习模式中，学生将更加独立地进行实践和学习，通过与ChatGPT进行交互，解决问题和获取知识。与此同时，我们将建立学生的反馈机制，鼓励他们分享自己的实践经验、问题解决思路等，从而促进学生之间的合作学习和经验交流。

3.5 教师的引导和监督：

在重构的实习模式中，教师仍然扮演着重要的角色。教师将不仅担任学生的指导者，还将监督ChatGPT的应用情况，确保学生获得准确的指导和信息。教师还可以在学生学习过程中，提供额外的解释和引导，帮助他们更好地理解编程概念和技术。

综上所述，我们的Java课程实习模式重构框架通过整合在线资源和ChatGPT技术，提供了一种全新的实践学习方式。通过实时交互、创新引导和自主学习，学生可以在更灵活的环境中进行编程实习，充分发挥自己的创造力和潜力。在教师的引导下，这一框架有望引领Java编程教育模式的创新，为学生提供更高质量的学习体验。

4. 实践案例：ChatGPT在Java课程实习中的应用：

在一门Java实习中，学生正在进行一个项目，要求实现一个简单的学生信息管理系统，包括添加、查询和删除学生信息等功能。在实际实现过程中，许多学生遇到了数据库连接和数据操作方面的问题，导致项目进展受阻。

4.1ChatGPT的应用：

在这个情景下，学生可以通过在线编程平台与ChatGPT进行交互，解决他们遇到的问题。一个学生可能会提问：“我在连接数据库时遇到了问题，应该如何解决？”ChatGPT将根据学生的提问，生成有关数据库连接和操作的建议，包括代码示例和步骤解释。例如，ChatGPT可能会建议使用Java的JDBC库来实现数据库连接，然后提供相关的代码模板。

4.2学生收益与效果：

通过与ChatGPT的交互，学生获得了实时的问题解答和编程建议，帮助他们克服了在数据库连接和操作方面的困难。学生不仅仅得到了代码示例，还理解了背后的原理和逻辑。这种实时的指导帮助他们迅速解决问题，保持了项目的进展和学习的动力。

4.3 学生案例分享：

一名学生在开发学生信息管理系统时，遇到了无法登录系统的问题。通过与ChatGPT交流，他获得了有关建议和代码示例。他很快将这些建议应用到项目中，成功解决了问题，项目得以顺利进行。他在学习总结中提到，ChatGPT的帮助让他更深入地理解了登录系统的实现方法。

4.4 教师角色：

在这一案例中，教师充当了学生的引导者和监督者。他们可以在学生与ChatGPT的交互过程中，提供额外的解释和指导，确保学生获得准确和完整的知识。教师还可以在学生的实践中，引导他们将所学知识应用到实际项目中。

4.5 总结：

通过这个具体案例，我们看到了ChatGPT在Java课程实习中的应用带来的实际效果。学生通过与ChatGPT交互，获得了针对性的问题解答和编程建议，帮助他们克服了实际编程项目中的难题。这种实时的指导和帮助不仅加速了学生的学习进程，还增强了他们的实践能力和自信心。这一案例充分证明了ChatGPT在Java编程教育中的实际应用价值，为教育模式的创新提供了新的思路和途径。

5. 效果评估与学生反馈：

5.1 学习成绩和表现的分析：

为了评估学生在使用ChatGPT辅助编程实习后的学习成绩和表现，我们进行了对比研究。我们选择了一组学生，将他们分成两组，一组采用传统的实习模式，另一组采用基于ChatGPT的重构实习模式。在实践项目的完成后，我们对两组学生的编程成绩和项目表现进行了详细比较。

结果显示，采用ChatGPT辅助的学生在项目的实现和问题解决方面表现出更高的效率和准确性。他们在算法优化、代码设计等关键环节中展现出更深入的理解和创新能力。相比传统模式，这些学生的项目完成质量更高，bug修复更及时，整体表现更为出色。

5.2 学生反馈与认知：

我们还收集了学生对这种基于ChatGPT的实习模式的反馈。学生普遍表示，在使用ChatGPT的过程中，他们能够及时获得问题解答和编程建议，提高了学习效率。一名学生提到：“有了ChatGPT的帮助，我不再需要花费大量时间在错误的代码上，我可以更专注地解决问题。”

此外，学生们认为与ChatGPT的实时交互能够帮助他们更好地理解编程概念和技术，促使他们深入思考问题。一位学生说：“与ChatGPT的对话，让我更深入地理解了我所遇到的问题，它提供了不同的角度和方法，让我思路更加清晰。”

然而，也有部分学生提到，在某些复杂问题的解决上，ChatGPT的回答可能不够准确或完整。这表明在实践中，ChatGPT仍然需要不断的改进和优化，以更好地满足学生的需求。

5.3 教师的观点：

教师在评价这种模式时也提供了宝贵的观点。教师认为，ChatGPT的应用使学生能够更自主地解决问题，提升了他们的学习动力和自信心。然而，教师也强调在学生使用ChatGPT的过程中，仍然需要引导和监督，确保学生获得正确和有用的信息。

6. 挑战与解决策略：

但是ChatGPT可能面临一些挑战，如误导学生、技术局限等。针对这些挑战也需要一些应对策略，如教师引导、技术改进等。

7. 结论：

通过本次研究的实践和探索，我們在ChatGPT背景下对Java课程实习模式进行了成功的重构。这一模式的引入和应用在学生编程能力的提升方面产生了重要影响，为教育领域带来了新的可能性和机会。在我们的实践中，通过将ChatGPT融入Java编程课程实习，学生获得了实时问题解答、编程建议和创新引导的机会。这种实时交互和指导不仅加速了学生在解决问题和完成项目时的进程，也提供了更深入的学习体验。学生的学习成绩和项目表现的提升，以及他们积极的反馈和认知，都证明了这一模式对学生编程能力的积极影响。

首先，通过与ChatGPT的交互，学生能够在实践中及时获得问题解答和编程建议，减少了在问题上花费大量时间的情况。这使得学生能够更专注地解决问题，提高了学习效率。

其次，ChatGPT的实时交互和创新引导促使学生更深入地理解编程概念和技术。学生不再仅仅停留在代码表面，而是能够从更高层次思考问题，设计更优雅和高效的解决方案。

最重要的是，这种模式培养了学生的自主学习和解决问题的能力。通过与ChatGPT的对话，学生在解决问题的过程中逐渐养成了寻求信息、思考问题、自主解决的习惯，这些能力在他们未来的学习和职业发展中具有重要价值。

综上所述，通过在ChatGPT背景下对Java课程实习模式进行的实践和探索，我们展示了一种创新的教育模式，对学生编程能力的提升产生了积极影响。这一模式不仅在知识传授方面具有优势，更在培养创新思维、问题解决能力和自主学习能力方面发挥了重要作用。随着技术的不断发展，我们对这一模式的进一步探索和优化将为教育领域的创新带来更多可能性，为培养具有实际能力的计算机科学人才铺平道路。

资助项目：2023年校级教育研究与教学改革重点项目——ChatGPT背景下计算机教育研究与实践，项目编号：JY2023A10

作者简介：

刘庆杰（1978—），男，汉族，河南，硕士，教授，教育数字化、网络安全、AI。郭娜（1980—），女，汉族，吉林，硕士，副教授，教育信息化、教育大数据。