【摘 要】生成式人工智能技術正推動教育變革，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用潛力與局限，以期為廣大教師提供有益的借鑒與啟發(fā)。

【關鍵詞】生成式人工智能；Python編程；五分鐘倒計時

【中圖分類號】G434 " 【文獻標志碼】A

【論文編號】1671-7384（2025）01-059-03

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。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，教育領域正經(jīng)歷著一場由技術驅(qū)動的深刻變革。編程作為一項面向未來的核心技能，對于教師緊跟技術發(fā)展趨勢、適應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于學生，為培養(yǎng)適應未來社會需求的復合型人才奠定堅實基礎。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鍵之一，有助于構建綜合教學體系，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)關鍵，它將成為連接傳統(tǒng)教學內(nèi)容與現(xiàn)代科技應用的橋梁。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等技術的日益成熟與普及，教育勢必會迎來新的變革，這些技術將深度融入教育過程，推動教育向個性化、智能化轉(zhuǎn)變。可見，編程技能對于教師而言，不僅是從容應對教育領域變革的有力武器，更是順應時代發(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，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，把編程技術應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，推動教育與技術的深度融合，具有至關重要的意義。

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（Generative Artificial Intelligence，以下簡稱“生成式AI”）是利用復雜的算法、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[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、智能客服等領域，都有著極為廣闊的應用前景與潛力，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)學習和進化以及應用場景廣泛等特點。

2.生成式AI在教育領域的應用現(xiàn)狀

隨著生成式AI的蓬勃發(fā)展，其在教育領域的應用日益廣泛且深入。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。在智能輔導方面，它如同隨時在線的專屬導師，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還能構建虛擬學習場景，幫助學生理解復雜概念，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，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“基礎版對話”），擬獲取一個基礎版的五分鐘倒計時Python代碼。根據(jù)對話內(nèi)容，文心一言給出需求代碼及相關提示。

三是調(diào)試代碼（完成任務）。Python IDLE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。對于已獲得的Python代碼，可以復制到Python IDLE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。首先明確任務需求，組織對話內(nèi)容，獲取代碼，調(diào)試代碼，完成任務。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，則倒計時恢復到初始等待狀態(tài)。注意，程序中的數(shù)字字號設置為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提示。對于已獲得的Python代碼，同樣復制到Python IDLE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“基礎版對話”，Kimi生成的Python代碼，經(jīng)Python IDLE調(diào)試，可以較好地完成任務，實現(xiàn)預期的效果。接下來，進行“功能版對話”，經(jīng)Python IDLE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)Python IDLE調(diào)試，問題反而更多了。再次對話，重新布置更清晰的任務，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“基礎版對話”，通義千問生成的Python代碼，可以實現(xiàn)預期的效果。然后再進行“功能版對話”，一次性就生成了符合預期的Python代碼。經(jīng)調(diào)試，程序完全符合預期要求。

智譜清言是生成式AI，注冊后即可免費使用。進行“基礎版對話”，智譜清言生成的Python代碼，呈現(xiàn)的效果符合預期，與文心一言等效果雷同；進行“功能版對話”，經(jīng)Python IDLE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功能代碼的生成上均表現(xiàn)優(yōu)異，當面對更為復雜的功能需求時，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，這些生成式AI還是能夠出色地完成任務，提供滿足需求的Python代碼解決方案。

結論與展望

1.結論

本文通過分析一個簡單的五分鐘倒計時程序?qū)嵗沂玖松墒紸I在賦能Python編程方面的巨大潛力。這種技術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的教師也能在簡單引導下，快速構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，可能導致生成的代碼不符合預期。但通過有效溝通和細致引導，生成式AI可以顯著提高代碼生成的準確性與效率。特別是在應對復雜的編程任務時，教師與生成式AI之間進行的深入對話和逐步引導是獲取滿足特定需求解決方案的關鍵。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

隨著人工智能技術的飛速發(fā)展，可以預見生成式AI將更加智能化，特別是深度學習和自然語言處理技術的進一步突破，將顯著提升對話過程中的理解和響應能力。同時，生成式AI在解析復雜編程需求和創(chuàng)作高質(zhì)量代碼方面的能力也將實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

展望未來，生成式AI能夠讓更多非編程背景的教師輕松掌握編程技能，并將其應用于教學實踐中。同時，其還能更好地根據(jù)教師的個性化需求和教學風格，提供更加定制化的編程輔助和教學資源。教師將有機會深入探索編程背后的原理和機制，提升問題解決能力和創(chuàng)新思維，從而更好地應對教育領域的挑戰(zhàn)。有理由相信，隨著技術的不斷進步，生成式AI將深度賦能教師的編程工作，它將成為推動教育創(chuàng)新、引領教育變革的重要力量。同時，也應當關注教師對于生成式AI的合理使用，確保新技術的應用能夠促進教師的可持續(xù)發(fā)展。

注：本文系蘇州市教育科學“十四五”規(guī)劃2023年度一般立項課題“基于‘科學+’理念推動學生信息科技素養(yǎng)發(fā)展研究”（課題編號：2023/lx/02/063/07）研究成果

參考文獻

李秀. 生成式人工智能在高中編程教學中的應用探索[J]. 教育傳播與技術，2024（2）： 30-37.