基于編程技能的Java課程教學(xué)創(chuàng)新與改革

摘 要：在大批普通本科高校向應(yīng)用型本科轉(zhuǎn)型的背景下，為了契合應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，提升學(xué)生的編程技能，福州大學(xué)至誠學(xué)院開設(shè)了“Java程序高級開發(fā)”課程，并以此課程為載體，開展教學(xué)改革，以實(shí)踐教學(xué)為主線，以拓展訓(xùn)練為特色，將多種現(xiàn)代教育技術(shù)手段引入課堂，形成多元化的、混合的綜合教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型本科；編程技能；實(shí)踐教學(xué)；拓展訓(xùn)練

基金項(xiàng)目：2018年度福州大學(xué)至誠學(xué)院課程改革項(xiàng)目“Java程序高級開發(fā)”（項(xiàng)目編號：ZJ1831）

作者簡介：亓?xí)造o，女，副教授/高級工程師，主要研究方向?yàn)檐浖こ獭?/p>

中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1674-7747（2019）06-0028-04

隨著近年來一大批普通本科高校向應(yīng)用型本科轉(zhuǎn)變的辦學(xué)方向改革，“以能力為中心”的培養(yǎng)模式已被大家廣泛認(rèn)可，福州大學(xué)至誠學(xué)院在向應(yīng)用型本科轉(zhuǎn)型過程中，經(jīng)過全方位細(xì)致的走訪與調(diào)研，把突出技術(shù)與實(shí)踐應(yīng)用能力作為培養(yǎng)為的核心，重新修訂了各專業(yè)的人才培養(yǎng)方案。筆者以軟件工程專業(yè)的“Java程序高級開發(fā)”課程為例，探索編程實(shí)踐技能教學(xué)的改革與創(chuàng)新，以提高學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用能力。

一、“Java程序設(shè)計(jì)”課程現(xiàn)狀

“Java程序設(shè)計(jì)”是大部分軟件工程專業(yè)必修的一門課程，該課程主要有“面向?qū)ο蠡A(chǔ)”和“Java技術(shù)應(yīng)用”兩個(gè)部分的內(nèi)容。作為面向編程學(xué)習(xí)的第一門課程，以往的做法是，將“面向?qū)ο蠡A(chǔ)”部分作為授課的重點(diǎn)，占用了總課時(shí)比例的60%～70%，導(dǎo)致“Java技術(shù)應(yīng)用”部分的授課時(shí)間嚴(yán)重不足，技術(shù)應(yīng)用能力方面的實(shí)踐力度不夠。學(xué)校為了彌補(bǔ)這一問題，從企業(yè)請來一線的工程師，安排了實(shí)訓(xùn)課程，希望通過工程師帶來更貼近實(shí)際的項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)，強(qiáng)化和提升學(xué)生的Java技術(shù)應(yīng)用能力。但由于這樣的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目通常綜合應(yīng)用了多項(xiàng)技術(shù)，而課堂上對“Java技術(shù)應(yīng)用”部分的學(xué)習(xí)著墨不多，只停留在表面。學(xué)生普遍反應(yīng)，如此直接面對項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)，跨度太大，難于駕馭，實(shí)訓(xùn)效果差強(qiáng)人意。

為了契合應(yīng)用型本科的人才培養(yǎng)目標(biāo)，針對存在的問題，我們走訪了用人單位、邀請企業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人和專家共同研討，同時(shí)，結(jié)合本學(xué)院學(xué)生的認(rèn)知能力與學(xué)習(xí)特點(diǎn)，在新的培養(yǎng)方案中將“Java程序設(shè)計(jì)”拆分成“面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)”和“Java程序高級開發(fā)”兩門課程，旨在通過“Java程序高級開發(fā)”這門課程中的強(qiáng)化訓(xùn)練，來提高學(xué)生的Java技術(shù)應(yīng)用能力。

二、“Java程序設(shè)計(jì)”教學(xué)中存在的問題

通過調(diào)研了解到，以應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)的目標(biāo)來審視以往的“Java程序設(shè)計(jì)”教學(xué)模式，主要存在以下四個(gè)方面的問題。

（一）與人才培養(yǎng)目標(biāo)脫節(jié)

“Java程序設(shè)計(jì)”課程往往是學(xué)習(xí)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的第一門課程，教學(xué)過程中主要重視面向?qū)ο蟮幕局R(shí)及語法的學(xué)習(xí)，對其中的Java技術(shù)應(yīng)用部分，僅要求學(xué)生了解和掌握基本的編程步驟，沒有足夠的時(shí)間突出和加強(qiáng)編程實(shí)踐技能的訓(xùn)練，學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用技能較差，達(dá)不到人才培養(yǎng)的目的。[1]

（二）與學(xué)生的實(shí)際狀況脫節(jié)

應(yīng)用型本科往往是“本二”“本三”層次的學(xué)生，其學(xué)習(xí)態(tài)度與自主學(xué)習(xí)能力與“本一”學(xué)生存在明顯差異，然而，現(xiàn)有的教學(xué)資源，如教材和案例等，沒有足夠重視這些差異，認(rèn)為“Java技術(shù)應(yīng)用”部分只需要做好相關(guān)的知識(shí)鋪墊與必要的案例引導(dǎo)，學(xué)生就能夠自主學(xué)習(xí)發(fā)揮，在實(shí)際項(xiàng)目中運(yùn)用自如，而不需要花費(fèi)時(shí)間、精力進(jìn)行專項(xiàng)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練。然而實(shí)際情況卻是，當(dāng)學(xué)生在實(shí)訓(xùn)課上面對企業(yè)一線工程師帶來的實(shí)際項(xiàng)目時(shí)，常常不能很好的駕馭，課堂上的學(xué)習(xí)與實(shí)際編程開發(fā)無法順利對接。

（三）與崗位技能脫節(jié)

對于一線工程師崗位而言，僅靠課堂上學(xué)會(huì)的編程語言是不夠的，還需要具備一些其他的綜合技能，如程序的調(diào)試、診斷、測試等，但這些技能在一般的程序設(shè)計(jì)課程中鮮有涉及，使得學(xué)生完全是在一個(gè)真空狀態(tài)下學(xué)習(xí)編程的過程，根本沒有意識(shí)到自己寫出的代碼不夠健壯，就更談不上如何優(yōu)化于完善，造成學(xué)生畢業(yè)進(jìn)入工作崗位后，不能較快地適應(yīng)崗位技能要求。

（四）排課方法不利于編程訓(xùn)練

高校中現(xiàn)有的排課規(guī)范是，按2：1或1：1的比例分配課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)時(shí)，理論課與實(shí)驗(yàn)課相互交錯(cuò)安排。這樣的排課方法，在時(shí)間和空間上將課堂教學(xué)（多媒體教室）與實(shí)驗(yàn)教學(xué)（機(jī)房）人為分離，不利于編程訓(xùn)練的強(qiáng)化。另外，由于本院學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)課上大部分學(xué)生還需要教師再次梳理和演示后，才能進(jìn)入狀態(tài)開始實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，導(dǎo)致動(dòng)手實(shí)踐的時(shí)間比例嚴(yán)重縮水，達(dá)不到預(yù)期的效果。

三、“Java程序高級開發(fā)”教學(xué)創(chuàng)新與改革路徑

為了有效地解決上述教學(xué)中存在的問題，學(xué)院以向應(yīng)用型本科轉(zhuǎn)型為契機(jī)，以“Java程序高級開發(fā)”這門課為載體，展開新一輪的教改實(shí)踐，借助“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，融合多種教學(xué)方法，探索采用多元化的、混合的綜合教學(xué)模式，提升應(yīng)用型本科軟件工程專業(yè)學(xué)生的編程技能。

（一）以實(shí)踐教學(xué)為主線

“Java程序高級開發(fā)”這門課程的內(nèi)容主要是Java技術(shù)應(yīng)用，包含IO流、JDBC、多線程、網(wǎng)絡(luò)編程等眾多的技術(shù)主題[2]，主要培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手編程的能力，即技術(shù)應(yīng)用的能力，屬于技術(shù)實(shí)踐類課程。它有別于工程實(shí)踐類的課程，是專業(yè)基礎(chǔ)課與工程實(shí)踐課之間能否順利銜接的關(guān)鍵。

這些技術(shù)主題都有自己鮮明的技術(shù)特征，擁有各自不同的編程套路，并且在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，并不是獨(dú)立使用，而是互相滲透，演繹出多樣的形態(tài)，如在網(wǎng)絡(luò)編程中一定會(huì)出現(xiàn)IO流和多線程，會(huì)促使在這門課程的教學(xué)實(shí)踐中淡化理論和實(shí)踐的界線，以實(shí)踐教學(xué)為主線，通過循序漸進(jìn)的編程訓(xùn)練，反復(fù)實(shí)踐來掌握相關(guān)技能。

（二）以崗位技能為中心的綜合技能訓(xùn)練

在對企業(yè)的調(diào)研回訪中了解到，軟件工程專業(yè)學(xué)生的編程技能，不僅僅是會(huì)用編程語言寫代碼，還需要掌握一系列與軟件工程有關(guān)的綜合技能及實(shí)用小工具，這些技能及小工具在現(xiàn)有教材中幾乎無涉獵，僅在“軟件工程”課程中有簡單介紹，沒有專門的課堂訓(xùn)練，而這恰恰是軟件開發(fā)工作中不可或缺的實(shí)用技能。因此，在“Java程序高級開發(fā)”教學(xué)內(nèi)容的組織上，增加這部分內(nèi)容的拓展訓(xùn)練，引入一些常用的綜合技能、小工具，自編講義、課件、編程任務(wù)集，使學(xué)生能夠初步掌握更接近于實(shí)際崗位需要的編程技能，順利地過渡到后續(xù)的工程實(shí)踐類課程。

1.訓(xùn)練編程思路。編程的關(guān)鍵是編程思路，沒有人天生就懂編程思路，編程思路是經(jīng)過一定訓(xùn)練后養(yǎng)成的。對于學(xué)生而言，就是要從養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣入手，拿到編程任務(wù)后，要認(rèn)真分析得到正確的編程思路，不能匆匆忙忙敲代碼。在開始階段先由教師提供任務(wù)的編程思路，要求學(xué)生將編程思路作為代碼的注釋，將文檔放在代碼里，根據(jù)思路完成編程任務(wù)。經(jīng)過一段時(shí)間后，學(xué)生就漸漸有了將大問題分解成小問題的模塊化設(shè)計(jì)意識(shí)，到了中后期就要求學(xué)生自己先寫出編程思路，再完成代碼。同時(shí)，要求學(xué)生編寫javadoc注釋，并生成API文檔。反復(fù)訓(xùn)練，養(yǎng)成習(xí)慣。

2.訓(xùn)練編碼規(guī)范。所謂無規(guī)矩不成方圓，無規(guī)范不能協(xié)作。在實(shí)際工作中，良好的編碼規(guī)范將有利于團(tuán)隊(duì)成員之間的協(xié)作配合，減少程序bug，提高程序性能及安全性，并可以減少軟件的維護(hù)成本。在課堂上應(yīng)引入主流的Java靜態(tài)代碼分析工具，不僅學(xué)習(xí)代碼的格式規(guī)范，更重要的是熟悉編碼的經(jīng)驗(yàn)法則，要求學(xué)生的作業(yè)都必須通過靜態(tài)代碼分析工具的檢驗(yàn)，逐步養(yǎng)成遵循代碼規(guī)范編寫程序的習(xí)慣，能夠?qū)懗鰞?yōu)雅的、一致的代碼。

3.訓(xùn)練單元測試。單元測試，是每一個(gè)程序員必須掌握的，是程序員對所開發(fā)代碼質(zhì)量的一個(gè)基本承諾。在開始的任務(wù)中，先提供JUnit單元測試的代碼，要求學(xué)生學(xué)會(huì)用JUnit單元測試代碼檢驗(yàn)自己的程序，熟悉測試代碼的使用，認(rèn)識(shí)單元測試的作用與意義。后期，再要求學(xué)生自行設(shè)計(jì)測試用例，編寫JUnit單元測試代碼，檢驗(yàn)自己編寫的程序。通過不斷的訓(xùn)練，鍛煉學(xué)生的測試技能，養(yǎng)成測試意識(shí)。

4.訓(xùn)練調(diào)試診斷的能力。調(diào)試診斷的能力是編程必備的技能，但卻無法從理論課堂上學(xué)到，只能在編程實(shí)踐中，借助調(diào)試診斷工具通過不斷糾錯(cuò)的過程來學(xué)習(xí)掌握。當(dāng)學(xué)生在編程實(shí)踐中遇到問題時(shí)，教師現(xiàn)場引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)使用調(diào)試診斷工具，幫助分析診斷問題所在，修復(fù)程序缺陷，逐步培養(yǎng)調(diào)試診斷的技能。

5.訓(xùn)練優(yōu)化代碼的能力。能夠編寫更快更好的代碼，是每一個(gè)程序員不懈的追求。引導(dǎo)學(xué)生使用性能分析工具，找出影響代碼性能的瓶頸所在，對代碼進(jìn)行重構(gòu)與優(yōu)化。同時(shí)，通過回歸測試，確保任何重構(gòu)與優(yōu)化都不能破壞代碼的正確性。通過訓(xùn)練，讓學(xué)生初步掌握代碼優(yōu)化的技巧，能夠優(yōu)化完善自己編寫的程序，讓程序“跑得快”。

（三）引入翻轉(zhuǎn)課堂，提高實(shí)踐教學(xué)的比例

翻轉(zhuǎn)課堂正好契合“Java程序高級開發(fā)”這門課的特點(diǎn)，教師按教學(xué)進(jìn)度在線上發(fā)布相應(yīng)的視頻課件，學(xué)生課前觀看視頻自主學(xué)習(xí)，初步掌握每次課的知識(shí)要點(diǎn)及課堂訓(xùn)練的要求，從而改變傳統(tǒng)滿堂灌的課堂教學(xué)方法，可以最大限度提高課堂實(shí)踐教學(xué)的比例。[3]在引入翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法之初，學(xué)生們紛紛抱怨從小到大都是到課堂上去聽課，習(xí)慣了跟著老師走的被動(dòng)學(xué)習(xí)方法，突然在一門課上要轉(zhuǎn)變成課前自主學(xué)習(xí)，不知所措，難以適應(yīng)。因此，學(xué)院老師及時(shí)做出調(diào)整，將視頻精簡為以實(shí)例演示為主的微視頻，并增加課前導(dǎo)讀、線上討論與答疑，經(jīng)過幾輪的磨合，學(xué)生已能從容應(yīng)對，漸入佳境。為了配合翻轉(zhuǎn)課堂，教師將課程的安排改為以3～4節(jié)課為一個(gè)單元，不再人為地分割課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)，全部在機(jī)房完成，確保學(xué)生人手一機(jī)，可以邊講邊練，保證了課堂實(shí)踐教學(xué)的時(shí)間與質(zhì)量。

（四）多種手段確保課堂任務(wù)的飽滿度

翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施的效果，很大程度上取決于學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、自主學(xué)習(xí)能力，因此，學(xué)生之間的程度差異將被迅速放大，這樣就不能按統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來要求每個(gè)學(xué)生，所以設(shè)定分層次的教學(xué)目標(biāo)是對翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法的一個(gè)很好的補(bǔ)充。根據(jù)學(xué)生的不同程度，設(shè)計(jì)不同層次的作業(yè)任務(wù)，既讓每個(gè)學(xué)生都可以入手，循序漸進(jìn)，又能較好地解決了學(xué)生間“吃不飽”與“吃不下”的現(xiàn)象。（1）第一層次：模仿練習(xí)。學(xué)生從模仿編程例題入手，完成相類似的任務(wù)，從而了解和熟悉基本的編程思路和方法。（2）第二層次：編程應(yīng)用。根據(jù)要求，完成稍有難度的編程任務(wù)，自行解決些小問題，從而小有成就感，逐步提高學(xué)習(xí)的興趣。（3）第三層次：拓展訓(xùn)練。引入結(jié)對編程的方法，適當(dāng)提高編程難度，完成幾個(gè)有意義的小工具，積累編程經(jīng)驗(yàn)。

借助云教學(xué)平臺(tái)，為每次上課發(fā)布的各層次的訓(xùn)練任務(wù)指定不同的deadline，并據(jù)此形成新的考核評價(jià)方式，即課堂評價(jià)、任務(wù)評價(jià)等。一方面，營造了真實(shí)崗位的工作氛圍，讓學(xué)生增加課堂實(shí)踐的緊迫感，迫使每個(gè)學(xué)生都能自覺參與到課堂實(shí)踐中；另一方面，也有利于教師掌控實(shí)踐課堂的節(jié)奏，提高機(jī)房教學(xué)的效果和質(zhì)量。

（五）通過電子教室加強(qiáng)現(xiàn)場實(shí)時(shí)指導(dǎo)

教師可以借助電子教室，通過監(jiān)控巡回查看每個(gè)學(xué)生的編程訓(xùn)練情況，學(xué)生可以方便地通過電子教室向教師求助。對于學(xué)生在實(shí)際編程中遇到的各類題，教師通過電子教室的控制功能，直接操控學(xué)生端，實(shí)時(shí)地幫助分析出錯(cuò)的原因，引導(dǎo)學(xué)生逐步解決，并利用電子教室提供的學(xué)生演示功能，靈活地將糾錯(cuò)過程同步演示給特定的學(xué)生群體觀看學(xué)習(xí)。通過個(gè)別指導(dǎo)、小組指導(dǎo)、全員指導(dǎo)多種形式加強(qiáng)現(xiàn)場指導(dǎo)，真正做到以生為本，個(gè)性化教學(xué)。利用電子教室，可以在課堂上加強(qiáng)教師和學(xué)生之間的交流討論，啟發(fā)學(xué)生認(rèn)真思考，學(xué)會(huì)提問，善于提問。

（六）采用多樣的課堂活動(dòng)形式

在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生遇到學(xué)習(xí)問題解決的途徑依次是：請教同學(xué)→上網(wǎng)百度→尋求教師的幫助。為此，教師在課堂上挑選一些學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生為核心，組建若干個(gè)學(xué)習(xí)小組，以好帶差，展開互幫互學(xué)式的交流與討論。在課堂上引入結(jié)對編程，兩個(gè)學(xué)生一起交流與討論編程思路，共同完成任務(wù)，并以一節(jié)課為單元，要求學(xué)生輪換駕駛員和領(lǐng)航員的角色，互相監(jiān)督、相互學(xué)習(xí)，既培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作的意識(shí)，又提高了學(xué)習(xí)興趣。借助云平臺(tái)工具，每次課都組織開展討論答疑的活動(dòng)，并設(shè)立最佳問題獎(jiǎng)，提高學(xué)生參與課堂互動(dòng)的積極性，方便及時(shí)地進(jìn)行線上和線下交流。

（七）線上線下的點(diǎn)評與交流分享

每次課上及時(shí)點(diǎn)評學(xué)生的編程思路和代碼中存在的主要問題。除了教師點(diǎn)評外，還時(shí)常邀請作業(yè)優(yōu)秀的學(xué)生上臺(tái)演示和說明編程思路，同學(xué)之間互相討論交流學(xué)習(xí)體會(huì)。課后，全班同學(xué)都可以在云教學(xué)平臺(tái)上查看教師批改和點(diǎn)評作業(yè)的情況，交流和分享優(yōu)秀作業(yè)，互相取長補(bǔ)短。

總之，通過兩輪的實(shí)踐，看到了學(xué)生們從開始的不適應(yīng)甚至排斥，到喜歡上這種教學(xué)模式的變化，特別是在剛剛結(jié)束的課程中，學(xué)生給出的課程評議結(jié)果是98.93的高分，這大大增強(qiáng)了學(xué)院教師們繼續(xù)探索實(shí)踐的信心。經(jīng)過課程實(shí)踐訓(xùn)練，學(xué)生們逐漸培養(yǎng)起自主學(xué)習(xí)的能力，遇到問題不再發(fā)怵，能夠沿著一定的路徑摸索解決，編程實(shí)踐能力得到了提高，并且在各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目中都看到他們活躍的身影。

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Abstract： In the context of transition from a large number of ordinary universities to applied undergraduate education， we have offered the course Advanced Development of Java Programs and conducted teaching reform with this course as a carrier in a bid to meet the objectives of training applied talent and enhance students programming skills. We take the practice teaching as the main line， take the development training as the characteristic， introduces many kinds of modern educational technology means to the classroom and forms the diversified， mixed synthesis teaching pattern.

Key words： applied undergraduate education； programming skills； practical teaching； extended training

[責(zé)任編輯 李 漪]