面向應(yīng)用的《Java 程序設(shè)計》教改研究與實踐*

王倩倩，朱咸軍，肖芳雄

（金陵科技學(xué)院 軟件工程學(xué)院，江蘇 南京 211169）

一、引言

我國的高等工程教育規(guī)模已經(jīng)位居世界第一，但是作為高等工程教育大國，在工程教育方面面臨著很多問題與挑戰(zhàn)。如工程教育的發(fā)展戰(zhàn)略與目標(biāo)定位還不夠清晰，不同類型學(xué)校辦學(xué)目標(biāo)趨同；工程教育與工業(yè)界脫節(jié)，工程設(shè)計與實踐教育教學(xué)不足；工科專業(yè)課程體系相對陳舊，與我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整不相適應(yīng)；工科教師隊伍工程經(jīng)歷不足，影響工程教育質(zhì)量等。[1]為了解決以上諸多問題，從2005 年起我國開始建設(shè)工程教育認(rèn)證體系，逐步在工程專業(yè)開展認(rèn)證工作，構(gòu)建質(zhì)量監(jiān)控體系，并于2016 年成為國際本科工程學(xué)位互認(rèn)協(xié)議《華盛頓協(xié)議》的正式會員。

對于計算機(jī)類專業(yè)來說，工程教育認(rèn)證要求培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力、培養(yǎng)學(xué)生將所學(xué)的知識應(yīng)用于復(fù)雜系統(tǒng)的能力，要求學(xué)生取得工程經(jīng)驗，基本了解本行業(yè)狀況；要求講授工程與應(yīng)用類課程的教師具有工程背景，承擔(dān)過工程性項目的教師需占有相當(dāng)比例，有教師具有與企業(yè)共同工作經(jīng)歷等。[2]從這些基本要求中可以看出，工程教育認(rèn)證強(qiáng)調(diào)的是面向應(yīng)用，重視實踐教學(xué)，強(qiáng)化學(xué)生解決實際應(yīng)用問題能力的培養(yǎng)。和工程認(rèn)證教育工作相呼應(yīng)的是，國內(nèi)的諸多高校近年也紛紛在教育教學(xué)改革的探索中注重實踐環(huán)境的強(qiáng)化，實現(xiàn)“應(yīng)用型本科”教育模式的轉(zhuǎn)變，以培養(yǎng)適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求的應(yīng)用型本科專業(yè)人才。[3]

筆者學(xué)校作為一所應(yīng)用型本科院校，其軟件工程專業(yè)2015 年被江蘇省人民政府遴選為省高校品牌專業(yè)建設(shè)一期工程項目，并于2016 年獲批江蘇省一級重點建設(shè)學(xué)科。該品牌專業(yè)堅持“需求導(dǎo)向，能力為本，知行合一，重在創(chuàng)新”的人才培養(yǎng)理念，致力培養(yǎng)應(yīng)用型、職業(yè)化軟件人才?！禞ava 程序設(shè)計》課程作為軟件工程專業(yè)的必修課程，對于培養(yǎng)學(xué)生利用面向?qū)ο蠓椒▽?fù)雜軟件系統(tǒng)進(jìn)行分析、設(shè)計、驗證、確認(rèn)、實現(xiàn)、應(yīng)用和維護(hù)等能力有著十分重要的意義。課程組以面向應(yīng)用為指導(dǎo)思想，充分發(fā)揮信息技術(shù)在實踐教學(xué)中的作用，在教學(xué)案例設(shè)計與制作、課堂教學(xué)的實施與部署、教學(xué)信息化實現(xiàn)方式與手段等方面，取得了一定的教學(xué)改革成果。

二、課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

目前，《Java 程序設(shè)計》課程傳統(tǒng)教學(xué)模式面臨的主要問題有：

1.師資隊伍實踐教學(xué)能力不強(qiáng)

當(dāng)前大多數(shù)高校的程序設(shè)計課程師資隊伍存在理論水平較高，但實踐能力薄弱的情況，這主要是因為高校教師來源渠道較為單一，很多師資力量缺乏實際企業(yè)開發(fā)工作經(jīng)驗。[4]更有甚者，由于一些學(xué)校程序設(shè)計師資力量嚴(yán)重不足，一些剛剛?cè)肼毜男陆處熃?jīng)常被分配至程序設(shè)計類課程組，而這些教師可能剛剛博士畢業(yè)，甚至從未進(jìn)行過Java 程序設(shè)計工作。但是另一方面，從企業(yè)對學(xué)生的實際開發(fā)能力的需求來看，包括Java 語言在內(nèi)的程序設(shè)計類課程對師資隊伍建設(shè)提出了新要求，要求教師不僅要掌握理論知識，能勝任理論教學(xué)，還要具備較高的動手能力，能夠指導(dǎo)學(xué)生開展軟件開發(fā)實訓(xùn)、實踐。不僅如此，為了讓學(xué)生能夠更好更快地適應(yīng)工作崗位的要求，教師隊伍可能還需要帶領(lǐng)并指導(dǎo)學(xué)生參與企業(yè)相關(guān)的研發(fā)工作，讓學(xué)生在“實戰(zhàn)化”的學(xué)習(xí)過程中完成角色轉(zhuǎn)變。

2.教學(xué)內(nèi)容與過程的標(biāo)準(zhǔn)化、層次化不足

目前絕大部分高校在計算機(jī)類的本科生教學(xué)安排中，都設(shè)置了《Java 程序設(shè)計》課程，但由于各個學(xué)校開設(shè)該課程的方式和目的不同，其教學(xué)內(nèi)容與過程的標(biāo)準(zhǔn)化有待進(jìn)一步規(guī)范和提高。如有的高校較為重視理論部分教學(xué)，其主要教學(xué)內(nèi)容集中在面向?qū)ο笤砼c方法方面，重點章節(jié)集中在Java 中的類、封裝、繼承等概念性較強(qiáng)的內(nèi)容上，導(dǎo)致了學(xué)習(xí)過程和效果都不理想。在標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一的前提下，教學(xué)的層次化也是急需提升的一個方面?！禞ava 程序設(shè)計》課程不僅需要講授面向?qū)ο蟮幕靖拍?、基本方法，還需要講授已被業(yè)界實踐證明了的優(yōu)秀實踐、技術(shù)和軟件實現(xiàn)過程，注重理論聯(lián)系實踐，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、自學(xué)能力、應(yīng)用能力。

3.學(xué)習(xí)過程缺少“實戰(zhàn)化”，學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣不強(qiáng)

對于編程類課程，尤其是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言，其概念性、理論性較強(qiáng)，需要學(xué)生在透徹理解面向?qū)ο罄碚摵头椒ǖ幕A(chǔ)上進(jìn)行實踐開發(fā)。因此，很多高校在開設(shè)該課程時往往以面向?qū)ο罄碚摓橹攸c，由于理論知識較為枯燥，學(xué)生難以理解，繼而產(chǎn)生厭學(xué)情緒，甚至放棄課程學(xué)習(xí)。造成這一問題的根本原因在于課程教學(xué)過程缺乏“實戰(zhàn)化”，無法在實踐中應(yīng)用、鞏固學(xué)習(xí)到的理論，因此由于缺乏足夠的實戰(zhàn)化訓(xùn)練，學(xué)生很難真正掌握編程技術(shù)的精髓。[5]

4.對于教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)互動過程以及學(xué)生學(xué)習(xí)成果的量化分析手段不足

在很多高校的程序設(shè)計類課程設(shè)計中，對于教學(xué)過程、教學(xué)質(zhì)量以及學(xué)生學(xué)習(xí)成果的量化分析手段上較為單一，往往采用傳統(tǒng)的筆試考核方式，學(xué)生最后考試通過死記硬背概念，甚至死記硬背一些經(jīng)典程序段，就可以應(yīng)付最終的課程考核，很難真正體現(xiàn)教與學(xué)的真實效果。也有部分高校進(jìn)行了改進(jìn)，采用大作業(yè)或者機(jī)考的方式進(jìn)行課程考核，這種改進(jìn)雖然一定程度上強(qiáng)化了實踐操作能力在課程考核中的比重，[6]但是考核仍然無法持續(xù)、全面地反映整個教、學(xué)互動過程，無法提供全面具體的量化分析結(jié)果。

三、改革方案計劃與實施

為了解決目前《Java 程序設(shè)計》課程面臨的各種問題，課程組對課程設(shè)置和課程教學(xué)模式進(jìn)行了改革，主要工作包括如下三個方面：

1.課程內(nèi)容規(guī)劃調(diào)整

首先，在大多數(shù)的《Java 程序設(shè)計》課程中，理論知識作為授課內(nèi)容放在前面，實踐部分則放在后面。由于很多學(xué)生沒有接觸過編程類課程，在理論部分上課聽不懂。授課教師看學(xué)生不懂，一些基礎(chǔ)的理論知識一遍一遍地重復(fù)講，造成的后果是一些基礎(chǔ)較好的學(xué)生會抱怨知識點重復(fù)。為了解決這一問題，我們將原有課程一分為二，劃分為兩個相互銜接又相互獨立的課程，其具體劃分如下。

《Java 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計》：這一部分主要是講授Java 語言中面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的基本思想和方法，該課程共包括40 課時。其主要內(nèi)容包括Java 語言概述、Java語言基礎(chǔ)、類的封裝、繼承與多態(tài)、接口、內(nèi)部類和Java API 基礎(chǔ)以及異常處理等。

《Java 高級程序設(shè)計》：該課程主要是在先修課程的基礎(chǔ)上，重點開展Java 編程方法和應(yīng)用的教學(xué)，該課程共包括48 課時。其主要內(nèi)容包括集合框架與泛型機(jī)制、圖形用戶界面、多線程、輸入/輸出流和文件操作、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用等。

其次，充分考慮到實踐教學(xué)環(huán)節(jié)在整個課程體系中的作用，在課程中強(qiáng)化實踐教學(xué)，并重點策劃制定了能夠滿足不同層次學(xué)習(xí)需求的實踐教學(xué)內(nèi)容，包括知識點分解的實驗案例以及貫穿性的綜合實驗案例兩個不同的組成部分。其中，知識點分解實驗案例主要用于對某一個單一知識點的應(yīng)用實踐，通過一個小的實驗過程讓學(xué)生重點理解和掌握該知識點的應(yīng)用場景與應(yīng)用方法。貫穿性的綜合實驗案例則是讓學(xué)生通過完成一個完整的軟件開發(fā)過程，在該過程中對不同階段、不同應(yīng)用場景下的知識點進(jìn)行實際應(yīng)用開發(fā)，進(jìn)而達(dá)到學(xué)以致用的目的。

2.面向應(yīng)用的教學(xué)平臺建設(shè)

借助于尚強(qiáng)科技公司的在線教育平臺，構(gòu)建面向應(yīng)用的教學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括如下主要組成部分：

（1）實踐教學(xué)綜合平臺：將數(shù)字化教學(xué)內(nèi)容資源部署在綜合實訓(xùn)平臺上，通過虛擬實驗環(huán)境、教學(xué)進(jìn)度、教學(xué)內(nèi)容資源的高度集成，提高項目化教學(xué)課堂質(zhì)量，提升學(xué)生工程應(yīng)用能力。

（2）質(zhì)量監(jiān)控與評價平臺：通過實踐教學(xué)綜合平臺記錄與抓取的實踐教學(xué)課堂各類數(shù)據(jù)，進(jìn)行“教與學(xué)”行為的全過程管理、追溯、質(zhì)量監(jiān)控與評價分析。

（3）智慧學(xué)習(xí)門戶平臺：基于過程管理數(shù)據(jù)，對學(xué)生能力進(jìn)行“長短板”分析，對課堂教學(xué)內(nèi)容做線上進(jìn)階學(xué)習(xí)補(bǔ)充，向?qū)W生的“短板”技術(shù)點制定針對性的補(bǔ)充加強(qiáng)學(xué)習(xí)內(nèi)容，另一方面則將“長板”技術(shù)能力進(jìn)一步拔高，實現(xiàn)層次化學(xué)習(xí)服務(wù)。

3.教學(xué)模式設(shè)計

在對教學(xué)內(nèi)容重新規(guī)劃和整理后，教學(xué)模式也需要進(jìn)行全新的設(shè)計和改革。為了更好地說明平臺建設(shè)帶來的變革，以問題最為突出的實驗環(huán)節(jié)來詳細(xì)說明新的教學(xué)模式及其特點，如圖1 所示。

圖1 教學(xué)模式過程與特點

首先，對于教師來說，在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，課前準(zhǔn)備工作包括編寫實驗指導(dǎo)書，備課環(huán)節(jié)的主要工作根據(jù)指導(dǎo)書中的內(nèi)容展開；教師在上課環(huán)節(jié)主要是講授實驗內(nèi)容并布置實驗任務(wù)；課程結(jié)束后，教師需要對學(xué)生提交的作業(yè)進(jìn)行人工批改，并將結(jié)果反饋給學(xué)生。在引入實踐教學(xué)平臺后，教師的備課工作則主要為熟悉平臺的實訓(xùn)方案，并按照個人的教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)情況制定合適的案例；教師上課過程僅需在系統(tǒng)中添加制定好的實訓(xùn)方案，生成對應(yīng)的實訓(xùn)日歷推送給課程組的學(xué)生；課后，平臺能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)的自動批改并生成相應(yīng)的分析統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

其次，對于參與課程學(xué)習(xí)的學(xué)生，其課前預(yù)習(xí)、上課以及課后作業(yè)的過程，全部可以在系統(tǒng)平臺中完成。上課時，通過在系統(tǒng)中查看教師推送的實訓(xùn)日歷，根據(jù)該日歷按照要求完成相應(yīng)的實訓(xùn)工作即可。由于該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)的自動批改，學(xué)生在提交作業(yè)后可以查看到批改分析結(jié)果，做到查缺補(bǔ)漏。需要指出的是，由于系統(tǒng)能夠自動記錄學(xué)生個體在實訓(xùn)過程中反映出的水平層次，指導(dǎo)教師可以根據(jù)記錄個性化、分層次制定適應(yīng)學(xué)生個體水平的實訓(xùn)課題，不同水平層次的學(xué)生可以接收到相應(yīng)層級的訓(xùn)練和提高。

四、總結(jié)

在當(dāng)前的工程教育認(rèn)證背景下，應(yīng)用型高校的教學(xué)模式需要進(jìn)一步改革以滿足工程認(rèn)證的全新要求。本文以金陵科技學(xué)院《Java 程序設(shè)計》課程教學(xué)改革內(nèi)容與成果為例，詳細(xì)介紹了面向應(yīng)用的軟件工程類人才培養(yǎng)模式。本次課程改革以面向應(yīng)用為主題，強(qiáng)調(diào)理論來源于應(yīng)用、理論服務(wù)于應(yīng)用、理論深化于應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生在實際應(yīng)用場景下分析問題、解決問題的能力。

從方法上來說，本次課程教學(xué)改革“以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)”，結(jié)合成熟的在線教學(xué)系統(tǒng)，對課程內(nèi)容和教學(xué)模式進(jìn)行了全新的改革，通過豐富的實踐案例，與企業(yè)實際工程項目緊密結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生解決實際工程應(yīng)用問題的能力。從改革的效果來看，既發(fā)揮了任課教師在教學(xué)過程實施引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控的主導(dǎo)作用，又充分體現(xiàn)了學(xué)生作為學(xué)習(xí)過程主體的主動性、積極性與創(chuàng)造性，和傳統(tǒng)教學(xué)模式相比顯著提高了教學(xué)質(zhì)量，尤其是提高了學(xué)生應(yīng)用Java 語言解決實際應(yīng)用問題的能力。

在接下來的工作中，我們將進(jìn)一步加強(qiáng)數(shù)字化教學(xué)內(nèi)容資源庫建設(shè)，通過資源庫內(nèi)容的不斷更新與改進(jìn)，不斷完善教學(xué)改革過程。同時，進(jìn)一步與企業(yè)進(jìn)行對接，構(gòu)建校企一體化人才培養(yǎng)模式，將面向應(yīng)用的改革思路落實到實習(xí)、就業(yè)環(huán)節(jié)，并通過企業(yè)反饋進(jìn)一步對課程內(nèi)容與模式進(jìn)行優(yōu)化。