人工智能時(shí)代下“Java程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革

韓冰 劉翠煥 黃振華 張波 陳明珠 張瀟

關(guān)鍵詞：人工智能時(shí)代;Java程序設(shè)計(jì);課程教學(xué)改革;課程新模式

隨著新一代信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為計(jì)算機(jī)專業(yè)人工智能課程教學(xué)模式的創(chuàng)新提供了更多的可能。在一些復(fù)雜繁重的科學(xué)及工程計(jì)算中，當(dāng)代人已經(jīng)不再將計(jì)算看作是難以完成的復(fù)雜任務(wù)，而是依靠現(xiàn)代計(jì)算機(jī)來完成復(fù)雜繁重的工作任務(wù)，在計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的教學(xué)中，統(tǒng)一無須依靠人腦來承擔(dān)計(jì)算，而是借助人工智能就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)語(yǔ)言的編程和復(fù)雜的計(jì)算?！癑ava程序設(shè)計(jì)”是時(shí)下計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)中最受歡迎的編程語(yǔ)言，也是各大高校軟件工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)中必修的課程。

面對(duì)復(fù)雜的Java程序設(shè)計(jì)，其課程的教學(xué)具有抽象性，且課程主要以培養(yǎng)學(xué)生面向?qū)ο蟮莫?dú)立編程能力和創(chuàng)新能力為主。傳統(tǒng)的"Java程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)以教師為主，學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)，學(xué)生對(duì)于Java語(yǔ)言編程缺乏獨(dú)立理解和操作，既難提升學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，又不便于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。人工智能教學(xué)模式以融合了大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)，能有效地提高學(xué)生學(xué)習(xí)“Java程序設(shè)計(jì)”課程的參與性，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)于Java語(yǔ)言編程的理解，有助于培養(yǎng)學(xué)生面向?qū)ο蟮莫?dú)立編程能力。在這種背景下，研究基于人工智能的"Java程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)新模式對(duì)于提高"Java程序設(shè)計(jì)”的教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量有著重要的意義。

一、“Java程序設(shè)計(jì)”課程的概況

“Java程序設(shè)計(jì)”為計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的重要課程之一，Java語(yǔ)言是一種簡(jiǎn)單的、跨平臺(tái)的、面向?qū)ο蟮姆植际?、健壯性的?dòng)態(tài)語(yǔ)言，其應(yīng)用非常廣泛。目前已廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)、手機(jī)智能卡、手持式電子消費(fèi)產(chǎn)品等領(lǐng)域?！癑ava程序設(shè)計(jì)”是一門面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)課程，主要通過學(xué)習(xí)Java語(yǔ)言編程與設(shè)計(jì)來掌握面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生面向?qū)ο蟮莫?dú)立編程能力及軟件創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。近兩年，隨著Java編程技術(shù)的發(fā)展，“Java程序設(shè)計(jì)”課程中又融入了高級(jí)J2EE框架、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，增加了“Java程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)的難度。

二、基于人工智能的OBE教學(xué)模式及其方法

（一）OBE教學(xué)模式

OBE教學(xué)模式是一種基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的新的教學(xué)模式，又稱成果導(dǎo)向教育。這種教學(xué)模式重視“學(xué)生學(xué)到了什么”，認(rèn)為“學(xué)生學(xué)到了什么”與“是否成功”遠(yuǎn)比“怎樣需學(xué)習(xí)”和“什么時(shí)候?qū)W習(xí)”重要。OBE教學(xué)模式在現(xiàn)有的教學(xué)體系中，圍繞學(xué)生經(jīng)過教學(xué)過程應(yīng)該取得哪些關(guān)鍵成效而開展的相關(guān)教學(xué)工作。其關(guān)注的問題主要有以下幾方面：（1）學(xué)生缺少什么樣的學(xué)習(xí)成果;（2）為什么要讓學(xué)生取得這樣的學(xué)習(xí)成果;（3）如何有效幫助學(xué)生取得目標(biāo)學(xué)習(xí)成果;（4）如何知道學(xué)生已經(jīng)取得了哪些學(xué)習(xí)成果;（5）如何保障學(xué)生能夠取得這些學(xué)習(xí)成果。從OBE教學(xué)模式關(guān)注的問題可以看出這種教學(xué)模式以學(xué)生為中心，強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的成功。

為了幫助學(xué)生學(xué)習(xí)的成功，可以采用相同或不同的學(xué)習(xí)方法，或根據(jù)學(xué)生個(gè)性化、個(gè)體化差異評(píng)定結(jié)果制定教學(xué)方法，并不斷地根據(jù)評(píng)定的學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)，及時(shí)調(diào)整教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)進(jìn)度及教學(xué)方法，來最大程度地保證每個(gè)學(xué)生都能獲得學(xué)習(xí)成功。以“Java程序設(shè)計(jì)”課程為例，強(qiáng)調(diào)在教學(xué)過程中引入網(wǎng)絡(luò)爬蟲、自然語(yǔ)言理解、文本的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等人工智能技術(shù)，并充分利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行大范圍的資源搜索，為Java語(yǔ)言教學(xué)提供更加豐富的內(nèi)容和教學(xué)形式，來激發(fā)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)Java語(yǔ)言的興趣、積極性和主動(dòng)性，從而確保學(xué)生對(duì)“Java程序設(shè)計(jì)”內(nèi)容的掌握，來提高學(xué)生學(xué)習(xí)“Java程序設(shè)計(jì)”課程及相關(guān)內(nèi)容的效率及學(xué)習(xí)質(zhì)量。

（二）OBE教學(xué)模式下的教學(xué)方法分析

1.基于人工智能程序的信息獲取

OBE教學(xué)模式以目標(biāo)網(wǎng)站為信息獲取源，學(xué)生可以通過人工智能程序搜集數(shù)據(jù)信息，獲取重要的Java語(yǔ)言編程的資源。目標(biāo)網(wǎng)站包含招聘指導(dǎo)性網(wǎng)站、大型招聘網(wǎng)站的用人需求信息等，獲取方式以虛擬瀏覽器加載算法為主，提取關(guān)鍵詞參考如下：（1）BrowserLoad：虛擬瀏覽器加載算法;（2）Input：URL對(duì)應(yīng)網(wǎng)頁(yè)的連接;（3）Output：Document-Stream瀏覽器內(nèi)容數(shù)據(jù)流對(duì)象;（4）Begin：獲取頁(yè)面數(shù)據(jù)流DocumentStream對(duì)象的流程。

2.基于人工智能的“Java程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)目標(biāo)及內(nèi)容的調(diào)整

基于人工智能的OBE教學(xué)模式實(shí)踐應(yīng)用中，常根據(jù)學(xué)生個(gè)體化差異對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，并根據(jù)評(píng)估結(jié)果調(diào)整課程目標(biāo)及教學(xué)內(nèi)容，以適應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度。課程目標(biāo)及教學(xué)內(nèi)容調(diào)整步驟如下：首先，通過OBE設(shè)定課程目標(biāo)，并對(duì)目標(biāo)抽取技術(shù)關(guān)鍵詞;其次，構(gòu)建人工智能程序;最后，以關(guān)鍵詞權(quán)值計(jì)算可調(diào)整的課時(shí)量，將教學(xué)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的課時(shí)量設(shè)定為：基礎(chǔ)課時(shí)+可調(diào)整課時(shí)。

構(gòu)建人工智能程序時(shí)依據(jù)BrowserLoad算法從招聘網(wǎng)站的需求信息、Java測(cè)試信息中抽取文本數(shù)據(jù)，引入Java關(guān)鍵詞的名稱層次模板使用JavaKeywordTem-plateMgorithm算法對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行加權(quán)。具體的權(quán)值計(jì)算參考公式如式1所示。按照以上流程計(jì)算出企業(yè)對(duì)Java編程人才的需求，并根據(jù)需求調(diào)整Java教學(xué)時(shí)間中的教學(xué)目標(biāo)權(quán)重及課時(shí)量，確保教學(xué)與實(shí)際工作、就業(yè)目標(biāo)保持一致。

3.基于人工智能的“Java程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)目標(biāo)設(shè)定

根據(jù)OBE教學(xué)模式關(guān)注的問題，基于人工智能的“Java程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)實(shí)踐中，可以將教學(xué)目標(biāo)設(shè)定為以下四方面的內(nèi)容：（1）了解及熟悉Java程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)。（2）熟悉Java的面向?qū)ο笏枷牒统绦?。?）熟悉Java程序的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式。（4）熟練Java的數(shù)據(jù)處理。

三、“Java程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革實(shí)踐及其效果

應(yīng)用OBE教學(xué)模式，以人工智能技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行“Java程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革，涉及的主要教學(xué)目標(biāo)的權(quán)值結(jié)果如下表所示。從表中可以看出，教學(xué)目標(biāo)中權(quán)值較高的教學(xué)領(lǐng)域有數(shù)據(jù)庫(kù)編程、多線程、數(shù)據(jù)流，反映出企業(yè)對(duì)這方面人才的需求較大。知識(shí)權(quán)重較低的兩個(gè)領(lǐng)域有異常處理、Windows與Applet設(shè)計(jì)，反映出企業(yè)對(duì)這方面人才需求較小。

根據(jù)上表權(quán)值結(jié)果，某校與2018年末，并于2019年6月正式實(shí)施了“Java程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革的方法。2020年6月，針對(duì)軟件專業(yè)對(duì)“Java程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革前后兩屆學(xué)生組織了測(cè)試。下圖為2018屆、2019屆學(xué)生“Java程序設(shè)計(jì)”測(cè)試成績(jī)統(tǒng)計(jì)圖，從下圖可以看出2019屆軟件專業(yè)學(xué)生“Java程序設(shè)計(jì)”成績(jī)均高于2018屆學(xué)生，這說明基于人工智能對(duì)“Java程序設(shè)計(jì)”課程進(jìn)行改革，組織實(shí)施OBE教學(xué)模式有利于提高軟件專業(yè)學(xué)習(xí)成績(jī)，基于人工智能實(shí)施的“Java程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革效果顯著。

四、傳統(tǒng)教學(xué)中“Java程序設(shè)計(jì)”課程面臨的問題

（一）教學(xué)形式單一

傳統(tǒng)教學(xué)中，“Java程序設(shè)計(jì)”課程以教師課堂講授為主，教師講、學(xué)生聽的，教學(xué)形式單一乏味，學(xué)生學(xué)習(xí)被動(dòng)，缺乏學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，更缺乏Java語(yǔ)言編程的實(shí)操練習(xí)，很難培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立編程及軟件開發(fā)的能力。

（二）教學(xué)內(nèi)容有限

傳統(tǒng)的“Java程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)內(nèi)容依賴課本教材及大綱內(nèi)容，知識(shí)范圍有局限性，且教學(xué)內(nèi)容存在滯后性。教學(xué)過程中，一般由學(xué)生提問，老師解答，或老師與同學(xué)一起討論解決方法。由于教學(xué)內(nèi)容僅限于課本，很難解決企業(yè)實(shí)際面臨的問題，不僅教學(xué)效果差，而且教學(xué)進(jìn)度緩慢、效率低。

（三）填鴨式教學(xué)難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

“Java程序設(shè)計(jì)”課程作為一門計(jì)算機(jī)專業(yè)的前沿課程，它的教學(xué)目的在于通過Java程序設(shè)計(jì)的教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生在Java領(lǐng)域的創(chuàng)新能力和軟件獨(dú)立開發(fā)能力。傳統(tǒng)的教學(xué)模式表現(xiàn)出典型的填鴨式教學(xué)，教師將理論及其原理講給學(xué)生，學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)，很難從根本上理解Java程序設(shè)計(jì)的抽象概念，也難以激發(fā)學(xué)生深入了解的興趣及自主學(xué)習(xí)的能力，限制了學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展。

五、人工智能下“Java程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革的策略

（一）采用多樣化的教學(xué)方式

在“Java程序設(shè)計(jì)”教學(xué)中，老師可以引入藍(lán)墨云APP、雨課堂等移動(dòng)終端開展移動(dòng)教學(xué)，增加多樣化的教學(xué)方式。在“Java程序設(shè)計(jì)”教學(xué)中，老師應(yīng)該將課堂交給學(xué)生，以學(xué)生為主體、為中心，讓學(xué)生在課堂積極地參與頭腦風(fēng)暴、課堂練習(xí)、課堂討論，鼓勵(lì)學(xué)習(xí)多進(jìn)行課后練習(xí)，擴(kuò)展學(xué)習(xí)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)習(xí)自主學(xué)習(xí)“Java程序設(shè)計(jì)”的興趣和積極性，從而鍛煉學(xué)生面向?qū)ο螵?dú)立編程及軟件開發(fā)的能力。

（二）利用互聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展教學(xué)資源及教學(xué)案例

人工智能時(shí)代，獲取“Java程序設(shè)計(jì)”相關(guān)的內(nèi)容及教學(xué)資源的途徑有很多。教師在教學(xué)過程中可以充分利用互聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展教學(xué)資源，并構(gòu)建軟件專業(yè)教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫(kù)。教師應(yīng)不斷地整理和積累“Java程序設(shè)計(jì)”的教學(xué)案例，豐富教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫(kù)，教學(xué)案例可以是學(xué)生實(shí)驗(yàn)經(jīng)典案例的總結(jié)，也可以通過虛擬瀏覽器獲取，還可以是學(xué)生的優(yōu)秀作品。數(shù)據(jù)庫(kù)中還可以收集學(xué)生提出的問題，并通過平臺(tái)開通問題討論窗口，通過互聯(lián)網(wǎng)與其他學(xué)校軟件專業(yè)的學(xué)生或企業(yè)的前輩交流問題處理方法。

（三）采用自媒體、翻轉(zhuǎn)課堂等培養(yǎng)學(xué)生興趣及創(chuàng)新能力

在人工智能時(shí)代，教師可以利用自媒體、翻轉(zhuǎn)課堂等開展啟發(fā)式教育，以智能機(jī)器人、指紋打卡機(jī)等引導(dǎo)學(xué)生思考相關(guān)產(chǎn)品的工作原理和設(shè)計(jì)，鼓勵(lì)學(xué)生自主開發(fā)人臉識(shí)別、指紋識(shí)別、專業(yè)課實(shí)訓(xùn)平臺(tái)等軟件，老師可通過學(xué)生所提供的軟件開發(fā)的作品，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，并適當(dāng)?shù)卣{(diào)整課程目標(biāo)及課程內(nèi)容，保證學(xué)生在每個(gè)階段都能完成學(xué)習(xí)目標(biāo)。

六、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，人工智能時(shí)代下我們可以利用大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)及虛擬瀏覽的方式對(duì)Java程序員的市場(chǎng)需求及企業(yè)需求進(jìn)行分析，并以具體的需求目標(biāo)為指導(dǎo)實(shí)施“Java程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革，科學(xué)地設(shè)定“Java程序設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)及目標(biāo)，并針對(duì)各個(gè)目標(biāo)的權(quán)重值設(shè)定各個(gè)階段的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上采用多樣化的教學(xué)手段進(jìn)行教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，并培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)Java語(yǔ)言的興趣及積極性，按照各個(gè)階段教學(xué)來需求完成學(xué)習(xí)任務(wù)，達(dá)到預(yù)期教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立的基于Java面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)及系統(tǒng)維護(hù)等能力，使學(xué)生能夠在有效的學(xué)習(xí)時(shí)間內(nèi)學(xué)習(xí)更多的符合企業(yè)和市場(chǎng)需求的知識(shí)，更好地適應(yīng)就業(yè)和Java語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)及復(fù)雜工程的綜合運(yùn)用。