程序設計類課程綜合教學模式的構建與實踐
——以《JavaEE 程序設計》課程為例

李永毅

（長治學院 計算機系，山西 長治 046011）

自2016 年6 月中國正式加入《華盛頓協議》，我國的高等教育為了與國際接軌，各高校積極開展了工程教育專業(yè)認證相關工作[1-3]。為切實貫徹落實專業(yè)認證要求，我院計算機科學與技術專業(yè)進行了工程教育認證總體規(guī)劃，從國家、社會和用人單位的需求出發(fā)，制定了培養(yǎng)目標，根據培養(yǎng)目標制定了畢業(yè)要求，畢業(yè)要求需符合工程認證12 個指標點。根據畢業(yè)要求制定課程體系，最后進行了人才培養(yǎng)方案修訂及教學大綱修訂。一線教師依據《工程教育認證辦法》和《工程教育認證標準》要求，貫徹“以學生為中心、以產出為導向和持續(xù)改進”的教學理念，深化課堂改革。根據相關要求及教學理念，軟件教研室對程序設計類課程進行了教學改革。

JavaEE 程序設計屬于應用型較強的編程類課程，其課程目標是解決復雜工程問題，但最終教學效果乏善可陳。學生不僅不能解決復雜工程問題，連基本的編程信心都缺失了。為了提高學生的編程實踐能力，諸多研究者進行了教學改革；張武金等人在編程課程中使用項目化教學模式；羅劍等人在計算機編程課程中應用翻轉課堂教學模式；郭鶴景等人在編程類課程中應用線上線下混合教學模式。項目化教學模式有效提高了學生的編程實踐能力[4-7]；翻轉課堂教學模式提升了學生的編程自我效能感[8,9]；線上線下混合教學模式，在一定程度上放寬了課堂教學時間限制[10，11]。如何整合這些教學模式，提高學生解決復雜工程問題能力及編程實踐能力，對我們是一種挑戰(zhàn)。

文章對項目學習、翻轉課堂、線上線下混合教學模式有機整合；以企業(yè)級項目為主線，以基于翻轉課堂的線上線下混合教學模式為手段，以改革后評價方式為檢驗標準，進行了教學實踐。

1 探索與實踐過程

1.1 目前編程類課程存在的問題

JavaEE 程序設計課程是我院計算機科學與技術專業(yè)的專業(yè)技能課程。為了分析JavaEE 程序設計課程的教學效果及影響因素，針對我院2019級計算機科學與技術專業(yè)及網絡工程專業(yè)學生進行了線上調研及線下訪談，調研及訪談結果歸納總結如下。

（1）教學內容與課程目標支撐的工程認證標準指標點脫節(jié)。工程認證的宗旨是培養(yǎng)能夠解決復雜工程問題的工程師。學院的教學是根據教學大綱，選擇教材進行授課。大多數教材是按照知識點進行編排，講授的主要是知識。使用的案例大部分是孤立的，缺乏企業(yè)級復雜工程實際案例。學生所學知識無法進行工程應用與升華，無法滿足工程規(guī)范及流程，無法在企業(yè)級復雜工程問題案例中進行實踐，學生畢業(yè)后無法馬上上崗。教學與工程認證要求脫節(jié)。

（2）實踐時間有限，學生編碼量欠缺。我院JavaEE 課程以邊學邊練模式進行教學，但由于授課時間有限，教師只能把基本知識點及小案例講授完成，學生課堂編碼時間及編碼量有限。學生遇到bug 并且需要教師指導才能完成任務時，教師卻因為指導時間有限且需要指導的人數較多而不能及時提供指導。

（3）JavaEE 程序設計知識點零碎，編程難度大。JavaEE 是使用SpringBoot、Mybatis、SpringMVC 等框架實現項目，框架的編程模式與非框架傳統的編碼模式不同。JavaEE 主要使用容器管理對象，涉及到很多較晦澀的概念，如控制反轉、依賴注入、切面編程、控制器、映射器、適配器、視圖解析器、關系映射等，學生要透徹理解這些概念，需要進行編程實踐驗證才能實現。學生在編程時遇到bug 是難免的，但由于自己無法找到原因，時間長了可能導致其對編程失去興趣，不愿花太多的精力和時間進行學習，甚至可能對編程產生畏懼。

（4）學生個體差異的影響。由于學生們對編程的敏感程度、接收程度不同，按照學院的統一標準進行授課，事實上就忽視了學生個體差異對教學效果的影響。

（5）評價方式難以調動學生學習積極性。傳統評價方式是通過平時作業(yè)、實驗報告成績、期末筆試成績進行權重計算得出最終成績。傳統考核模式不重視平時實踐過程，多數學生在考前突擊復習，死記硬背，應付考試，雖然考試分數高，但是編程能力卻可能很差。這樣的傳統評價體系無法體現課程教學目標的達成度，學生分析問題、解決問題及實踐能力也難以提升。

1.2 教學內容組織

JavaEE 教學中，以權限管理系統企業(yè)級項目為主線，將JavaEE 知識點嵌入其中。隨著課程的深入，權限管理項目不斷加入新的內容。在這種開源項目中，學生共同參與，其內容可以不斷迭代完善。課程知識點與權限管理項目的對應關系如表1 所示。

表1 課程知識點與權限管理項目的對應關系

JavaEE 課程的教學組織與權限管理系統項目相結合，教學過程中貫穿項目開發(fā)全流程。首先分析權限管理系統的項目需求，然后分析項目所包括的功能模塊，針對各個功能模塊，分析其所需的知識點。課程知識點應用貫穿于權限管理系統的編碼階段。編碼需要按軟件規(guī)范執(zhí)行，并形成說明性文檔，在編碼過程中要求有明確的接口說明。針對項目功能模塊知識點交叉地方，對還未學到的知識點，老師要講清代碼的功能及接口，讓學生直接從開源項目復制對應代碼。

1.3 教學模式改革

JavaEE 課程內容多，實踐性強，編程陷阱較多，課程綜合性較大。學生雖然能理解課程內容，但是在項目的實踐中可能遇到很多問題及bug，即使對簡單案例也無法復現。使用翻轉課堂、線上線下混合教學模式開展教學，線上以學生為中心，項目任務為驅動，教師發(fā)布教學任務，提供教學材料；線下教師主要以輔導答疑等方式開展教學。該授課模式為學生提供了充足的編程實踐時間，這樣教師就有充足的時間解決學生遇到的問題及編程陷阱?；诜D課堂的線上線下混合式教學模式如圖1 所示。

圖1 基于翻轉課堂的線上線下混合式教學模式

基于翻轉課堂的線上線下混合式教學模式過程如下。

（1）課前自主學習。首先對學生進行分組，2-3 人一組，教師精選權限管理系統項目案例，對案例進行分析，將涉及到的知識點進行總結羅列，并將相應的知識點視頻、課程任務發(fā)布到超星學習通教學平臺。學生通過在線視頻學習，對權限管理系統相應任務進行復現。學生針對項目復現中遇到的難點及程序bug，在學習通教學平臺討論區(qū)進行討論，并對無法解決的問題在線反饋。教師收集問題，根據問題對課上內容進行調整。

（2）課上知識內化及技能習得。線下教師通過引導、解決bug 方案競答以及學生小組討論，解決學生線上自主學習的通用問題，并對個例問題進行針對性輔導；學生對遇到的問題及bug 根據討論結果進行實踐驗證；最后，教師總結課程，分析知識點在權限管理系統中的應用。

基于翻轉課堂的線上線下教學模式激發(fā)了學生的學習興趣，引導學生自主學習企業(yè)級項目；學生通過線上視頻進行項目復現，線下問題答疑解決項目編程中的陷阱，實現了課程理論與實踐的一次翻轉[8-9]。這在很大程度上避免了學生由于長時間遇到程序陷阱問題無法解決而產生的對程序設計畏懼的情況。通過基于翻轉課堂的線上線下混合式教學模式，能使學生發(fā)揮主體作用，提高團隊協作能力、研究能力和創(chuàng)新能力。

1.4 企業(yè)級綜合案例在教學中的應用

項目學習是以建構主義、實用主義和發(fā)現理論為基礎的一種教學模式[4-7]。JavaEE 課程以權限管理項目為學習主線，以JavaEE 學科的原理、知識點為中心，以制作權限管理系統軟件為目的。將權限管理系統分解為各個知識點，教師通過合理的項目環(huán)節(jié)，將零散的知識點串聯成權限管理系統綜合項目，在教學中借助線上教學平臺及教學資源開展教學活動。企業(yè)級項目在教學過程中，主要講解各知識點在項目中的運用、軟件開發(fā)流程和各功能模塊接口。對于相互關聯的未學知識點，教師讓學生通過代碼復制，根據視頻講解進行程序復現。這種新型的探究性學習模式與工程認證解決復雜工程問題的要求不謀而合。

1.5 改革評價方式

課程考核的主要目的是檢查教學效果是否達到課程教學目標。JavaEE 課程的三個教學目標分別是：

（1）對JavaEE 中的相關概念、技術、方法正確理解，使學生能夠針對具體復雜工程問題，選擇合理的技術及方法進行設計。

（2）能夠使用Eclipse、IntelliJ IDEA 等開發(fā)環(huán)境，運用JAVAEE技術進行web工程設計、編碼、調試、部署等，并能考慮其方案的優(yōu)缺點，并實現其技術方案。

（3）能夠掌握使用JavaEE 進行計算機軟件開發(fā)的總體架構及流程，并能分析其優(yōu)缺點，并培養(yǎng)其工程實踐能力。課程的教學目標主要是要提高學生的實踐能力、分析問題能力及使用工具的能力。傳統的考試方式主要考查靜態(tài)知識的掌握，學生通過考前短時間突擊就可以應付考試，缺乏對學生實踐能力、分析問題能力及使用工具能力的考核。為了更好的完成教學目標，并適應工程認證要求，該課程實行過程化考核與項目化考核相結合的方式。過程化考核占總成績的60%，包括線上討論、線下問題解答、課上交互情況等；項目化考核占總成績的40%，主要包括項目演示、項目答辯、報告撰寫等模塊。在具體的考核過程中，過程化考核采用按節(jié)、按知識點進行考核，超星學習通平臺對學生的每節(jié)討論、視頻觀看與問題答疑有具體統計。按統計結果，根據分配的權重，計算出過程化考核得分。在項目化考核，中根據項目報告、項目的完成情況及現場答辯給出項目化考核得分。最后對過程化考核得分和項目化得分加權計算出綜合得分。

2 結論與探討

2020 年第二學期采用改革后的教學模式對計科1901 班進行授課。網絡1901 班學生采用傳統的授課模式，作為對照組。網絡1901 班及計科1901 班都是53 人，大學入校時分數相當，且是同一輔導員。從期末總評成績上看，計科1901班總評成績有了較大的提高。通過兩個教師對兩個班級的項目總評成績進行評定，計算平均分。分析結果為：計科1901 班JavaEE 學生不及格人數占比為3.8%，網絡1901 班不及格人數占比為11.3%;計科1901 班，80 分以上學生人數占班級總人數的25.4%,網絡1901 班，80 分以上占班級總人數18%。從參加學校的互聯網+大賽來分析：計科1901 班參賽項目15 項中獲獎人數為10 項，網絡1901 班參賽項目15 項中，獲獎人數為6 項。從項目功能完成情況、項目代碼規(guī)范、項目流程及規(guī)劃來分析，計科1901 班學生項目明顯優(yōu)于網絡1901 班。

綜上所述，企業(yè)級項目為學生解決復雜工程問題提供了案例，基于翻轉課堂的線上線下混合教學模式為項目復現提供了保障。改革后的評價方式為學生持續(xù)學習提供了續(xù)航力。項目化教學、基于翻轉課堂線上線下混合式教學模式符合JavaEE 編程類課程特點，能夠提高學生學習效果，值得在類似課程中推廣實施。