“Java編程基礎(chǔ)”應(yīng)用型示范課程建設(shè)

張亞鵬 閆利華

摘 要：Java編程基礎(chǔ)課程在計算機專業(yè)課程中處于核心地位，本文分析了目前Java編程基礎(chǔ)課程教學(xué)中存在的問題，在教學(xué)過程中引入工程教育思想，對教學(xué)內(nèi)容進行了重構(gòu)，教學(xué)模式上進行有效的改革與創(chuàng)新，同時進行課程思政探索，建立合理的考核評價指標(biāo)，為應(yīng)用型課程建設(shè)提供新的思路與方法。

關(guān)鍵詞：教學(xué)模式；工程教育；課程思政；考核評價

中圖分類號：G642? 文獻標(biāo)識碼：A? 文章編號：1673-260X（2023）06-0071-04

收稿日期：2023-04-06

基金項目：內(nèi)蒙古自治區(qū)一流本科課程建設(shè)項目

1 引言

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，編程語言的種類也越來越多，其中Java語言因其易學(xué)易用、跨平臺等優(yōu)勢而備受歡迎。在智聯(lián)招聘公布的《2020年新基建產(chǎn)業(yè)人才發(fā)展報告》中提到，一季度信息基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)崗位中軟件開發(fā)人才缺口最大，其中Java開發(fā)工程師的CIER指數(shù)最高，為2.73，意味著平均每個Java開發(fā)人員大約擁有3個工作崗位可供選擇[1]。目前市場上80%以上的高端企業(yè)級應(yīng)用都使用Java開發(fā)，Java是軟件開發(fā)的主流語言。因此，培養(yǎng)Java軟件開發(fā)人才對經(jīng)濟社會發(fā)展顯得至關(guān)重要。Java編程基礎(chǔ)是軟件開發(fā)的基礎(chǔ)課程，在Java軟件開發(fā)人才培養(yǎng)中具有核心地位，對計算機類專業(yè)的學(xué)生畢業(yè)后“穩(wěn)就業(yè)”起到關(guān)鍵作用。

在實際教學(xué)中，Java編程基礎(chǔ)課程也存在一些問題。傳統(tǒng)的Java編程基礎(chǔ)課程教學(xué)往往過于理論化，缺乏實際案例的引入，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動力。同時，教學(xué)內(nèi)容也缺乏與當(dāng)前行業(yè)實際需求的結(jié)合，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中難以理解Java編程在實際應(yīng)用中的作用和價值。傳統(tǒng)的Java編程基礎(chǔ)課程教學(xué)大多采用傳統(tǒng)的教師講解、學(xué)生聽講的模式，缺乏互動。對于學(xué)生來說，這種教學(xué)方法容易產(chǎn)生疲勞感，難以持續(xù)保持學(xué)習(xí)積極性。傳統(tǒng)的Java編程基礎(chǔ)課程教學(xué)，更注重基礎(chǔ)語法知識的傳授和編程技能的訓(xùn)練，缺乏創(chuàng)意方面的訓(xùn)練，導(dǎo)致學(xué)生在編程過程只會簡單重復(fù)已有的代碼，缺乏創(chuàng)新思維。傳統(tǒng)的Java編程基礎(chǔ)課程的教學(xué)，更注重個人能力的培養(yǎng)，缺乏團隊協(xié)作的訓(xùn)練，導(dǎo)致學(xué)生在工作中無法很好地與他人協(xié)作。

這些問題不僅影響學(xué)習(xí)效果，也制約了課程的發(fā)展。在此背景下，數(shù)學(xué)與計算機科學(xué)學(xué)院在2019年啟動了“Java編程基礎(chǔ)”應(yīng)用型示范課程建設(shè)，通過在教學(xué)過程中引入CDIO理念及模式，在教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)及教學(xué)模式創(chuàng)新、課程思政教學(xué)設(shè)計探索、考核評價改革等方面進行了大膽的實踐和嘗試，目的是提升課程教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，提高學(xué)生的編程實踐能力、創(chuàng)新能力、團隊協(xié)作能力、獨立思考能力和綜合應(yīng)用能力，并在此過程中使教師的教學(xué)能力得到提升。

2 教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)及教學(xué)模式創(chuàng)新

2.1 基于CDIO工程教育的課堂內(nèi)容組織

課程建設(shè)采用CDIO工程教育模式，將教學(xué)過程以工程為背景、以工程為線索、以工程為目的，從而更好地實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，將學(xué)生從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)。CDIO教育模式提倡“以工程實踐為中心，以能力培養(yǎng)為目標(biāo)”。

將Java編程基礎(chǔ)設(shè)置為理論講授和上機實踐并重的課程，注重學(xué)生的實踐能力的培養(yǎng)。例如，設(shè)計一個項目，讓學(xué)生自行完成項目的所有階段任務(wù)，從需求分析、設(shè)計、編碼到測試和運維。將設(shè)計思維引入程序設(shè)計的教學(xué)過程，讓學(xué)生從用戶需求出發(fā)，考慮如何設(shè)計更好的程序。例如，讓學(xué)生使用人機交互的設(shè)計思想，設(shè)計出更加符合用戶需求的程序界面。

將學(xué)生分組進行團隊合作項目。通過團隊合作，讓學(xué)生學(xué)會協(xié)作、溝通和分工，培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作精神和領(lǐng)導(dǎo)能力。將程序設(shè)計與實際應(yīng)用結(jié)合起來，讓學(xué)生了解程序設(shè)計在實際應(yīng)用中的作用，將所學(xué)的理論知識應(yīng)用到實踐中。在課堂教學(xué)和實踐過程中，教學(xué)團隊須引入一些企業(yè)案例，讓學(xué)生了解企業(yè)的需求和問題，從而更好地理解所學(xué)的理論知識，鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探索。教師擔(dān)當(dāng)“引路人”的角色，推薦優(yōu)秀的書籍、學(xué)習(xí)網(wǎng)站、在線課程等資源，讓學(xué)生能夠在課外自主學(xué)習(xí)和探索，了解項目管理的相關(guān)知識，學(xué)習(xí)如何進行需求分析、任務(wù)分解、進度管理等技能。同時，讓學(xué)生了解一些工具和方法的基本功能和優(yōu)勢，如UML、Git等，使之具備項目管理和版本控制意識。

提供自由的探索空間，鼓勵學(xué)生自由地嘗試新的編程思路、新的設(shè)計方法。在項目設(shè)計和實踐過程中，可以鼓勵學(xué)生提出新的創(chuàng)意和想法，如開發(fā)新的軟件功能、提出創(chuàng)新的應(yīng)用場景等。激勵創(chuàng)新成果的展示和分享，為學(xué)生提供機會與其他同學(xué)、教師和業(yè)界人士交流和分享。在教學(xué)過程中，教師適當(dāng)提出一些開放性問題，讓學(xué)生自己思考和探討，以激發(fā)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新精神。

CDIO工程教育的課堂要明確按照CDIO能力大綱的要求條款，對每章節(jié)應(yīng)該達到的目標(biāo)進行詳細(xì)組織。在教學(xué)過程中，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、協(xié)作能力、實踐能力和社會責(zé)任感等，以達到綜合素質(zhì)培養(yǎng)的目的。在課程建設(shè)過程中，梳理的課程大綱框架如表1所示，教學(xué)內(nèi)容與CDIO大綱的對應(yīng)關(guān)系如表2所示。

2.2 采用線上線下結(jié)合的教學(xué)模式

為解決傳統(tǒng)Java編程基礎(chǔ)課程教學(xué)方法單一的問題，在課程建設(shè)過程中，采用了線上線下結(jié)合的教學(xué)模式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，充分利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及豐富的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，增加了課程學(xué)習(xí)的互動性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動力。

在線下教學(xué)方面，改進了實驗教學(xué)方式，通過章節(jié)案例、綜合應(yīng)用案例提升學(xué)生的知識綜合運用能力。在實驗內(nèi)容的測評上引入CDIO測評機制，明確工程教育培養(yǎng)目標(biāo)，為培養(yǎng)優(yōu)秀的應(yīng)用型、創(chuàng)新型、復(fù)合型人才提供了量化指標(biāo)。

在線上教學(xué)方面，主要使用泛雅平臺和U+智慧云平臺。泛雅平臺主要用于理論課程學(xué)習(xí)，并記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡。在一學(xué)期內(nèi)，平臺統(tǒng)計發(fā)布任務(wù)點43個，章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)6607次（25人班型的學(xué)習(xí)次數(shù)），學(xué)生同一任務(wù)點的平均學(xué)習(xí)次數(shù)為6次，說明學(xué)生有效地利用了線上資源進行學(xué)習(xí)，線上資源利用率較高。U+智慧云平臺主要用于學(xué)生實訓(xùn)工作，使用案例由合作企業(yè)設(shè)計完成，故案例更貼近行業(yè)真實應(yīng)用。目前U+智慧云平臺實訓(xùn)項目題目為數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)，貼合當(dāng)前熱點技術(shù)。在階段評審中需要學(xué)生自行了解數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，這一階段學(xué)生學(xué)習(xí)積極性非常高，主動閱讀大量文獻，受益良多。

3 課程思政教學(xué)設(shè)計探索

習(xí)近平總書記在全國高校思政工作會議中指出，“堅持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思政工作貫穿于教育教學(xué)全過程，努力開創(chuàng)我國高等教育事業(yè)發(fā)展新局面?！秉h中央高度重視高校對學(xué)生的政治思想培養(yǎng)教育工作。習(xí)近平總書記曾在中國人民大學(xué)考察時指出：“為誰培養(yǎng)人、培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人始終是教育的根本問題”。本次示范課建設(shè)，嘗試在專業(yè)課教學(xué)主線不變的基礎(chǔ)上，巧妙地融入思政元素，做到專業(yè)教育和思政教育兩手抓，達到1加1大于2的效果，在向?qū)W生傳授知識的同時使其樹立正確的價值觀[2]。

通過信息技術(shù)的發(fā)展歷史、國內(nèi)信息技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展目標(biāo)，激發(fā)學(xué)生的民族情感和愛國情懷。通過我國信息技術(shù)公司的艱巨努力和信息領(lǐng)域領(lǐng)軍人物的奮斗事跡，讓學(xué)生更加堅定文化自信，培養(yǎng)學(xué)生鍥而不舍、知難而進的堅韌品格。通過違反網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)安全和軟件安全等方面的案例，使學(xué)生明白軟件開發(fā)的目的是造福社會和人民，絕不能危害公眾利益，包括傳播謠言和不良信息、制造電腦病毒和木馬、竊取數(shù)據(jù)、侵犯版權(quán)和網(wǎng)絡(luò)攻擊等，鼓勵學(xué)生積極參與科普活動，參加正規(guī)的網(wǎng)絡(luò)安全攻防演練，通過正規(guī)途徑報告軟件安全漏洞。

通過代碼中一個字母、數(shù)字、符號的差別，培養(yǎng)學(xué)生注重細(xì)節(jié)、一絲不茍的做事風(fēng)格，通過程序的不斷迭代、算法的不斷優(yōu)化、冗余的不斷減少、效率的不斷提高，直至完成更精致的作品，培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真、勤勞、敬業(yè)、投入、熱愛的職業(yè)素養(yǎng)。引導(dǎo)學(xué)生正確地理解技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，倡導(dǎo)科技創(chuàng)新與科技倫理并重，強調(diào)技術(shù)應(yīng)該為人類的福祉和社會進步服務(wù)，而不是為了追求利益和破壞社會和諧而存在。強調(diào)Java編程在企業(yè)和社會的重要性和影響力，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注社會熱點問題和發(fā)展趨勢，從技術(shù)角度出發(fā)，思考如何為社會提供更好的解決方案，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感和創(chuàng)新精神。在Java編程的實踐過程中，注重團隊協(xié)作和交流能力的培養(yǎng)，鼓勵學(xué)生主動承擔(dān)責(zé)任，尊重他人的意見和建議，積極溝通協(xié)調(diào)，培養(yǎng)學(xué)生團隊合作精神。在Java編程的實踐過程中，注重代碼規(guī)范和質(zhì)量的要求，強調(diào)技術(shù)和質(zhì)量的重要性，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真對待代碼的編寫和維護，提高學(xué)生的責(zé)任心和自我約束能力。

4 考核評價改革

4.1 成績考核改革

自2016年開始，改革了“Java編程基礎(chǔ)”課程的考試方式，利用百科園考試系統(tǒng)、泛雅平臺等，在線考試系統(tǒng)改為無紙化考試，提高了考試效率、降低了考試成本、提高了考試質(zhì)量和公平性。在成績評定方式上進行了改革，將原來的期末考試評定改為過程評定。通過多種方式對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進行評價，達到了綜合評價的目標(biāo)，學(xué)生能發(fā)現(xiàn)自身的優(yōu)勢和劣勢，有針對性地調(diào)整學(xué)習(xí)方法，從而提高學(xué)習(xí)效果，并能及時反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，激勵學(xué)生繼續(xù)努力的同時，幫助教師更好地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，及時地發(fā)現(xiàn)學(xué)生的問題和困惑，有針對性地進行教學(xué)調(diào)整。

在具體實施過程中，將考核方式分為平時成績、實驗項目考核成績、階段性考核幾個方面。平時成績主要依賴泛雅平臺各項考評記錄，包括簽到情況、平時作業(yè)完成情況、隨堂練習(xí)情況、學(xué)生參與問答情況等。此項考核結(jié)果占總成績的20%。實驗項目考核結(jié)合CDIO大綱要求對實驗項目進行細(xì)化考評，考核結(jié)果占總成績的20%。階段性考核包括兩次階段性考查及一次期末考核，主要定期考查學(xué)生對理論知識的掌握程度，在此項考核結(jié)果中，中期階段性考核占總成績的20%，期末考核占總成績的40%。

通過第一輪的課程改革，對Java編程基礎(chǔ)課程成績評定方式進行了指標(biāo)量化，如表3所示。

在上一輪教學(xué)中，在泛雅平臺的成績管理中設(shè)置了相應(yīng)考查項目的比重，其中課程視頻學(xué)習(xí)占20%，章節(jié)測驗占15%，章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)占10%，作業(yè)占20%，簽到占10%，課堂互動占25%，最終平均分為88分（占總評成績的20%），學(xué)生完成情況優(yōu)秀率達80%以上；在依托U+智慧云平臺的實訓(xùn)教學(xué)中，參與實訓(xùn)人數(shù)50人，提交階段性文檔共150篇，綜合成績平均分為81.1分，項目答辯結(jié)果優(yōu)秀率為70%。通過完成實訓(xùn)項目，學(xué)生對理論知識的理解有所加深，實踐能力得到了大幅度地提升。

4.2 課程評價改革

課程評價改革重點是根據(jù)課程特點，基于CDIO工程教育進行了過程考評的細(xì)化。主要分為兩大方面，以教師為主體的評價體系和以學(xué)生為主體的評價體系。

以教師為主體的考核評價形式為對小組的評價，以問題反饋和小組討論活躍情況、項目CDIO文檔報告質(zhì)量、項目完成情況和演示效果、項目的小組答辯表現(xiàn)等為評價指標(biāo)。以學(xué)生為主體的考核評價形式為組間評價和組內(nèi)評價，組間評價指標(biāo)為問題反饋和小組討論活躍情況、項目CDIO文檔報告質(zhì)量、項目完成情況和演示效果、項目的小組答辯表現(xiàn)；組內(nèi)評價指標(biāo)為小組單元測試和項目CDIO的個人能力貢獻情況及個人評價。

5 總結(jié)與展望

根據(jù)CDIO工程教育模式的方法和理念進行的課程建設(shè)與改革，已取得了部分階段性成果。經(jīng)過教學(xué)實踐證明，本次改革帶來了顯著變化，即注重工程思想的滲透，使學(xué)生時刻意識到工程學(xué)科的學(xué)習(xí)目標(biāo)，工程開發(fā)理念在現(xiàn)代軟件開發(fā)中的重要性。將課程中各個知識點通過項目和工程的貫穿，形成有機的整體，由學(xué)生以團隊的形式自主開發(fā)，從形式、內(nèi)容、時間上彌補了課程教育的局限，鍛煉了課堂教育缺失的合作能力、溝通能力、領(lǐng)導(dǎo)能力和全局觀等。

教學(xué)改革永遠是進行時，沒有完成時。因此，教學(xué)團隊下一步的工作目標(biāo)是持續(xù)完善線上教學(xué)資源，設(shè)計更多具有挑戰(zhàn)性的項目，增加線上實踐訓(xùn)練習(xí)題的數(shù)量和梯度，將課程思政與CDIO工程教育大綱融合，試驗跨學(xué)科教學(xué)，即將不同領(lǐng)域的知識融合在一起，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和跨界能力，根據(jù)學(xué)生的反饋和評價，及時調(diào)整和改進課程內(nèi)容和教學(xué)方法，建設(shè)符合高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度的金課標(biāo)準(zhǔn)課程。

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參考文獻：

〔1〕李慧偉.新工科背景下“Java開發(fā)”課程改革研究[J].科技風(fēng)，2023，36（12）：141-143.

〔2〕鐘堅成，瞿佐航，胡亞蘭.工科類程序設(shè)計課程思政教學(xué)探索[J].計算機教育，2023，21（04）：102-107+112.