基于工程師型人才培養(yǎng)的Java 程序設(shè)計教學(xué)改革與探索

黃桂萍，奎曉燕，溫創(chuàng)新

（1.湘潭理工學(xué)院數(shù)字科技學(xué)院 湖南 湘潭 411100；2.中南大學(xué)計算機(jī)學(xué)院 湖南 長沙 410000）

Java 程序設(shè)計是計算機(jī)科學(xué)中重要的基礎(chǔ)課程之一，涵蓋了編程語言的基本概念、語法和編程技術(shù)。然而，隨著計算機(jī)科學(xué)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的Java 程序設(shè)計課程常常會出現(xiàn)缺乏編程實踐能力，理解不深入等問題。例如，傳統(tǒng)的Java 程序設(shè)計課程注重語法和基本的編程技術(shù)，而現(xiàn)實世界中的應(yīng)用程序要求學(xué)生掌握更高級的技術(shù)，如面向?qū)ο笤O(shè)計、軟件工程和圖形用戶界面設(shè)計等。因此，為了提高Java 程序設(shè)計課程教學(xué)的質(zhì)量，許多高校和教師積極對Java程序設(shè)計課程教學(xué)進(jìn)行改革與研究，通過創(chuàng)新教學(xué)方法和手段，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和應(yīng)用能力，使其能夠適應(yīng)不斷變化的技術(shù)環(huán)境和需求。

湘潭理工學(xué)院于2020 年由湖南工商大學(xué)北津?qū)W院完成轉(zhuǎn)設(shè)。在新工科背景下，學(xué)校定位于服務(wù)湖南省 “三高四新” 和產(chǎn)業(yè)行業(yè)發(fā)展的應(yīng)用型本科院校，立足產(chǎn)教融合，提出全新的CFAP（C，character品格與信仰；F，fundamental skills，基礎(chǔ)能力；A，action 行動力；P，professional skills 專業(yè)能力）+項目制人才培養(yǎng)模式，培養(yǎng)社會、產(chǎn)業(yè)行業(yè)需要的各類工程師人才。Java 程序設(shè)計課程是學(xué)院計算機(jī)相關(guān)專業(yè)的必修課，實踐性和操作性強(qiáng)，連續(xù)十年位居編程語言使用榜前三[1]。Java 課程涵蓋編程語言的基本概念、語法和編程技術(shù)。隨著計算機(jī)科學(xué)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)Java程序設(shè)計課程采取的 “教師講+學(xué)生聽” “理論+實驗” 教學(xué)模式所培養(yǎng)出的學(xué)生呈現(xiàn)出理論不扎實，動手能力不強(qiáng)，無機(jī)會參與項目實踐鍛煉自身軟件系統(tǒng)開發(fā)能力，與市場人才需求脫節(jié)，畢業(yè)找工作屢屢受挫等問題。湘潭理工學(xué)院緊跟產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展前沿，積極開展Java 程序設(shè)計課程教學(xué)改革與實踐探索，采取 “四維一體” 的教學(xué)模式和 “5W+1H” 的教學(xué)方式，開展企業(yè)級項目制教學(xué)，充分利用校企合作資源，培養(yǎng)適應(yīng) “互聯(lián)網(wǎng)+” 時代的新工科工程師型技能人才。

1 相關(guān)研究

Java 程序設(shè)計課程教學(xué)改革的內(nèi)容涉及教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)評價等方面[2-3]。Liu 等[4]構(gòu)建了基于MOOC 慕課的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式和學(xué)習(xí)模式，讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主角，提高了學(xué)生的編程技能和溝通能力。Sun等[5]結(jié)合藍(lán)橋杯競賽，通過課程與競賽的融合，對Java程序設(shè)計課程進(jìn)行改革， “課賽結(jié)合” 能顯著提高教學(xué)效果。Zhu等[6-8]將OBE 成果導(dǎo)向教育理念引入Java 程序設(shè)計課程的教學(xué)中，以結(jié)果為導(dǎo)向，以學(xué)生為中心制訂教學(xué)目標(biāo)，細(xì)化課程，改革混合教學(xué)模式，加強(qiáng)校企合作，采用多元化課程評價體系，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和工程實踐能力。Sheng[9]開展Scratch 輔助教學(xué)的 “423 模式” 教學(xué)研究與實踐，在課程設(shè)計上遵循Scratch 和Java 兩條主線，在課程實施上遵循 “課前―課中―課后” 的 “423 模式” ，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了課程教學(xué)效果。這些研究為本項目提供了新的思路和方法，豐富了Java程序設(shè)計課程的教學(xué)內(nèi)容和形式，為教育工作者和教師提供了重要的參考和借鑒，促進(jìn)了Java程序設(shè)計課程教學(xué)的改進(jìn)和優(yōu)化。也為Java 程序設(shè)計領(lǐng)域的研究提供了新的思路和方向，推動了Java 程序設(shè)計領(lǐng)域的創(chuàng)新和發(fā)展。

2 Java 程序設(shè)計課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

湘潭理工學(xué)院于2023 年6 月迎來了第一屆畢業(yè)生，畢業(yè)生就業(yè)工作已經(jīng)接近尾聲，學(xué)院通過對畢業(yè)生的就業(yè)跟蹤、用人單位反饋以及對四年來教學(xué)質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，總結(jié)出學(xué)院Java 程序設(shè)計課程教學(xué)存在以下問題：

①教學(xué)方式傳統(tǒng)。雖然教學(xué)改革每年都在大力推行，但 “教師講+學(xué)生聽” “理論+實驗” 的傳統(tǒng)授課模式依然為學(xué)院目前主流的教學(xué)方式。學(xué)校最新教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控報告顯示，2023 年2―3 月，校、院兩級督導(dǎo)聽課共計540 節(jié)，其中二級學(xué)院督導(dǎo)聽課483 節(jié)，校級督導(dǎo)聽課57 節(jié)，反饋的典型問題之一為教學(xué)方式比較單一，授課局限于PPT 內(nèi)容，思路打不開，新觀點引不進(jìn)。近兩年Java 程序設(shè)計課程教學(xué)也存在同樣的問題，不能充分利用MOOC、頭歌、智慧樹等網(wǎng)絡(luò)資源平臺，以及翻轉(zhuǎn)課堂、分組討論、項目制教學(xué)等多樣化的方式來開展教學(xué)。

②學(xué)生缺乏實踐。課程教學(xué)以多媒體授課為主，每周安排一次上機(jī)實踐課，內(nèi)容為每個知識點的小案例。整個課程學(xué)完后，學(xué)生不能綜合運用所學(xué)知識解決實際問題，不能用Java語言進(jìn)行軟件項目開發(fā)，對于開發(fā)過程中相關(guān)文檔（可行性分析報告、項目開發(fā)計劃、需求說明書、概要設(shè)計文檔、詳細(xì)設(shè)計文檔、用戶操作手冊等）的撰寫不懂，不能體會軟件開發(fā)過程中團(tuán)隊協(xié)作、溝通方式以及相關(guān)規(guī)范、文檔的重要性和必要性，這些能力恰恰是IT 信息技術(shù)人員最基礎(chǔ)的核心技能。Java 程序設(shè)計課程教學(xué)改革需要加強(qiáng)實踐環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的實際應(yīng)用能力和綜合素質(zhì)。

③考核方式單一。課程的考核由平時成績（課堂出勤、作業(yè)、課堂表現(xiàn)、實驗表現(xiàn)）加期末考核（試卷或上機(jī)）兩大部分組成，平時成績占40%，期末占60%。集中式的考核機(jī)制不能全面檢測和反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，同時導(dǎo)致學(xué)生平時學(xué)習(xí)沒有緊張和壓迫感，加上驅(qū)動力不足，往往在考試前臨時抱佛腳突擊復(fù)習(xí)。Java 程序設(shè)計課程教學(xué)改革需要綜合考核學(xué)生的實際應(yīng)用能力和綜合素質(zhì)，而目前的考核方式主要是傳統(tǒng)的考試成績，缺乏實際應(yīng)用環(huán)節(jié)和項目實踐等考核方式，故難以全面評價學(xué)生的能力和水平。

④學(xué)習(xí)缺乏持續(xù)和系統(tǒng)性。Java 程序設(shè)計課程開設(shè)完成后，沒有安排實踐項目加以鞏固和運用，沒有安排后續(xù)項目引導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)而深入地探究。學(xué)生學(xué)習(xí)形成點到即止的現(xiàn)象，局限于教學(xué)安排的課堂64 課時，一個假期過后返校，所學(xué)知識全部返還老師。

⑤教學(xué)資源不足。由于學(xué)校辦學(xué)年限短，大部分實驗室和教學(xué)設(shè)備都還在建設(shè)和完善中，所以目前學(xué)校軟硬件教學(xué)資源不充足，教學(xué)改革面臨一定的困難和挑戰(zhàn)。

3 Java 程序設(shè)計課程教學(xué)改革與探索

課程組針對學(xué)院Java 程序設(shè)計課程教學(xué)中存在的問題，借鑒和參考已有教學(xué)改革經(jīng)驗，結(jié)合學(xué)院推行的CFAP工程師型人才培養(yǎng)模式，充分利用學(xué)院現(xiàn)有資源對本課程進(jìn)行教學(xué)改革和實踐探索，經(jīng)過一年的實踐，取得了比較好的成效。

3.1 課程設(shè)置改革與實踐

學(xué)院完成轉(zhuǎn)設(shè)后，根據(jù)CFAP工程師型人才培養(yǎng)理念，修訂了全新的人才培養(yǎng)方案。根據(jù)就業(yè)崗位群技能需求，計算機(jī)類各專業(yè)均開設(shè) “面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計（Java）” 課程，總學(xué)時為64 學(xué)時，先導(dǎo)課程為C語言，同軌課程為數(shù)據(jù)庫，此為第一課堂。增加校企合作的工程項目為實戰(zhàn)項目，并與粵嵌、千鋒、新夢想IT 等企業(yè)共建 “實訓(xùn)項目資源庫” ?，F(xiàn)庫里建有 “浙江地級市宏觀經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)” “鋒云醫(yī)療健康系統(tǒng)” “飛揚的小鳥” 等30 多個項目，并在不斷增加和完善中。增加 “互聯(lián)網(wǎng)+” 大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、 “挑戰(zhàn)杯” 、藍(lán)橋杯、計算機(jī)程序設(shè)計、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等各類學(xué)科競賽為綜合應(yīng)用類持續(xù)項目，此為第二課堂。對課程設(shè)置進(jìn)行改革，使得學(xué)生缺乏實踐、教學(xué)資源不足等重大問題得到了有效緩解，重新設(shè)置后的課程得到了學(xué)生的認(rèn)可和好評，提高了學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)興趣。

3.2 教學(xué)實施改革與實踐

3.2.1 教學(xué)實施

將Java 程序設(shè)計課程由原來的半機(jī)房上課轉(zhuǎn)變?yōu)槿珯C(jī)房授課。理論講解和實操相結(jié)合， “邊講邊寫邊練” 。教師在學(xué)生練習(xí)期間，主動解答學(xué)生的問題，了解學(xué)生掌握情況，適時調(diào)整授課節(jié)奏。本課程內(nèi)容劃分為三篇，第一篇為語法基礎(chǔ)、流程控制、數(shù)組等基礎(chǔ)知識，因有C語言作基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)難度不大，學(xué)生缺乏的是邏輯思維能力及上機(jī)實踐能力。第二篇是重點，為類和對象，包括類、對象、繼承、多態(tài)、抽象類、接口、包和內(nèi)部類等內(nèi)容，學(xué)完本篇，學(xué)生應(yīng)能掌握如何用面向?qū)ο蟮乃季S編寫Java程序，解決現(xiàn)實問題。第三篇為核心技術(shù)，包括異常處理、字符串、常用類庫、集合類、輸出、數(shù)據(jù)庫操作、Swing 程序設(shè)計、Java 繪圖、多線程和網(wǎng)絡(luò)通信等內(nèi)容，學(xué)完本篇，學(xué)生應(yīng)能開發(fā)出一些小型應(yīng)用程序。最后通過安排為期一周的計算機(jī)程序?qū)嵺`項目，由企業(yè)工程師帶訓(xùn)，學(xué)生自由組隊，選做項目資源庫里的一個項目，全程運用軟件工程的設(shè)計思想，采用真實項目開發(fā)流程，按照 “項目管理—開發(fā)環(huán)境—代碼&文檔—質(zhì)量&安全—持續(xù)集成—軟件部署” 步驟，模擬團(tuán)隊開發(fā)，全過程體驗和完成公司項目開發(fā)的完整流程。此外，在后續(xù)的學(xué)科競賽中，學(xué)生持續(xù)對Java程序進(jìn)行進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，不斷強(qiáng)化工程應(yīng)用能力。

3.2.2 教學(xué)模式

以企業(yè)需要的技術(shù)型工程師人才為培養(yǎng)目標(biāo)，采用 “四維一體” 的教學(xué)模式，全方位培養(yǎng)學(xué)生。第一維是專業(yè)技能，包括Java 工程師初級技能、高級技能、項目規(guī)劃、需求分析、項目設(shè)計、開發(fā)測試、文檔編寫、項目部署和項目開發(fā)流程等專業(yè)技能。第二維是項目經(jīng)驗，包含實踐項目開發(fā)經(jīng)驗和分享項目開發(fā)經(jīng)驗。第三維是思維拓展，學(xué)生在項目中融入自己的想法、開展獨立分析和學(xué)習(xí)。第四維是綜合素養(yǎng)，包括團(tuán)隊合作能力、溝通表達(dá)能力、個人職業(yè)素養(yǎng)、公司規(guī)章制度和個人職業(yè)規(guī)劃。在教學(xué)過程中，將以上四個維度融合到一體，把整個項目從設(shè)計、開發(fā)、實施、交付維護(hù)等拆分到課程的不同階段，每個階段都采用 “四維一體” 的教學(xué)模式展開教學(xué)，不僅讓學(xué)生掌握專業(yè)技能，體驗公司的開發(fā)流程，更注重培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作意識和獨立解決問題的能力，提高學(xué)生實踐動手能力和就業(yè)價值。整個過程中，采用 “5W+1H” （what―何事，why―何故，who―何人，where―何地，when―何時，how―何法）的教學(xué)方式，課程中引導(dǎo)學(xué)生思考并解決問題。

3.2.3 企業(yè)化教學(xué)及管理

按照權(quán)威的移動互聯(lián)網(wǎng)公司的項目流程要求和標(biāo)準(zhǔn)，對課堂和實訓(xùn)項目進(jìn)行管理，涉及項目的市場調(diào)查、需求分析、項目規(guī)劃、項目開發(fā)、BUG和集成測試、產(chǎn)品提交、產(chǎn)品上線、產(chǎn)品推廣、產(chǎn)品試運營、產(chǎn)品正式運營等各階段。課堂教學(xué)和項目實訓(xùn)過程中，要求學(xué)生使用最權(quán)威的移動互聯(lián)網(wǎng)公司的標(biāo)準(zhǔn)文檔和工具，教師為學(xué)生提供各類模板、資料和開發(fā)工具，包括需求文檔的模板、市場調(diào)查的模板和資料、項目策劃的模板、項目開發(fā)的框架和工具、項目測試文檔模板和工具、產(chǎn)品提交環(huán)境、產(chǎn)品運營的資料等。按照真實的、正規(guī)公司的管理制度管理和約束學(xué)生，為學(xué)生營造并使其感受真實的公司工作氛圍。

3.2.4 開展項目制教學(xué)

項目制教學(xué)實施流程：需求（進(jìn)行需求分析）―計劃（提交工作計劃）―決策（與企業(yè)工程師進(jìn)行專業(yè)討論后決策）―實施（編碼實現(xiàn)）―測試（形成測試報告）―總結(jié)（與企業(yè)工程師進(jìn)行專業(yè)討論）。以小組的形式進(jìn)行課程的教學(xué)和實訓(xùn)項目的開發(fā)，鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊合作能力。每個小組選出一位有責(zé)任感、有擔(dān)當(dāng)?shù)男〗M長，保證本小組課程學(xué)習(xí)和小組項目的有序進(jìn)行。在學(xué)習(xí)過程中，教師每天都會講解新的知識點，融入一些簡單的小例子，并與學(xué)生進(jìn)行有趣的小游戲互動，使學(xué)生對編程更加感興趣。組織學(xué)生模擬公司的開會，討論項目的進(jìn)度和問題，學(xué)生可以發(fā)表對項目目前發(fā)展階段的建議和意見，使項目更完善。在項目實訓(xùn)過程中，學(xué)生要寫周報或日報，記錄自己的進(jìn)步和收獲。項目即將結(jié)束時，學(xué)生需要進(jìn)行項目總結(jié)和匯報，包括學(xué)習(xí)以及項目相關(guān)數(shù)據(jù)的總結(jié)，如項目代碼的工作量統(tǒng)計、BUG 的統(tǒng)計率與解決率等，全面提升教學(xué)質(zhì)量。

3.2.5 過程化考核

成績由個人考核成績（占總成績的30%，包括考勤、階段作業(yè)、團(tuán)隊表現(xiàn)）、項目組考核成績（占總成績的50%：包括方案設(shè)計、組織實施、技術(shù)）和項目匯報成績（占總成績的20%：包括項目匯報、項目報告、項目總結(jié)）三部分構(gòu)成，根據(jù)評分標(biāo)準(zhǔn)展開評分。

3.2.6 以賽促學(xué)，以賽促教

競賽是通向杰出工程師型技術(shù)人才的捷徑，為了使學(xué)生能學(xué)以致用，除去教學(xué)計劃中的64 個課時及程序設(shè)計實踐項目外，教學(xué)團(tuán)隊還成立了學(xué)科競賽小組，劃分四大類：數(shù)學(xué)建模、程序設(shè)計、 “互聯(lián)網(wǎng)+” 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽和 “挑戰(zhàn)杯” 競賽。配以指導(dǎo)老師在大學(xué)四年中不分時段開展常態(tài)化競賽指導(dǎo)，以賽促學(xué)，以賽促教，企業(yè)工程師全方位參與學(xué)科競賽指導(dǎo)。在過去的兩年里，實踐取得非常好的效果，具體體現(xiàn)在四大類學(xué)科競賽中，在參賽隊伍和參賽總?cè)藬?shù)不變的情況下，學(xué)生摘得省級以上獎項由2021 年的6 項增加到2022 年的26 項。

4 結(jié)語

本文針對學(xué)院Java程序設(shè)計課程教學(xué)存在的問題，結(jié)合學(xué)院推行的CFAP 工程師型人才培養(yǎng)模式，充分利用學(xué)院現(xiàn)有資源進(jìn)行教學(xué)改革與實踐。在課程設(shè)置上，增加第二課堂，以校企合作的綜合應(yīng)用為持續(xù)項目，與企業(yè)共建 “實訓(xùn)項目資源庫” 。在教學(xué)實施上，采用 “四維一體” 的教學(xué)模式和 “5W+1H” 的教學(xué)方式開展項目制教學(xué)，采用企業(yè)化管理模式進(jìn)行教學(xué)管理，將單一化的考核方式改為過程化考核方式，并全力推進(jìn)各類學(xué)科競賽，以賽促學(xué)，以賽促教。通過整合教學(xué)資源和實施教學(xué)改革，學(xué)生缺乏實踐經(jīng)驗和內(nèi)驅(qū)力、教學(xué)資源不足、教學(xué)方式單一等問題得到了有效解決。重新設(shè)置后的課程得到了學(xué)生的認(rèn)可和好評，提高了學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)興趣。教學(xué)實施的改革，提高了Java程序設(shè)計的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，體現(xiàn)在今年學(xué)生的就業(yè)、用人單位的反饋以及各類學(xué)科競賽所取得的成績中。本研究為其他程序設(shè)計類課程教學(xué)改革提供了新的思路和方向，為其教師進(jìn)行教學(xué)改革提供了經(jīng)驗和借鑒。