基于人工智能和OBE的Java語言程序設計課程改革

潘欣 王鑫

摘 要：Java語言程序設計是計算機專業的核心課程之一，掌握該技術對于學生就業和自主創新十分重要。Java語言內容龐大，如何在有限的課時范圍內科學的安排各部分內容對于廣大教學單位是一個較大的挑戰。針對這一問題，本研究提出了一種基于人工智能和OBE（outcomes-based education）的Java語言程序設計課程目標和教學內容調整方法，并通過本方法進行了Java語言程序設計課程改革。通過對兩屆學生的學習情況對比表明，利用本方法進行的Java語言程序設計課程改革可以有效提高學生對相關知識的掌握，并使得Java教學與企業需求更加契合。

關鍵詞：人工智能；OBE；Java；課程改革；網絡爬蟲

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）18-0081-03

Abstract： Java Language Programming is one of the core courses for computer majors. Mastering this technology is very important for students' employment and independent innovation. The Java Language is huge in content， so how to arrange each part of contents in the limited class time scope is a great challenge for the general teaching unit. In order to solve this problem， this paper puts forward a method of Java Language Programming course goal and teaching content adjustment based on artificial intelligence and OBE （outcomes-based education）， and carries on the Java Language Programming course reform through this method. The comparison of the two classes of students shows that the reform of Java Language Programming curriculum with this method can effectively improve the students' grasp of relevant knowledge and make the Java teaching more consistent with the needs of enterprises.

Keywords： artificial intelligence； OBE； Java； curriculum reform； web crawler

一、概述

Java語言程序設計是計算機專業的核心課程之一，基于Java語言可以進行企業級軟件設計、建立Web應用程序、訪問物聯網設備進行大數據處理，所以Java編程技術對于學習就業和自主創新十分重要[1]。然而在大學的教學過程中，往往會遇到Java涉及的內容十分廣泛而教學課時量相對有限，如何在有限的課時范圍內安排科學的各部分內容對于廣大教學單位是一個較大的挑戰[2]。

OBE（outcomes-based education）教學模式是在教學體系中，圍繞學生經過教學過程應該取得哪些關鍵成效而開展的相關教學工作[3]；在教學過程中引入OBE可以強調教學的目標，切實提高教學質量[4]。網絡爬蟲、自然語言理解、文本的數據統計分析等人工智能技術，可以在Internet中大范圍的自動搜索數據，基于該技術可以對某一特定目標的重要程度、關注程度加以度量[5]。針對當前Java教學中存在的挑戰，本研究提出了一種基于人工智能和OBE（outcomes-based education）的Java語言程序設計課程目標和教學內容調整方法，并通過本方法進行了Java語言程序設計課程改革。通過對兩屆學生的學習和就業情況對比表明，利用本方法進行的Java語言程序設計課程改革可以有效提高學生對相關知識的掌握，并使得Java教學與企業需求更加契合。

二、方法描述

（一）人工智能的網站信息抓取與分析

本研究以廣大用人單位在招聘過程中對Java程序員的具體要求為目標，利用人工智能程序進行數據收集。收集的目標包括：大型招聘網站的用人需求信息、招聘指導性網站的Java筆試試題兩類。本文研究使用虛擬瀏覽器方式來加載數據并抽取關鍵詞：

該方法可以獲得頁面數據流DocumentStream對象，通過該對象可以讀取到頁面中的文本信息。在獲得了頁面文本信息之后，需要建立Java關鍵詞分層結構來逐步的對文本的關鍵詞進行拆解和加權。Java關鍵詞分層結構模板如圖1所示。

通過該算法可以在文本中抽取對應的關鍵詞信息，獲得對應詞的加權結果。

（二）一種基于人工智能和OBE的Java語言程序設計課程目標和教學內容調整方法

本文的一種基于人工智能和OBE的Java語言程序設計課程目標和教學內容調整方法的結構如圖2所示。

如圖2所示該方法分為三個步驟：

1. 首先通過OBE設定Java語言程序設計課程的課程目標，對于每一個目標抽取描述文本中的技術關鍵詞（如：類、數據流、DOM）。

2. 構建人工智能程序，首先利用BrowserLoad算法從招聘網站的需求信息、Java的筆試信息中抽取文本數據；然后引入Java關鍵詞的名稱層次模板使用JavaKeywordTemplateAlgorithm算法對關鍵詞進行加權，出現次數越多權值越高。對于每一個教學目標，其權值的計算公式為：

3. 將教學目標對應的課時量設定為：基礎課時+可調整課時兩個部分，可調整課時量根據關鍵詞的權值進行計算，對于權值較低的教學目標降低可調整課時量，對于權值較高的課程提高可調整課時量。

通過以上方法，可以根據企業對Java編程人才的需求調整Java教學過程中各個目標的權重以及課時量，實現教學與實際工作、就業等目標的對接。

（三）Java語言程序設計課程的教學目標和教學進程的設定

針對OBE的需求，本研究對Java語言程序設計課程的教學目標設定為4個內容：

1. 掌握Java程序設計基礎知識。了解Java的虛擬機安裝、設置和運行方法，掌握Java程序的運行框架，掌握Java程序的調用、編譯、存儲和發布方式，了解Java程序的版本迭代以及應用領域，掌握Java的基本語法結構。對于該目標，其目的是培養學生掌握計算機系統及網絡系統構成，并能夠綜合運用上述專業知識解決軟件工程及應用領域的復雜工程問題。

2. 掌握基于Java的面向對象思想和程序。掌握基于Java的類、接口的設計，掌握類的繼承、抽象類、內部類、匿名類的使用方式。掌握標準的Java模板類的構建方式，掌握基于Java的數組、列表、字典、哈希表的構建方式，掌握Java的字符串處理方式。對于該目標，其目的是培養學生掌握軟件生命周期要素，了解各種軟件開發過程管理模型。能夠適應軟件研發企業的ISO國際質量標準、CMMI軟件評價標準。

3. 掌握Java程序的結構和運行方式。掌握Java程序的調試方式，能夠單步運行代碼并分析程序錯誤。掌握異常處理、多線程處理的程序運行和調用模式。掌握Java圖形界面程序的關鍵類結構、繼承方式和運行方式。對于該目標，其目的是培養學生面向中小型軟件、或較大型軟件開發中部分模塊，具有獨立設計與開發系統的能力，具備資料收集、分析、設計、編碼、測試和維護的能力。

4. 實現Java的數據處理。能夠基于流的結構，構建二進制、文本文件的訪問程序。能夠基于Socket套接字構建基于TCP/IP協議的數據傳輸程序。能夠通過Java訪問數據庫，執行相關SQL語句并獲得結果。對于該目標，其目的是培養學生了解現代軟件開發工具如開發平臺、測試平臺、配置管理軟件和項目管理軟件的使用方法。

三、方法應用和教學改革的效果

通過本文提出的方法進行了Java語言程序設計課程改革，以當前Java教學當中常用的目標為例，利用本方法獲得的各個目標的權值列表如下：

從表中可以看出在就業和招聘過程中，數據庫、網絡、多線程、數據流的知識所占比例較高說明廣大企業對Java該領域的應用較為重視，而Windows設計、Applet設計由于近年來較為流行B/S架構和云計算，所以這兩個領域的內容較少。對于語言基礎、類與對象最為基礎的內容出現的概率仍然較高。根據這一權值結果，對Java教學的內容進行改革。為了驗證方法的有效性，本研究引入我校2015（未采用本方法進行教學改革）和2016（采用本方法進行教學改革）軟件專業兩屆同學進行測試，引入15組當前主流IT企業的筆試題進行筆試測試，測試結果對比如圖3所示：

如圖3所示2016屆由于采用了本研究提出的改革方法，加大了相關目標的課時量，使得同學對一些關鍵知識的掌握有所提高，2016屆對于15套筆試題的測試結果明顯高于2015屆同學，這說明利用本方法進行的教學改革可以Java教學與企業需求更加契合，提高教學水平。對于2015屆和2016屆學生的求職情況，本研究在企業軟件研發、網頁設計、移動設備、物聯網、服務器管理和軟件維護等領域進行了對比，采用本研究提出的教學改革之后，2016屆的同學獲得相關領域工作機會的的成功率明顯提高，說明本研究對于提高學生就業能力具有較好的作用。

四、結束語

Java語言程序設計課程是計算機科學與技術專業和軟件工程專業的學科基礎課，它是一種面向對象程序設計的設計語言，跨平臺，代碼質量較高，網絡軟件設計功能突出。該課的開設使同學們更好地理解面向對象的思想，充分掌握程OOP的相關概念、理論及程序設計方法與技巧，養成良好的編程習慣，形成規范的編程風格。當前眾多企業均將掌握Java編程作為衡量學生編程能力、技術水平的重要；較好的掌握Java語言不但可以提高學生的就業能力，而且在學生進行自主創業時也可以發揮重要作用。然而，Java語言程序設計這門課程所占課時量相對比較固定，如何在有效的時間范圍內教給學生更具價值的內容，掌握更有用的知識是一個較大的挑戰。本研究提出了一種基于人工智能和OBE（outcomes-based education）的Java語言程序設計課程目標和教學內容調整方法，并通過本方法進行了Java語言程序設計課程改革。利用本文提出的方法，可以更加有效的設定教學目標、調整各個目標所占的課時量，使得教師可以充分利用有限的教學時間傳授學生與與企業需求更加契合的知識，通過實際改革和對比表明，本方法Java語言程序設計課程改革十分有效。

參考文獻：

[1]李東明，趙偉.Java語言課程實踐教學改革[J].計算機教育，2011，13：122-125.

[2]史學梅，孟祥瑞.JAVA課程教學改革探索[J].信息系統工程，2011，7：98-99.

[3]楊毅剛，孟斌，王偉楠.基于OBE模式的技術創新能力培養[J].高等工程教育研究，2015，6：24-30.

[4]柏晶，謝幼如，李偉，等.“互聯網+”時代基于OBE理念的在線開放課程資源結構模型研究[J].中國電化教育，2017，360：64-70.

[5]劉愛琴，王友林，尚珊.基于爬蟲技術的關鍵詞關聯推薦算法優化與實現[J].情報理論與實踐，2018，4：134-138.