面向多層次能力培養(yǎng)的Java程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)實(shí)踐

李小智 劉偉 丁長(zhǎng)松

摘? 要： 針對(duì)目前Java程序設(shè)計(jì)課程本科教學(xué)存在的普遍問(wèn)題，提出以能力為導(dǎo)向的教學(xué)模式。進(jìn)一步明確課程的能力培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建課程多層次能力模型，細(xì)化教學(xué)內(nèi)容和能力培養(yǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，采取多種教學(xué)措施，并介紹實(shí)施過(guò)程，說(shuō)明教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞： Java程序設(shè)計(jì); 教學(xué)模式; 培養(yǎng)目標(biāo); 能力模型

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ?文章編號(hào)：1006-8228（2020）04-81-04

Teaching practice of Java programming course for multi-level ability cultivation

Li Xiaozhi， Liu Wei， Ding Changsong

（Hunan University of Chinese Medicine School of Informatics， Hunan， Changsha 410208， China）

Abstract： Aiming at the common problems in the undergraduate teaching of Java programming course， this paper proposes a ability oriented teaching mode to further clarify the ability training objective of the course， build a multi-level ability model of the course， refine the corresponding relationship between teaching content and ability training， and take a variety of teaching measures. It introduces the implementation process and shows the teaching effect.

Key words： Java programming; teaching mode; training objective; ability model

0 引言

隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新信息技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)應(yīng)用型人才的社會(huì)需求量逐年增加。應(yīng)用型高校作為培養(yǎng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用型人才的主陣地，以新工科建設(shè)為契機(jī)，注重社會(huì)需求導(dǎo)向作用，積極采取各種措施推動(dòng)教學(xué)改革，提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量和速度。程序設(shè)計(jì)能力是計(jì)算機(jī)應(yīng)用型人才的基本能力之一，如何提高程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)質(zhì)量是各高校計(jì)算機(jī)專業(yè)進(jìn)行教學(xué)改革的重點(diǎn)內(nèi)容。

Java程序設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)類專業(yè)基礎(chǔ)核心課程，教學(xué)目標(biāo)主要有三個(gè)：知識(shí)目標(biāo)、思維目標(biāo)、能力目標(biāo)[1]。目前，該課程的本科教學(xué)存在普遍問(wèn)題，重視知識(shí)目標(biāo)，而思維目標(biāo)和能力目標(biāo)由于缺乏有效評(píng)價(jià)機(jī)制，并沒(méi)有受到足夠重視。教學(xué)以教師為主，以課堂為中心，采用“理論+實(shí)驗(yàn)”方式，教學(xué)模式陳舊，教學(xué)效率不高。教學(xué)過(guò)程中學(xué)生主體作用沒(méi)有得到充分體現(xiàn)，學(xué)生只是按照要求完成學(xué)習(xí)任務(wù)，自主學(xué)習(xí)能力較弱，創(chuàng)新能力極度缺乏[2]。因此，Java程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)需擺脫以知識(shí)傳授為主的教學(xué)慣性，實(shí)施以能力為導(dǎo)向的課程教學(xué)，采用靈活多樣的教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生包括編程能力在內(nèi)的多層次能力，來(lái)與新工科建設(shè)人才培養(yǎng)目標(biāo)高度契合。

1 能力培養(yǎng)目標(biāo)

1.1 學(xué)習(xí)能力

受傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式影響，大學(xué)生早已習(xí)慣了所學(xué)知識(shí)來(lái)源于教材、課堂和教師[3]，學(xué)習(xí)的目的大都是為了完成老師布置的作業(yè)和通過(guò)考試，是一種他主學(xué)習(xí)行為，對(duì)課程知識(shí)的探究并沒(méi)有真正成為學(xué)習(xí)內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力，不能滿足Java語(yǔ)言學(xué)習(xí)的要求。Java知識(shí)點(diǎn)多，版本更新快，特別是第三方組件豐富，要求學(xué)生要有很強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)能力。因此，教師在教學(xué)過(guò)程中，不僅要研究“如何教”，更重要的是積極引導(dǎo)學(xué)生“如何學(xué)”，要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、探索問(wèn)題、解決問(wèn)題，有利于在知識(shí)的廣度上拓展和深度上挖掘，來(lái)彌補(bǔ)課堂傳授知識(shí)的局限性。培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力，增強(qiáng)終身學(xué)習(xí)意識(shí)，是能力培養(yǎng)最根本目標(biāo)。特別是在畢業(yè)后走上開(kāi)發(fā)類崗位，面對(duì)新技術(shù)的出現(xiàn)和新工具的使用，要能勝任工作，不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力尤為重要。

1.2 計(jì)算思維能力

計(jì)算思維是以計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念充分運(yùn)用為基礎(chǔ)，通過(guò)將問(wèn)題和解決方法抽象處理而實(shí)現(xiàn)問(wèn)題解決的思維過(guò)程[4]。計(jì)算思維是對(duì)客觀問(wèn)題的另一種描述，把現(xiàn)實(shí)世界問(wèn)題轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域問(wèn)題，其核心就是解決問(wèn)題。在傳統(tǒng)Java教學(xué)過(guò)程中，由于受到各種教學(xué)因素的制約，主要偏重Java語(yǔ)言本身知識(shí)講授，將語(yǔ)言的應(yīng)用交給其他課程以及學(xué)生本身，而相關(guān)課程交叉融合不夠，學(xué)生缺乏對(duì)計(jì)算思維的訓(xùn)練，導(dǎo)致在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)顯得力不從心。計(jì)算思維主要從抽象、算法、歸納、分解、評(píng)價(jià)這五個(gè)方面來(lái)體現(xiàn)和實(shí)現(xiàn)，因此在教學(xué)活動(dòng)中，教師根據(jù)不同階段的教學(xué)要求，創(chuàng)設(shè)相應(yīng)的問(wèn)題情境，分步遞進(jìn)式引導(dǎo)，學(xué)生在解決問(wèn)題過(guò)程中完成抽象建模、算法設(shè)計(jì)、編碼實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)測(cè)試等一系列過(guò)程，達(dá)到計(jì)算思維能力培養(yǎng)的目標(biāo)。

1.3 工程實(shí)踐能力

培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力為滿足軟件行業(yè)發(fā)展對(duì)應(yīng)用型和技能型人才的需要，工程實(shí)踐能力不僅是能熟練寫(xiě)出代碼，還包括編碼的規(guī)范、軟件設(shè)計(jì)模式的應(yīng)用、各種主流技術(shù)框架和開(kāi)發(fā)工具的使用以及項(xiàng)目文檔撰寫(xiě)能力等。提升學(xué)生工程實(shí)踐能力，有效解決高校教學(xué)與企業(yè)需求脫節(jié)的問(wèn)題，有利于企業(yè)降低用人成本。

1.4 團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力

一個(gè)軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)由多人組成，其中個(gè)人能力不盡相同，成員之間相互尊重，平等交流，互補(bǔ)互助，才能形成合力，最大程度地提高工作效率。團(tuán)隊(duì)要?jiǎng)?chuàng)造條件讓每位成員能在合作中充分展現(xiàn)各自的長(zhǎng)處，體現(xiàn)自我價(jià)值，這樣才能有存在感和獲得感。優(yōu)秀的表達(dá)溝通能力在團(tuán)隊(duì)中非常重要，如遇到技術(shù)及各種管理問(wèn)題，需要成員之間、師生之間有效的表達(dá)與溝通。

1.5 創(chuàng)新能力

創(chuàng)新能力是一種高級(jí)別能力，在解決具體問(wèn)題時(shí)，不固守已有的方法或模式，敢于突破常規(guī)或者另辟蹊徑。Java編程解決具體問(wèn)題，核心是設(shè)計(jì)算法，學(xué)生上機(jī)實(shí)驗(yàn)、完成作業(yè)、課程設(shè)計(jì)，可以通過(guò)師生交流、相互討論、上網(wǎng)查詢等各種途徑獲取大量信息和參考資料，學(xué)習(xí)過(guò)程中不能被已有的算法限制了思維，要能分析對(duì)比、深入思考，要能敢于提出自己的見(jiàn)解。這種學(xué)習(xí)上的創(chuàng)新，會(huì)延伸到工作上的創(chuàng)新，在“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下，信息技術(shù)在各行業(yè)的應(yīng)用，只有具備了創(chuàng)新能力才能創(chuàng)造出更大的價(jià)值。

Java語(yǔ)言教學(xué)培養(yǎng)的各方面能力，學(xué)習(xí)能力是基礎(chǔ)能力，是培養(yǎng)其他各方面能力的基本條件，編程能力、計(jì)算思維能力、工程實(shí)踐能力是專業(yè)能力，是課程教學(xué)能力培養(yǎng)的重點(diǎn)，創(chuàng)新能力是具備創(chuàng)新意識(shí)的前提下，在實(shí)踐過(guò)程獲得的高層次能力，團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力是一個(gè)軟件項(xiàng)目有序進(jìn)行的保障。課程培養(yǎng)各能力層次模型如圖1所示。

Java課程內(nèi)容（部分）與能力培養(yǎng)目標(biāo)關(guān)系如表1所示。不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)階段，能力培養(yǎng)并沒(méi)有明顯界限，只是側(cè)重點(diǎn)有所不同。

2 教學(xué)措施

2.1 調(diào)整培養(yǎng)方案，增加實(shí)踐課時(shí)

以筆者所在學(xué)院的計(jì)算機(jī)與科學(xué)技術(shù)專業(yè)為例，原有的培養(yǎng)方案基于課程內(nèi)容多，知識(shí)點(diǎn)繁雜考慮，理論課時(shí)相對(duì)偏多，總課時(shí)54課時(shí)，理論課36課時(shí)，占比為66.7%，實(shí)踐課18課時(shí)，占比僅為33.3%。修改后的培養(yǎng)方案總課時(shí)64課時(shí)，理論課36課時(shí)，占比為56.2%，實(shí)踐課28課時(shí)，占比為43.8%。實(shí)踐課時(shí)的增加更符合工程實(shí)踐類課程的教學(xué)需求，教師能安排更多實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，更能準(zhǔn)確掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，同時(shí)學(xué)生能得到更多老師親臨指導(dǎo)的機(jī)會(huì)。運(yùn)用“做中學(xué)”的教學(xué)理念[5]，將部分理論知識(shí)結(jié)合上機(jī)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行講解，采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的方式，較好地解決了課時(shí)不夠問(wèn)題。

2.2 設(shè)問(wèn)探究，強(qiáng)化自學(xué)能力

適當(dāng)引導(dǎo)，合理設(shè)問(wèn)，可以充分激發(fā)學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，學(xué)生在問(wèn)題求解過(guò)程中，查閱各種資料，利用網(wǎng)絡(luò)資源，如在線視頻、技術(shù)博客、技術(shù)論壇等獲取大量信息，對(duì)這些信息進(jìn)行分析比較、歸納總結(jié)，有利于提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。如講數(shù)組時(shí)，提出問(wèn)題：如何利用數(shù)組編程解決約瑟夫問(wèn)題，除了數(shù)組以外還有哪些解決方法？又如，C語(yǔ)言作為Java語(yǔ)言的前置課程，兩種語(yǔ)言基本語(yǔ)法有很大的相似性，講授Java基本語(yǔ)法知識(shí)時(shí)采用了翻轉(zhuǎn)課堂開(kāi)展教學(xué)[6]，課前提出問(wèn)題：兩種語(yǔ)言基本語(yǔ)法異同比較，要求學(xué)生分組討論制作PPT，課中學(xué)生匯報(bào)學(xué)習(xí)成果，師生互動(dòng)答疑，課后總結(jié)。

2.3 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，提升動(dòng)手能力

上機(jī)實(shí)驗(yàn)是為掌握課程知識(shí)點(diǎn)而設(shè)計(jì)的驗(yàn)證型或探究型實(shí)驗(yàn)，是培養(yǎng)學(xué)生編程能力的主要教學(xué)手段之一。但是各實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立，缺乏整體性和系統(tǒng)性，結(jié)果呈現(xiàn)并不直觀。課程設(shè)計(jì)以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行，要求學(xué)生分組完成某一軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，考核重點(diǎn)是運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，完成系統(tǒng)功能編碼。在講解完Swing組件使用后，發(fā)布四個(gè)項(xiàng)目：圖書(shū)管理系統(tǒng)、坦克大戰(zhàn)、連連看、網(wǎng)絡(luò)五子棋，提供項(xiàng)目需求文檔，引導(dǎo)學(xué)生自愿組隊(duì)，自由選題，利用課余時(shí)間開(kāi)發(fā)。開(kāi)發(fā)與后續(xù)日常教學(xué)同步進(jìn)行，每個(gè)小組每周提交開(kāi)發(fā)進(jìn)度表，教師及時(shí)掌握各組開(kāi)發(fā)情況。期末進(jìn)行項(xiàng)目答辯，每組派出一名成員匯報(bào)演示，演示完畢后，其他組的同學(xué)和老師進(jìn)行提問(wèn)，每組選一名代表和老師共同組成評(píng)委團(tuán)，評(píng)委根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)答辯和項(xiàng)目演示，結(jié)合平時(shí)開(kāi)發(fā)情況進(jìn)行打分。

2.4 校企合作、協(xié)同育人

高校專職教師不是一線開(kāi)發(fā)人員，對(duì)行業(yè)的技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)對(duì)人才的需求并不是十分了解，教學(xué)與市場(chǎng)需求存在脫節(jié)問(wèn)題，校企合作能較好地解決這一問(wèn)題。合作企業(yè)全程參與工程實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，包括實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的安排，實(shí)訓(xùn)計(jì)劃制定，實(shí)訓(xùn)結(jié)果的考核等，企業(yè)派出有經(jīng)驗(yàn)的軟件工程師負(fù)責(zé)工程實(shí)訓(xùn)的具體實(shí)施，實(shí)訓(xùn)內(nèi)容為實(shí)際項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)，使用當(dāng)前主流的開(kāi)發(fā)工具和軟件技術(shù)，過(guò)程管理完全按照軟件工程規(guī)范進(jìn)行。為了不占用常規(guī)教學(xué)時(shí)間，安排在期末考試后的一周時(shí)間，進(jìn)行全天封閉式集訓(xùn)，讓學(xué)生提前感受工作氛圍，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，鍛煉溝通表達(dá)等軟技能。

2.5 改變考核方式，注重過(guò)程性評(píng)價(jià)

Java程序設(shè)計(jì)課程的核心目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，以Java語(yǔ)言為工具編寫(xiě)程序解決實(shí)際問(wèn)題。動(dòng)手實(shí)踐能力是考核的重點(diǎn)，注重平時(shí)作業(yè)、上機(jī)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等過(guò)程性評(píng)價(jià)。教改前課程綜合成績(jī)由期末卷面成績(jī)、課后作業(yè)、上機(jī)實(shí)驗(yàn)三部分構(gòu)成，比例分別為：70%、15%、15%，教改后增加課程設(shè)計(jì)評(píng)分環(huán)節(jié)，綜合成績(jī)由期末卷面成績(jī)、平時(shí)成績(jī)（課后作業(yè)和上機(jī)實(shí)驗(yàn)）、課程設(shè)計(jì)三部分構(gòu)成，比例分別為50%，20%，30%?？己朔绞降恼{(diào)整改變了期末臨時(shí)突擊復(fù)習(xí)就可通過(guò)考核的情況，避免了“高分低能”。

3 教學(xué)效果

培養(yǎng)目標(biāo)的進(jìn)一步強(qiáng)化，教學(xué)和考核方式的調(diào)整，這些都得到了學(xué)生的認(rèn)可。從學(xué)校教務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)上評(píng)教的結(jié)果看，滿意率在95%以上，學(xué)生普遍反映要拿學(xué)分“更難了”，同時(shí)也認(rèn)為編程能力有了很大進(jìn)步。期末結(jié)束，通過(guò)自己的努力看到正常運(yùn)行的程序，心理上增添了一份專業(yè)自信。期末考試卷面成績(jī)的合格率、優(yōu)秀率較以往還有提高。在課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，所有小組都完成了基本功能的開(kāi)發(fā)，其中不乏亮點(diǎn)，選擇“坦克大戰(zhàn)”桌面游戲的一個(gè)小組，功能上做得更豐富，擴(kuò)展了地圖功能，實(shí)現(xiàn)了自定義地圖的圖形化操作，界面如圖2。選擇“網(wǎng)絡(luò)五子棋”的小組，自學(xué)套接字編程實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信功能，界面如圖3。

工程實(shí)訓(xùn)考核結(jié)果優(yōu)秀率將近30%，學(xué)生參加各類比賽積極性更高，2019年學(xué)院在讀大二、大三年級(jí)學(xué)生組隊(duì)參加各類比賽，獲國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)4項(xiàng)，省級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)6項(xiàng)。以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的Java程序設(shè)計(jì)教學(xué)改革，學(xué)生的綜合實(shí)踐能力得到很大的提升。

4 結(jié)束語(yǔ)

面向多層次能力培養(yǎng)的Java程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式符合工程實(shí)踐類課程本身特點(diǎn)，針對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)階段，運(yùn)用不同的教學(xué)手段，達(dá)到不同的能力培養(yǎng)要求，體現(xiàn)了“寬基礎(chǔ)、重實(shí)踐、高素質(zhì)、強(qiáng)能力”的人才培養(yǎng)理念。良好的教學(xué)效果堅(jiān)定了教學(xué)改革的方向，教學(xué)措施在具體實(shí)施過(guò)程中還需要不斷細(xì)化和調(diào)整。改革對(duì)授課教師、學(xué)生和教學(xué)軟硬件環(huán)境提出了更高的要求。接下來(lái)將在以下幾方面進(jìn)一步探索：本課程與其他相關(guān)課程滲透融合，教師掌控多樣化教學(xué)方式的能力提升，校企深度合作等。

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