工程教育專業認證背景下面向對象程序設計課程改革與實踐

孫 寧 曲海成

遼寧工程技術大學軟件學院，遼寧 葫蘆島 125105

工程教育專業認證是國際通行的工程教育質量保障制度，認證的核心理念是“以學生為中心，以產出為導向（Outcome Based Education，縮寫為OBE），持續改進”。工程教育專業認證是以培養目標和畢業要求為導向的培養模式，以畢業要求支撐培養目標，課程目標支撐畢業要求。課程是本科教育的核心，各門課程目標的達成在人才培養過程中尤為重要[1-2]。

Java 語言是面向對象程序設計語言的主流語言之一，遼寧工程技術大學軟件工程專業面向對象程序設計課程主要結合Java 語言講授面向對象程序設計思想及方法，是軟件工程專業的一門專業核心課程，也是后續課程Java 高級開發技術和軟件設計方法的重要基礎。該課程對于軟件工程專業學生程序設計思維的培養和編碼能力的訓練具有極其重要的作用，是培養學生綜合應用能力和工程實踐能力的重要課程之一。

一、教學中存在的主要問題

面向對象程序設計主要講授面向對象思想及Java語言，該課程具有較強的理論性、抽象性和實踐性，該課程在教學過程中存在如下問題。

一是課程目標與畢業要求指標點的對應不足，每個教學內容與環節無法做到對學生的學習效果進行測量、和評價，不能衡量學生通過課程的學習是否達到畢業要求，無法為課程持續改進提供依據[3-4]。

二是課程邏輯性較強，結構較復雜。對于已經學過C 語言程序設計的學生而言，要理解面向對象思想與相關概念較為困難，編程思想難以轉變。同時面向對象程序設計要求設計者具有很強的邏輯思維能力、思路清晰，但由于部分學生缺少對邏輯思維的訓練，課堂教學難度較高，學習效果不理想[5]。

三是學生實踐能力培養不足。部分學生程序設計能力較弱，編寫、調試程序經驗不足，學生分析問題、解決問題能力得不到有效培養，尤其是不能運用所學知識進行工程應用。實踐能力培養達不到預期效果[6]。

四是考核方式單一，不能體現“以學生為中心，以能力培養為核心”的目標，學生學習主動性弱。考核成績中試卷比例較大，導致一些學生課堂積極性差，考試依賴期末突擊復習。部分學生課堂參與程度低，學習效果較差，程序設計能力及創新能力得不到提升[4]。

二、課程教學內容及目標

本課程主要講授內容包括面向對象思想概述、Java語言基本語法、面向對象程序設計主要思想、面向對象特征、常用類的使用、異常處理、圖形界面編程、輸入輸出流、多線程等主要內容。課程學習目標見表1。

表1 課程學習目標

（續表）

三、教學改革設計與實踐

教學改革主要從課程自身特點出發，在明確課程目標的基礎上，調整優化課程內容、完善課程大綱、改革教學方法，創新能力培養手段，突出“學生參與”，側重“能力考核”，在培養學生掌握基礎理論的基礎上，實現從編程能力、綜合應用能力到工程實踐能力的全方位能力培養的目標。從而提高教學質量，培養學生解決工程問題的能力[6-8]。課程教學環節與能力培養目標如圖1所示。

圖1 課程教學環節與能力培養目標

（一）“以學生為中心”的課堂教學，加強學生編程能力的培養

傳統程序設計類課程教學模式為“理論課+實驗”，授課教師在教室講解理論并演示程序，學生再通過安排的實驗課動手實踐，容易產生理論課的講解和演示學生體會不深刻，實驗時又無從下手，理論與實踐脫節等現象。本教學模式改革采用“邊講邊練，以練代講”的方法，可以很好地解決理論實踐脫節問題。在課程安排中取消實驗課，全部學時均在網絡教室進行授課，讓學生做到“學中做，做中學”[9]。將理論內容結合案例進行講解，并設計與講解案例相似或進階的案例作為課堂訓練案例，并指導學生完成。本課程共設計20個課堂訓練案例用于“邊講邊練”，即教師講授理論后學生動手實踐完成課堂訓練案例。設計8 個“以練代講”啟發式訓練案例，主要是給出案例的實現流程，讓學生在實踐后總結規律。

（二）“課內外相結合”的綜合訓練項目，培養學生綜合應用能力

為培養學生綜合應用能力，本課程在教學過程中的不同教學階段增加綜合訓練項目。綜合訓練項目的實施包括提出問題、解決問題、優化設計、綜合評價等諸多環節。過程如下：首先，教師布置綜合訓練項目及要求，并給出必要的指導說明，要求學生利用課后時間分組獨立完成該項目。其次，采用分組答辯的形式進行驗收。項目答辯由自述、演示程序和回答問題構成，每組答辯成績由教師和學生共同評定，各占50%。最后，教師對答辯及訓練項目進行總結，學生根據總結情況對完成項目進行優化，并提交項目報告及程序源代碼，教師根據報告內容及規范程度給出報告成績。

在“承認學生差異、保證發揮個人特長”的前提下，讓每名學生最大限度地參與綜合訓練項目。項目實施采用分組方式完成，在學習過程中確保1/3 的學生能積極主動參與，1/3 的學生能在帶動下完成分工工作，1/3的學生能盡自己所能參與項目。讓學生各盡所能將自己的才能發揮出來。該環節的引入，能調動學生參與訓練項目設計開發、參與分工合作、參與成績評定、參與競爭。通過參與答辯與評價，產生對問題的多種解決方案的思考，有效開拓思維，使學生真正成為“主體”，而教師盡可能地扮演好“主導”的角色。這提高了學生程序設計能力，培養了學生學習能力、分析解決問題能力、規范文檔能力和團隊合作精神。

（三）“校企合作”綜合實訓環節，實現工程實踐能力的培養目標

綜合實訓集中實踐環節是以面向對象程序設計課程為基礎，并結合數據庫原理及應用和軟件工程等課程完成的綜合課程設計。為期2周的設計要求學生采用面向對象的設計思想，使用Java 程序設計語言，結合數據庫技術，按照規范的軟件開發流程完成軟件系統的設計與開發。該環節從選題、過程指導到最后的成績考核全程由企業的指導教師來完成。設計題目來源于企業的實際項目，開發過程完全符合企業開發流程，編碼及文檔的規范符合企業要求，這對培養學生工程實踐能力起到積極作用。

（四）形成性評價方式注重“過程考核，能力考核”

面向應用型人才培養，應根據學生特點，采用新型教學模式，選擇新型教學方法，從知識為主轉變為能力為主，從“一考定終身”向“形成性考核”轉變，構建以能力考核為核心的人才培養評價體系，具體評價方法見表2。該評價模式可以充分調動學生的學習積極性，增強學生的自主學習能力，提高學生的創新就業能力和社會適應能力[10]。

表2 形成性評價構成

(續表)

四、課程目標達成度分析

工程教育專業認證中課程的評價主要體現的是課程目標的達成度。課程目標達成度是指任課教師在教學實施過程中所能達到預定目標的程度。課程目標達成度評價是教學評價的重要部分，既反映了學生對相關知識、能力的掌握情況，又是教學設計和教學環節的基本反饋[10，12]。該課程改革內容在2017 級軟件工程專業學生中進行了實踐，課題組對該課程進行了目標達成度分析。

（一）試卷總體成績分析

試卷總體成績分析包括考試成績分布（見表3）和考試成績分析（見表4）、試題分項成績分析（見表5）。

表3 考試成績分布

表4 考試成績分析

表5 試卷分項成績分析

（二）課程達成度分析報告

1.基礎數據

學生課程形成性評價考核基礎數據見表6。

表6 課程考核基礎數據

2.課程目標達成度評價

根據課程目標達成度計算公式（1-1）計算得到課程目標達成度評價見表7。

表7 課程目標達成度評價表

（三）課程改革整體效果分析及持續改進

在培養方案中，設定該課程的課程目標達成度合格標準值為0.7，分析結果顯示：

1.整體上面向對象程序設計教學改革的實施能基本支撐課程目標達成度要求。O1、O3和O4符合達成度設定標準，O2 達成度低于設定標準，O5 達成度相對較高。

2.課程目標O2 達成度低于合格標準，分析其原因，主要是對于Java 基本語法的考查中期末考試權重較高，而學生對語法使用比較依賴于集成開發平臺。在后續教學中可以考慮基本語法部分實踐，要求學生使用記事本作為編輯環境，避免對平臺的過度依賴，提高學生基礎編程能力。

3.課程目標O5 達成度偏高，不排除分組合作中部分學生“搭順風車”取得較好成績，在以后的教學中分組實施要細化小組成員分工，探索合理的評價方式。

4.60%的學生基本能獨立完成課堂訓練案例，具備程序設計、編寫及調試的能力；25%基礎較弱的學生能仿照教師案例完成訓練內容，并能夠理解；15%左右的學生動手能力及積極性有待提高。在后續課程中要探索開發有趣案例，進一步提高學生的興趣和參與度。

5.學生能根據綜合訓練項目要求，按照軟件開發過程完成綜合訓練項目的設計與開發，其分析問題、解決問題能力、綜合應用能力有所提高。

五、結論

文章以工程教育專業認證為依據，以OBE教學理念為指導，開展了面向對象程序設計課程的改革實踐，分析了2017 級學生課程目標的達成度。該課程改革能使學生充分參與到教學中，對學生基礎知識的掌握，程序設計、編寫、調試能力的培養，分析問題、解決問題能力的提高，軟件開發過程及文檔書寫的規范等方面均具有重要意義。同時，還培養了學生團隊合作精神，引導和激發了學生的創新精神和創新能力。該課程改革在學生能力培養方面取得了初步成效，但仍需改進教學方法和手段，才能真正使學生的學習狀態由被動向主動轉變。