“Java編程基礎”應用型示范課程建設

張亞鵬 閆利華

摘 要：Java編程基礎課程在計算機專業課程中處于核心地位，本文分析了目前Java編程基礎課程教學中存在的問題，在教學過程中引入工程教育思想，對教學內容進行了重構，教學模式上進行有效的改革與創新，同時進行課程思政探索，建立合理的考核評價指標，為應用型課程建設提供新的思路與方法。

關鍵詞：教學模式；工程教育；課程思政；考核評價

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

收稿日期：2023-04-06

基金項目：內蒙古自治區一流本科課程建設項目

1 引言

隨著計算機技術的不斷發展，編程語言的種類也越來越多，其中Java語言因其易學易用、跨平臺等優勢而備受歡迎。在智聯招聘公布的《2020年新基建產業人才發展報告》中提到，一季度信息基礎設施產業核心技術崗位中軟件開發人才缺口最大，其中Java開發工程師的CIER指數最高，為2.73，意味著平均每個Java開發人員大約擁有3個工作崗位可供選擇[1]。目前市場上80%以上的高端企業級應用都使用Java開發，Java是軟件開發的主流語言。因此，培養Java軟件開發人才對經濟社會發展顯得至關重要。Java編程基礎是軟件開發的基礎課程，在Java軟件開發人才培養中具有核心地位，對計算機類專業的學生畢業后“穩就業”起到關鍵作用。

在實際教學中，Java編程基礎課程也存在一些問題。傳統的Java編程基礎課程教學往往過于理論化，缺乏實際案例的引入，難以激發學生的學習興趣和動力。同時，教學內容也缺乏與當前行業實際需求的結合，使得學生在學習過程中難以理解Java編程在實際應用中的作用和價值。傳統的Java編程基礎課程教學大多采用傳統的教師講解、學生聽講的模式，缺乏互動。對于學生來說，這種教學方法容易產生疲勞感，難以持續保持學習積極性。傳統的Java編程基礎課程教學，更注重基礎語法知識的傳授和編程技能的訓練，缺乏創意方面的訓練，導致學生在編程過程只會簡單重復已有的代碼，缺乏創新思維。傳統的Java編程基礎課程的教學，更注重個人能力的培養，缺乏團隊協作的訓練，導致學生在工作中無法很好地與他人協作。

這些問題不僅影響學習效果，也制約了課程的發展。在此背景下，數學與計算機科學學院在2019年啟動了“Java編程基礎”應用型示范課程建設，通過在教學過程中引入CDIO理念及模式，在教學內容重構及教學模式創新、課程思政教學設計探索、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質量和教學效果，提高學生的編程實踐能力、創新能力、團隊協作能力、獨立思考能力和綜合應用能力，并在此過程中使教師的教學能力得到提升。

2 教學內容重構及教學模式創新

2.1 基于CDIO工程教育的課堂內容組織

課程建設采用CDIO工程教育模式，將教學過程以工程為背景、以工程為線索、以工程為目的，從而更好地實現教學目標，將學生從被動學習轉變為主動學習。CDIO教育模式提倡“以工程實踐為中心，以能力培養為目標”。

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

將學生分組進行團隊合作項目。通過團隊合作，讓學生學會協作、溝通和分工，培養學生的團隊合作精神和領導能力。將程序設計與實際應用結合起來，讓學生了解程序設計在實際應用中的作用，將所學的理論知識應用到實踐中。在課堂教學和實踐過程中，教學團隊須引入一些企業案例，讓學生了解企業的需求和問題，從而更好地理解所學的理論知識，鼓勵學生自主學習和探索。教師擔當“引路人”的角色，推薦優秀的書籍、學習網站、在線課程等資源，讓學生能夠在課外自主學習和探索，了解項目管理的相關知識，學習如何進行需求分析、任務分解、進度管理等技能。同時，讓學生了解一些工具和方法的基本功能和優勢，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，鼓勵學生自由地嘗試新的編程思路、新的設計方法。在項目設計和實踐過程中，可以鼓勵學生提出新的創意和想法，如開發新的軟件功能、提出創新的應用場景等。激勵創新成果的展示和分享，為學生提供機會與其他同學、教師和業界人士交流和分享。在教學過程中，教師適當提出一些開放性問題，讓學生自己思考和探討，以激發學生的思維能力和創新精神。

CDIO工程教育的課堂要明確按照CDIO能力大綱的要求條款，對每章節應該達到的目標進行詳細組織。在教學過程中，注重培養學生的創新能力、協作能力、實踐能力和社會責任感等，以達到綜合素質培養的目的。在課程建設過程中，梳理的課程大綱框架如表1所示，教學內容與CDIO大綱的對應關系如表2所示。

2.2 采用線上線下結合的教學模式

為解決傳統Java編程基礎課程教學方法單一的問題，在課程建設過程中，采用了線上線下結合的教學模式，提高學生的學習自主性，充分利用網絡技術及豐富的網絡教學資源，增加了課程學習的互動性，激發學生的學習興趣和動力。

在線下教學方面，改進了實驗教學方式，通過章節案例、綜合應用案例提升學生的知識綜合運用能力。在實驗內容的測評上引入CDIO測評機制，明確工程教育培養目標，為培養優秀的應用型、創新型、復合型人才提供了量化指標。

在線上教學方面，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習，并記錄學生的學習軌跡。在一學期內，平臺統計發布任務點43個，章節學習次數6607次（25人班型的學習次數），學生同一任務點的平均學習次數為6次，說明學生有效地利用了線上資源進行學習，線上資源利用率較高。U+智慧云平臺主要用于學生實訓工作，使用案例由合作企業設計完成，故案例更貼近行業真實應用。目前U+智慧云平臺實訓項目題目為數據挖掘系統，貼合當前熱點技術。在階段評審中需要學生自行了解數據挖掘技術，這一階段學生學習積極性非常高，主動閱讀大量文獻，受益良多。

3 課程思政教學設計探索

習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節，把思政工作貫穿于教育教學全過程，努力開創我國高等教育事業發展新局面。”黨中央高度重視高校對學生的政治思想培養教育工作。習近平總書記曾在中國人民大學考察時指出：“為誰培養人、培養什么人、怎樣培養人始終是教育的根本問題”。本次示范課建設，嘗試在專業課教學主線不變的基礎上，巧妙地融入思政元素，做到專業教育和思政教育兩手抓，達到1加1大于2的效果，在向學生傳授知識的同時使其樹立正確的價值觀[2]。

通過信息技術的發展歷史、國內信息技術的發展現狀和發展目標，激發學生的民族情感和愛國情懷。通過我國信息技術公司的艱巨努力和信息領域領軍人物的奮斗事跡，讓學生更加堅定文化自信，培養學生鍥而不舍、知難而進的堅韌品格。通過違反網絡安全、數據安全和軟件安全等方面的案例，使學生明白軟件開發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、竊取數據、侵犯版權和網絡攻擊等，鼓勵學生積極參與科普活動，參加正規的網絡安全攻防演練，通過正規途徑報告軟件安全漏洞。

通過代碼中一個字母、數字、符號的差別，培養學生注重細節、一絲不茍的做事風格，通過程序的不斷迭代、算法的不斷優化、冗余的不斷減少、效率的不斷提高，直至完成更精致的作品，培養學生認真、勤勞、敬業、投入、熱愛的職業素養。引導學生正確地理解技術的發展和應用，倡導科技創新與科技倫理并重，強調技術應該為人類的福祉和社會進步服務，而不是為了追求利益和破壞社會和諧而存在。強調Java編程在企業和社會的重要性和影響力，引導學生關注社會熱點問題和發展趨勢，從技術角度出發，思考如何為社會提供更好的解決方案，培養學生的社會責任感和創新精神。在Java編程的實踐過程中，注重團隊協作和交流能力的培養，鼓勵學生主動承擔責任，尊重他人的意見和建議，積極溝通協調，培養學生團隊合作精神。在Java編程的實踐過程中，注重代碼規范和質量的要求，強調技術和質量的重要性，引導學生認真對待代碼的編寫和維護，提高學生的責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”課程的考試方式，利用百科園考試系統、泛雅平臺等，在線考試系統改為無紙化考試，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。通過多種方式對學生的學習過程進行評價，達到了綜合評價的目標，學生能發現自身的優勢和劣勢，有針對性地調整學習方法，從而提高學習效果，并能及時反饋學生的學習成果，激勵學生繼續努力的同時，幫助教師更好地了解學生的學習情況，及時地發現學生的問題和困惑，有針對性地進行教學調整。

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、平時作業完成情況、隨堂練習情況、學生參與問答情況等。此項考核結果占總成績的20%。實驗項目考核結合CDIO大綱要求對實驗項目進行細化考評，考核結果占總成績的20%。階段性考核包括兩次階段性考查及一次期末考核，主要定期考查學生對理論知識的掌握程度，在此項考核結果中，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編程基礎課程成績評定方式進行了指標量化，如表3所示。

在上一輪教學中，在泛雅平臺的成績管理中設置了相應考查項目的比重，其中課程視頻學習占20%，章節測驗占15%，章節學習次數占10%，作業占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%），學生完成情況優秀率達80%以上；在依托U+智慧云平臺的實訓教學中，參與實訓人數50人，提交階段性文檔共150篇，綜合成績平均分為81.1分，項目答辯結果優秀率為70%。通過完成實訓項目，學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課程特點，基于CDIO工程教育進行了過程考評的細化。主要分為兩大方面，以教師為主體的評價體系和以學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文檔報告質量、項目完成情況和演示效果、項目的小組答辯表現等為評價指標。以學生為主體的考核評價形式為組間評價和組內評價，組間評價指標為問題反饋和小組討論活躍情況、項目CDIO文檔報告質量、項目完成情況和演示效果、項目的小組答辯表現；組內評價指標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 總結與展望

根據CDIO工程教育模式的方法和理念進行的課程建設與改革，已取得了部分階段性成果。經過教學實踐證明，本次改革帶來了顯著變化，即注重工程思想的滲透，使學生時刻意識到工程學科的學習目標，工程開發理念在現代軟件開發中的重要性。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，由學生以團隊的形式自主開發，從形式、內容、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、領導能力和全局觀等。

教學改革永遠是進行時，沒有完成時。因此，教學團隊下一步的工作目標是持續完善線上教學資源，設計更多具有挑戰性的項目，增加線上實踐訓練習題的數量和梯度，將課程思政與CDIO工程教育大綱融合，試驗跨學科教學，即將不同領域的知識融合在一起，培養學生的創新思維和跨界能力，根據學生的反饋和評價，及時調整和改進課程內容和教學方法，建設符合高階性、創新性、挑戰度的金課標準課程。

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參考文獻：

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

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