OBE理念下Java程序設計課程教學改革實踐探究

馬馳 吳杰 胡輝 李旌燕

關鍵詞： 教學改革；OBE；Java；程序設計

0 引言

為了適應社會和產業的需求，提高工程人才的質量和競爭力，我國加入了“華盛頓協議”，并推進工程教育專業認證。在這一過程中，OBE教育方法作為一種先進的教育理念，得到了廣泛的關注和應用[1]。Java 語言是一種面向對象程序設計語言，具有簡單、健壯、安全、跨平臺等特點，被廣泛應用于軟件工程、數據科學、人工智能等領域[2]。Java程序設計作為軟件工程專業的核心基礎課程，其教學對于培養學生的計算機思維和創新能力具有重要意義。傳統的Java程序設計教學存在一些問題，如教學目標過于陳舊、實驗內容單一、考核方式固定等，這些問題可能會影響學生能力的培養?；贠BE的Java程序設計課程方案的實施，從課程目標、教學內容、教學方法、考核評價四個方面進行了教學方案設計，構建符合OBE要求的Java程序設計課程體系。經過問卷調查和教學評價，發現改革后的教學措施受到學生高度積極的響應和參與，有利于培養學生的工程素養和實踐能力。

1 課程現狀及問題分析

傳統的教學方法通常以教學大綱為標準，理論為主，實踐內容單一。Java語言發展較快，在實際教學存在以下幾個方面的問題：

1） 教學目標過于陳舊，缺乏成果導向。傳統的教學目標主要是讓學生掌握Java語言的基本語法和常用類庫，以及一些簡單的編程技巧，忽視了學生的實際需求和能力培養。教學目標沒有明確地體現出OBE理念中“即以學生的預期學習成果為導向，以提高學生的綜合素質和能力為目標”的思想[3-4]。

2） 實驗內容單一，缺乏創新。實驗內容主要是按照教材或者教師安排的一些例題進行編程練習，缺少與實際問題和工程項目相結合的實驗設計，也缺少對學生創新能力和團隊協作能力的培養。實驗內容沒有充分體現OBE理念中“以提高學生的實踐能力和創新能力為目標”的思想[5-6]。

3） 考核方式固定，缺乏多樣性?？己朔绞街饕峭ㄟ^期末考試或者平時作業來評價學生的學習效果，而忽視了對學生的過程性評價和自我評價?？己朔绞經]有充分利用OBE理念中的“以提高學生的自主學習能力和自我評價能力為目標”的思想[7]。

以上問題導致了Java程序設計教學不能滿足新工科建設對人才培養的新需求，也不能適應社會和行業對軟件技術人才的新要求。因此，有必要對Java程序設計課程進行教學改革，引入OBE理念和方法，從教學目標、教學內容、考核評價等方面進行優化和創新。

2 教學方案設計

2.1 教學目標

OBE理念要求教師在教學設計和實施中以學生為中心，根據社會和行業的需求制定課程目標，采用靈活多樣的教學方法和評價方式，不斷改進教學質量。主要內容包括：清楚聚焦、擴大機會、提高期待、反向設計、自我參照評價[8]。OBE理念下Java程序設計教學目標的設計主要包括以下幾個方面：

1） 掌握Java語言的基本語法、數據類型、運算符、控制流程、數組、字符串等基礎知識。體現了Java程序設計的基礎和核心，是學生必須掌握的知識內容，對應OBE理念的清楚聚焦。

2） 理解面向對象的概念、原則和方法，能夠使用類、對象、繼承、多態、接口、抽象類等進行面向對象的程序設計。體現了Java語言的特點和優勢，是學生必須理解和運用的編程思想，同樣對應OBE理念的清楚聚焦。

3） 熟悉Java的常用類庫和工具，能夠使用集合、異常處理、文件操作、網絡編程、多線程等進行復雜功能的實現。體現了Java語言的豐富和強大，展示了學生需要熟悉和掌握的編程技能，對應OBE理念的擴大機會。

4） 能夠分析和解決實際問題，能夠根據需求設計和開發Java應用程序或小型項目。體現Java語言的應用和創新能力，展示了學生的問題解決能力，對應OBE理念的提高期待。

5） 能夠使用合適的開發環境和工具，能夠編寫規范、清晰、可維護的Java代碼，能夠進行有效的調試和測試。體現了Java語言的工程化和規范化要求，展示了學生需要遵循和達成的編程標準，對應OBE理念的反向設計。

6） 能夠展示和交流自己的編程成果，能夠撰寫文檔和報告，能夠進行團隊協作和溝通。體現了學習Java語言中的展現和溝通技巧，展示了學生需要評價和提升的綜合素質，對應OBE理念的自我參照評價。

2.2 教學內容

教學內容采用項目教學方法[9]，并對案例進行了拆分、重構，體現了OBE的反向設計的理念，通過從最終目標（以計算器軟件的設計和實現為例）出發，反向進行課程知識點設計，讓學生掌握Java語言中解決問題所需的知識和技能，提高學生的應用和實踐能力。表1是一個“設計實用的計算器軟件”為主要內容的項目分解示例。

2.3 教學過程

教學過程按照問題情境設計[10]，主要分為以下幾個步驟：

1） 情景導入，明確任務：教師以一個真實的問題作為情景導入，引發學生的興趣和好奇心，激發學生的學習動機。例如，教師可以提出這樣一個問題：“你覺得用面向對象編程來實現這個計算器會有什么好處呢？你會如何設計這個計算器中的類和對象呢？你會如何利用繼承和封裝來簡化和優化你的代碼呢？”。教師向學生介紹本項目的目標、要求、時間、評價等，以便學生明確任務。

2） 收集資料，制定方案：學生分成若干小組，每組根據自己的興趣和能力選擇一個子任務，例如界面設計、功能實現、測試調試等。每組收集相關的資料和信息。3） 自主協作，具體實施：利用Java語言編寫計算器程序的代碼，使用開發工具進行編譯、運行、調試等。每組之間進行溝通和協作，解決遇到的問題和困難，互相交流和分享經驗和成果。

4） 點撥引導，過程檢查：教師在整個過程中扮演指導者和協助者的角色，不直接給出答案或解決方案，而是通過提問、提示、反饋等方式引導和激勵學生自主探究和解決問題。教師定期對每組的進度和質量進行檢查和評價，給予必要的建議和指導。

5） 展示成果，修正完善：每組完成自己的子任務后，將各個子任務整合成一個完整的計算器程序，并進行測試和驗證。每組在全班展示自己的成果，并對自己的工作進行總結和反思，說明遇到的問題和解決方法，分析優缺點和不足之處，并提出改進措施。

6） 評估檢測，拓展升華：教師對每組的成果進行評估和檢測，給予客觀和公正的評價和反饋，并給出相應的分數或等級。教師還可以根據學生的表現和水平給予一些拓展性的問題或任務，例如如何增加計算器程序的功能或性能，如何使用網絡或數據庫等技術提高計算器程序的實用性等。

2.4 考核評價

為了檢驗OBE理念下Java程序設計課程教學改革的效果，本課程采用了多元化的考核評價方式，包括：

1） 項目報告：學生按小組完成一個Java程序設計項目，并提交項目報告，展示項目的目標、過程、結果和反思。項目報告占總成績的40%。

2） 項目答辯：學生按小組進行項目答辯，展示項目的功能、特點和創新點，并回答教師和同學的提問。項目答辯占總成績的20%。

3） 期末考試：學生參加閉卷的期末考試，考查學生對Java程序設計基礎知識和技能的掌握程度。期末考試占總成績的30%。

4） 平時表現：學生在課堂上的出勤、參與、討論和作業等方面的表現，反映學生對課程的態度和興趣。平時表現占總成績的10%。

通過這些考核評價方式，既能體現OBE理念下的學習成果導向，又能激發學生的主動性、創造性和合作性，提高Java程序設計課程的教學質量和效果。

3 改革效果的評估和反饋

3.1 問卷調查分析

為了評估OBE理念下Java程序設計課程教學改革的效果，對2019級-2022級軟件工程學生進行了問卷調查和學習成果分析。其中2019級、2020級學生為傳統教學方式，2021級、2022級為改革后教學方式，傳統授課方式和改革后授課方式的學生人數各為161 人和163人。調查問卷內容通過教務平臺發放，包括內容設置的滿意度、教學方法的滿意度、考核評價方式的滿意度、項目教學法能激發主動性和創造性的認同程度等10項內容。分數按照1-5分進行設定，其中1表示非常不滿意，5表示非常滿意。問卷調查結果分析如圖1所示。

改革后課程的平均滿意度達到了4.32，顯著高于傳統授課的3.68，表明學生對改革后課程的總體評價更高。改革后課程在內容設置、教學方法、考核評價方式、教師等方面的滿意度都超過了傳統課程，其中，教學方法和考核評價方式的差距最大，分別為4.38和4.29，遠高于傳統授課的3.52和3.46，表明學生更喜歡項目教學法和多元化的考核評價方式。改革后課程對提升學生的Java程序設計能力和興趣的平均幫助程度為4.35，顯著高于傳統課程的3.71，表明學生認為本課程對他們的專業發展更有利。項目教學法能夠激發學生的主動性和創造性的平均認同程度為4.46，顯著高于傳統課程的3.65，表明學生非常滿意項目教學法的效果?？己嗽u價方式能夠公平地反映學生的學習成果的平均認同程度為4.31，顯著高于傳統課程的3.58，表明學生更信任考核評價方式的公正性。通過對比分析，可以看出，OBE理念下Java程序設計課程教學改革在各個方面都表現出了優勢，贏得了學生的廣泛認可和支持。

3.2 教學評價分析

改革前評價方式為平時成績30% 和期末考試70%，改革后評價方式為項目報告40%、項目答辯20%、期末考試30%和平時表現10%。由于考核方式有所不同，評價指標設計為平均分、標準差、及格率、優秀率四個指標，詳細數據見表2。

從表格中可以看出，改革后的教學成績在平均分、及格率和優秀率方面都有所提高，而標準差則有所降低。這說明改革后的評價方式更能激發學生的學習興趣和動力，提高學生的學習效果和水平，并減少了學生之間的差異。同時，改革后的評價方式更加注重學生的實踐能力和團隊合作能力，而不僅僅是對基礎知識和技能的考查。

4 總結

Java程序設計課程的教學改革方案以OBE理念為指導，主要從教學目標、教學內容、教學方法等方面進行了教學設計。通過問卷調查和教學評價，發現改革后的課程設計和教學實施更符合OBE的要求，有利于提升學生的學習效果和滿意度。今后的研究會擴大研究對象和范圍，將教學改革方案應用于其他專業或其他課程中，比較不同專業或不同課程下改革效果的異同。