“JavaEE技術”課程教學改革與實踐

摘要：為了更好地達到應用型本科人才培養(yǎng)的目標，分析了當前實踐性比較強的課程的教學模式，設計滿足基于工程教育認證的課程教學大綱、教學內容以及考核評價方式。提出了以軟件工程開發(fā)模式為依托，以項目式、翻轉課堂教學手段，以目標達成度為評價方式，逐步增強學生將理論知識轉化為實際技能和實踐能力。

關鍵詞：教學改革；工程教育認證；OBE；課程實踐

中圖分類號：TP312.24；G642

隨著數(shù)字經濟的加速發(fā)展，產業(yè)數(shù)字化以及數(shù)字產業(yè)化對于軟件人才的需求日益增加。JavaEE技術作為企業(yè)級主流的開發(fā)技術之一，依然具有廣泛的應用前景和相等的技術含量。然而，很多學生在學習“JavaEE技術”時仍然面臨著諸多困難，如缺乏實際項目經驗、缺少足夠的練習機會等，畢業(yè)之后無法適應企業(yè)的需求。因此為了更好地培養(yǎng)符合行業(yè)要求的畢業(yè)生，需要根據(jù)工程教育專業(yè)認證對課程進行教學改革。

工程教育專業(yè)認證最早起源于20世紀的美國，其核心就是要確認工科專業(yè)畢業(yè)生達到行業(yè)認可的既定質量標準要求，是一種以培養(yǎng)目標和畢業(yè)出口要求為導向的合格性評價［1］。作為工程教育本科專業(yè)認證的國際互認協(xié)議的《華盛頓協(xié)議》［2］，由美國、英國、加拿大等6個國家的工程專業(yè)團體于1989年發(fā)起成立，旨在建立共同認可的工程教育認證體系標準。我國于2013年加入該協(xié)議，工程教育的目的是推進高校工程教育的改革，提升高校工程教育的質量，促進教育與企業(yè)的有效銜接，提升我國工程類技術類人才在國際上的競爭力［1］。

本文旨在探究如何通過工程教育專業(yè)認證的指南改進教學方法，以提高學生的實踐動手能力，增強對“JavaEE技術”實踐課的學習效果。

1教學現(xiàn)狀和問題分析

“JavaEE技術”實踐課程作為我校軟件工程、計算機科學與技術等專業(yè)的就業(yè)方向課程，目前的教學主要存在著以下幾方面的問題：

（1）技術復雜性：JavaEE技術涵蓋了多項技術標準，學習難度較高，需要學習很多技術知識，例如，前端框架有html5、css3、javascript、typeScript、vue/anjular/react等技術；后端框架有springboot、mybatis、kafka等以及NOSQL數(shù)據(jù)庫redis、mongodb等；涉及性能方面還需要學習nginx等負載均衡等軟件，學習曲線陡峭。

（2）實踐難度大：JavaEE技術要求較高的實踐能力，缺乏實踐機會，學習效果受影響。

（3）課堂教學講課風格單一：教學方式陳舊，在信息化高速發(fā)展的今天已經難以激發(fā)學生學習興趣。

（4）缺乏實際項目經驗：教學內容無法指導如何參與并完成實際項目，難以將理論知識作為實際技能的指導。

（5）缺乏對學生的指導和幫助：教學過程中對學生的指導和幫助缺失，學生大部分時間難以獨立解決問題，導致學習興趣喪失。

（6）缺乏合適的評估方式：評價學生學習效果的方法不夠完善，難以反映學生的學習成果和真實水平。

針對課堂教學講課風格單一、缺乏項目經驗，文獻［2］—［4］引入了項目驅動教學解決缺乏實際項目經驗，文獻［5］設計基于學習產出和反向設計課程；文獻［6］基于逆向教學設計，從教學目標、教學評價角度對軟件工程課程教學流程進行改革，但依然缺乏系統(tǒng)的實踐；文獻［7］探索了將混合式教學與實踐教學相結合的教學方法；文獻［8］在構建了基于網絡學習資源與翻轉課堂相結合教學模式，但缺少課程目標達成評價。

2教學改革的主要內容

2.1修訂教學大綱

教學大綱作為一門課程教學的指導性文件，包含了課程的簡介、課程目標（課程目標、課程目標與專業(yè)畢業(yè)要求關系矩陣）、課程內容（課程內容與課程目標的關系矩陣）、課程教學內容、考核依據(jù)及考核方式、課程相關的資源等。教學大綱是課程內容講授邏輯的骨架，是指導教師開展邏輯教學工作、評估學生掌握課程程度的一種反映，因此教學團隊必須按照工程教育認證的標準進行討論和制定。

2.2設計實踐教學項目

由于該門課程是一門實踐性要求比較高的課程，因此需要由有企業(yè)實踐經驗的教師或者聘請企業(yè)的工程師到校進行授課，教學過程中的教學內容要很好地體現(xiàn)OBE（OutcomesbasedEducation）理念，使學生的學習目標明確具體，學習效果科學評價。將傳統(tǒng)的以教師教授為主轉換為以學生為主，使學生更好地理解JavaEE的實際應用和開發(fā)流程。通過遵循軟件工程的瀑布模型［9］，每個階段都有非常明確的目標任務、明確的交付產物以及里程碑。這些讓整個過程更可控，而且能及早發(fā)現(xiàn)問題。瀑布模型的六個階段對應軟件開發(fā)崗位的六個角色工作分工：項目經理、產品經理、架構師、軟件工程師、測試工程師、運維工程師，每個步驟都可以學生實際體驗不同角色的任務分工，基于以上這些特點，特別適合給初學軟件開發(fā)的學生講解實際軟件開發(fā)的步驟，具體實施步驟為：

（1）按照軟件工程的實施步驟，首先以一個學生熟悉的難度適中的實際項目進行可行性以及需求分析，該部門教學過程通過翻轉課堂等方式增加學生的參與度，首先拋出問題，讓學生思考并分析，形成可行性報告以及需求說明書成果文檔，最后由教師進行總結和評估，最后學生修改完善需求說明書，這種方式不僅讓學生能夠將所學的軟件工程理論知識應用到實踐過程中，而且增加了學生的實踐動手能力。

（2）總體設計：在需求確定的基礎上，為了讓學生能夠真正體會到系統(tǒng)的總體設計內容，首先由教師講解為什么要進行系統(tǒng)總體設計以及設計的原則和內容，總體設計的內容主要包括以下部分。

分解子系統(tǒng)：進行子系統(tǒng)分解以達到降低系統(tǒng)分析過程中的復雜性；

子系統(tǒng)服務設計：分析和設計子系統(tǒng)提供的服務和應用場景；

對象模型設計：對需求分析中產生的對象模型進行確定，對系統(tǒng)中涉及的實體以及關系進行整理；

確定系統(tǒng)軟硬件分布：例如，是使用C/S還是B/S模型以及他們的優(yōu)缺點，哪些構件放在哪些硬件；

設計系統(tǒng)邊界處理：比如系統(tǒng)的初始化、退出、異常處理等情況下系統(tǒng)的行為。

根據(jù)上述設計內容，由學生討論并在班級上進行陳述，最后完成總體設計，這樣可以讓學生深度參與軟件開發(fā)過程中設計的重要性。

（3）詳細設計：詳細設計是為每個子系統(tǒng)的每個功能模塊選擇合適的技術手段和處理方法。總體設計主要負責構建系統(tǒng)框架，而詳細設計則要考慮各個類、函數(shù)里面的設計細節(jié)及方案。例如，每個功能模塊的用戶界面設計、數(shù)據(jù)庫設計（涉及表、實圖、存儲過程、索引等）、程序處理邏輯設計、接口詳細設計、安全性設計等內容。由于系統(tǒng)的功能比較多，這部分課程內容需要對班級學生進行分組，每組由4～5個人組成，對每個學生進行分工，通過課堂講解、討論、模擬等多種教學方法，使學生能夠得到全面的學習體驗，最后完成系統(tǒng)模塊的涉及并形成文檔，讓學生明確詳細涉及的目的以及詳細涉及的內容。

詳細設計內容包括詳細設計涉及具體業(yè)務對象設計、功能具體邏輯設計、數(shù)據(jù)庫設計和界面設計等，詳細設計是系統(tǒng)編碼實現(xiàn)的主要依據(jù)。

①類設計：針對每個功能模塊確定類的組成、類的成員屬性、成員方法以及類與類之間的協(xié)作關系。

②算法設計：通過UML的時序圖、狀態(tài)圖、協(xié)作圖、表格、文字等工具將業(yè)務流程的處理以數(shù)據(jù)結構和算法設計來完成。

③對數(shù)據(jù)結構進行物理設計，即確定數(shù)據(jù)庫的物理結構。物理結構主要指數(shù)據(jù)庫的存儲記錄格式、存儲記錄安排和存儲的方法，這些內容都依賴于具體所使用的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

（4）程序編碼：將總體設計與詳細設計的結果轉換為計算機軟件。此部分主要由學生為主自己完成，以組為單位，每個同學實現(xiàn)在詳細部分設計的內容，教師在此環(huán)節(jié)的主要作用就是關注學生的學習需求和學習進度，幫助學生解決在編碼過程中遇到的問題。

（5）測試：①測試環(huán)節(jié)，教師通過以下方式幫助學生了解和進行軟件測試。②講解測試的相關理論知識，包括測試的工具、方法和技巧。③講解如何編寫測試用例，以便他們在未來能獨立進行測試。④通過項目中具體的測試案例讓學生了解和掌握軟件測試步驟和方法。⑤在測試過程中提供耐心的指導，解決學生測試過程中遇到的各類問題。⑥討論分析測試結果，幫助學生掌握測試的可行性、有效性、可靠性。

（6）軟件部署：教師首先通過課堂講解，幫助學生理解軟件部署的基本概念和原理；其次通過案例講解幫助學生了解軟件部署的步驟和細節(jié)；最后教師通過實際演練幫助學生熟悉軟件部署的流程，增強實踐能力。當學生在部署自己開發(fā)完成的軟件過程中遇到困難，教師提供技術支持，幫助學生解決實際遇到的問題。

2.3網絡課程資源建設

隨著移動互聯(lián)網技術的高速發(fā)展，從2013年到2017年，線上教育產品取得了爆炸性的發(fā)展。特別是2020年以來，線上教育已經成為高校日常教育中不可或缺的一部分。線上教育產品的優(yōu)勢是學生可以隨時隨地學習，即使在課堂上可能聽不懂，課后也可以通過在線視頻反復學習。由于實踐課程涉及的課程多，技術難度大，在課堂的有限時間內，學生可能無法理解和掌握，因此在講解關鍵內容時，必須將課堂內容錄制處理后通過在線系統(tǒng)發(fā)布以方便學生課后復習。

2.4學習效果評估

2.4.1課程目標

根據(jù)人才培養(yǎng)方案，“JavaEE技術”實踐課課程目標為：

（1）理解JavaEE平臺各組件技術的使用原理和方法，并能夠理解其局限性。

（2）能夠運用相關法規(guī)及技術標準并合理地運用所學軟件工程專業(yè)知識來分析、解決復雜工程實際中遇到的技術難題，具有軟件工程技術設計開發(fā)能力。

（3）具有在團隊中分工協(xié)作、交流溝通的能力、團隊合作精神和組織管理能力。

2.4.2課程目標達成度結果及分析

從最近兩年的課程考核目標達成度數(shù)據(jù)來看，顯示課程目標1平均達成度為84%，課程目標2平均達成度為78%，課程目標3平均達成度為83%。

課程目標1主要考核學生理解工程領域常用現(xiàn)代工程工具、信息技術工具的使用原理和方法，并能夠理解其局限性，數(shù)據(jù)顯示大部分同學達到了考核要求，效果良好。課程目標2主要考核學生理解誠實公正、誠信守則的工程職業(yè)道德和規(guī)范，并能在軟件工程實踐中自覺遵守，數(shù)據(jù)顯示大部分同學達到了考核要求。課程目標3主要考核學生能夠在團隊中獨立完成個體及成員角色的工作，或與其他成員合作開展工作，數(shù)據(jù)顯示大部分同學基本達到了考核要求。從本次考核來看，大部分同學在課程目標1和課程目標3達成度比較好，但是課程目標2還有待提高。

3結論

“JavaEE技術”實踐課程教學改革是一個復雜的、艱難的過程，不僅涉及本門課程還涉及前導課程，需要相關教師、學生和學院共同努力，通過不斷完善課程內容、靈活運用多種教學方法、提高課程評價水平等方式，使學生能夠得到更好的學習體驗，理解掌握JavaEE技術在實際應用的開發(fā)流程。在持續(xù)不斷改進過程中，教學改革仍然面對許多可能和挑戰(zhàn)。

教師素質問題：很多教師缺乏實際軟件開發(fā)的項目經驗，無法有效地靈活運用多種教學方法手段。

學生素質問題：由于該門課程是一門綜合性的課程，技術難度大，如果其中有一門關鍵課程沒學會就導致學生學習興趣不高。又由于學生自身學習能力不強，無法得到有效的學習成果。

資源問題：課堂設備不夠完善，實驗室資源不夠充足，無法得到足夠的練習機會。

考核方式：在現(xiàn)有的考核評價方式上繼續(xù)完善，以更加精準有效地評估學生的學習成果。

因此，本科教學改革是一項持續(xù)不斷地改進和完善的過程，需要教師持續(xù)提高自身素質，努力增強教學手段、提升教學水平，建設在線課程資源；學校要不斷完善和加大課堂及在線網絡的教學設備和實驗室設備資源的投入；同時，鼓勵學生不斷發(fā)揮自身潛能，提高學習興趣和學習能力，為社會發(fā)展貢獻自己的力量。

參考文獻：

［1］胡德鑫，紀璇.中國工程教育專業(yè)認證制度四十年回眸：演變、特征與革新路徑［J］.國家教育行政學院學報，2022（12）：7278+95.

［2］鄧丹君，紀鵬，倪波，等.工程教育認證背景下JavaEE課程教學改革［J］.軟件導刊（教育技術），2019，18（08）：5657+60.

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［6］邱贊.逆向教學設計法在軟件工程課程中的創(chuàng)新與實踐［J］.教育觀察，2019，8（27）：8890.

［7］周揚.軟件開發(fā)過程模型的應用與發(fā)展［J］.電子制作，2014（19）：5455.

基金項目：黔南民族師范學院2021年校級教育質量提升工程一流課程《JavaEE技術》（項目編號：2021xjg010）；貴州省2022年金課項目《Java程序設計》（項目編號：2022SJJK26）；黔南民族師范學院2022年政用產學研協(xié)同育人項目（UGS/UGE）《新工科背景下軟件工程人才培養(yǎng)模式研究與實踐》

作者簡介：劉云玉（1986—），女，貴州平塘縣人，碩士，副教授，研究方向：移動互聯(lián)網開發(fā)；原晉鵬（1983—），男，山西陽城縣人，碩士，講師，研究方向：深度學習。