基于PDCA模型的Java課程數智教學實踐

摘要：基于數字化和智能化的數智教學已經成為現代信息技術與教育教學相結合的核心工程，確保線上線下融合的數智課程教學質量是一個重要課題。通過梳理和分析課程教學全生命周期的問題，運用PDCA循環理論和智能化教學工具，構建一個涵蓋計劃、實施、評估和改進四個階段的教學質量保障體系，并利用Java編程課程進行實踐，驗證了該教學模式的有效性。

關鍵詞：數智教學；PDCA模型；質量保障體系；Java編程

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）09-0164-04 開放科學（資源服務） 標識碼（OSID） ：

0 引言

線上線下混合教學情境中，教師和學生參與教學活動的形式、評價管理等都與傳統教學有了較大差異，基于數智平臺的混合教學可以更廣泛地利用學習資源和手段，引導學生對知識進行循序漸進的理解和處理[1]，最終實現學科素養的培養。混合教學設計中的問題主要集中在三個維度[2]：第一是教學內容的分層次重構。因為，網絡資源和數智平臺的存在，使得教學模式從封閉的課堂教學轉為線上線下混合的開放模式，這導致學習從時間到空間維度都做了延展[3]，因此，對教學內容的組織也需要延展到課前、課中、課后，且每個階段安排的學習任務量和難易程度以及形式有所不同，這要求授課內容要被重新組織。 第二是教學的具體實施方案，因為數智環境下，教學過程呈現出新的特點，如師生互動和同學協作學習、學習效果實時反饋、學習數據收集和分析。因此，如何高效、透明地融入這些功能是實施教學方案時需要考慮的問題。第三是設計科學、合理的教學評價方法。為了解決混合教學模式下的新問題，PDCA質量管理模型被引入教學管理。通過該模型，不斷優化教學過程，力求實現教學管理科學化、系統化，從而保障數智教學的教學質量。

1 基于PDCA模型的教學設計

PDCA模型是由美國統計學家W. Edward Deming 提出的持續改進循環管理工具，主要包括四個階段：計劃：確定目標和制定實現目標的計劃；執行：實施計劃，并收集相關數據；檢查：對實施結果進行評估與分析；改進：根據檢查結果，進行調整和改進，形成下一輪計劃。將該模型用于數智環境下的教學質量管理，其四個階段具體內容如圖1所示。

1） 計劃階段

目標設定：明確課程目標，定位課程知識結構；課程設計：根據學生學習情況，設計教學大綱，規劃章節內容、教學方法和評估方式；學習資源準備：課程組從課前、課中、課后三個階段分層劃分知識，整合數智教學資源，如選擇在線學習平臺、編程工具及錄制視頻、設計練習庫和考試庫，提供有組織的學習材料。

2） 執行階段

利用線上和線下教學手段開展教學實踐。通過課堂講授、開展Java課程的教學活動；利用數智技術促進師生互動和同學之間的協作學習；使用在線測驗和編程練習，及時獲取學生在學習過程中的表現和問題反饋，調整教學進度和方法。

3） 檢查階段

一方面，通過數據分析學生的成績和課堂反饋，識別出知識掌握的薄弱環節，關注學生的學習態度和習慣。另一方面，通過單元測、項目作業和課堂參與等多個維度對學生階段性學習成果進行評估，檢測知識結構的設計與學生掌握情況是否合理。

4） 改進階段

這一階段主要實施改進措施和循環優化。改進措施主要根據檢查階段的分析結果，課后的調查、問卷、訪談獲取信息，調整教學內容和方法，例如增設輔導、調整教學案例、調整課堂節奏、增刪教學內容等，通過持續改進教學內容和模式，完善課程設計和實施過程。

2 Java 編程課程的教學實施

2.1 計劃階段：重構課程教學內容

以Java編程課程為例，Java課程設在大三學年，學生之前已經學過C++編程，有面向過程的程序設計基礎，因此，教師在教學設計中先對教學內容按照課前、課中、課后三個階段，分為預習、測試和講解、實踐四個層次進行分層重構，將簡單的內容放在課前預習，課中利用測試檢驗預習知識的掌握程度，需要深入理解的知識點放在課中講解，實踐操作放在課后。其中，構建課程知識體系是課程改革的基礎和重點。為了更有效地開展線上教學，課程組根據學科知識體系、專業培養標準和行業需求梳理了Java的知識點，將課程的基礎知識、重點、難點知識進行了總結梳理，并根據教學的進度進行了知識點的劃分，形成了清晰的線上線下知識層次，從基礎語法、面向對象編程技術，再到高級應用編程。整理后的知識由課程組統一編寫，形成教材《Java語言程序設計》，而其中的主要知識點則由課程組老師分工合作，錄制講解視頻、構建相應的習題庫。重構的Java知識點分層結構如表1所示。

2.2 實施階段：基于智慧平臺的教學組織

教師按照課前、課中、課后三階段進行任務劃分，每個階段都需有智慧教學平臺的輔助。所用的工具如表2所示，其中，中國礦業大學提供了智慧教學平臺學習通和雨課堂，它們為教師組織在線教學提供了課程與學生信息的無縫銜接。

1） 課前階段：學生主要通過學習通進行線上自學。教師需要上傳課件、預先錄制的知識點視頻以及對應的練習題，從而為學生課前預習做好準備。

2） 課中授課與測試：課堂教學過程中，教師可在主要知識點上設計即時在線答題，雨課堂可將知識點測試嵌入PPT，并在需要時下發到學生手機移動端，從而無縫銜接授課流程。教師利用實時檢測功能可及時了解學生預習和當堂掌握的情況以及出錯原因，據此，教師可調整課堂教學節奏。另外，教師在講完一章后，可以對學生進行在線單元測試，作為平時成績的一個依據。

3） 課后作業和編程實踐：課后，教師需布置作業進行知識鞏固和工程實踐，如果涉及代碼編寫的測試題，需要保證在線平臺具有OJ功能，學習通平臺對課題組教師發布課內作業內容更合適。除此之外，頭歌實驗實訓平臺，LeetCode編碼平臺等分別提供了開源的實踐教學資源和匹配行業招聘要求的算法題目，也是課程組常用工具。

2.3 檢查階段：多維度的教學評價

優課教學的主要目標是促進學生知識記憶與理解、高階思維的發展以及解決問題的能力和工程實踐能力的提升[5]。通過布置預習任務，課堂測試和課后作業，實現工程實踐作品，構建從課前到課中再到課后的學習數據統計信息，獲取學生的學習狀態。針對異常情況，可以進行有針對性的輔導，從而提高整體教學效果。利用在線測驗、期末考試、作業和項目評價[6]，教師可以設計多維度的加權評價體系，精準地掌握學生的學習情況，也能公平地評價學生的學習成績。課程成績的評估信息沒有將雨課堂中的實時測試計入成績，這部分測試只是用來調整授課節奏，純練習也給課堂學習帶來一定程度的松弛感。

混合式Java教學實施了兩年，2021年采用的是傳統授課方式，2022年開始實施混合式教學，2023年持續更新在線題庫、案例庫。圖2給出了學生成績的分布情況，由圖可知，高低分數段逐漸分化，高分段逐漸增多，說明這種教學方法能有效提高教學效果。

2.4改進階段：改進教學資源

教學結束后，課程組教師需依賴多種數據來源，組織教學資源的改進。目前，用到的數據有：

1） 學生成績：通過線下課堂、智慧平臺和雨課堂教學過程的留痕數據，如習題、測試、作業，跟蹤學生的學習進度，獲取學生對知識點的掌握程度。如圖3 所示，通過在線測試數據，從整體上查找易出錯的知識點，然后利用智慧平臺的分析工具獲取單個知識點出錯的原因，這樣可以在當堂或者下一輪教學時，據此改進知識點的講解、完善教學案例，改進教學方法，更新教學內容。

2） 自我評估：記錄課程組老師教學過程中遇到的問題及解決方案，為后續的課程改進提供參考，例如在講多態程序設計時，學生很難理解編譯時類型和運行時類型，而且對引用和對象的生命周期不同也覺得困惑，課程組老師認為這是因為他們對JVM的內存數據表示不清楚，因此在第二年的授課內容中增加了JVM內存模型這一節。這部分知識從內容上看，雖然與程序設計無關，但對理解多態程序設計的很多概念非常有幫助。

3） 自我評估：記錄課程組老師教學過程中遇到的問題及解決方案，為后續的課程改進提供參考，例如在講多態程序設計時，學生很難理解編譯時類型和運行時類型，而且對引用和對象的生命周期不同也覺得困惑，課程組老師認為這是因為他們對JVM的內存數據表示不清楚，因此在第二年的授課內容中增加了JVM 內存模型這一節。這部分知識從內容上看，雖然與程序設計無關，但對理解多態程序設計的很多概念非常有幫助。

4） 調查問卷：利用在線學習平臺發放問卷調查，了解學生在學習過程中，對所學內容的真實感受、比如對課堂內容、教學方法、學習資源、實踐內容設計的反饋。這些問卷在每學期末進行，以獲取最新的數據，這部分發現的問題，往往需要進行一些結構性的調整。

5） 學生實踐表現：記錄學生在實際工程開發小組和畢設中的表現，特別關注實際開發過程中用到的技術以及學生缺乏的知識。

6） 校外評價和行業反饋：收集行業用人單位對員工開發能力需求以及對學生專業知識的評價，這些反饋可以幫助了解學生的知識和行業需求匹配度，也可以了解到目前課程組為教學設計的知識框架是否合理，如果有欠缺需進行調整。

通過綜合上述數據，課程組能夠更加全面地評估教學效果，從而制定出有效的改進方案， 提升Java教學的質量和學生的學習體驗。下面給出2023年Java 課程結束后進行的主要改進措施。

1） 設計位運算的教學案例：位運算包括“與、或、非、異或”以及移位運算，這些運算符在一般編程教材中都是介紹基本運算規則。作為基礎知識，課程組最開始的教學設計也是先讓學生預習，然后進行隨堂測，但測試后發現學生能掌握位運算的運算規則，但并不能靈活運用以解決問題，后來發現學生并不十分理解這些運算的擴展數學運算律，也就無法靈活運用，因此，我們新設計了兩個教學案例，讓學生在實際應用中掌握位運算的運算律。其中一個案例是流數據的奇偶校驗，另一個是基于異或運算的一次一密加密算法。奇偶校驗實例融匯了位運算符中除了“非”運算外的全部運算符，將位運算符的應用非常直觀地進行了展現。而第二個案例是信息論的奠基人香農提出的一次一密對稱密碼算法，它非常經典地展現了異或運算在密碼學領域的神奇魅力，這兩個例子展現了位運算在實現數據完整性和數據保密性上的作用，讓學生很直觀又有興趣地學習了信息論和數學知識在Java語言中的落地。

2） 增加反射與設計模式結合的知識框架：學生進行畢設、工程實踐時發現，課上講的知識跟實際行業開發需求有一定差距，實際的工程開發很多是在已存在的框架基礎，如SpringBoot、MyBatis、Hibernate等基礎上進行二次開發，學生需要學習這些框架的使用。課程組研究認為，這些框架多是在反射的基礎上結合工廠設計模式、代理設計模式等進行開發，因此，Java 課程中雖不必講解框架的使用，但需要詳細地講解Java框架的設計原理，這樣學生就可以勝任框架的設計和使用。因此，從第一性原理出發，教學內容上增加了反射與動態工廠模式、反射與動態代理模式、反射與注解這三部分知識，補足學生開發和使用框架所需的知識，使其知其然并知其所以然。

3） 增加非阻塞CAS鎖的實現機制和應用：在講解多線程編程原理時，課程組講解線程的同步和協作原理時主要用阻塞鎖作為主要手段，但跟行業技術人員和畢業班找工作的同學交流時發現，面試官對學生實現并發編程的鎖機制要求得更全面，需要阻塞鎖和非阻塞鎖的機制都掌握。非阻塞CAS鎖更適合高并發和低競爭的場景，適合對性能要求較高的應用；而當操作比較復雜，需要協調多個線程進行多次讀寫時，阻塞鎖更為合適。因此，課程組增加了CAS鎖的原理和實現案例。

4） 建立在線知識圖譜：利用智慧平臺進行學生學習情況追蹤時，課題組老師發現如果要對學生的知識掌握情況進行預測和追蹤，需要先建立Java的知識圖譜。為了后續的教學研究，課程組開始著手這部分工作，希望能為后期的教學數據分析提供幫助。

3 結論

PDCA循環管理模型與智慧化教學平臺是密不可分的，PDCA給出了金課建設的路徑，智慧教學平臺提供了金課建設得以實現的技術支持和數據分析能力。在PDCA整個過程中，計劃階段教學組要花費大量精力，只有重構并組織好知識模塊、編寫出優秀的教學案例，準備好充分的建課素材，后面的建設才有價值。而教學實時互動、檢測能力和反饋能力，以及在線的實踐平臺，則讓類似Java編程這種實踐性很強的課程能更好地培養學生的工程實踐能力、高階思維能力和問題解決能力，確保對學生專業能力的培養，而持續改進階段是對教學資源框架的完善，這種循環建設模式也促進了金課的建設。在PDCA教學管理過程中，課程組的工作還存在不足，比如通過智慧平臺檢測到學生的學習狀態后，還無法根據個體學習情況進行輔導和學習資源的推送，這部分工作也是我們后期希望借助數據預測進行改進的部分。