李金忠，黃雪梅，夏潔武

（井岡山大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，江西 吉安 343009）

0 引言

2017年以來(lái)，由教育部倡導(dǎo)的新工科建設(shè)在我國(guó)高校引起強(qiáng)烈反響。新工科建設(shè)給高校的工科人才培養(yǎng)提出了更高要求和新標(biāo)準(zhǔn)，要更加注重培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、工程實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型、復(fù)合型的新工科人才。培養(yǎng)新工科人才的根本問(wèn)題是能力培養(yǎng)，大學(xué)生計(jì)算機(jī)編程能力培養(yǎng)是新工科人才的一項(xiàng)重要工作[1]。

Java程序設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)類專業(yè)的核心課程，是Java Web程序設(shè)計(jì)、Java EE應(yīng)用開(kāi)發(fā)、Android移動(dòng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)、微信小程序開(kāi)發(fā)等課程的前導(dǎo)課。Java還是人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、“互聯(lián)網(wǎng)+”等新興產(chǎn)業(yè)的重要技術(shù)工具。根據(jù)TIOBE公司發(fā)布的近20年TIOBE編程語(yǔ)言社區(qū)流行度指標(biāo)的TOP10變化情況顯示，Java語(yǔ)言在絕大多數(shù)年份中排行霸占第一[2]?！丁靶鹿た啤苯ㄔO(shè)行動(dòng)路線（“天大行動(dòng)”）》提出，要“問(wèn)學(xué)生志趣變方法，創(chuàng)新工程教育方式與手段”。綜上，在新工科背景下，Java程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)改革變得更加迫在眉睫、勢(shì)在必行。

1 Java程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

Java程序設(shè)計(jì)是一門集理論性，較強(qiáng)應(yīng)用性、實(shí)踐性和工程性于一體的課程。傳統(tǒng)以“理論教學(xué)為主、實(shí)踐操作為輔”的Java程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式重理論知識(shí)、輕實(shí)踐能力，教學(xué)環(huán)節(jié)的互動(dòng)交流和小組協(xié)作較少，難以激起學(xué)生學(xué)習(xí)Java的興趣。在理論教學(xué)中，通常以“教師為中心”，采用“Java知識(shí)點(diǎn)理論講解+程序演示”式的滿堂灌，難以體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的主體作用，學(xué)生缺乏自主學(xué)習(xí)的積極性且無(wú)法滿足個(gè)性化學(xué)習(xí)需求；在實(shí)踐教學(xué)中，較少有完整的Java應(yīng)用案例/項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)，缺乏Java知識(shí)的整體融合性和系統(tǒng)性工程思維，不利于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力；沒(méi)能和現(xiàn)代行業(yè)企業(yè)對(duì)Java軟件開(kāi)發(fā)和測(cè)試人才的需求相結(jié)合，很難做到產(chǎn)學(xué)結(jié)合，導(dǎo)致與社會(huì)需求脫節(jié)。在考核方式上，課程的考核方式較單一，缺少過(guò)程性考核機(jī)制和激勵(lì)性評(píng)價(jià)機(jī)制，沒(méi)有對(duì)Java學(xué)習(xí)效果進(jìn)行及時(shí)的反饋和跟蹤，不能合理有效地反映課程學(xué)習(xí)效果?？傊绱说呐囵B(yǎng)模式難以滿足培養(yǎng)工程實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力強(qiáng)、具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)復(fù)合型的“新工科”Java軟件開(kāi)發(fā)人才的需求。因此，在新工科的背景下，如何在Java教學(xué)過(guò)程中提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、工程實(shí)踐應(yīng)用能力、項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力等綜合素質(zhì)，已成為Java程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)亟待解決的問(wèn)題。

針對(duì)傳統(tǒng)的Java程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式存在的問(wèn)題,有較多的教改研究和探索。文獻(xiàn)[3]提出項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)和翻轉(zhuǎn)課堂相融合的課堂教學(xué)模型，文獻(xiàn)[4]提出將OBE教育理念引入Java程序設(shè)計(jì)課程，文獻(xiàn)[5]提出基于慕課的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，文獻(xiàn)[6]提出“以項(xiàng)目為主線，教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體，CDIO能力培養(yǎng)”的教育模式。這些研究從不同教育理念、教學(xué)模式、教學(xué)手段等方面進(jìn)行了積極的探索，在一定程度上都能提升教學(xué)效果。本文將從更多維度和視角探索Java程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)改革，以期拋磚引玉，對(duì)該課程培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型、復(fù)合型的新工科Java軟件開(kāi)發(fā)人才起到一定的啟發(fā)作用。

2 CDIO工程教育理念與翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

CDIO（conceive、design、implement、operate，構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作）工程教育理念和翻轉(zhuǎn)課堂（flipped classroom）教學(xué)模式都是“以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的教學(xué)精神的深入體現(xiàn)，兩者具有高度的一致性和互補(bǔ)性。兩者都主張“以學(xué)生為中心”，分小組進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)，注重調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生主動(dòng)參與課程的學(xué)習(xí)，具有很高的融合度[7]。若將兩者進(jìn)行有機(jī)融合，不僅可以發(fā)揮CDIO培養(yǎng)工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力的優(yōu)勢(shì)，還可以發(fā)揮翻轉(zhuǎn)課堂提高課堂效率的優(yōu)勢(shì)，并且可以克服翻轉(zhuǎn)課堂不適合實(shí)踐教學(xué)的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)和取長(zhǎng)補(bǔ)短[8]。兩者的融合將有助于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)激情和興趣，有助于加強(qiáng)師生之間和生生之間的互動(dòng)交流、頭腦風(fēng)暴和思維碰撞，有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、工程應(yīng)用實(shí)踐和創(chuàng)新能力，必將促進(jìn)課堂教學(xué)質(zhì)量顯著提升。

Java程序設(shè)計(jì)是一門理論性和實(shí)踐性、應(yīng)用性及工程性都較強(qiáng)的課程，與CDIO的工程教育理念高度契合，并且非常適合采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式。二者的融合使Java程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)體現(xiàn)了以學(xué)生為中心的理念，有助于培養(yǎng)學(xué)生的編程思維和提高學(xué)生的程序開(kāi)發(fā)能力，提升學(xué)生編程實(shí)踐能力和解決實(shí)際工程應(yīng)用問(wèn)題的能力，為以后無(wú)縫對(duì)接工作崗位打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，對(duì)培養(yǎng)符合社會(huì)需求的新工科軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)工程人才具有積極的指導(dǎo)作用。

3 融合CDIO和翻轉(zhuǎn)課堂的Java程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革

教學(xué)改革總體思路如圖1所示，從課堂的教育理念、教學(xué)模式、教學(xué)方法和課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)機(jī)制4個(gè)方面進(jìn)行。

圖1 教學(xué)改革總體思路

將CDIO工程教育理念與翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式進(jìn)行融合，采用CDIO工程教育理念組織教學(xué)內(nèi)容，采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式實(shí)施教學(xué)實(shí)踐，采用案例/項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法、小組討論法等先進(jìn)教學(xué)方法混合實(shí)施教學(xué)活動(dòng)，并輔以線上線下、課內(nèi)課外相結(jié)合的方式強(qiáng)化學(xué)生的軟件項(xiàng)目編程等實(shí)踐應(yīng)用能力，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程知識(shí)之間有機(jī)聯(lián)系的方式內(nèi)化知識(shí)為自身能力，最后以多元化課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)課程成績(jī)進(jìn)行考核。融合CDIO和翻轉(zhuǎn)課堂的Java程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革思路的總體實(shí)施方案，如圖2所示。

圖2 融合CDIO和翻轉(zhuǎn)課堂的Java程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革思路的總體實(shí)施方案

在這個(gè)體現(xiàn)多維度教學(xué)方式的總體實(shí)施方案中，以項(xiàng)目為主線，即以若干個(gè)Java案例/項(xiàng)目在課前進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，一個(gè)指定的小項(xiàng)目在課堂進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，一個(gè)各組任選的大項(xiàng)目在課后鞏固演練，將這些項(xiàng)目融入整個(gè)Java程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)過(guò)程中。

首先，教師基于CDIO理念設(shè)計(jì)Java線上教學(xué)資源?；诋a(chǎn)教融合、校企合作和協(xié)同育人的方式，借助于企業(yè)方，共同商量擬定一些企業(yè)中真實(shí)的Java案例/項(xiàng)目，將這些Java案例/項(xiàng)目以CDIO工程教育理念為指導(dǎo)思想，即將構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作這4階段貫穿于設(shè)計(jì)Java線上教學(xué)資源，以用于Java程序設(shè)計(jì)的教學(xué)。

其次，以大、小項(xiàng)目為主線，將案例/項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法和小組討論教學(xué)法貫穿于基于CDIO和翻轉(zhuǎn)課堂的Java程序設(shè)計(jì)課程的整個(gè)教學(xué)過(guò)程中。在課前，教師準(zhǔn)備若干個(gè)基于CDIO理念指導(dǎo)設(shè)計(jì)的Java案例/項(xiàng)目，并布置課堂上將要完成的Java小項(xiàng)目所分解出來(lái)的各功能模塊的構(gòu)思任務(wù)，學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)并進(jìn)行小組討論和構(gòu)思Java小項(xiàng)目。在課堂上，以一個(gè)Java小項(xiàng)目引領(lǐng)課堂實(shí)訓(xùn)，要求各小組討論和協(xié)作，并對(duì)Java小項(xiàng)目所分解出來(lái)的相應(yīng)功能模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)以及系統(tǒng)測(cè)試和運(yùn)行功能演示，教師進(jìn)行指導(dǎo)幫助和項(xiàng)目點(diǎn)評(píng)。在課后，要求各小組任選一個(gè)綜合性較強(qiáng)的Java工程項(xiàng)目，并基于CDIO理念將該項(xiàng)目進(jìn)行功能模塊分解，分階段完成該項(xiàng)目的各功能模塊的CDIO階段性任務(wù)，教師對(duì)學(xué)生完成的大、小兩項(xiàng)目進(jìn)行考核評(píng)價(jià)以及教學(xué)意見(jiàn)的總結(jié)反饋和教學(xué)反思。在課外，教師組織并指導(dǎo)學(xué)生參與Java軟件創(chuàng)新項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)實(shí)踐、軟件服務(wù)外包等科技競(jìng)賽活動(dòng)。

最后，教師基于多元化的課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)機(jī)制，設(shè)計(jì)考核學(xué)生學(xué)習(xí)Java程序設(shè)計(jì)課程效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)和權(quán)重。

1）融合CDIO和翻轉(zhuǎn)課堂的Java程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革的具體實(shí)施。

針對(duì)CDIO工程教育理念的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作四大階段和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式中的課前、課中和課后三大過(guò)程，采用線上線下、課內(nèi)課外相結(jié)合的方式進(jìn)行教學(xué)改革的實(shí)施，見(jiàn)表1。

2）多元化課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)機(jī)制在Java程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)中的具體實(shí)施。

傳統(tǒng)的課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)機(jī)制主要是試卷理論考試、作業(yè)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告、課堂表現(xiàn)和考勤等成績(jī)，難以體現(xiàn)學(xué)生的工程實(shí)踐應(yīng)用能力，難以適應(yīng)新工科對(duì)Java人才培養(yǎng)的需求，因此，傳統(tǒng)的課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)機(jī)制已不再適用于新工科背景下基于CDIO和翻轉(zhuǎn)課堂融合的Java程序設(shè)計(jì)課程的考核，須尋求多元化的課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)機(jī)制。新工科背景下的Java程序設(shè)計(jì)教學(xué)要注重培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力，要注重多維度的教育教學(xué)評(píng)價(jià)方式，并且其課程考核要傾向工程實(shí)踐實(shí)際應(yīng)用能力的考核。為此，多元化的課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)機(jī)制要加強(qiáng)工程實(shí)踐應(yīng)用能力在該課程學(xué)習(xí)中所占比重，并強(qiáng)調(diào)過(guò)程學(xué)習(xí)、評(píng)測(cè)的過(guò)程性考核等，不但要綜合試卷理論考試、作業(yè)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告、課堂表現(xiàn)和考勤等方面的考核成績(jī)，而且要注重過(guò)程性階段檢驗(yàn)和學(xué)生能力的評(píng)價(jià)成績(jī)，以多維度、全方位展現(xiàn)學(xué)生能力為目標(biāo)來(lái)多元考核學(xué)生所學(xué)課程的成績(jī)。多元化的課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)機(jī)制兼顧過(guò)程性評(píng)價(jià)和學(xué)習(xí)成效評(píng)價(jià)并重原則，可增加評(píng)價(jià)結(jié)果的有效性和可靠性，能更全面、準(zhǔn)確地了解學(xué)生學(xué)習(xí)的效果。

表1 融合CDIO和翻轉(zhuǎn)課堂的在Java程序設(shè)計(jì)教學(xué)中的具體實(shí)施

依據(jù)融合CDIO和翻轉(zhuǎn)課堂的Java程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)的實(shí)際情況，我們?cè)O(shè)計(jì)了兩大類指標(biāo)體系，包括教師評(píng)價(jià)和學(xué)生評(píng)價(jià)，其中教師評(píng)價(jià)包括對(duì)個(gè)人的評(píng)價(jià)和對(duì)小組的評(píng)價(jià)，學(xué)生評(píng)價(jià)包括組間評(píng)價(jià)和組內(nèi)評(píng)價(jià)，在各類評(píng)價(jià)中包括多元考核指標(biāo)。多元化課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)機(jī)制的具體實(shí)施方案見(jiàn)表2，其中的評(píng)價(jià)指標(biāo)及其在課前、課中和課后所占百分比只是一個(gè)初步設(shè)想，還有待于在實(shí)踐過(guò)程中不斷地探索與調(diào)整評(píng)價(jià)指標(biāo)與權(quán)重，如采用層次分析法確定各指標(biāo)的權(quán)重等，以進(jìn)一步研究更科學(xué)合理的考核形式，完善考核機(jī)制。

通過(guò)考慮考核課程成績(jī)的多維度量化評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立基于教學(xué)全過(guò)程的多元化課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)機(jī)制，以促進(jìn)Java程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)的考核機(jī)制趨向更合理，更精確地檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)教學(xué)效果，從而凸顯新工科建設(shè)面向工程、實(shí)踐、應(yīng)用和創(chuàng)新。

4 結(jié)語(yǔ)

新工科強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，強(qiáng)調(diào)融入行業(yè)企業(yè)的工程項(xiàng)目理念。以新工科建設(shè)為背景，融合CDIO工程教育理念和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的Java程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革，充分體現(xiàn)了“以學(xué)生為中心”和“基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)”模式，以培養(yǎng)學(xué)生能力為核心。通過(guò)在不同班級(jí)對(duì)該課程教學(xué)改革實(shí)施與否對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在已實(shí)施的班級(jí)中，積極主動(dòng)學(xué)習(xí)Java的學(xué)生增多了，能做Java項(xiàng)目、開(kāi)發(fā)軟件的學(xué)生增多了，利用已開(kāi)發(fā)或即將開(kāi)發(fā)的軟件參與互聯(lián)網(wǎng)+、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等學(xué)科競(jìng)賽的學(xué)生也增多了?？傊?，通過(guò)教學(xué)改革的實(shí)施，可有效提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)、工程實(shí)踐、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和創(chuàng)新等方面的能力，從而提高教學(xué)質(zhì)量，為打造具有較強(qiáng)編程能力、系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力和應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力的應(yīng)用型、復(fù)合型、創(chuàng)新型和好就業(yè)且能勝任工作的具有可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力的新工科Java軟件開(kāi)發(fā)人才提供思路。

表2 多元化課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)機(jī)制在Java程序設(shè)計(jì)教學(xué)中的具體實(shí)施