李小智 劉偉 丁長松

摘? 要： 針對目前Java程序設(shè)計課程本科教學存在的普遍問題，提出以能力為導向的教學模式。進一步明確課程的能力培養(yǎng)目標，構(gòu)建課程多層次能力模型，細化教學內(nèi)容和能力培養(yǎng)的對應(yīng)關(guān)系，采取多種教學措施，并介紹實施過程，說明教學效果。

關(guān)鍵詞： Java程序設(shè)計; 教學模式; 培養(yǎng)目標; 能力模型

中圖分類號：G642? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2020）04-81-04

Teaching practice of Java programming course for multi-level ability cultivation

Li Xiaozhi， Liu Wei， Ding Changsong

（Hunan University of Chinese Medicine School of Informatics， Hunan， Changsha 410208， China）

Abstract： Aiming at the common problems in the undergraduate teaching of Java programming course， this paper proposes a ability oriented teaching mode to further clarify the ability training objective of the course， build a multi-level ability model of the course， refine the corresponding relationship between teaching content and ability training， and take a variety of teaching measures. It introduces the implementation process and shows the teaching effect.

Key words： Java programming; teaching mode; training objective; ability model

0 引言

隨著大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、移動互聯(lián)網(wǎng)等新信息技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機應(yīng)用型人才的社會需求量逐年增加。應(yīng)用型高校作為培養(yǎng)計算機應(yīng)用型人才的主陣地，以新工科建設(shè)為契機，注重社會需求導向作用，積極采取各種措施推動教學改革，提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量和速度。程序設(shè)計能力是計算機應(yīng)用型人才的基本能力之一，如何提高程序設(shè)計課程的教學質(zhì)量是各高校計算機專業(yè)進行教學改革的重點內(nèi)容。

Java程序設(shè)計是計算機類專業(yè)基礎(chǔ)核心課程，教學目標主要有三個：知識目標、思維目標、能力目標[1]。目前，該課程的本科教學存在普遍問題，重視知識目標，而思維目標和能力目標由于缺乏有效評價機制，并沒有受到足夠重視。教學以教師為主，以課堂為中心，采用“理論+實驗”方式，教學模式陳舊，教學效率不高。教學過程中學生主體作用沒有得到充分體現(xiàn)，學生只是按照要求完成學習任務(wù)，自主學習能力較弱，創(chuàng)新能力極度缺乏[2]。因此，Java程序設(shè)計課程教學需擺脫以知識傳授為主的教學慣性，實施以能力為導向的課程教學，采用靈活多樣的教學方式，培養(yǎng)學生包括編程能力在內(nèi)的多層次能力，來與新工科建設(shè)人才培養(yǎng)目標高度契合。

1 能力培養(yǎng)目標

1.1 學習能力

受傳統(tǒng)學習模式影響，大學生早已習慣了所學知識來源于教材、課堂和教師[3]，學習的目的大都是為了完成老師布置的作業(yè)和通過考試，是一種他主學習行為，對課程知識的探究并沒有真正成為學習內(nèi)在驅(qū)動力，不能滿足Java語言學習的要求。Java知識點多，版本更新快，特別是第三方組件豐富，要求學生要有很強的自主學習能力。因此，教師在教學過程中，不僅要研究“如何教”，更重要的是積極引導學生“如何學”，要充分調(diào)動學生的主觀能動性，引導學生發(fā)現(xiàn)問題、探索問題、解決問題，有利于在知識的廣度上拓展和深度上挖掘，來彌補課堂傳授知識的局限性。培養(yǎng)自主學習能力，增強終身學習意識，是能力培養(yǎng)最根本目標。特別是在畢業(yè)后走上開發(fā)類崗位，面對新技術(shù)的出現(xiàn)和新工具的使用，要能勝任工作，不斷學習和適應(yīng)發(fā)展的能力尤為重要。

1.2 計算思維能力

計算思維是以計算機科學的基礎(chǔ)概念充分運用為基礎(chǔ)，通過將問題和解決方法抽象處理而實現(xiàn)問題解決的思維過程[4]。計算思維是對客觀問題的另一種描述，把現(xiàn)實世界問題轉(zhuǎn)化為計算機領(lǐng)域問題，其核心就是解決問題。在傳統(tǒng)Java教學過程中，由于受到各種教學因素的制約，主要偏重Java語言本身知識講授，將語言的應(yīng)用交給其他課程以及學生本身，而相關(guān)課程交叉融合不夠，學生缺乏對計算思維的訓練，導致在解決實際問題時顯得力不從心。計算思維主要從抽象、算法、歸納、分解、評價這五個方面來體現(xiàn)和實現(xiàn)，因此在教學活動中，教師根據(jù)不同階段的教學要求，創(chuàng)設(shè)相應(yīng)的問題情境，分步遞進式引導，學生在解決問題過程中完成抽象建模、算法設(shè)計、編碼實現(xiàn)、系統(tǒng)測試等一系列過程，達到計算思維能力培養(yǎng)的目標。

1.3 工程實踐能力

培養(yǎng)學生的工程實踐能力為滿足軟件行業(yè)發(fā)展對應(yīng)用型和技能型人才的需要，工程實踐能力不僅是能熟練寫出代碼，還包括編碼的規(guī)范、軟件設(shè)計模式的應(yīng)用、各種主流技術(shù)框架和開發(fā)工具的使用以及項目文檔撰寫能力等。提升學生工程實踐能力，有效解決高校教學與企業(yè)需求脫節(jié)的問題，有利于企業(yè)降低用人成本。

1.4 團隊協(xié)作能力

一個軟件項目開發(fā)團隊由多人組成，其中個人能力不盡相同，成員之間相互尊重，平等交流，互補互助，才能形成合力，最大程度地提高工作效率。團隊要創(chuàng)造條件讓每位成員能在合作中充分展現(xiàn)各自的長處，體現(xiàn)自我價值，這樣才能有存在感和獲得感。優(yōu)秀的表達溝通能力在團隊中非常重要，如遇到技術(shù)及各種管理問題，需要成員之間、師生之間有效的表達與溝通。

1.5 創(chuàng)新能力

創(chuàng)新能力是一種高級別能力，在解決具體問題時，不固守已有的方法或模式，敢于突破常規(guī)或者另辟蹊徑。Java編程解決具體問題，核心是設(shè)計算法，學生上機實驗、完成作業(yè)、課程設(shè)計，可以通過師生交流、相互討論、上網(wǎng)查詢等各種途徑獲取大量信息和參考資料，學習過程中不能被已有的算法限制了思維，要能分析對比、深入思考，要能敢于提出自己的見解。這種學習上的創(chuàng)新，會延伸到工作上的創(chuàng)新，在“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下，信息技術(shù)在各行業(yè)的應(yīng)用，只有具備了創(chuàng)新能力才能創(chuàng)造出更大的價值。

Java語言教學培養(yǎng)的各方面能力，學習能力是基礎(chǔ)能力，是培養(yǎng)其他各方面能力的基本條件，編程能力、計算思維能力、工程實踐能力是專業(yè)能力，是課程教學能力培養(yǎng)的重點，創(chuàng)新能力是具備創(chuàng)新意識的前提下，在實踐過程獲得的高層次能力，團隊協(xié)作能力是一個軟件項目有序進行的保障。課程培養(yǎng)各能力層次模型如圖1所示。

Java課程內(nèi)容（部分）與能力培養(yǎng)目標關(guān)系如表1所示。不同的學習內(nèi)容和學習階段，能力培養(yǎng)并沒有明顯界限，只是側(cè)重點有所不同。

2 教學措施

2.1 調(diào)整培養(yǎng)方案，增加實踐課時

以筆者所在學院的計算機與科學技術(shù)專業(yè)為例，原有的培養(yǎng)方案基于課程內(nèi)容多，知識點繁雜考慮，理論課時相對偏多，總課時54課時，理論課36課時，占比為66.7%，實踐課18課時，占比僅為33.3%。修改后的培養(yǎng)方案總課時64課時，理論課36課時，占比為56.2%，實踐課28課時，占比為43.8%。實踐課時的增加更符合工程實踐類課程的教學需求，教師能安排更多實驗內(nèi)容，更能準確掌握學生的學習情況，同時學生能得到更多老師親臨指導的機會。運用“做中學”的教學理念[5]，將部分理論知識結(jié)合上機實驗進行講解，采用理論與實踐相結(jié)合的方式，較好地解決了課時不夠問題。

2.2 設(shè)問探究，強化自學能力

適當引導，合理設(shè)問，可以充分激發(fā)學生的求知欲和學習的主動性，學生在問題求解過程中，查閱各種資料，利用網(wǎng)絡(luò)資源，如在線視頻、技術(shù)博客、技術(shù)論壇等獲取大量信息，對這些信息進行分析比較、歸納總結(jié)，有利于提升學生的自主學習能力。如講數(shù)組時，提出問題：如何利用數(shù)組編程解決約瑟夫問題，除了數(shù)組以外還有哪些解決方法？又如，C語言作為Java語言的前置課程，兩種語言基本語法有很大的相似性，講授Java基本語法知識時采用了翻轉(zhuǎn)課堂開展教學[6]，課前提出問題：兩種語言基本語法異同比較，要求學生分組討論制作PPT，課中學生匯報學習成果，師生互動答疑，課后總結(jié)。

2.3 項目驅(qū)動，提升動手能力

上機實驗是為掌握課程知識點而設(shè)計的驗證型或探究型實驗，是培養(yǎng)學生編程能力的主要教學手段之一。但是各實驗內(nèi)容相對獨立，缺乏整體性和系統(tǒng)性，結(jié)果呈現(xiàn)并不直觀。課程設(shè)計以項目驅(qū)動方式進行，要求學生分組完成某一軟件系統(tǒng)的開發(fā)，考核重點是運用所學知識，完成系統(tǒng)功能編碼。在講解完Swing組件使用后，發(fā)布四個項目：圖書管理系統(tǒng)、坦克大戰(zhàn)、連連看、網(wǎng)絡(luò)五子棋，提供項目需求文檔，引導學生自愿組隊，自由選題，利用課余時間開發(fā)。開發(fā)與后續(xù)日常教學同步進行，每個小組每周提交開發(fā)進度表，教師及時掌握各組開發(fā)情況。期末進行項目答辯，每組派出一名成員匯報演示，演示完畢后，其他組的同學和老師進行提問，每組選一名代表和老師共同組成評委團，評委根據(jù)現(xiàn)場答辯和項目演示，結(jié)合平時開發(fā)情況進行打分。

2.4 校企合作、協(xié)同育人

高校專職教師不是一線開發(fā)人員，對行業(yè)的技術(shù)發(fā)展和市場對人才的需求并不是十分了解，教學與市場需求存在脫節(jié)問題，校企合作能較好地解決這一問題。合作企業(yè)全程參與工程實訓環(huán)節(jié)，包括實訓內(nèi)容的安排，實訓計劃制定，實訓結(jié)果的考核等，企業(yè)派出有經(jīng)驗的軟件工程師負責工程實訓的具體實施，實訓內(nèi)容為實際項目的開發(fā)，使用當前主流的開發(fā)工具和軟件技術(shù)，過程管理完全按照軟件工程規(guī)范進行。為了不占用常規(guī)教學時間，安排在期末考試后的一周時間，進行全天封閉式集訓，讓學生提前感受工作氛圍，培養(yǎng)團隊協(xié)作能力，鍛煉溝通表達等軟技能。

2.5 改變考核方式，注重過程性評價

Java程序設(shè)計課程的核心目標是培養(yǎng)學生的計算思維能力，以Java語言為工具編寫程序解決實際問題。動手實踐能力是考核的重點，注重平時作業(yè)、上機實驗、課程設(shè)計等過程性評價。教改前課程綜合成績由期末卷面成績、課后作業(yè)、上機實驗三部分構(gòu)成，比例分別為：70%、15%、15%，教改后增加課程設(shè)計評分環(huán)節(jié)，綜合成績由期末卷面成績、平時成績（課后作業(yè)和上機實驗）、課程設(shè)計三部分構(gòu)成，比例分別為50%，20%，30%。考核方式的調(diào)整改變了期末臨時突擊復習就可通過考核的情況，避免了“高分低能”。

3 教學效果

培養(yǎng)目標的進一步強化，教學和考核方式的調(diào)整，這些都得到了學生的認可。從學校教務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)上評教的結(jié)果看，滿意率在95%以上，學生普遍反映要拿學分“更難了”，同時也認為編程能力有了很大進步。期末結(jié)束，通過自己的努力看到正常運行的程序，心理上增添了一份專業(yè)自信。期末考試卷面成績的合格率、優(yōu)秀率較以往還有提高。在課程設(shè)計環(huán)節(jié)，所有小組都完成了基本功能的開發(fā)，其中不乏亮點，選擇“坦克大戰(zhàn)”桌面游戲的一個小組，功能上做得更豐富，擴展了地圖功能，實現(xiàn)了自定義地圖的圖形化操作，界面如圖2。選擇“網(wǎng)絡(luò)五子棋”的小組，自學套接字編程實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信功能，界面如圖3。

工程實訓考核結(jié)果優(yōu)秀率將近30%，學生參加各類比賽積極性更高，2019年學院在讀大二、大三年級學生組隊參加各類比賽，獲國家級獎項4項，省級獎項6項。以能力培養(yǎng)為導向的Java程序設(shè)計教學改革，學生的綜合實踐能力得到很大的提升。

4 結(jié)束語

面向多層次能力培養(yǎng)的Java程序設(shè)計課程教學模式符合工程實踐類課程本身特點，針對不同的教學內(nèi)容和教學階段，運用不同的教學手段，達到不同的能力培養(yǎng)要求，體現(xiàn)了“寬基礎(chǔ)、重實踐、高素質(zhì)、強能力”的人才培養(yǎng)理念。良好的教學效果堅定了教學改革的方向，教學措施在具體實施過程中還需要不斷細化和調(diào)整。改革對授課教師、學生和教學軟硬件環(huán)境提出了更高的要求。接下來將在以下幾方面進一步探索：本課程與其他相關(guān)課程滲透融合，教師掌控多樣化教學方式的能力提升，校企深度合作等。

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