李香菊，操鳳萍，謝修娟，王夢曉

（東南大學成賢學院 電子與計算機工程學院，江蘇 南京 210088）

0 引言

作為應(yīng)用型大學，計算機專業(yè)的學生應(yīng)該具備計算思維和創(chuàng)新思維能力，復雜計算機系統(tǒng)的認知、設(shè)計、開發(fā)、應(yīng)用和優(yōu)化能力，跨多學科知識的交叉能力和領(lǐng)域快速變化的適應(yīng)能力，成為具有系統(tǒng)觀的應(yīng)用型、復合型和創(chuàng)新型人才。東南大學成賢學院電子與計算機學院課程組根據(jù)應(yīng)用型本科計算機專業(yè)系統(tǒng)能力培養(yǎng)需求，對照“金課”標準，針對Java 程序設(shè)計課程存在的問題，分析系統(tǒng)能力內(nèi)涵，按照“價值為魂、知識為基、能力為重”的理念，從引入課程思政、計算思維訓練、完整案例教學、優(yōu)化考核方式和構(gòu)建線上教學內(nèi)容5 個方面建設(shè)教學資源，合理提升學業(yè)挑戰(zhàn)度、增加課程難度、拓展課程深度，構(gòu)造“價值塑造、知識傳授、能力培養(yǎng)”三位一體的教學資源［1］，實現(xiàn)對學生應(yīng)用系統(tǒng)能力的培養(yǎng)，即實現(xiàn)學生能在系統(tǒng)層面自主分析、設(shè)計、調(diào)優(yōu)、檢錯，具備站在系統(tǒng)高度自主解決本領(lǐng)域復雜工程應(yīng)用問題的能力。

1 教學問題與研究現(xiàn)狀

Java 程序設(shè)計是一門程序設(shè)計語言課程，教學內(nèi)容、模式一直延用傳統(tǒng)方式，因此無法滿足應(yīng)用系統(tǒng)能力培養(yǎng)的要求，目前存在以下問題：①在教學過程中，側(cè)重于編程基礎(chǔ)知識、面向?qū)ο髢?nèi)容和高級應(yīng)用等語法知識的正確性描述，教授學生如何編寫正確的程序，學生的計算思維能力訓練較少，導致思維與Java 語言脫鉤，部分學生缺乏使用計算機求解復雜問題的思維方式，無法運用Java 語言完成問題求解，對課程學習失去興趣和信心；②教學內(nèi)容之間缺少聯(lián)系，課程內(nèi)容以獨立知識點依次展開，未能將Java 課程內(nèi)容融入一個貫穿全課程的案例，課程實驗環(huán)節(jié)也是配套課程知識點進行練習，未進行完整的項目訓練，造成學生“管中窺豹”，只能應(yīng)付考試，針對實際問題的綜合運用能力、系統(tǒng)觀、團隊合作、溝通能力較弱；③考核方式陳舊，傳統(tǒng)課程考核方式包括平時成績（10%）、實驗成績（30%）和期末成績（60%）共3 個部分，期末成績比例較重，實驗內(nèi)容較簡單，容易形成應(yīng)試教育，無法較好地反饋Java課程對學生實踐能力的培養(yǎng)效果。

針對當前大學課程教育存在的問題，對標“金課”標準，各高校積極開展了“金課”建設(shè)要求。江漢等［2］認為注重過程評價、設(shè)計多元化的評價方式是“金課”建設(shè)不可或缺的一部分，從優(yōu)化考核內(nèi)容、突出過程評價、創(chuàng)新考核方式方面開展課程考核改革，能提升教學效率和教學質(zhì)量。常寧等［3］通過建設(shè)教學內(nèi)容、課程思政、自主學習資源等課程線上資源，結(jié)合線下資源，基于慕課+云班課實施混合式教學進行混合式“金課”建設(shè)與實踐。杜燕紅等［4］通過分析線上線下混合式“金課”相關(guān)文獻，得出線上線下混合式“金課”的研究主要集中在建設(shè)路徑、教學模式、課程目標、具體課程的應(yīng)用及課程資源5 個方面。張曉報等［5］提出嚴格的學生學業(yè)考評機制是大學實現(xiàn)金課的6 個重要方面之一。

此外，東南大學成賢學院電子與計算機學院課程組還學習其他高?！敖鹫n”建設(shè)經(jīng)驗，結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)目標，進行“金課”資源建設(shè)、課程思政、過程化考核等多項教改項目，設(shè)計Java 程序設(shè)計改革方案。具體為，課程以提升計算機應(yīng)用系統(tǒng)能力為目標，從課程思政、計算思維訓練、完整案例教學、優(yōu)化考核方式和構(gòu)建線上教學內(nèi)容5 個方面建設(shè)教學資源，全方位提升學生的實踐能力。

2 “金課”建設(shè)舉措

2.1 融合課程思政引領(lǐng)價值塑造

課程思政就是要寓價值觀引導于知識傳授和能力培養(yǎng)之中，幫助學生塑造正確的世界觀、人生觀、價值觀，這也是人才培養(yǎng)的必備內(nèi)容［6］。

在課程建設(shè)過程中，通過修訂原有課程的教學大綱，充分挖掘思政元素，增加思政案例［7］，探索課程思政的教學方法，引入課程思政教學元素培養(yǎng)學生的理想信念、價值取向、政治信仰、社會責任、工匠精神等，促使學生實現(xiàn)自我成長，使其適應(yīng)快速發(fā)展的社會和技術(shù)環(huán)境，承擔起社會建設(shè)與發(fā)展的責任。具體的課程思政元素如表1所示。

Table 1 Course ideological elements表1 課程思政元素

2.2 教學過程注重計算思維訓練

計算思維是運用計算機科學的基礎(chǔ)概念求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類行為的一系列思維活動，其本質(zhì)是抽象和自動化。其中，抽象的是問題的計算過程，利用計算機強大的計算力自動完成，是一種基于計算機的思維方式［8］。學生首先要理解計算機處理問題的方式方法，然后按照其數(shù)據(jù)加工處理方式進行訓練，從而給出問題求解方案，即掌握計算思維能力運用能力使自動化計算的產(chǎn)物服務(wù)于現(xiàn)實社會［9］。

Java 程序設(shè)計課程對計算思維能力的培養(yǎng)和訓練非常重要，主要通過理論課程和實驗兩種手段來進行訓練。實驗環(huán)節(jié)，通過貫穿全課程的完整項目案例，講解復雜問題的求解過程，在宏觀上訓練學生的計算思維能力；理論課程，在微觀上進行計算思維的認知和應(yīng)用，采用任務(wù)驅(qū)動教學法，通過提出問題、分析問題、抽象問題、分解問題、設(shè)計算法、解決問題的過程，引導、訓練學生運用計算思維的能力，實現(xiàn)課程教學與計算思維培養(yǎng)的有機結(jié)合。

程序設(shè)計的基本結(jié)構(gòu)包括順序、選擇和循環(huán)，是計算機處理問題的基本操作。順序結(jié)構(gòu)通過解決圓柱體積求解，幫助學生認識到程序需要定義變量、輸入，根據(jù)計算公式計算結(jié)果，讓學生初步掌握通過算法解決問題的基本要求；選擇結(jié)構(gòu)通過判斷是否具備返校條件，列出學校返校要求，然后給出各種情況進行分析，進而講解選擇結(jié)構(gòu)的原理及實現(xiàn)方法；循環(huán)結(jié)構(gòu)通過輸出各種形狀的圖形進行講解，不斷加大圖形復雜度并依次展開講解單循環(huán)、嵌套循環(huán)，幫助學生理解循環(huán)的意義及處理問題的方式，再通過百錢買百雞和雞兔同籠等經(jīng)典問題講解枚舉算法，引導學生運用循環(huán)方法解決實際問題。

對于復雜問題求解，程序設(shè)計往往采用抽象和分解的方法，通過解決多個小問題求解復雜問題。然而，每個小問題的求解就是通過函數(shù)的定義和應(yīng)用來實現(xiàn)，再通過函數(shù)間的調(diào)用完成復雜問題。其中，函數(shù)的定義可增強程序的可讀性和可擴展性，并且函數(shù)可重復使用，能減少代碼量。為此，在課堂上提出模擬簡易計算器的要求，引導學生將問題劃分為加、減、乘、除4 種基本操作，在主函數(shù)中調(diào)用這些函數(shù)，通過參數(shù)傳遞計算數(shù)據(jù)，既能讓學生厘清函數(shù)的定義，還能訓練學生對函數(shù)調(diào)用的熟練程度、解決問題的思路——抽象和分解。此外，通過講解斐波那契數(shù)列的求解，引出遞歸的概念，講解遞歸求解的兩個關(guān)鍵因素——結(jié)束條件和遞歸公式，給出遞歸函數(shù)的定義，通過迷宮求解案例來訓練學生對遞歸函數(shù)的應(yīng)用能力。

Java 是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言，類的定義及使用是課程的重點。在撲克牌游戲中，引導學生對撲克牌進行抽象定義，既包括數(shù)字和花色兩個關(guān)鍵信息，還有讀取數(shù)字、花色、比較大小等操作，以進一步定義撲克牌類別。通過該案例引導學生掌握面向?qū)ο蟮闹匾拍睢?、繼承和多態(tài)。

2.3 采用貫穿全課程的完整項目案例訓練應(yīng)用系統(tǒng)能力

傳統(tǒng)Java 程序設(shè)計課程教學大綱設(shè)置的實驗內(nèi)容主要是幫助學生掌握課程知識點，在“金課”建設(shè)中已保留這部分，還額外增加貫穿課程的實踐案例——撲克牌游戲，并將游戲功能拆解后融入授課過程中，以逐步完善系統(tǒng)，直至實現(xiàn)整體游戲。撲克牌游戲的實踐案例主要包含計算類游戲（24點）；對弈類游戲（大小、斗地主等）。

（1）任務(wù)提出。課程第一次課展示撲克牌游戲的效果，幫助學生了解游戲應(yīng)具備的功能及難度；然后分小組討論游戲項目解決方案，鍛煉學生系統(tǒng)分析能力；最后教師對討論結(jié)果進行指導，引導學生劃分項目功能點，拆分子項目。如表2 第二列，教師給出實現(xiàn)子項目所需的知識點及對應(yīng)章節(jié)內(nèi)容，進一步向?qū)W生介紹課程的教學內(nèi)容，使學生在宏觀上了解課程教學內(nèi)容，有助于學生學習該部分課程內(nèi)容。

Table 2 Practice case knowledge points表2 實踐案例知識點

（2）分階段實現(xiàn)項目子系統(tǒng)。在每個章節(jié)教學過程中，首先進行理論課程教學和基礎(chǔ)實驗練習，然后增加案例實踐環(huán)節(jié)，運用該章節(jié)學習的知識點實現(xiàn)相應(yīng)的子項目并不斷集成，逐步擴大項目功能。在案例實踐環(huán)節(jié)，采用分小組的形式，各小組成員能充分討論項目的具體實現(xiàn)方案，分工完成相應(yīng)的設(shè)計、編碼、測試和文檔工作，在提升自身實踐能力的同時，能進一步提升整個團隊的合作能力、溝通能力及集體責任感。

（3）項目總結(jié)及優(yōu)化。隨著課程學習到達最后階段，學生逐步完成了整體項目，最終進行調(diào)試優(yōu)化。案例完成后，學生完成整體實驗報告，包括項目分析、設(shè)計、實現(xiàn)和測試等內(nèi)容，總結(jié)項目開發(fā)過程中遇到的問題及解決方案。同時，每個小組錄制視頻，演示項目運行效果，講解設(shè)計方案和實現(xiàn)思路，通過貫穿課程的實踐項目串聯(lián)課程知識，訓練學生對應(yīng)用系統(tǒng)的認知、分析、設(shè)計與實現(xiàn)能力，提升學生的知識綜合運用能力，以進一步提升學生解決復雜問題的能力，即計算機應(yīng)用系統(tǒng)能力。

2.4 實行過程化考核綜合素質(zhì)

傳統(tǒng)課程考核主要通過試卷和實驗報告兩種形式，只能了解學生的知識掌握程度，缺乏對實踐能力、專業(yè)素養(yǎng)和價值觀的考核，無法驗證是否實現(xiàn)了課程教學目標。因此，在“金課”建設(shè)過程中，加大過程考核成績在課程成績中的比重，強調(diào)學生學習全過程的全面考核，從對學生知識、能力、創(chuàng)新和素養(yǎng)的綜合要求上體現(xiàn)整個教學過程與學習過程的結(jié)果，建立健全能力與知識考核并重的多元化學業(yè)考核評價體系［10］，新的課程考核方案如表3所示。

Table 3 Process assessment scheme表3 過程化考核方案

（1）課內(nèi)表現(xiàn)。課程考勤采用慕課堂平臺來及時掌握學生出勤情況，并追溯缺勤原因。課堂學習態(tài)度主要通過考查學生在課上回答問題的正確性和積極性，了解學生的學習效果和對課程教學的反饋，以此調(diào)整后續(xù)教學。對學有余力的學生，在線上學習平臺提供高、中、低3 種難度的題目，供學生課下自行選擇進行訓練，并將參與情況作為考核之一。

（2）階段性測試。在課程進行過程中開展3 次階段性考核，以驗證學生前期學習效果，督促學生按照課程節(jié)奏進行學習?？己祟}型包括選擇題、編程題。其中，選擇題采用中國大學MOOC 平臺，設(shè)置限時題庫，從題庫出卷；編程題采用線下模式。為了真正實現(xiàn)考核的意義，針對成績不理想的學生反復進行補考，直至考核通過。

（3）實踐環(huán)節(jié)。為了提升學生實驗內(nèi)容學習質(zhì)量，課程實驗采用MOOC 平臺的在線評判系統(tǒng)，教師添加實驗題目，給出全方位的測試用例，以檢測學生提交實驗代碼的正確性。如此，既能提升學生實踐能力，又能幫助教師高效地掌握學生學習效果，開展針對性教學。從平臺統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，采用OJ 批改模式能提升學生實驗成績。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學生如果未能滿分通過，會分析、查找錯誤原因，直至滿分通過，這個過程既提升了學生的自我分析和編碼能力，又激發(fā)了學生學習興趣。此外，實踐環(huán)節(jié)還包括貫穿課程的實踐項目，教師根據(jù)學生提交的程序代碼、報告文檔和講解視頻，給出相應(yīng)的實踐分數(shù)。

（4）課外拓展。為了提升學生專業(yè)學習熱情，還增加了課外拓展考核環(huán)節(jié)，主要包括以下兩個方面：鼓勵學生積極參加學科競賽、大學生創(chuàng)新項目、興趣小組、教師科研項目開發(fā)［11］；布置一些課程相關(guān)的課外學習任務(wù)，以訓練學生的文獻查閱能力、資料分析學習能力、文檔編寫能力，并拓展學生專業(yè)領(lǐng)域知識。

2.5 構(gòu)建線上教學內(nèi)容

課程建設(shè)過程中，在中國大學MOOC 平臺開設(shè)了校內(nèi)SPOC 課程Java 程序設(shè)計，建設(shè)了線上教學內(nèi)容，主要包括課程大綱、課件、課程教學視頻、單元練習、課程項目、補充知識等內(nèi)容，重點建設(shè)教學案例視頻和單元練習，采用案例教學、任務(wù)驅(qū)動教學法促進計算機應(yīng)用系統(tǒng)能力培養(yǎng)。

（1）教學案例設(shè)計。在課程改革過程中，既要完成課程基本內(nèi)容授課，又要滿足應(yīng)用系統(tǒng)能力培養(yǎng)要求。為了解決課時緊張的問題，東南大學成賢學院電子與計算機學院課程組通過建設(shè)線上課程資源，將課程基本教學內(nèi)容錄制為典型教學案例，并發(fā)布在線上課程，作為線下教學的補充資源，將其作為課下學習任務(wù)布置給學生，達到課程訓練目的。本文按知識點分解Java 課程的內(nèi)容，為每個知識點或若干個小知識點設(shè)計具有典型性、實用性的教學案例［8］，將其錄制為視頻發(fā)布在線上平臺。其中，典型性案例使學生以任務(wù)為載體，從特殊到一般，舉一反三，實現(xiàn)對學生邏輯思維能力和自主學習能力的培養(yǎng)；實用性案例激發(fā)學生的學習興趣，使學生將探究欲轉(zhuǎn)換為主觀愿望［12］。通過線上教學內(nèi)容輔助線下教學，方便學生隨時學習，及時補缺線下學習時未能掌握的知識點。

（2）單元練習設(shè)計。以當前單元知識點為主，結(jié)合已學單元的知識點，同時考慮后續(xù)單元知識點，設(shè)計出具有實用性、綜合性、層次性和開放性的單元練習［12］。學生線上學習的數(shù)據(jù)有利于教師掌握學生學習情況，可在線下教學時進行針對性指導，提升教學效果。通過建設(shè)線上教學資源，學生學習不再局限于課堂當中，既能有更多時間讓教師講解，還能讓學生有充分的時間訓練完整案例，使教師能順利開展過程化考核，有助于培養(yǎng)學生的應(yīng)用系統(tǒng)能力。

3 課程實施效果

學生在課程學習過程中，始終保持較高的學習興趣［13］，課堂討論參與度、項目完成度、學習成績相較于之前有所提升，如圖1所示。

Fig.1 Student transcript distribution from 2019 to 2021圖1 2019-2021年學生成績分布

同時，學生實踐動手能力和學習能力提升明顯，在課外獲得藍橋杯全國軟件和信息技術(shù)專業(yè)人才大賽Java 組國家二等獎和優(yōu)秀獎各一項，省級三等獎兩項，成功申報校企合作大學生創(chuàng)新項目兩項。

4 結(jié)語

東南大學成賢學院電子與計算機學院課程組對標“金課”建設(shè)標準，通過課程改革形成了“價值塑造、知識傳授、能力培養(yǎng)”三位一體的課程資源［14］，進一步提升了學生的計算思維能力和應(yīng)用系統(tǒng)能力，通過樹立正確的價值觀，為后續(xù)專業(yè)課程的學習奠定堅實的基礎(chǔ)。

此外，該課程資源全面涵蓋整個教學過程，對電子與計算機專業(yè)的其他課程的金課建設(shè)也具有一定的借鑒意義。