歐陽宏基，葛 萌，宋笑雪

（咸陽師范學(xué)院 計算機學(xué)院，陜西 咸陽 712000）

為了探索形成領(lǐng)跑全球工程教育的中國模式、中國經(jīng)驗，助力高等教育強國建設(shè)，為新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟的發(fā)展需要培養(yǎng)實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才[1-2]，近年來教育部積極推進新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”，并發(fā)布了《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》《關(guān)于推薦新工科研究與實踐項目的通知》《關(guān)于公布首批“新工科”研究與實踐項目的通知》《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計劃》等通知，并決定在高等學(xué)校建設(shè)一批未來技術(shù)學(xué)院。

在以大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、5G、區(qū)塊鏈、工業(yè)智能等新興技術(shù)助力傳統(tǒng)工業(yè)升級改造的過程中，需要依托軟件載體落地實現(xiàn)，因此合格的軟件工程人才就顯得尤為重要。軟件工程本身就是傳統(tǒng)工科專業(yè)，對于新工科的“新”體現(xiàn)在升級改造。在保留傳統(tǒng)軟件工程專業(yè)基礎(chǔ)知識的前提下，實現(xiàn)專業(yè)交叉融合，培養(yǎng)多元化、具備主動應(yīng)變能力、解決復(fù)雜工程問題能力和承擔(dān)社會責(zé)任的高質(zhì)量、復(fù)合型軟件人才。根據(jù)編程語言統(tǒng)計排行，近幾年Java 語言一直穩(wěn)居世界編程語言排行榜前三。據(jù)IDC 統(tǒng)計，在所有軟件開發(fā)人才中，對Java 工程師的需求占總需求的50%以上[3]。

目前國內(nèi)一些學(xué)者針對“Java程序設(shè)計”開展了相關(guān)教改研究，李莉等人[4]按照新工科和金課標(biāo)準(zhǔn)，從多學(xué)科知識背景結(jié)合信息技術(shù)前沿等角度，實現(xiàn)了一套細粒度、可擴展的實踐教學(xué)案例庫。張維梅[5]采用對分課堂教學(xué)模式并融入課程思政內(nèi)容改革實踐教學(xué)模式，解決了現(xiàn)有Java 實踐教學(xué)中存在的內(nèi)容難度低、形式單一等問題。袁亞麗等人[6]借助移動教學(xué)平臺豐富的教學(xué)資源并結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂對課程內(nèi)容、教學(xué)模式和評價方式進行了改革，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實踐動手能力。

本文在已有研究的基礎(chǔ)上，主動適應(yīng)新工科的要求，以工程教育專業(yè)認(rèn)證（以下簡稱“工程認(rèn)證”）和OBE（Outcomes-based Education，OBE）理念為核心，對當(dāng)前課程教學(xué)現(xiàn)狀進行分析。針對存在的問題從完善課程目標(biāo)、優(yōu)化課程內(nèi)容、改進教學(xué)方法、實施過程性考核等方面探索教學(xué)改革，以期改變學(xué)生學(xué)習(xí)觀念，考慮學(xué)生個性化差異，分層次實施實踐教學(xué)內(nèi)容，促進課程目標(biāo)達成，提高課程教學(xué)質(zhì)量，為學(xué)生將來在工程師崗位高質(zhì)量就業(yè)奠定良好基礎(chǔ)。

1 課程教學(xué)目前存在的問題

（1）課程目標(biāo)覆蓋面不全。傳統(tǒng)課程教學(xué)主要是圍繞知識、能力目標(biāo)的培養(yǎng)開展，缺乏對學(xué)生情感、態(tài)度等素質(zhì)目標(biāo)的培養(yǎng)以及相對應(yīng)的教學(xué)資源和手段。

（2）缺乏JDK新知識的引入。由于Java SE版本更新頻率快，在近三年內(nèi)從Java SE 14 更新到了Java SE 19，每一個新版本都會包含Java的一些新知識和新特性。目前課程教學(xué)還普遍使用Java SE 8 版本，對于不同新版本中的新內(nèi)容涉及較少或者沒有涉及。

（3）部分核心內(nèi)容課時偏少。JDBC 是Java SE的核心內(nèi)容，主要講授如何利用JDBC API對關(guān)系型數(shù)據(jù)庫進行操作，是后續(xù)“Web服務(wù)器程序設(shè)計”“Java EE應(yīng)用開發(fā)”課程內(nèi)容的必要支撐。這部分內(nèi)容需要結(jié)合數(shù)據(jù)庫原理課程相關(guān)知識，綜合性較高，有一定的難度。現(xiàn)有教學(xué)計劃中只安排了6 課時理論+4課時實驗[7]，導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫連接池、冗余代碼提取與抽象、結(jié)果集元數(shù)據(jù)等部分內(nèi)容沒有涉及。

（4）考核方式落后。目前課程的考核采用平時成績+期末考試成績的方式進行，期末考試成績占比為80%。該方式偏重對基礎(chǔ)理論掌握程度的考察，而無法實現(xiàn)對學(xué)習(xí)過程中學(xué)生實際動手能力、計算思維能力、創(chuàng)新能力的考察。因此不能真實反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，容易造成學(xué)生疑難問題積累傳遞、考前突擊復(fù)習(xí)、死記硬背現(xiàn)象的發(fā)生。

2 教學(xué)改革措施

“Java程序設(shè)計”是軟件工程專業(yè)的一門重要程序設(shè)計類基礎(chǔ)課，與“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”“Web 服務(wù)器端開發(fā)”“軟件設(shè)計與體系結(jié)構(gòu)”“Java EE應(yīng)用開發(fā)”等課程密切相關(guān)，具有很強的實踐性。根據(jù)新工科的要求，結(jié)合Java SE發(fā)展現(xiàn)狀以及企業(yè)崗位技術(shù)需求，在OBE理念指導(dǎo)下，對“Java程序設(shè)計”課程教學(xué)進行改革和實踐。

2.1 完善課程教學(xué)目標(biāo)

工程認(rèn)證要求課程目標(biāo)要對畢業(yè)要求和專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)形成有效支撐，在修訂教學(xué)大綱時重新制定了課程目標(biāo)，通過3維目標(biāo)（知識目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)）實現(xiàn)對知識、技能、情感、態(tài)度等方面全覆蓋。（1）知識目標(biāo)：能夠正確應(yīng)用面向?qū)ο笤硗瓿深惖亩x與對象的使用；能夠區(qū)分抽象類與接口；能夠正確使用流對象完成數(shù)據(jù)的讀入與寫出操作，使用JDBC API完成對關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的操作；能夠區(qū)分List、Set和Map等集合并正確使用它們的子類；能夠利用反射、泛型、多線程機制完成相關(guān)程序的編寫。（2）能力目標(biāo)：能夠下載、安裝JDK并配置環(huán)境變量；掌握流行的Java集成開發(fā)環(huán)境以及第三方輔助工具的使用；正確使用Java語法和斷點調(diào)試方法，辨析錯誤產(chǎn)生的原因并對程序進行修正；能夠獨立編寫具備異常處理功能的Java 程序。（3）素質(zhì)目標(biāo)：具備良好的Java程序書寫風(fēng)格，能以嚴(yán)謹(jǐn)思維、負(fù)責(zé)態(tài)度正確閱讀、理解、修改程序代碼；通過獨立自主學(xué)習(xí)，獲取新的知識和技能；具備創(chuàng)新思維，尋求發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的途徑；能夠在工作中發(fā)揮團隊合作、敬業(yè)樂業(yè)精神和誠實守信品格，按時保質(zhì)保量完成工作任務(wù)。

制定上述課程目標(biāo)的依據(jù)是根據(jù)《工程教育認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)解讀及使用指南》中的“工程知識”“問題分析”“設(shè)計/開發(fā)解決方案”和“使用現(xiàn)代工具”4 條畢業(yè)要求對應(yīng)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，課程目標(biāo)對應(yīng)不同畢業(yè)要求中的具體指標(biāo)點[8]。由于“Java 程序設(shè)計”是軟件工程專業(yè)中的一門核心基礎(chǔ)課，畢業(yè)要求對應(yīng)其中兩個專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)1是：具有扎實的計算機系統(tǒng)和軟件工程領(lǐng)域理論基礎(chǔ)、豐富的軟件開發(fā)經(jīng)驗，能夠作為團隊骨干成員組織或參與復(fù)雜軟件系統(tǒng)的研發(fā)工作，能勝任項目經(jīng)理、產(chǎn)品經(jīng)理、軟件工程師、測試工程師等崗位。專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)2是：具備良好的溝通、團隊協(xié)作能力，能在工程技術(shù)問題討論中清晰闡述自己的設(shè)計和解決方案。具備自主學(xué)習(xí)能力，能通過不同渠道自主學(xué)習(xí)軟件工程領(lǐng)域的新理論、新技術(shù)、新工具，適應(yīng)職業(yè)發(fā)展的需求?！肮こ讨R”和“問題分析”這兩個畢業(yè)要求對應(yīng)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)1，“設(shè)計/開發(fā)解決方案”和“使用現(xiàn)代工具”這兩個畢業(yè)要求對應(yīng)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)2。

2.2 優(yōu)化課程內(nèi)容，以模塊化構(gòu)建課程知識體系

在綜合考慮學(xué)生前驅(qū)課程學(xué)習(xí)內(nèi)容、Java 在服務(wù)器端應(yīng)用開發(fā)的優(yōu)勢以及總課時數(shù)約束的情況下，對課程內(nèi)容進行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，具體包括：（1）數(shù)組、常用類和GUI 程序設(shè)計等內(nèi)容不再列入教學(xué)計劃。（2）加大JDBC、IO 操作等重點章節(jié)的課時，擴充這些章節(jié)的內(nèi)容。（3）增加Java SE 9—Java SE 17 各版本中引入的部分新特性，劃分到對應(yīng)章節(jié)進行學(xué)習(xí)。

將調(diào)整后的內(nèi)容按照基礎(chǔ)模塊、核心模塊、進階模塊3個部分構(gòu)建知識體系。其中基礎(chǔ)模塊包括的章節(jié)內(nèi)容有：（1）Java 語言基礎(chǔ)；（2）面向?qū)ο笤恚唬?）抽象類與接口。在這個模塊中引入JDK 的新特性：多版本兼容jar、Switch 增強語法、直接運行源文件、var關(guān)鍵字、Record關(guān)鍵字、instanceof模式匹配和接口中使用私有方法。核心模塊包括：（1）異常處理機制；（2）IO 操作；（3）集合框架；（4）JDBC。在這個模塊中引入JDK 的新特性：NullPointerException 明確拋出位置、集合不可變實例工廠方法、集合轉(zhuǎn)對應(yīng)類型的數(shù)組。進階模塊包括：（1）泛型機制；（2）反射機制；（3）多線程機制。在這個模塊中引入JDK的新特性：升級的操作符和嵌套類的訪問控制規(guī)則。

基礎(chǔ)模塊重點讓學(xué)生理解和掌握面向?qū)ο笤?、Java 語法和關(guān)鍵字用法等內(nèi)容，能夠以O(shè)O 思維結(jié)合IDE工具編寫基本的Java程序。核心模塊重點讓學(xué)生綜合應(yīng)用異常、IO、JDBC和集合框架等內(nèi)容，編寫涉及文件操作、關(guān)系數(shù)據(jù)庫訪問等綜合應(yīng)用程序。進階部分為將來學(xué)習(xí)Java EE 框架技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

2.3 基于超星學(xué)習(xí)通和泛雅學(xué)習(xí)平臺構(gòu)建混合式教學(xué)

超星學(xué)習(xí)通是一款面向移動端的智能教學(xué)輔助軟件，為學(xué)生提供了學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)工具、學(xué)習(xí)社區(qū)等功能[9]。超星泛雅是一款針對電腦端的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，方便教師建立線上課堂，并提供了豐富的教學(xué)資源以及各種教學(xué)環(huán)節(jié)和過程，利用大數(shù)據(jù)、云課堂等技術(shù)提供了學(xué)生學(xué)情分析，為疫情背景下開展線上教學(xué)提供了更多的便利[10]。借助上述兩個平臺采取了“線上+現(xiàn)下”混合教學(xué)方法，按照課前預(yù)習(xí)、課中討論和課后鞏固3個階段來實施。具體實施過程如圖1所示，以JDBC相關(guān)內(nèi)容為例輔助進行說明。

圖1 混合式教學(xué)流程

課前預(yù)習(xí)是教師提前將教學(xué)資源上傳到超星學(xué)習(xí)通平臺，學(xué)生通過觀看視頻、課件和講義等展開線上自主學(xué)習(xí)，然后做一些簡單的練習(xí)題進行自我檢測。疑難問題可以通過QQ、微信和學(xué)習(xí)通等工具與老師進行交流。

課中討論以線下方式在教室進行，具體分為5個階段來實施：第1個階段教師對上節(jié)課內(nèi)容進行簡要回顧；第2個階段進行提問，檢測課前學(xué)習(xí)效果。所提的問題要經(jīng)過精心設(shè)計并層層遞進，為后續(xù)階段的編程實現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。例如第一個問題：例用JDBC操作數(shù)據(jù)庫一般需要經(jīng)歷哪幾個步驟？第二個問題：上述哪些步驟會出現(xiàn)冗余的代碼？引導(dǎo)學(xué)生閱讀代碼，通過仔細觀察發(fā)現(xiàn)冗余地方。第三個問題：對冗余代碼應(yīng)該如何處理？引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系封裝、繼承的知識，通過定義父、子類關(guān)系解決冗余代碼。第3個階段讓學(xué)生動手實踐，對上一階段形成的解決方案進行編碼實現(xiàn)。然后邀請同學(xué)進行分享，其他同學(xué)參與點評。第4個階段教師對學(xué)生編寫的代碼和點評進行分析，梳理思路并給出正確答案。第5個階段布置課后作業(yè)，并引導(dǎo)對下一次課內(nèi)容進行預(yù)習(xí)。

課后要求學(xué)生按照畢業(yè)設(shè)計的格式和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)完成作業(yè)、實驗報告的撰寫，以提高學(xué)生的學(xué)術(shù)表達及撰寫能力。教師及時批改學(xué)生作業(yè)、實驗報告和階段性檢測試題等，發(fā)現(xiàn)問題及時進行總結(jié)并設(shè)計應(yīng)對策略，提升混合教學(xué)設(shè)計能力，保障課程教學(xué)質(zhì)量[11]。疑難問題除了每周有固定的線下答疑時間外，還通過線上討論答疑區(qū)、微信和QQ隨時進行，確保學(xué)生疑難問題不累積。

2.4 不同模塊對應(yīng)的實驗采用不同方式進行

基礎(chǔ)模塊對應(yīng)的實驗內(nèi)容沿用傳統(tǒng)驗證型實驗，章節(jié)內(nèi)容之間的獨立性較強。實驗開展方式轉(zhuǎn)換成“提前布置+課外完成+課內(nèi)講解”的方式進行。具體執(zhí)行步驟是：提前一周下發(fā)實驗內(nèi)容，讓學(xué)生提前利用課外時間完成實驗內(nèi)容，實驗課時教師逐個檢查學(xué)生實驗完成情況，要求學(xué)生口述實驗步驟、逐行講解代碼的含義并演示程序運行結(jié)果。根據(jù)代碼編寫情況、運行情況和講述情況來給學(xué)生打分，為了減輕學(xué)生負(fù)擔(dān)，這部分實驗不再要求學(xué)生提交實驗報告。這種方式有4個優(yōu)點：（1）確保學(xué)生能夠正確下載、安裝JDK并配置環(huán)境變量，掌握基礎(chǔ)的JDK命令和IDE的基本使用。能夠嚴(yán)格按照J(rèn)ava命名規(guī)范書寫程序。（2）能夠夯實面向?qū)ο蠡A(chǔ)知識，為后續(xù)內(nèi)容學(xué)習(xí)奠定良好基礎(chǔ)。（3）杜絕實驗抄襲行為，真正做到以學(xué)生為中心，掌握每一個學(xué)生的實際學(xué)習(xí)情況，及時對不同學(xué)生遇到的問題分別進行指導(dǎo)。（4）培養(yǎng)學(xué)生誠實守信的品格，鍛煉獨立自主完成任務(wù)的能力。對于基礎(chǔ)模塊實驗內(nèi)容不達標(biāo)的學(xué)生要求進行反復(fù)實踐，直到達標(biāo)為止，否則不得進行下一階段的實驗。

核心模塊實驗內(nèi)容是綜合不同章節(jié)內(nèi)容設(shè)計的綜合型實驗，章節(jié)內(nèi)容之間的耦合度較高。例如將異常處理、JDBC和集合框架等內(nèi)容綜合起來完成一個典型的購物車功能。這部分實驗內(nèi)容采用“課內(nèi)布置+思路講解+課內(nèi)課外共同完成+視頻講解”方式完成。實驗課時布置實驗內(nèi)容，教師利用15分鐘左右時間對實驗思路、主要類的定義、核心步驟（算法）進行講解，然后學(xué)生自己完成實驗，課內(nèi)完成不了的，利用課后完成并錄制視頻對實驗過程講解、演示運行結(jié)果，并撰寫實驗報告。教師最后提供實驗過程完整視頻和源碼，供學(xué)生參考，并要求提交實驗錯誤部分修正記錄。這種方式開展實驗有3 個優(yōu)點：（1）學(xué)生課內(nèi)做實驗的過程中遇到疑難問題，可以和老師面對面溝通并及時解決。（2）學(xué)生自己錄制視頻講解，確保課后在沒有監(jiān)管的情況下，獨立完成實驗并鍛煉口頭表達能力。（3）教師最后提供實驗標(biāo)準(zhǔn)視頻，確保學(xué)生能夠?qū)φ諜z查自己的錯誤并改正，防止疑難問題累積傳遞。

進階模塊對應(yīng)的實驗包括兩部分：一部分實驗是各章節(jié)對應(yīng)的實驗，內(nèi)容和實施方法類似于基礎(chǔ)模塊。另一部分是創(chuàng)新型實驗，創(chuàng)新實驗內(nèi)容是在進階模塊內(nèi)容上再融合之前章節(jié)形成的綜合性、復(fù)雜性內(nèi)容。這部分內(nèi)容主要是為了培養(yǎng)學(xué)生利用計算思維和邏輯推理，在全面綜合應(yīng)用基礎(chǔ)知識的前提下，結(jié)合實際業(yè)務(wù)應(yīng)用背景來培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題的能力。例如綜合應(yīng)用反射+泛型+JDBC 等基礎(chǔ)知識來完成基于泛型DAO 的通用數(shù)據(jù)持久層代碼，在這部分實驗內(nèi)容中補充數(shù)據(jù)庫連接池、數(shù)據(jù)庫元數(shù)據(jù)、結(jié)果集元數(shù)據(jù)等知識，使得學(xué)生理解冗余代碼進行抽象提取的重要性，掌握提高JDBC代碼復(fù)用率的方法。

2.5 實施過程性考核

實施過程性考核能突出教師教學(xué)中的主導(dǎo)作用和學(xué)生主體地位，是深化課程教學(xué)改革的必經(jīng)之路，是OBE理念體現(xiàn)的方式之一，也是做好專業(yè)認(rèn)證的前提和基礎(chǔ)。本課程采用過程性+期末考試相結(jié)合方式進行考核，過程性考核采取5種形式（課堂表現(xiàn)、平時作業(yè)、學(xué)習(xí)筆記、實驗報告和階段性測驗）共占60%，期末考試占40%。課程目標(biāo)和考核形式是多對多關(guān)系，其中課程目標(biāo)1由課堂表現(xiàn)（5%）、平時作業(yè)（5%）、實驗報告（10%）、階段性測驗（5%）和期末考試（20%）共同考核;課程目標(biāo)2 由課堂表現(xiàn)（5%）、平時作業(yè)（5%）、實驗報告（5%）、階段性測驗（5%）和期末考試（10%）共同考核；課程目標(biāo)3 由課堂表現(xiàn)（5%）、學(xué)習(xí)筆記（10%）和期末考試（10%）共同考核。

課堂表現(xiàn)具體包括到課率、回答問題、參與討論、點評和視頻資源學(xué)習(xí)情況，用來考核課程目標(biāo)1、2 和3。平時作業(yè)主要用來考核課程目標(biāo)1 和2。學(xué)習(xí)筆記分兩種類型進行，第一種類型是要求學(xué)生閱讀針對課程內(nèi)容的科研論文，撰寫學(xué)習(xí)心得；第二種類型是學(xué)生針對綜合型實驗完成過程中將遇到的問題和解決方法進行匯總整理，撰寫技術(shù)博客，用來考核課程目標(biāo)3。實驗進行13 次，只有綜合型實驗和創(chuàng)新型實驗需要學(xué)生提交實驗報告，用來考核課程目標(biāo)1 和2。階段性測驗進行3 次，每個模塊學(xué)習(xí)完進行一次，題型包括選擇、簡答和程序設(shè)計題，用來考核課程目標(biāo)1和2。期末考試為閉卷筆試，題型包括選擇、填空、簡答和程序設(shè)計等類型，前3類題型和部分程序設(shè)計題主要考核課程目標(biāo)1和2，部分程序設(shè)計題主要考核課程目標(biāo)3。本次教學(xué)改革在我院軟件工程專業(yè)20 級、21 級進行了兩輪實施，兩個年級的課程目標(biāo)達成度均大于0.7，說明課程教學(xué)改革達到了預(yù)期目標(biāo)。通過教務(wù)處教學(xué)評價系統(tǒng)數(shù)據(jù)表明，兩個年級學(xué)生對課程滿意度均大于95%。

3 結(jié)語

“Java程序設(shè)計”是軟件工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是Java 工程師入門級課程。本文依據(jù)OBE教育理念，在新工科要求和工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)下，對課程教學(xué)進行了改革。通過教學(xué)過程發(fā)現(xiàn)：學(xué)生的課堂表現(xiàn)更加活躍，平時作業(yè)、實驗報告、學(xué)習(xí)筆記等完成情況均比之前有了較好的提高，學(xué)習(xí)觀念也從被動轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?。學(xué)生能夠主動思考、發(fā)現(xiàn)問題、討論問題、解決問題，能夠獨立自主完成教學(xué)各個階段的任務(wù)，為后續(xù)課程順利開展奠定了良好的基礎(chǔ)。