面向应用的《Java 程序设计》教改研究与实践*

王倩倩，朱咸军，肖芳雄

（金陵科技学院 软件工程学院，江苏 南京 211169）

一、引言

我国的高等工程教育规模已经位居世界第一，但是作为高等工程教育大国，在工程教育方面面临着很多问题与挑战。如工程教育的发展战略与目标定位还不够清晰，不同类型学校办学目标趋同；工程教育与工业界脱节，工程设计与实践教育教学不足；工科专业课程体系相对陈旧，与我国产业结构调整不相适应；工科教师队伍工程经历不足，影响工程教育质量等。[1]为了解决以上诸多问题，从2005 年起我国开始建设工程教育认证体系，逐步在工程专业开展认证工作，构建质量监控体系，并于2016 年成为国际本科工程学位互认协议《华盛顿协议》的正式会员。

对于计算机类专业来说，工程教育认证要求培养学生解决实际问题的能力、培养学生将所学的知识应用于复杂系统的能力，要求学生取得工程经验，基本了解本行业状况；要求讲授工程与应用类课程的教师具有工程背景，承担过工程性项目的教师需占有相当比例，有教师具有与企业共同工作经历等。[2]从这些基本要求中可以看出，工程教育认证强调的是面向应用，重视实践教学，强化学生解决实际应用问题能力的培养。和工程认证教育工作相呼应的是，国内的诸多高校近年也纷纷在教育教学改革的探索中注重实践环境的强化，实现“应用型本科”教育模式的转变，以培养适应社会经济发展需求的应用型本科专业人才。[3]

笔者学校作为一所应用型本科院校，其软件工程专业2015 年被江苏省人民政府遴选为省高校品牌专业建设一期工程项目，并于2016 年获批江苏省一级重点建设学科。该品牌专业坚持“需求导向，能力为本，知行合一，重在创新”的人才培养理念，致力培养应用型、职业化软件人才。《Java 程序设计》课程作为软件工程专业的必修课程，对于培养学生利用面向对象方法对复杂软件系统进行分析、设计、验证、确认、实现、应用和维护等能力有着十分重要的意义。课程组以面向应用为指导思想，充分发挥信息技术在实践教学中的作用，在教学案例设计与制作、课堂教学的实施与部署、教学信息化实现方式与手段等方面，取得了一定的教学改革成果。

二、课程教学现状分析

目前，《Java 程序设计》课程传统教学模式面临的主要问题有：

1.师资队伍实践教学能力不强

当前大多数高校的程序设计课程师资队伍存在理论水平较高，但实践能力薄弱的情况，这主要是因为高校教师来源渠道较为单一，很多师资力量缺乏实际企业开发工作经验。[4]更有甚者，由于一些学校程序设计师资力量严重不足，一些刚刚入职的新教师经常被分配至程序设计类课程组，而这些教师可能刚刚博士毕业，甚至从未进行过Java 程序设计工作。但是另一方面，从企业对学生的实际开发能力的需求来看，包括Java 语言在内的程序设计类课程对师资队伍建设提出了新要求，要求教师不仅要掌握理论知识，能胜任理论教学，还要具备较高的动手能力，能够指导学生开展软件开发实训、实践。不仅如此，为了让学生能够更好更快地适应工作岗位的要求，教师队伍可能还需要带领并指导学生参与企业相关的研发工作，让学生在“实战化”的学习过程中完成角色转变。

2.教学内容与过程的标准化、层次化不足

目前绝大部分高校在计算机类的本科生教学安排中，都设置了《Java 程序设计》课程，但由于各个学校开设该课程的方式和目的不同，其教学内容与过程的标准化有待进一步规范和提高。如有的高校较为重视理论部分教学，其主要教学内容集中在面向对象原理与方法方面，重点章节集中在Java 中的类、封装、继承等概念性较强的内容上，导致了学习过程和效果都不理想。在标准化统一的前提下，教学的层次化也是急需提升的一个方面。《Java 程序设计》课程不仅需要讲授面向对象的基本概念、基本方法，还需要讲授已被业界实践证明了的优秀实践、技术和软件实现过程，注重理论联系实践，注重培养学生的创新能力、自学能力、应用能力。

3.学习过程缺少“实战化”，学生学习的兴趣不强

对于编程类课程，尤其是面向对象程序设计语言，其概念性、理论性较强，需要学生在透彻理解面向对象理论和方法的基础上进行实践开发。因此，很多高校在开设该课程时往往以面向对象理论为重点，由于理论知识较为枯燥，学生难以理解，继而产生厌学情绪，甚至放弃课程学习。造成这一问题的根本原因在于课程教学过程缺乏“实战化”，无法在实践中应用、巩固学习到的理论，因此由于缺乏足够的实战化训练，学生很难真正掌握编程技术的精髓。[5]

4.对于教学质量、教学互动过程以及学生学习成果的量化分析手段不足

在很多高校的程序设计类课程设计中，对于教学过程、教学质量以及学生学习成果的量化分析手段上较为单一，往往采用传统的笔试考核方式，学生最后考试通过死记硬背概念，甚至死记硬背一些经典程序段，就可以应付最终的课程考核，很难真正体现教与学的真实效果。也有部分高校进行了改进，采用大作业或者机考的方式进行课程考核，这种改进虽然一定程度上强化了实践操作能力在课程考核中的比重，[6]但是考核仍然无法持续、全面地反映整个教、学互动过程，无法提供全面具体的量化分析结果。

三、改革方案计划与实施

为了解决目前《Java 程序设计》课程面临的各种问题，课程组对课程设置和课程教学模式进行了改革，主要工作包括如下三个方面：

1.课程内容规划调整

首先，在大多数的《Java 程序设计》课程中，理论知识作为授课内容放在前面，实践部分则放在后面。由于很多学生没有接触过编程类课程，在理论部分上课听不懂。授课教师看学生不懂，一些基础的理论知识一遍一遍地重复讲，造成的后果是一些基础较好的学生会抱怨知识点重复。为了解决这一问题，我们将原有课程一分为二，划分为两个相互衔接又相互独立的课程，其具体划分如下。

《Java 面向对象程序设计》：这一部分主要是讲授Java 语言中面向对象程序设计的基本思想和方法，该课程共包括40 课时。其主要内容包括Java 语言概述、Java语言基础、类的封装、继承与多态、接口、内部类和Java API 基础以及异常处理等。

《Java 高级程序设计》：该课程主要是在先修课程的基础上，重点开展Java 编程方法和应用的教学，该课程共包括48 课时。其主要内容包括集合框架与泛型机制、图形用户界面、多线程、输入/输出流和文件操作、网络通信、数据库应用等。

其次，充分考虑到实践教学环节在整个课程体系中的作用，在课程中强化实践教学，并重点策划制定了能够满足不同层次学习需求的实践教学内容，包括知识点分解的实验案例以及贯穿性的综合实验案例两个不同的组成部分。其中，知识点分解实验案例主要用于对某一个单一知识点的应用实践，通过一个小的实验过程让学生重点理解和掌握该知识点的应用场景与应用方法。贯穿性的综合实验案例则是让学生通过完成一个完整的软件开发过程，在该过程中对不同阶段、不同应用场景下的知识点进行实际应用开发，进而达到学以致用的目的。

2.面向应用的教学平台建设

借助于尚强科技公司的在线教育平台，构建面向应用的教学系统。该系统包括如下主要组成部分：

（1）实践教学综合平台：将数字化教学内容资源部署在综合实训平台上，通过虚拟实验环境、教学进度、教学内容资源的高度集成，提高项目化教学课堂质量，提升学生工程应用能力。

（2）质量监控与评价平台：通过实践教学综合平台记录与抓取的实践教学课堂各类数据，进行“教与学”行为的全过程管理、追溯、质量监控与评价分析。

（3）智慧学习门户平台：基于过程管理数据，对学生能力进行“长短板”分析，对课堂教学内容做线上进阶学习补充，向学生的“短板”技术点制定针对性的补充加强学习内容，另一方面则将“长板”技术能力进一步拔高，实现层次化学习服务。

3.教学模式设计

在对教学内容重新规划和整理后，教学模式也需要进行全新的设计和改革。为了更好地说明平台建设带来的变革，以问题最为突出的实验环节来详细说明新的教学模式及其特点，如图1 所示。

图1 教学模式过程与特点

首先，对于教师来说，在传统教学模式下，课前准备工作包括编写实验指导书，备课环节的主要工作根据指导书中的内容展开；教师在上课环节主要是讲授实验内容并布置实验任务；课程结束后，教师需要对学生提交的作业进行人工批改，并将结果反馈给学生。在引入实践教学平台后，教师的备课工作则主要为熟悉平台的实训方案，并按照个人的教学和学生学习情况制定合适的案例；教师上课过程仅需在系统中添加制定好的实训方案，生成对应的实训日历推送给课程组的学生；课后，平台能够实现作业的自动批改并生成相应的分析统计数据。

其次，对于参与课程学习的学生，其课前预习、上课以及课后作业的过程，全部可以在系统平台中完成。上课时，通过在系统中查看教师推送的实训日历，根据该日历按照要求完成相应的实训工作即可。由于该系统能够实现作业的自动批改，学生在提交作业后可以查看到批改分析结果，做到查缺补漏。需要指出的是，由于系统能够自动记录学生个体在实训过程中反映出的水平层次，指导教师可以根据记录个性化、分层次制定适应学生个体水平的实训课题，不同水平层次的学生可以接收到相应层级的训练和提高。

四、总结

在当前的工程教育认证背景下，应用型高校的教学模式需要进一步改革以满足工程认证的全新要求。本文以金陵科技学院《Java 程序设计》课程教学改革内容与成果为例，详细介绍了面向应用的软件工程类人才培养模式。本次课程改革以面向应用为主题，强调理论来源于应用、理论服务于应用、理论深化于应用，强调培养学生在实际应用场景下分析问题、解决问题的能力。

从方法上来说，本次课程教学改革“以学生为主体、以教师为主导”，结合成熟的在线教学系统，对课程内容和教学模式进行了全新的改革，通过丰富的实践案例，与企业实际工程项目紧密结合，培养学生解决实际工程应用问题的能力。从改革的效果来看，既发挥了任课教师在教学过程实施引导、启发、监控的主导作用，又充分体现了学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性，和传统教学模式相比显著提高了教学质量，尤其是提高了学生应用Java 语言解决实际应用问题的能力。

在接下来的工作中，我们将进一步加强数字化教学内容资源库建设，通过资源库内容的不断更新与改进，不断完善教学改革过程。同时，进一步与企业进行对接，构建校企一体化人才培养模式，将面向应用的改革思路落实到实习、就业环节，并通过企业反馈进一步对课程内容与模式进行优化。