面向计算思维培养的《Java程序设计课程》教学实践研究

茅颖　缪俞蓉　朱亚丽　周旭

【摘要】    随着计算机技术与人类日常工作生活的不断深入融合，教学中计算思维能力的培养也日趋重要。高职计算机专业的学生通过程序设计课程的学习可以有效的培养计算思维，因此本文通过对《Java程序设计课程》教学实施过程中存在的问题进行分析，结合国家职业改革实施方案以及计算机专业人才培养方案，对课程教学过程中的教学目标、教学方法、考核评价等内容进行整合優化，培养学生利用程序语言分析并解决复杂问题的能力，着重提高学生的计算思维能力。

【关键词】    计算思维    Java程序设计    教学实践研究

引言：

高职院校的计算机类专业在人才培养方案中通常开设多门程序设计类课程，而在这些课程中通常都有Java程序设计课程，这是一门专业基础课，该课程的课程性质决定在教学过程中需要将课堂教学和实践教学相结合，培养学生进行Java产品的分析、设计、编码、测试的综合应用能力，这就使得部分学生在学习的过程中产生消极畏难的心理，学生缺乏学习主动性，教师教学效果欠佳，致使影响后续专业课程的学习。针对目前程序设计课程的教学情况与学生学习现状，结合多年教学经验，在教学过程中引入计算思维体系，深入探讨面向计算思维培养的Java程序设计课程教学实践研究。

一、计算思维解读

计算思维是由美国卡内基·梅隆大学的周以真教授在2006年提出并且定义的，她指出计算思维就是采用计算机科学的基础概念来解决问题、设计系统以及理解人类行为等一系列的思维方式[1]。国内，2010年在西安交通大学举办的首届“九校联盟计算机基础课程研讨会（C9）”的会后声明中提出：高校计算机基础教育阶段的首要任务是培养大学生的计算思维能力。国防科技大学的朱亚宗教授指出：计算思维是人类三大科学思维方式（计算思维、实验思维、理论思维）之一，有着举足轻重的作用[2]。

二、Java程序设计课程教学现状分析

2.1 课程的能力培养目标不明确

在课程的教学过程中，教师注重的是知识点的教学，着重于知识和技术的灌输，不够注重学生具体能力目标的培养。然而在教学过程中，教会学生理解知识并且能够熟练运用知识只是最基础的教学目标，学生能力的提高才是教学的终极目标。

2.2 教学模式与教学手段陈旧

在以往的Java程序设计课程教学实施中多以教师为中心，教师习惯使用讲授法讲授枯燥的知识点，而学生只能够被动的接受，使得学生的学习效率和学习效果都不太能够达到教师的预期。在学习过程中练习最多的是客观题和简单的编程题，这种教学模式与教学手段过于陈旧，缺少师生互动，不能提高学生编程实践能力，忽视培养学生对复杂问题的分析解决能力，限制了学生在学习过程中的实践与创新能力。

2.3 考核方式与评价体系单一

目前大部分Java程序设计课程的考核还是以期末考核为主，而在期末考试中又是以理论知识的考核为主，但程序设计类课程着重培养的是学生的实践编程能力、逻辑思维能力、分析问题解决问题等能力，这样的考核与评价方式过于单一，不够全面，缺少过程性评价，以理论知识为主的考核形式并不能全面的反应学生在Java程序设计课程学习后的实践能力和综合素质。

2.4 高职生源多样，教学策略陈旧

目前高等职业教育的生源呈现出多样化多元化的特征，有高考普招入学的学生，有对口单招入学的学生，同时高职院校面向全国各省市地区招生，学生的民族多样，生活习俗各不相同，并且各地的高考政策也有一定区别。这就造成同一个班级中学生的学习基础，学习能力差别较大，过去单一的教学策略并不能应对这种复杂的生源情况，不能保证不同基础的学生都能够达到程序设计课程的教学目标。

三、面向计算思维培养的Java程序设计课程教学建设

针对上述在Java程序设计课程教学中存在的问题，本文结合多年的教学经验，不断思考并且探索在程序设计课程的教育教学过程中的改革创新方向，深入探讨构建基于计算思维的Java程序设计课程教学体系。

3.1 教学目标

知识目标：1.掌握Java语言基础;2.掌握Java中的流程控制;3.理解面向对象程序设计的思想;4.掌握异常处理和事件处理机制、多线程的设计;5.掌握Swing图形界面的设计;6.掌握Java的I/O编程;7.掌握JDBC访问数据库技术。

能力目标：1.能够熟练配置Java开发工具和开发环境;2.能够建立面向对象的软件开发方法;3.能够使用Java语言提供的各类工具方法编写高质量的程序;4.能够撰写符合规范要求的技术文档。

素质目标：1.培养学生分析问题、解决问题及计算思维能力;2.培养学生抽象、概括、算法思维能力;3.培养学生良好的语言与文字表达能力;4.培养学生创新能力;  5.培养学生良好的职业素质;  6.培养学生团队合作能力。

3.2 教学内容

1.课时分配

教学内容的课时分配如表1所示：

2.单元内容及要求

认识Java语言：了解Java语言产生的背景;掌握环境变量的配置。

Java语言基本要素：掌握Java中基本数据类型;掌握常量和变量的灵活使用。

运算符与表达式：会使用常用的运算符;掌握表达式的计算。

流程控制语言：掌握选择结构语句在程序中的使用;理解三种不同结构的循环语句。

数组：掌握一维数组、二维数组的使用。

面向对象程序设计的基本概念：理解Java中类和对象的概念;掌握面向对象的抽象、继承、多态三大特性。

接口：掌握接口的定义方法;熟练运用方法重载来实现多态。

异常处理：掌握常见异常的处理;学会如何自定义异常。

集合：掌握集合的定义和使用;掌握泛型的使用。

图形用户界面：了解组件的种类及特点;掌握常用组件类的构造方法及常用成员方法;掌握创建组件的对象、设置属性及调用方法。

事件处理：熟练掌握Java的各种事件处理。

I/O技术与文件管理：掌握常用输入输出流类及方法;理解文件输入输出的流类及方法。

多线程：了解线程和进程的区别;掌握线程的生命周期及创建和使用语法;掌握多线程的使用。

数据库的方法：掌握JDBC的基本概念和操作;掌握使用JDBC-ODBC桥访问数据库的方法。

3.3 教学方法

1.利用问题驱动教学法，培养学生分析问题解决问题的能力。问题驱动教学法是以学生为主体，以问题为核心，通过引导学生在分析问题解决问题的过程中学会知识提高能力的一种教学方法。在教学设计时科学合理的设计问题，提高问题的创新性与趣味性，在教学过程中引导学生剖析问题，在分析解决问题的过程中激发学生探索知识的积极性，增强学习编程语言的信心，为学生在今后学习工作中遇到问题时能够顺利分析并解决打下基础。

2.利用算法为主线教学，培养学生算法思维能力。在教学过程中以算法为主线，在算法的讲解过程中增加Java程序设计课程的知识点。计算机专业的专业课中或多或少的都融入了各类经典算法，算法思维在专业课的学习中举足轻重，学生在程序设计课程中培养的算法思维贯穿后续的专业课学习。

3.构建网络学习平台，培养学生自主学习能力。构建Java程序设计课程的网络学习平台，目前因为新冠疫情，线上教学日趋重要，线上教学不仅仅是发布简单的学习视频或者学习资料，需要加强线上学习的趣味性，同时增强师生在网络学习平台的互动性，将线上自主学习与线下教学相结合，改变学生以课堂学习为主的学习模式，激发学生对Java程序设计课程的学习兴趣，培养计高职类计算机专业学生的自主学习能力。

4.课程考核。1）根据课程标准中的教学目标确定考核内容，不再以理论知识的考核为主，而是在考核理论知识的同时注重能力目标与素质目标的考核。2）注重过程性考核，在教学过程中的平时表现、实验实训、项目完成情况都可以综合到最终评价成绩中，不再以最后的期末考试成绩来评价学生的学习情况。3）构建网络学习平台不仅可以运用在日常教学中，也可以利用网络学习平台中学生的学习数据对学生的日常学习情况进行评价与考核。4）丰富考核评价的方式，除了常规的卷考和操作考以外，还可以使用在线考、分组项目实训、项目汇报等多种方式进行考核，也能提高学习的趣味性。

四、结束语

面向计算思维培养的Java程序设计课程教学实践研究，其目的主要是为了培养学生的算法思维、分解、抽象、概括、评估等思维能力，同时激发学生对程序设计课程的学习兴趣，提高学生的自主学习能力，达到课程标准所要求的知识、能力、素质三个维度的教学目标，为今后其他專业课程的学习打下坚实基础。当然，教学是一个不断发展的过程，需要在教学实践中不断的探索、完善，将教学创新与人才培养相结合，培养出符合时代要求的计算机专业技术人才。

参  考  文  献

[1]范文翔，张一春，李艺.国内外计算思维研究与发展综述[J].远程教育杂志，2018，36（02）：3-17.

[2]朱亚宗.论计算思维——计算思维的科学定位、基本原理及创新路径[J].计算机科学，2009，36（04）：53-55+93.

[3]茅颖.Java程序设计课程中计算思维的培养[J].黑龙江科学，2020，11（13）：42-43.

[4]王颖娜.以计算思维为导向的大学计算机基础课程教学改革研究[J].科技资讯，2021，19（02）：37-39.

项目基金：2019年江苏商贸职业学院课题：以计算思维能力培养为导向的《Java程序设计》课程教学改革与研究（SY20191223-06）

茅颖（1987.08），女，江苏南通，汉族，硕士研究生，讲师，研究方向：软件技术教学研究。