OBE理念下Java程序设计课程教学改革实践探究

马驰 吴杰 胡辉 李旌燕

关键词： 教学改革；OBE；Java；程序设计

0 引言

为了适应社会和产业的需求，提高工程人才的质量和竞争力，我国加入了“华盛顿协议”，并推进工程教育专业认证。在这一过程中，OBE教育方法作为一种先进的教育理念，得到了广泛的关注和应用[1]。Java 语言是一种面向对象程序设计语言，具有简单、健壮、安全、跨平台等特点，被广泛应用于软件工程、数据科学、人工智能等领域[2]。Java程序设计作为软件工程专业的核心基础课程，其教学对于培养学生的计算机思维和创新能力具有重要意义。传统的Java程序设计教学存在一些问题，如教学目标过于陈旧、实验内容单一、考核方式固定等，这些问题可能会影响学生能力的培养。基于OBE的Java程序设计课程方案的实施，从课程目标、教学内容、教学方法、考核评价四个方面进行了教学方案设计，构建符合OBE要求的Java程序设计课程体系。经过问卷调查和教学评价，发现改革后的教学措施受到学生高度积极的响应和参与，有利于培养学生的工程素养和实践能力。

1 课程现状及问题分析

传统的教学方法通常以教学大纲为标准，理论为主，实践内容单一。Java语言发展较快，在实际教学存在以下几个方面的问题：

1） 教学目标过于陈旧，缺乏成果导向。传统的教学目标主要是让学生掌握Java语言的基本语法和常用类库，以及一些简单的编程技巧，忽视了学生的实际需求和能力培养。教学目标没有明确地体现出OBE理念中“即以学生的预期学习成果为导向，以提高学生的综合素质和能力为目标”的思想[3-4]。

2） 实验内容单一，缺乏创新。实验内容主要是按照教材或者教师安排的一些例题进行编程练习，缺少与实际问题和工程项目相结合的实验设计，也缺少对学生创新能力和团队协作能力的培养。实验内容没有充分体现OBE理念中“以提高学生的实践能力和创新能力为目标”的思想[5-6]。

3） 考核方式固定，缺乏多样性。考核方式主要是通过期末考试或者平时作业来评价学生的学习效果，而忽视了对学生的过程性评价和自我评价。考核方式没有充分利用OBE理念中的“以提高学生的自主学习能力和自我评价能力为目标”的思想[7]。

以上问题导致了Java程序设计教学不能满足新工科建设对人才培养的新需求，也不能适应社会和行业对软件技术人才的新要求。因此，有必要对Java程序设计课程进行教学改革，引入OBE理念和方法，从教学目标、教学内容、考核评价等方面进行优化和创新。

2 教学方案设计

2.1 教学目标

OBE理念要求教师在教学设计和实施中以学生为中心，根据社会和行业的需求制定课程目标，采用灵活多样的教学方法和评价方式，不断改进教学质量。主要内容包括：清楚聚焦、扩大机会、提高期待、反向设计、自我参照评价[8]。OBE理念下Java程序设计教学目标的设计主要包括以下几个方面：

1） 掌握Java语言的基本语法、数据类型、运算符、控制流程、数组、字符串等基础知识。体现了Java程序设计的基础和核心，是学生必须掌握的知识内容，对应OBE理念的清楚聚焦。

2） 理解面向对象的概念、原则和方法，能够使用类、对象、继承、多态、接口、抽象类等进行面向对象的程序设计。体现了Java语言的特点和优势，是学生必须理解和运用的编程思想，同样对应OBE理念的清楚聚焦。

3） 熟悉Java的常用类库和工具，能够使用集合、异常处理、文件操作、网络编程、多线程等进行复杂功能的实现。体现了Java语言的丰富和强大，展示了学生需要熟悉和掌握的编程技能，对应OBE理念的扩大机会。

4） 能够分析和解决实际问题，能够根据需求设计和开发Java应用程序或小型项目。体现Java语言的应用和创新能力，展示了學生的问题解决能力，对应OBE理念的提高期待。

5） 能够使用合适的开发环境和工具，能够编写规范、清晰、可维护的Java代码，能够进行有效的调试和测试。体现了Java语言的工程化和规范化要求，展示了学生需要遵循和达成的编程标准，对应OBE理念的反向设计。

6） 能够展示和交流自己的编程成果，能够撰写文档和报告，能够进行团队协作和沟通。体现了学习Java语言中的展现和沟通技巧，展示了学生需要评价和提升的综合素质，对应OBE理念的自我参照评价。

2.2 教学内容

教学内容采用项目教学方法[9]，并对案例进行了拆分、重构，体现了OBE的反向设计的理念，通过从最终目标（以计算器软件的设计和实现为例）出发，反向进行课程知识点设计，让学生掌握Java语言中解决问题所需的知识和技能，提高学生的应用和实践能力。表1是一个“设计实用的计算器软件”为主要内容的项目分解示例。

2.3 教学过程

教学过程按照问题情境设计[10]，主要分为以下几个步骤：

1） 情景导入，明确任务：教师以一个真实的问题作为情景导入，引发学生的兴趣和好奇心，激发学生的学习动机。例如，教师可以提出这样一个问题：“你觉得用面向对象编程来实现这个计算器会有什么好处呢？你会如何设计这个计算器中的类和对象呢？你会如何利用继承和封装来简化和优化你的代码呢？”。教师向学生介绍本项目的目标、要求、时间、评价等，以便学生明确任务。

2） 收集资料，制定方案：学生分成若干小组，每组根据自己的兴趣和能力选择一个子任务，例如界面设计、功能实现、测试调试等。每组收集相关的资料和信息。3） 自主协作，具体实施：利用Java语言编写计算器程序的代码，使用开发工具进行编译、运行、调试等。每组之间进行沟通和协作，解决遇到的问题和困难，互相交流和分享经验和成果。

4） 点拨引导，过程检查：教师在整个过程中扮演指导者和协助者的角色，不直接给出答案或解决方案，而是通过提问、提示、反馈等方式引导和激励学生自主探究和解决问题。教师定期对每组的进度和质量进行检查和评价，给予必要的建议和指导。

5） 展示成果，修正完善：每组完成自己的子任务后，将各个子任务整合成一个完整的计算器程序，并进行测试和验证。每组在全班展示自己的成果，并对自己的工作进行总结和反思，说明遇到的问题和解决方法，分析优缺点和不足之处，并提出改进措施。

6） 评估检测，拓展升华：教师对每组的成果进行评估和检测，给予客观和公正的评价和反馈，并给出相应的分数或等级。教师还可以根据学生的表现和水平给予一些拓展性的问题或任务，例如如何增加计算器程序的功能或性能，如何使用网络或数据库等技术提高计算器程序的实用性等。

2.4 考核评价

为了检验OBE理念下Java程序设计课程教学改革的效果，本课程采用了多元化的考核评价方式，包括：

1） 项目报告：学生按小组完成一个Java程序设计项目，并提交项目报告，展示项目的目标、过程、结果和反思。项目报告占总成绩的40%。

2） 项目答辩：学生按小组进行项目答辩，展示项目的功能、特点和创新点，并回答教师和同学的提问。项目答辩占总成绩的20%。

3） 期末考试：学生参加闭卷的期末考试，考查学生对Java程序设计基础知识和技能的掌握程度。期末考试占总成绩的30%。

4） 平时表现：学生在课堂上的出勤、参与、讨论和作业等方面的表现，反映学生对课程的态度和兴趣。平时表现占总成绩的10%。

通过这些考核评价方式，既能体现OBE理念下的学习成果导向，又能激发学生的主动性、创造性和合作性，提高Java程序设计课程的教学质量和效果。

3 改革效果的评估和反馈

3.1 问卷调查分析

为了评估OBE理念下Java程序设计课程教学改革的效果，对2019级-2022级软件工程学生进行了问卷调查和学习成果分析。其中2019级、2020级学生为传统教学方式，2021级、2022级为改革后教学方式，传统授课方式和改革后授课方式的学生人数各为161 人和163人。调查问卷内容通过教务平台发放，包括内容设置的满意度、教学方法的满意度、考核评价方式的满意度、项目教学法能激发主动性和创造性的认同程度等10项内容。分数按照1-5分进行设定，其中1表示非常不满意，5表示非常满意。问卷调查结果分析如图1所示。

改革后课程的平均满意度达到了4.32，显著高于传统授课的3.68，表明学生对改革后课程的总体评价更高。改革后课程在内容设置、教学方法、考核评价方式、教师等方面的满意度都超过了传统课程，其中，教学方法和考核评价方式的差距最大，分别为4.38和4.29，远高于传统授课的3.52和3.46，表明学生更喜欢项目教学法和多元化的考核评价方式。改革后课程对提升学生的Java程序设计能力和兴趣的平均帮助程度为4.35，显著高于传统课程的3.71，表明学生认为本课程对他们的专业发展更有利。项目教学法能够激发学生的主动性和创造性的平均认同程度为4.46，显著高于传统课程的3.65，表明学生非常满意项目教学法的效果。考核评价方式能够公平地反映学生的学习成果的平均认同程度为4.31，显著高于传统课程的3.58，表明学生更信任考核评价方式的公正性。通过对比分析，可以看出，OBE理念下Java程序设计课程教学改革在各个方面都表现出了优势，赢得了学生的广泛认可和支持。

3.2 教学评价分析

改革前评价方式为平时成绩30% 和期末考试70%，改革后评价方式为项目报告40%、项目答辩20%、期末考试30%和平时表现10%。由于考核方式有所不同，评价指标设计为平均分、标准差、及格率、优秀率四个指标，详细数据见表2。

从表格中可以看出，改革后的教学成绩在平均分、及格率和优秀率方面都有所提高，而标准差则有所降低。这说明改革后的评价方式更能激发学生的学习兴趣和动力，提高学生的学习效果和水平，并减少了学生之间的差异。同时，改革后的评价方式更加注重学生的实践能力和团队合作能力，而不仅仅是对基础知识和技能的考查。

4 总结

Java程序设计课程的教学改革方案以OBE理念为指导，主要从教学目标、教学内容、教学方法等方面进行了教学设计。通过问卷调查和教学评价，发现改革后的课程设计和教学实施更符合OBE的要求，有利于提升学生的学习效果和满意度。今后的研究会扩大研究对象和范围，将教学改革方案应用于其他专业或其他课程中，比较不同专业或不同课程下改革效果的異同。