基于CDIO理念的《JAVA網(wǎng)絡(luò)編程》課程教學(xué)模式探討*

林睦綱 趙輝煌 陳堅(jiān)禎 鄭光勇 唐四薪

摘 要：文章根據(jù)工程應(yīng)用人才培養(yǎng)目標(biāo)和網(wǎng)絡(luò)編程課程的特點(diǎn)，在CDIO工程教育理念的指導(dǎo)下，從教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容組織與設(shè)計(jì)、教學(xué)實(shí)施等方面，對(duì)《JAVA網(wǎng)絡(luò)編程》課程的教學(xué)模式進(jìn)行探討與研究，提出了知識(shí)講解案例化、能力培養(yǎng)項(xiàng)目化、課程考核全面化的網(wǎng)絡(luò)編程一體化教學(xué)模式。教學(xué)實(shí)踐表明，該教學(xué)模式有效地把教學(xué)知識(shí)點(diǎn)與工程實(shí)踐融合在一起，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，培養(yǎng)了學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)編程能力與工程綜合實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：JAVA網(wǎng)絡(luò)編程;CDIO教育理念;教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：TP311? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1673-8454（2021）04-0045-04

一、引言

網(wǎng)絡(luò)編程是網(wǎng)絡(luò)工程、軟件工程等計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的一門必修專業(yè)課程。該課程在《操作系統(tǒng)》《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》《軟件工程》和《數(shù)據(jù)庫(kù)》等課程的基礎(chǔ)上，通過學(xué)習(xí)互聯(lián)網(wǎng)工作原理、因特網(wǎng)尋址方式、TCP和UDP套接字編程、多線程編程和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)編程等內(nèi)容，使學(xué)生掌握網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)，培養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)編程的能力[1][2]。然而，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)編程的教學(xué)情況與用人單位對(duì)畢業(yè)生的反饋信息顯示，大多數(shù)學(xué)生有較扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，但實(shí)際編程能力較弱、不熟悉開發(fā)工具、缺乏主動(dòng)性和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、難以適應(yīng)企業(yè)工作環(huán)境，與企業(yè)的要求還存在一定的差距。分析其原因主要有：①網(wǎng)絡(luò)編程課程涉及的知識(shí)面廣，教學(xué)中缺乏知識(shí)融合與銜接，導(dǎo)致知識(shí)點(diǎn)散亂，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不濃;②傳統(tǒng)的“以教師講解為主、學(xué)生被動(dòng)接受學(xué)習(xí)”的教學(xué)模式，不利于培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)性、編程能力和創(chuàng)新能力;③“重理論、輕實(shí)踐”，缺乏對(duì)學(xué)生協(xié)調(diào)合作能力的培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生動(dòng)手能力差，不能很快地適應(yīng)企業(yè)工作環(huán)境。

CDIO工程教育模式是由麻省理工學(xué)院、瑞典皇家工學(xué)院等四所國(guó)際著名的工科院校率先提出的工程教育教學(xué)模式，它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行整個(gè)生命周期中的構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）、運(yùn)行（Operate）為主線，構(gòu)造一個(gè)工程教育環(huán)境，讓學(xué)生在實(shí)踐環(huán)境中主動(dòng)學(xué)習(xí)相關(guān)的專業(yè)技術(shù)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)工程能力、自學(xué)能力、組織溝通能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新能力，使學(xué)生具備一名優(yōu)秀的工程師應(yīng)有的知識(shí)、能力與素質(zhì)[3][4]。同時(shí)，它創(chuàng)新性地提出了CDIO 愿景、CDIO 大綱和具有很強(qiáng)可操作性的關(guān)于能力培養(yǎng)、一體化學(xué)習(xí)、實(shí)施與評(píng)估等十二條標(biāo)準(zhǔn)[5]。因此CDIO教育模式符合工程技術(shù)人才的培養(yǎng)規(guī)律，已經(jīng)成為了國(guó)際工程教育公認(rèn)的一種系統(tǒng)可操作的工程教育方法，也是當(dāng)前高校工科教育改革的重要指導(dǎo)思想[6-8]。

但由于每一門課程的特點(diǎn)及教學(xué)內(nèi)容不一樣，如何把CDIO教育理念與具體課程的教學(xué)相結(jié)合，設(shè)計(jì)有效的教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新能力？目前各高校仍在不斷地探索與實(shí)踐中[3-9]。筆者主要根據(jù)《JAVA網(wǎng)絡(luò)編程》課程的特點(diǎn)和教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合該課程近幾年的課程建設(shè)與教學(xué)實(shí)踐，在CDIO教育理念的指導(dǎo)下，從教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容組織與設(shè)計(jì)、教學(xué)實(shí)施等幾方面對(duì)《JAVA網(wǎng)絡(luò)編程》課程的教學(xué)模式進(jìn)行探討與研究，希望能為網(wǎng)絡(luò)編程的教學(xué)提供借鑒與參考。

二、基于CDIO理念的《JAVA網(wǎng)絡(luò)編程》課程教學(xué)設(shè)計(jì)

CDIO教育模式基于“做中學(xué)”和“以項(xiàng)目為載體”的教育理念，將教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)實(shí)施、評(píng)價(jià)方式等各個(gè)方面融為一體，使學(xué)生在工程項(xiàng)目中學(xué)習(xí)理論知識(shí)，提升工程實(shí)踐能力。對(duì)于實(shí)踐性很強(qiáng)的《JAVA網(wǎng)絡(luò)編程》課程，在教學(xué)過程中，教師可以遵循CDIO的教育理念，采用知識(shí)講解案例化、能力培養(yǎng)項(xiàng)目化的教學(xué)模式，把教、學(xué)、做融為一體，對(duì)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。

1.《JAVA網(wǎng)絡(luò)編程》課程教學(xué)目標(biāo)

課程的培養(yǎng)目標(biāo)是教學(xué)的依據(jù)和學(xué)生能力評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)。因此，筆者首先根據(jù)CDIO能力培養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)與用人單位對(duì)網(wǎng)絡(luò)軟件開發(fā)人員能力的要求，從知識(shí)、技能、能力與素質(zhì)四個(gè)層次確定《JAVA網(wǎng)絡(luò)編程》課程培養(yǎng)目標(biāo)，如表1所示。

根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)，筆者確定《JAVA網(wǎng)絡(luò)編程》課程的教學(xué)目標(biāo)是以項(xiàng)目與案例為教學(xué)內(nèi)容的組織形式，在案例講解中學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)的基本原理與模型、常用的網(wǎng)絡(luò)編程接口、套接字編程技術(shù)與思想。在項(xiàng)目自主實(shí)現(xiàn)過程中，通過實(shí)踐應(yīng)用復(fù)習(xí)回顧面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)等基礎(chǔ)知識(shí)，加深對(duì)網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)與思想的理解和應(yīng)用，熟練掌握開發(fā)工具的使用，掌握網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序開發(fā)的流程，培養(yǎng)學(xué)生軟件開發(fā)能力與項(xiàng)目管理能力，形成系統(tǒng)的軟件工程開發(fā)觀念和良好的編程習(xí)慣，能夠應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)與技術(shù)來分析解決實(shí)際問題，具有良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、專業(yè)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

2.《JAVA網(wǎng)絡(luò)編程》課程教學(xué)內(nèi)容組織與設(shè)計(jì)

《JAVA網(wǎng)絡(luò)編程》課程與《JAVA程序設(shè)計(jì)》課程不同，《JAVA程序設(shè)計(jì)》課程主要是學(xué)習(xí)JAVA語(yǔ)言的基本語(yǔ)法與JAVA編程思想[9]，而《JAVA網(wǎng)絡(luò)》編程，不僅以JAVA程序設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，還涉及許多操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)知識(shí)，如網(wǎng)絡(luò)程序中客戶端與服務(wù)器端要協(xié)同配合，為了避免在交互過程中出現(xiàn)阻塞要涉及多線程編程。因而《JAVA網(wǎng)絡(luò)編程》課程的教學(xué)內(nèi)容更豐富、更復(fù)雜、實(shí)踐性更強(qiáng)?？紤]到《JAVA程序設(shè)計(jì)》課程在此前已經(jīng)開設(shè)，因此我們根據(jù)網(wǎng)絡(luò)編程課程的特點(diǎn)與教學(xué)目標(biāo)，在CDIO理念的指導(dǎo)下，對(duì)《JAVA網(wǎng)絡(luò)編程》課程的教學(xué)內(nèi)容[10-12]組織與安排如表2所示。

三、基于CDIO理念的《JAVA網(wǎng)絡(luò)編程》課程教學(xué)模式的實(shí)施

根據(jù)CDIO的工程教育理念，在《JAVA網(wǎng)絡(luò)編程》課程的教學(xué)中，教師以項(xiàng)目或任務(wù)等形式來模擬具體工程環(huán)境，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程知識(shí)的學(xué)習(xí)與網(wǎng)絡(luò)編程能力的訓(xùn)練。筆者采用了“知識(shí)講解案例化、能力培養(yǎng)項(xiàng)目化、課程考核全面化”來組織實(shí)施網(wǎng)絡(luò)編程課程的教學(xué)。在整個(gè)教學(xué)過程中，教師是知識(shí)的傳授者，傳授基礎(chǔ)知識(shí);教師也是項(xiàng)目的布置者、引導(dǎo)者、監(jiān)督者，布置項(xiàng)目、引導(dǎo)并監(jiān)督學(xué)生完成項(xiàng)目;學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)教師傳授的知識(shí)，同時(shí)學(xué)生又是項(xiàng)目的協(xié)作者、設(shè)計(jì)者、完成者，主動(dòng)設(shè)計(jì)、相互協(xié)作共同完成項(xiàng)目?；贑DIO理念的《JAVA網(wǎng)絡(luò)編程》課程教學(xué)流程如圖1所示。

1.知識(shí)講解案例化

在CDIO教育理念中，學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)是工程教育的前提。CDIO教學(xué)模式并非是減少基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，而是通過工程項(xiàng)目實(shí)踐，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)與理解，使之具有更扎實(shí)的理論基礎(chǔ)知識(shí)和更強(qiáng)的分析解決問題能力。在教學(xué)實(shí)施中，對(duì)每一個(gè)教學(xué)模塊，教師要選擇好一個(gè)難度適當(dāng)、與教學(xué)內(nèi)容及知識(shí)點(diǎn)緊密相關(guān)的項(xiàng)目，并把項(xiàng)目拆分成若干個(gè)知識(shí)點(diǎn)，對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行案例化。教師可以把該教學(xué)模塊的知識(shí)點(diǎn)及案例以翻轉(zhuǎn)課堂或微課等混合式教學(xué)形式布置給學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)。在課堂教學(xué)中，教師主要對(duì)學(xué)生不易理解的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)講解，對(duì)學(xué)生在項(xiàng)目中出現(xiàn)的問題進(jìn)行答疑解惑，學(xué)生對(duì)實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)目進(jìn)行演示與評(píng)估，教師對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。

2.能力培養(yǎng)項(xiàng)目化

工程教育最終要回歸到工程實(shí)踐。在實(shí)踐中，主要培養(yǎng)學(xué)生的基本技能、人生態(tài)度、交流溝通、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新能力。項(xiàng)目實(shí)踐是工程教育最有效的形式。在《JAVA網(wǎng)絡(luò)編程》課程教學(xué)中，我們根據(jù)項(xiàng)目“構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行”的生命周期，采用能力培養(yǎng)項(xiàng)目化的形式組織教學(xué)，其具體實(shí)施步驟如下：①教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容選擇設(shè)計(jì)相應(yīng)的項(xiàng)目，把項(xiàng)目任務(wù)發(fā)布給各項(xiàng)目小組。項(xiàng)目小組一般2—3人，事先通過學(xué)生自由組合或指配的形式劃分項(xiàng)目小組。項(xiàng)目小組收到項(xiàng)目任務(wù)后，對(duì)項(xiàng)目組人員進(jìn)行分工，每個(gè)組員承擔(dān)不同的角色，集體查閱相關(guān)資料對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行需求分析，并檢查自己的知識(shí)儲(chǔ)備與不足，及時(shí)地反饋給教師（構(gòu)思階段）。教師對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行案例化講解，并幫助學(xué)生指出需求的不足，讓學(xué)生進(jìn)一步明確項(xiàng)目需求。②項(xiàng)目小組根據(jù)需求，擬定設(shè)計(jì)方案，并提交教師審核;教師幫助指導(dǎo)項(xiàng)目小組修正好設(shè)計(jì)方案（設(shè)計(jì)階段）。項(xiàng)目小組根據(jù)設(shè)計(jì)方案分工合作進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)，并及時(shí)反饋項(xiàng)目進(jìn)度以及遇到的困難給教師，教師指導(dǎo)、督促項(xiàng)目小組完成項(xiàng)目（實(shí)現(xiàn)階段）。③由各項(xiàng)目小組自評(píng)項(xiàng)目，提供自評(píng)報(bào)告，向教師與其他項(xiàng)目小組演示項(xiàng)目成果，教師與其他項(xiàng)目小組評(píng)價(jià)項(xiàng)目的完成情況，教師對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，項(xiàng)目小組根據(jù)評(píng)價(jià)情況反思并完善項(xiàng)目，并把完善后的項(xiàng)目提交給教師，由教師根據(jù)實(shí)現(xiàn)情況及各方面的評(píng)價(jià)給出成績(jī)（運(yùn)行階段）。

3.課程考核全面化

傳統(tǒng)的課程考核模式是以平時(shí)成績(jī)加期末考試成績(jī)組成。對(duì)于操作性很強(qiáng)的《JAVA網(wǎng)絡(luò)編程》課程，這種考核方式不能反映學(xué)生的能力素養(yǎng)，更不能評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。因此在筆者的教學(xué)模式里，形成了全面化的考核評(píng)價(jià)方式來評(píng)價(jià)表1所示的培養(yǎng)目標(biāo)：以平時(shí)成績(jī)來檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力與基本素養(yǎng)的形成;以期末成績(jī)來衡量基礎(chǔ)知識(shí)與專業(yè)知識(shí)的掌握情況;以項(xiàng)目完成情況與質(zhì)量來評(píng)價(jià)學(xué)生的專業(yè)技能、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、分析解決問題能力和創(chuàng)新能力。其中，平時(shí)成績(jī)占課程總成績(jī)的40%，主要根據(jù)課堂教學(xué)的出勤、課堂表現(xiàn)、跟教師的交流溝通、回答問題的情況由教師打分決定;期末考試成績(jī)占課程總成績(jī)的30%;項(xiàng)目成績(jī)占課程總成績(jī)的30%，其成績(jī)大致為：學(xué)生根據(jù)自己在項(xiàng)目中的貢獻(xiàn)與表現(xiàn)自評(píng)（占項(xiàng)目成績(jī)的20%），項(xiàng)目小組根據(jù)組員在項(xiàng)目中的貢獻(xiàn)情況給予組員評(píng)價(jià)（占項(xiàng)目成績(jī)的40%），其他項(xiàng)目組對(duì)項(xiàng)目小組項(xiàng)目的完成情況及文檔進(jìn)行評(píng)價(jià)（占項(xiàng)目成績(jī)的20%），教師對(duì)項(xiàng)目小組項(xiàng)目的完成情況、文檔及成員貢獻(xiàn)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)（占項(xiàng)目成績(jī)的20%）。

四、結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過近兩年的基于CDIO理念的《JAVA網(wǎng)絡(luò)編程》教學(xué)模式實(shí)踐， 筆者從學(xué)生的課堂表現(xiàn)、項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)和考試情況等方面對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行了觀察與評(píng)估。在課堂上學(xué)生能夠積極主動(dòng)地表達(dá)自己的見解，提出自己的疑惑，有強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)欲望;在項(xiàng)目中，學(xué)生能夠獨(dú)立查閱類庫(kù)和自學(xué)相關(guān)的技術(shù)編寫程序，能夠獨(dú)立地調(diào)試程序中的錯(cuò)誤，嘗試用各種不同的方法去實(shí)現(xiàn)程序的功能，而且團(tuán)隊(duì)合作能力、文檔撰寫能力都有了顯著的提升;在項(xiàng)目答辯中，能夠清楚地展示項(xiàng)目的功能，從容地回答問題;在理論學(xué)習(xí)中，學(xué)生不僅知其然，而且知其所以然，考試成績(jī)有了較大的提高。教學(xué)實(shí)踐表明，該教學(xué)模式有效地把理論知識(shí)與工程實(shí)踐融合在一起，提高了學(xué)生的主觀能動(dòng)性和學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)了學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)編程能力與工程實(shí)踐能力。在后續(xù)的教學(xué)過程中，教師還將加強(qiáng)與學(xué)生的溝通與交流，不斷改進(jìn)教學(xué)方法，完善教學(xué)模式，更好地提高教學(xué)效果。

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