工程教育認(rèn)證背景下“Java 程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革探索

梁 成 朱 磊

（山東師范大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 山東濟(jì)南 250358）

《華盛頓協(xié)議》是一項(xiàng)工程教育本科專業(yè)認(rèn)證的國(guó)際互認(rèn)協(xié)議，該協(xié)議的主要目的是通過(guò)對(duì)工程教育認(rèn)證體系的多邊認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)各成員國(guó)對(duì)工程教育學(xué)歷的相互認(rèn)可，共同促進(jìn)工程教育質(zhì)量的提升[1]。截至目前該協(xié)議成員已有包含我國(guó)在內(nèi)的21 個(gè)正式的成員國(guó)和7 個(gè)預(yù)備成員國(guó)，由中國(guó)工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)認(rèn)證的工科專業(yè)的本科學(xué)位可被其他成員國(guó)認(rèn)可，這也為我國(guó)培養(yǎng)的工程專業(yè)人才走向世界奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

工程教育認(rèn)證對(duì)學(xué)生的畢業(yè)要求提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，即學(xué)生應(yīng)具備較強(qiáng)的綜合實(shí)踐能力，不僅能夠有效處理并解決實(shí)際生活中的復(fù)雜工程問(wèn)題，同時(shí)也應(yīng)具備良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作溝通能力以及自主學(xué)習(xí)能力。國(guó)內(nèi)各大高校都開(kāi)始按照工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)大力推動(dòng)本科工程教育改革，積極申請(qǐng)并參與工程教育專業(yè)認(rèn)證。因此，工程教育專業(yè)認(rèn)證不僅有效促進(jìn)了全國(guó)工程教育改革，同時(shí)提升了工程教育的質(zhì)量，對(duì)建立統(tǒng)一完善的全國(guó)工程教育質(zhì)量監(jiān)督制度有著至關(guān)重要的作用。作為我國(guó)高等教育質(zhì)量保障體系的重要組成部分，工程教育專業(yè)認(rèn)證強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體，整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)置都圍繞著學(xué)生展開(kāi)。同時(shí)，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生通過(guò)課程學(xué)習(xí)取得的收獲而非教師教授了哪些知識(shí)作為課程質(zhì)量的衡量標(biāo)準(zhǔn)。最終，通過(guò)對(duì)課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)對(duì)課程教學(xué)中的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，持續(xù)改進(jìn)課程質(zhì)量，進(jìn)一步提升學(xué)生的能力培養(yǎng)[2]。因此，工程教育認(rèn)證對(duì)學(xué)生的畢業(yè)要求提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，即學(xué)生應(yīng)具備較強(qiáng)的綜合實(shí)踐能力，不僅能夠有效處理并解決實(shí)際生活中的復(fù)雜工程問(wèn)題，同時(shí)也應(yīng)具備良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作溝通能力以及自主學(xué)習(xí)能力。

Java 語(yǔ)言是目前在工程實(shí)踐領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的編程語(yǔ)言之一?！癑ava 程序設(shè)計(jì)”作為計(jì)算機(jī)類相關(guān)專業(yè)的應(yīng)用核心類課程，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)和實(shí)踐能力具有重要的意義[3]。然而，隨著工程教育專業(yè)認(rèn)證對(duì)人才培養(yǎng)提出的新挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的課程教學(xué)模式并未在人才培養(yǎng)過(guò)程中有針對(duì)性地鍛煉學(xué)生處理和解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，因此難以滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求。此外，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的普及和發(fā)展已經(jīng)對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容的前沿性產(chǎn)生了巨大的沖擊，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性也產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響[4]。因此，如何依據(jù)工程教育認(rèn)證理念，對(duì)“Java 程序設(shè)計(jì)”課程展開(kāi)教學(xué)改革的探索和研究，并最終加強(qiáng)計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，達(dá)成相應(yīng)的培養(yǎng)目標(biāo)，是本文著重探討的問(wèn)題。

一、Java 程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)研究現(xiàn)狀

目前，“Java 程序設(shè)計(jì)”課程傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問(wèn)題主要包括以下四個(gè)方面：

（一）課程教學(xué)目標(biāo)和定位與工程教育理念存在一定的偏差

工程教育認(rèn)證是以畢業(yè)要求達(dá)成為標(biāo)準(zhǔn)、以培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向的合格性評(píng)價(jià)體系，其目的是確認(rèn)工程專業(yè)畢業(yè)生達(dá)到行業(yè)認(rèn)可的各項(xiàng)能力標(biāo)準(zhǔn)和要求[5]。而畢業(yè)要求的達(dá)成評(píng)價(jià)除了第三方用人單位、學(xué)生評(píng)價(jià)等主客觀評(píng)價(jià)外，課程目標(biāo)的達(dá)成情況是量化畢業(yè)要求達(dá)成的重要方式。以往的課程教學(xué)目標(biāo)由于缺乏對(duì)工程教育認(rèn)證核心理念的支撐，即使最終能夠按照設(shè)定的課程目標(biāo)完成授課，也無(wú)法有效衡量學(xué)生實(shí)際的學(xué)習(xí)效果。因此，如何在工程教育認(rèn)證背景下，重新設(shè)定更加符合要求的課程教學(xué)目標(biāo)，是需要解決的首要問(wèn)題。

（二）課程教學(xué)內(nèi)容不夠豐富，針對(duì)性不足

要達(dá)到工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)首要前提是學(xué)生具備解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。“Java 程序設(shè)計(jì)”作為編程類課程，具備較強(qiáng)的概念性和理論性，學(xué)生需要在深刻理解并掌握面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的核心和思路后再靈活運(yùn)用到實(shí)際待求解的問(wèn)題上。然而，在教學(xué)內(nèi)容的編排上，容易出現(xiàn)重理論輕實(shí)踐的情況，尤其是涉及面向?qū)ο蟮闹匾拍钊缋^承、多態(tài)、接口等，導(dǎo)致任課教師花費(fèi)大量的時(shí)間解釋或者演示相關(guān)概念的意義及使用方式，難以保證學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。因此，如何依據(jù)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以學(xué)生的產(chǎn)出為導(dǎo)向來(lái)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容也是至關(guān)重要的問(wèn)題。

（三）課程授課方式單一，層次性較差

目前傳統(tǒng)的教學(xué)模式仍然是以教師為中心的一對(duì)多的授課方式，學(xué)生通常只是被動(dòng)接受教師所傳授的知識(shí)，師生之間缺乏有效的溝通，由于缺少必要的反饋，教師也無(wú)法掌握學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)效果，難以對(duì)課程授課方式做出相應(yīng)的調(diào)整。此外，由于學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)參差不齊，對(duì)待課程學(xué)習(xí)的能動(dòng)性也不盡相同，如果完全采取相同的教學(xué)方式和高標(biāo)準(zhǔn)要求，會(huì)不可避免地打擊部分基礎(chǔ)較差學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，最終也可能會(huì)導(dǎo)致此類學(xué)生干脆放棄該課程的學(xué)習(xí)。因此，如何建立層次化的授課方式，保證不同基礎(chǔ)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，持續(xù)建立學(xué)生的自信并鍛煉其自主學(xué)習(xí)能力也非常重要。

（四）課程考核評(píng)價(jià)方式不夠靈活，難以有效衡量學(xué)生的學(xué)習(xí)效果

傳統(tǒng)的課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)機(jī)制主要是理論考試加平時(shí)考勤的方式，偶爾輔以課程作業(yè)、簡(jiǎn)單的課堂提問(wèn)等，學(xué)生通過(guò)死記硬背一些常用的程序段，就能應(yīng)付期末考試。盡管能夠在一定程度上強(qiáng)化學(xué)生的理論知識(shí)，但難以起到鍛煉學(xué)生工程實(shí)踐能力的作用，學(xué)生通常也無(wú)法在實(shí)踐操作中靈活運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)。此外，由于在整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中沒(méi)有貫穿工程教育認(rèn)證理念，期末考試中設(shè)計(jì)的考題往往沒(méi)有很強(qiáng)的針對(duì)性，無(wú)法正確衡量學(xué)生的實(shí)際收獲。因此，如何設(shè)計(jì)更加有效的考核方式，依據(jù)課程目標(biāo)來(lái)反映學(xué)生學(xué)習(xí)的實(shí)際效果也是一個(gè)核心問(wèn)題。

二、教學(xué)改革探索

為了解決目前“Java 程序設(shè)計(jì)”課程存在的普遍問(wèn)題，并將工程教育核心理念深入貫徹在課程教學(xué)過(guò)程中，本文提出如下的教學(xué)改革方案，總體思路如圖1 所示：

圖1 基于工程教育理念的“Java 程序設(shè)計(jì)”課程改革總體思路

（一）工程教育理念驅(qū)動(dòng)下的Java 教學(xué)新知識(shí)體系構(gòu)建

以提高學(xué)生動(dòng)手能力和工程項(xiàng)目能力為目標(biāo)，將工程教育理念融入課程體系中。首先，需要按照工程教育理念重新制定課程教學(xué)目標(biāo)，表1 中給出了相應(yīng)的示例。此外，需要對(duì)課程中核心知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行梳理和標(biāo)注，然后基于核心知識(shí)點(diǎn)，設(shè)計(jì)并構(gòu)建Java 案例，根據(jù)案例重新布局課程知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)順序。案例可靈活運(yùn)用協(xié)同育人模式，或者可以定期邀請(qǐng)企業(yè)人員以及具有企業(yè)工作經(jīng)歷的教師，以其在實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中的真實(shí)Java 企業(yè)案例或者項(xiàng)目為切入點(diǎn)，并將這些Java 案例或者項(xiàng)目按照核心知識(shí)點(diǎn)分解成若干個(gè)小項(xiàng)目，每一個(gè)小項(xiàng)目作為一次課的學(xué)習(xí)內(nèi)容。同時(shí)合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)案例，使學(xué)生自己動(dòng)手由易到難循序漸進(jìn)地掌握各知識(shí)點(diǎn)并完成項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，構(gòu)建Java 教學(xué)新知識(shí)體系，有效鍛煉學(xué)生的工程實(shí)踐應(yīng)用能力，從而培養(yǎng)符合工程認(rèn)證要求的計(jì)算機(jī)類專業(yè)人才。

表1 “Java 程序設(shè)計(jì)”課程目標(biāo)與畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系

（二）以線上線下混合式教學(xué)為主，配合翻轉(zhuǎn)課堂、同伴式教學(xué)等多種教學(xué)方法，提升學(xué)生的課程參與度

通過(guò)對(duì)新知識(shí)體系下的知識(shí)點(diǎn)重難點(diǎn)分級(jí)，確定每段教學(xué)內(nèi)容中知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)方式，按照不同的教學(xué)方式組織教學(xué)資源，最后結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂平臺(tái)設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)施過(guò)程。本課題將首先讓學(xué)生在課前利用線上教學(xué)資源，觀看相關(guān)視頻、查閱資料，完成知識(shí)的自主學(xué)習(xí)，師生在課堂教學(xué)上開(kāi)展互動(dòng)，用于解答問(wèn)題、思考討論，并促使知識(shí)內(nèi)化和總結(jié)。隨后，在線下教學(xué)中利用翻轉(zhuǎn)課堂及同伴式教學(xué)模式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生為主體，加強(qiáng)學(xué)生的自主和交流學(xué)習(xí)，因此課題擬設(shè)計(jì)和組織豐富的課前學(xué)習(xí)資源以備學(xué)生預(yù)習(xí)使用，同時(shí)針對(duì)項(xiàng)目知識(shí)點(diǎn)設(shè)置課程任務(wù)分配給學(xué)生，使其深度參與課堂，通過(guò)學(xué)生分組討論及以學(xué)生為主體進(jìn)行知識(shí)講授等方式，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、項(xiàng)目協(xié)作與團(tuán)隊(duì)溝通等綜合能力。

（三）符合工程教育理念的課程考核及量化指標(biāo)設(shè)計(jì)

隨著教學(xué)模式的改革，教學(xué)過(guò)程延伸至課外，包括課外自主學(xué)習(xí)和線上線下課堂教學(xué)等過(guò)程，課程考核從各方面進(jìn)行評(píng)價(jià)是必須和必要的。課題擬從綜合學(xué)習(xí)效果、課外學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)、學(xué)習(xí)過(guò)程的參與度、項(xiàng)目任務(wù)完成情況等綜合評(píng)定課程成績(jī)。此外，對(duì)于某些考核內(nèi)容，也可以采用非標(biāo)準(zhǔn)化答案的評(píng)價(jià)方法，著重考查學(xué)生在面對(duì)復(fù)雜問(wèn)題時(shí)的思路，在一定范圍內(nèi)給予學(xué)生解決問(wèn)題的靈活度及自主性。同時(shí)，課程應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)課程目標(biāo)與畢業(yè)要求觀測(cè)點(diǎn)的支撐關(guān)系，對(duì)不同考核方式的占比進(jìn)行合理設(shè)置與調(diào)整。例如，假設(shè)課程的最終評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)是按照期末考試成績(jī)（50%）、小作業(yè)成績(jī)（10%）以及課程設(shè)計(jì)成績(jī)（40%）來(lái)共同決定，則應(yīng)該針對(duì)畢業(yè)要求給出相應(yīng)的支撐，如表2 所示。通過(guò)表2 可計(jì)算出每位學(xué)生在課程分目標(biāo)及總目標(biāo)上的達(dá)成度情況，最終全面客觀評(píng)價(jià)學(xué)生的工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力。

表2 “Java 程序設(shè)計(jì)”考核方式及分值

結(jié)語(yǔ)

目前，工程教育認(rèn)證工作已經(jīng)在我國(guó)廣泛開(kāi)展，并取得了一定的成效。通過(guò)在課程教學(xué)過(guò)程中貫徹工程教育理念，堅(jiān)持以學(xué)生為中心、以產(chǎn)出為導(dǎo)向，建立系統(tǒng)的課程目標(biāo)與層次化的教學(xué)內(nèi)容，采用多元化的教學(xué)手段和考核方法，對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐能力進(jìn)行全面的培養(yǎng)和量化，課程教師及時(shí)掌握學(xué)生的課程學(xué)習(xí)效果，以實(shí)現(xiàn)對(duì)課程目標(biāo)、課程內(nèi)容、授課方式、考核標(biāo)準(zhǔn)等的持續(xù)改進(jìn)，建立基于工程教育理論的良性課程體系是十分有益的。

本文首先分析了“Java 程序設(shè)計(jì)”傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問(wèn)題，隨后以工程教育認(rèn)證的核心理論作為出發(fā)點(diǎn)，從課程內(nèi)容、教學(xué)模式、考核標(biāo)準(zhǔn)三個(gè)主要方面探討了課程教學(xué)改革的方向，為其他專業(yè)課程的教學(xué)改革提供了新的思路和有益參考，并為培養(yǎng)具有工程實(shí)踐能力的計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)人才助力。