新工科背景下的智能終端軟件開發(fā)課程教學(xué)改革與實踐

包象琳 徐曉峰 劉濤 章平

關(guān)鍵詞：新工科；智能終端軟件開發(fā)；項目驅(qū)動法；多維立體化教學(xué)

0 引言

智能終端軟件開發(fā)是安徽工程大學(xué)計算機與信息學(xué)院面向新工科的人才培養(yǎng)能力要求所開設(shè)的大三第二學(xué)期學(xué)科基礎(chǔ)課，是將軟件工程理論應(yīng)用于現(xiàn)實世界移動終端的基石，旨在適應(yīng)社會對新工科人才需求，為學(xué)生塑造未來工程師素養(yǎng)[1]，培養(yǎng)滿足新工科人才培養(yǎng)能力要求的計算機類學(xué)生，對智能終端軟件開發(fā)工程師、軟件安全測試工程師、軟件項目管理工程師等崗位所需要的知識、技能和素質(zhì)目標的達成起支撐作用。本課程的建設(shè)依托省級校企合作實踐教育基地、省級示范實驗實訓(xùn)中心、安徽工程大學(xué)計算機與信息學(xué)院創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中心等教學(xué)硬件資源，本課程在新工科背景下，深化課程體系和教學(xué)內(nèi)容改革，以學(xué)生為中心，經(jīng)立體化POPBL教學(xué)實踐，實現(xiàn)了課程讓學(xué)生能力得顯揚、課程項目為簡歷添色彩、教師教學(xué)將問題做降解、課外學(xué)習(xí)把精力應(yīng)挑戰(zhàn)。

1 現(xiàn)有教學(xué)模式的分析

當前智能終端軟件開發(fā)課程教學(xué)主要為“大班授課實驗動手”“老師講學(xué)生聽”的傳統(tǒng)教學(xué)模式，將這種教學(xué)模式應(yīng)用于智能終端軟件開發(fā)課程，會使得課程知識點被零散拆解，課程案例任務(wù)難形成整體[2]。并且，該課程內(nèi)容多、課時有限，涉及較多的抽象運行機制和繁雜項目代碼[3]，這使得平鋪直敘式的傳統(tǒng)教學(xué)易陷入枯燥低效的狀況，造成知識講解不深入、高階內(nèi)容難滲透、自主探究難實現(xiàn)的問題[4]，而“大班授課”又使得個別指導(dǎo)、互動問答等教學(xué)活動的實施不便，對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素養(yǎng)、促進自主學(xué)習(xí)的效果不佳[5]。

智能終端軟件開發(fā)作為應(yīng)用型專業(yè)基礎(chǔ)課，其授課教師應(yīng)幫助學(xué)生形成知識體系，引導(dǎo)學(xué)生探究并解決現(xiàn)實世界的實際問題，培養(yǎng)學(xué)生開發(fā)企業(yè)級項目的能力[6]。與此同時，教師應(yīng)將課程思政元素自然融入教學(xué)內(nèi)容[7]。為有效落地新工科人才培養(yǎng)舉措，教師需協(xié)助學(xué)生“融合創(chuàng)新”，在提高教學(xué)高階性的同時，循序漸進滲透實際挑戰(zhàn)，結(jié)合產(chǎn)教賽研，幫助學(xué)生形成“未來軟件工程師”的能力。圖1展示了本課程“融橫縱貫淺深”的教學(xué)核心思路，在智能終端軟件開發(fā)授課過程中，教師需要將抽象概念具象化，啟發(fā)學(xué)生找到項目間的共性邏輯、關(guān)聯(lián)關(guān)系和核心代碼，幫助學(xué)生內(nèi)化知識，實現(xiàn)教學(xué)的有效性。

綜上所述，智能終端軟件開發(fā)傳統(tǒng)模式的課程教學(xué)中存在知識理論抽象零散、實踐項目難連貫、邏輯概念難內(nèi)化、高階挑戰(zhàn)難深入、教學(xué)效果難保證等痛點問題，該課程教學(xué)模式亟待改進。為實現(xiàn)本課程教學(xué)適配課程內(nèi)容特點、匹配學(xué)生認知基礎(chǔ)、融合課程思政元素、還原真實工程項目場景，本課程從案例任務(wù)設(shè)計、教學(xué)內(nèi)容傳授、職業(yè)素養(yǎng)培育、學(xué)生主體教學(xué)層面進行了智能終端軟件開發(fā)課程教學(xué)的改革與實踐。

2 智能終端軟件開發(fā)教學(xué)改革思路及舉措

針對新工科的人才培養(yǎng)能力要求，智能終端軟件開發(fā)課程教學(xué)需要橫向結(jié)合專業(yè)知識，優(yōu)化課程項目任務(wù)的設(shè)計，巧用知識關(guān)聯(lián)，“回歸工程”，由淺入深縱向貫穿項目實踐。因此，本課程教學(xué)案例不僅包含面向知識點的迷你項目任務(wù)，還包含可以縱向貫穿課程的企業(yè)級項目，不同課時面向項目的不同功能實現(xiàn)，展開方法講解和重難點剖析，使學(xué)生在獲得智能終端軟件開發(fā)的基本知識的同時，鞏固大型項目編程和調(diào)試程序的能力，為今后承擔移動智能終端軟件項目開發(fā)打下基礎(chǔ)。本課程在進行智能終端軟件開發(fā)知識傳授的同時，引導(dǎo)學(xué)生橫向融合專業(yè)知識，積極探究問題解決的創(chuàng)新方法。在課程結(jié)束時，本課程學(xué)生可以基于本課程案例任務(wù)的實踐，打造出一個屬于自己的完整優(yōu)質(zhì)項目。

面對智能終端軟件開發(fā)課程抽象晦澀的概念知識，本課程基于實際項目案例，引導(dǎo)學(xué)生在求解任務(wù)中學(xué)方法、找共性、尋關(guān)聯(lián)、思用途，通過優(yōu)化理論教學(xué)設(shè)計，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)效率和主動性。本課程在教學(xué)中滲透現(xiàn)實工程項目的實際開發(fā)流程，教師分解出邏輯相似或相承接的關(guān)鍵流程，幫助學(xué)生厘清復(fù)雜項目過程的思路。通過設(shè)計知識圖示與人機互動操作，使得學(xué)生可通過觀察圖示和操作現(xiàn)象，并俯瞰復(fù)雜工程代碼分工，并適當運用類比，將抽象概念具象化、趣味化，吸引學(xué)生注意。

新工科背景下，為使學(xué)生成為學(xué)習(xí)主體，本課程構(gòu)建了“知識思育、學(xué)生主導(dǎo)、教師引導(dǎo)、同伴互助、產(chǎn)教賽研交融”的多維協(xié)同立體化教學(xué)方案，基于學(xué)情分析，設(shè)計了符合學(xué)情的課程內(nèi)容和探究活動，借助混合式教學(xué)，營造適合學(xué)生現(xiàn)有知識水平和個性特征的教學(xué)內(nèi)容和學(xué)習(xí)環(huán)境，打造主動學(xué)習(xí)氛圍。本課程引導(dǎo)學(xué)生將理論聯(lián)系實際、在主動學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)問題，堅持問題導(dǎo)向，幫助分解復(fù)雜問題提升學(xué)習(xí)信心，通過向?qū)W生提供面向知識點的迷你項目案例，從用戶實際需求出發(fā)，擴展其功能，獲得打造自己的優(yōu)質(zhì)智能終端軟件，使學(xué)生獲得設(shè)計和開發(fā)優(yōu)質(zhì)智能終端軟件的能力。

3 教學(xué)實踐：以“Activity 詳解”章節(jié)教學(xué)設(shè)計為例

3.1“Activity 詳解”章節(jié)教學(xué)目標制定

為實現(xiàn)融橫縱貫淺深的教學(xué)改革，本課程在進行“Activity詳解”章節(jié)教學(xué)時，橫向融入了信息安全、物聯(lián)網(wǎng)等專業(yè)知識，并指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實現(xiàn)企業(yè)級App的登錄注冊模塊。本課程在制定教學(xué)目標前，不僅進行了教學(xué)內(nèi)容分析，還調(diào)研了學(xué)生現(xiàn)有能力及心理特征，結(jié)合分析和調(diào)研結(jié)果，明確了本章節(jié)的知識及能力目標，制定了對應(yīng)工程能力要求。

本課程將“Activity詳解”章節(jié)的知識及能力目標制定為：掌握“Activity詳解”組件狀態(tài)及生命周期，可針對應(yīng)用需要，重寫“Activity詳解”狀態(tài)回調(diào)；掌握任務(wù)返回棧及“Activity詳解”組件啟動模式，可實現(xiàn)對安卓資源的合理利用；了解“Activity詳解”劫持攻擊及其防護，可在實際項目中預(yù)防面向“Activity詳解”劫持攻擊；了解智慧農(nóng)業(yè)App中的人機交互能力，能科學(xué)使用“Activity”滿足社會需求；了解前沿技術(shù)、啟發(fā)創(chuàng)新思路，可在實踐中融合各專業(yè)知識。本課程將該章節(jié)對應(yīng)的工程能力要求指定為：理解用戶的原始需求，并轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的功能，寫出連貫流暢的軟件應(yīng)用，使其擁有好的用戶體驗；精通工程專業(yè)基本原理、方法，合理管理應(yīng)用資源，具備把現(xiàn)實需求轉(zhuǎn)化為技術(shù)目標的抽象化思維；具備安全意識、保證軟件質(zhì)量，具備對項目應(yīng)用升級改造的能力，對復(fù)雜問題進行多層拆解的結(jié)構(gòu)化思維；跨界融合，將現(xiàn)實問題和需求轉(zhuǎn)化，能與不同學(xué)科背景的專業(yè)人員進行技術(shù)溝通并實現(xiàn)工作銜接[8]。前沿洞察與技術(shù)開發(fā)、創(chuàng)造性思維與原始創(chuàng)新。

3.2“Activity 詳解”章節(jié)教學(xué)設(shè)計與過程

3.2.1 教學(xué)設(shè)計思路

圖2展示了“Activity詳解”章節(jié)教學(xué)設(shè)計思路，本課程提前為學(xué)生提供Android官方文檔、線上教學(xué)視頻、教學(xué)硬件資源作為泛在學(xué)習(xí)資源，要求學(xué)生課前提交案例任務(wù)運行截圖。

3.2.2 課堂教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計

1） 生活現(xiàn)象做回顧，暗埋伏筆，講解“Activity”狀態(tài)變化及其回調(diào)用戶操作”素材作引，使學(xué)生感知“Activity”狀態(tài)和現(xiàn)實世界的密切聯(lián)系，激發(fā)對本次課程的興趣，引出新課題，并暗埋伏筆?；谡n下布置的實踐任務(wù)引例，通過動手實踐讓學(xué)生感知“Activity”組件狀態(tài)的變化，從實踐現(xiàn)象引入“Activity”組件狀態(tài)及其生命周期，借助學(xué)生自身的生活經(jīng)驗和感性體驗，幫助學(xué)生掌握引發(fā)“Activity”生命周期變化的操作及其引發(fā)的Android資源使用情況變化，通過應(yīng)用理論知識，掌握使程序連貫流暢、資源合理利用的方法。

2） 類比引導(dǎo)，反面啟發(fā)，講解“Activity生命周期”

本課程通過類比啟發(fā)，為學(xué)生講解“連接現(xiàn)實世界與智能終端使者的一生”?；谏瞎?jié)課鋪墊的“智能終端連接現(xiàn)實世界的使者”類比“Activity”，繼續(xù)將“Activity”生命周期及對應(yīng)狀態(tài)及應(yīng)用資源變化類比成“使者”一生及對應(yīng)的樣貌和身體機能變化，幫助學(xué)生理解不同應(yīng)用場景對應(yīng)的應(yīng)用資源變化這一抽象概念，深入淺出地說明Activity狀態(tài)、應(yīng)用資源使用及其涉及的回調(diào)。

3） 問題導(dǎo)向，調(diào)動手腦眼，講解Activity棧與啟動模式

本課程通過引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系生活，激疑啟發(fā)：終端應(yīng)用調(diào)用攝像頭應(yīng)用后，如何跳轉(zhuǎn)到正確界面。然而教師先給出結(jié)論，刺激學(xué)生思考，接著引導(dǎo)學(xué)生思考“安卓如何利用棧，協(xié)調(diào)多個Activity”。最后請同學(xué)們動手操作，講解“如何科學(xué)地給Activity設(shè)置特權(quán)”，滲透“精益求精”作風(fēng)，并請學(xué)生思考“為什么要有不同的啟動模式”。

4） 知識延伸，橫向融通，解決社會需求，活躍思維

本課程通過實例啟發(fā)學(xué)生結(jié)合智能終端軟件開發(fā)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，讓學(xué)生強化所學(xué)知識的同時，發(fā)現(xiàn)不同課程知識間的聯(lián)系，讓學(xué)生利用泛在互動資源、泛在學(xué)習(xí)資源，來培養(yǎng)學(xué)生探究能力、自學(xué)能力與團隊協(xié)作能力，并向?qū)W生拓展智能終端軟件安全攻防技術(shù)方法，科普行業(yè)規(guī)范。

5） 縱向貫穿、鋪墊新課、布置任務(wù)

在課堂臨近結(jié)束時，本課程設(shè)置懸念式結(jié)尾，有意設(shè)立有關(guān)“Intent”的問題，使學(xué)生獲得求解“Intent是智能終端世界的郵遞員”實際機理的動機，引導(dǎo)學(xué)生把“Activity”和“Intent”這兩個章節(jié)的抽象概念聯(lián)系起來。

3.2.3 課后任務(wù)設(shè)計

本課程根據(jù)下次課“Intent”的低階內(nèi)容，合理設(shè)置“縱向貫穿型”實踐任務(wù)內(nèi)容，要求學(xué)生完成實踐練習(xí)中的對應(yīng)任務(wù)，讓學(xué)生通過課下動手實踐，刺激對新課知識的好奇與探究，生成主動預(yù)習(xí)新課的內(nèi)在動機，減少學(xué)生下節(jié)課中理解新知的難度。

4 結(jié)論

本課程教學(xué)改革有效利用了教學(xué)硬件資源、泛在互動資源，實現(xiàn)了教、學(xué)、練、踐一體，產(chǎn)、教、賽、研交融，多維協(xié)同立體化教學(xué)的授課形式。本課程針對新工科的人才培養(yǎng)能力要求，基于“以問題為導(dǎo)向的項目驅(qū)動型（POPBL） ”教學(xué)模式，縱向貫穿企業(yè)級項目，啟發(fā)學(xué)生求解軟件開發(fā)中的痛點問題，橫向融合專業(yè)知識，積極探究問題解決的創(chuàng)新方法。

教學(xué)實踐表明，本課程教學(xué)改革有效構(gòu)建了“知識思育、學(xué)生主導(dǎo)、教師引導(dǎo)、同伴互助、產(chǎn)教賽研交融”的多維協(xié)同立體化教學(xué)方案，塑造了主動探究、學(xué)以致用、合作探討、開放創(chuàng)新的未來軟件工程師思維，近兩年參與本課程學(xué)習(xí)的261位學(xué)生中，有79人應(yīng)用本課程知識，在省級以上學(xué)科競賽中獲獎。