OBE理念下Java程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革實(shí)踐探究

馬馳 吳杰 胡輝 李旌燕

關(guān)鍵詞： 教學(xué)改革；OBE；Java；程序設(shè)計(jì)

0 引言

為了適應(yīng)社會(huì)和產(chǎn)業(yè)的需求，提高工程人才的質(zhì)量和競(jìng)爭(zhēng)力，我國(guó)加入了“華盛頓協(xié)議”，并推進(jìn)工程教育專業(yè)認(rèn)證。在這一過(guò)程中，OBE教育方法作為一種先進(jìn)的教育理念，得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用[1]。Java 語(yǔ)言是一種面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言，具有簡(jiǎn)單、健壯、安全、跨平臺(tái)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于軟件工程、數(shù)據(jù)科學(xué)、人工智能等領(lǐng)域[2]。Java程序設(shè)計(jì)作為軟件工程專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，其教學(xué)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維和創(chuàng)新能力具有重要意義。傳統(tǒng)的Java程序設(shè)計(jì)教學(xué)存在一些問(wèn)題，如教學(xué)目標(biāo)過(guò)于陳舊、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一、考核方式固定等，這些問(wèn)題可能會(huì)影響學(xué)生能力的培養(yǎng)?；贠BE的Java程序設(shè)計(jì)課程方案的實(shí)施，從課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核評(píng)價(jià)四個(gè)方面進(jìn)行了教學(xué)方案設(shè)計(jì)，構(gòu)建符合OBE要求的Java程序設(shè)計(jì)課程體系。經(jīng)過(guò)問(wèn)卷調(diào)查和教學(xué)評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)改革后的教學(xué)措施受到學(xué)生高度積極的響應(yīng)和參與，有利于培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)和實(shí)踐能力。

1 課程現(xiàn)狀及問(wèn)題分析

傳統(tǒng)的教學(xué)方法通常以教學(xué)大綱為標(biāo)準(zhǔn)，理論為主，實(shí)踐內(nèi)容單一。Java語(yǔ)言發(fā)展較快，在實(shí)際教學(xué)存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：

1） 教學(xué)目標(biāo)過(guò)于陳舊，缺乏成果導(dǎo)向。傳統(tǒng)的教學(xué)目標(biāo)主要是讓學(xué)生掌握J(rèn)ava語(yǔ)言的基本語(yǔ)法和常用類庫(kù)，以及一些簡(jiǎn)單的編程技巧，忽視了學(xué)生的實(shí)際需求和能力培養(yǎng)。教學(xué)目標(biāo)沒(méi)有明確地體現(xiàn)出OBE理念中“即以學(xué)生的預(yù)期學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，以提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力為目標(biāo)”的思想[3-4]。

2） 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，缺乏創(chuàng)新。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要是按照教材或者教師安排的一些例題進(jìn)行編程練習(xí)，缺少與實(shí)際問(wèn)題和工程項(xiàng)目相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，也缺少對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容沒(méi)有充分體現(xiàn)OBE理念中“以提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo)”的思想[5-6]。

3） 考核方式固定，缺乏多樣性?？己朔绞街饕峭ㄟ^(guò)期末考試或者平時(shí)作業(yè)來(lái)評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，而忽視了對(duì)學(xué)生的過(guò)程性評(píng)價(jià)和自我評(píng)價(jià)?？己朔绞?jīng)]有充分利用OBE理念中的“以提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和自我評(píng)價(jià)能力為目標(biāo)”的思想[7]。

以上問(wèn)題導(dǎo)致了Java程序設(shè)計(jì)教學(xué)不能滿足新工科建設(shè)對(duì)人才培養(yǎng)的新需求，也不能適應(yīng)社會(huì)和行業(yè)對(duì)軟件技術(shù)人才的新要求。因此，有必要對(duì)Java程序設(shè)計(jì)課程進(jìn)行教學(xué)改革，引入OBE理念和方法，從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、考核評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新。

2 教學(xué)方案設(shè)計(jì)

2.1 教學(xué)目標(biāo)

OBE理念要求教師在教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施中以學(xué)生為中心，根據(jù)社會(huì)和行業(yè)的需求制定課程目標(biāo)，采用靈活多樣的教學(xué)方法和評(píng)價(jià)方式，不斷改進(jìn)教學(xué)質(zhì)量。主要內(nèi)容包括：清楚聚焦、擴(kuò)大機(jī)會(huì)、提高期待、反向設(shè)計(jì)、自我參照評(píng)價(jià)[8]。OBE理念下Java程序設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面：

1） 掌握J(rèn)ava語(yǔ)言的基本語(yǔ)法、數(shù)據(jù)類型、運(yùn)算符、控制流程、數(shù)組、字符串等基礎(chǔ)知識(shí)。體現(xiàn)了Java程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和核心，是學(xué)生必須掌握的知識(shí)內(nèi)容，對(duì)應(yīng)OBE理念的清楚聚焦。

2） 理解面向?qū)ο蟮母拍?、原則和方法，能夠使用類、對(duì)象、繼承、多態(tài)、接口、抽象類等進(jìn)行面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)。體現(xiàn)了Java語(yǔ)言的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，是學(xué)生必須理解和運(yùn)用的編程思想，同樣對(duì)應(yīng)OBE理念的清楚聚焦。

3） 熟悉Java的常用類庫(kù)和工具，能夠使用集合、異常處理、文件操作、網(wǎng)絡(luò)編程、多線程等進(jìn)行復(fù)雜功能的實(shí)現(xiàn)。體現(xiàn)了Java語(yǔ)言的豐富和強(qiáng)大，展示了學(xué)生需要熟悉和掌握的編程技能，對(duì)應(yīng)OBE理念的擴(kuò)大機(jī)會(huì)。

4） 能夠分析和解決實(shí)際問(wèn)題，能夠根據(jù)需求設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)Java應(yīng)用程序或小型項(xiàng)目。體現(xiàn)Java語(yǔ)言的應(yīng)用和創(chuàng)新能力，展示了學(xué)生的問(wèn)題解決能力，對(duì)應(yīng)OBE理念的提高期待。

5） 能夠使用合適的開(kāi)發(fā)環(huán)境和工具，能夠編寫(xiě)規(guī)范、清晰、可維護(hù)的Java代碼，能夠進(jìn)行有效的調(diào)試和測(cè)試。體現(xiàn)了Java語(yǔ)言的工程化和規(guī)范化要求，展示了學(xué)生需要遵循和達(dá)成的編程標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)應(yīng)OBE理念的反向設(shè)計(jì)。

6） 能夠展示和交流自己的編程成果，能夠撰寫(xiě)文檔和報(bào)告，能夠進(jìn)行團(tuán)隊(duì)協(xié)作和溝通。體現(xiàn)了學(xué)習(xí)Java語(yǔ)言中的展現(xiàn)和溝通技巧，展示了學(xué)生需要評(píng)價(jià)和提升的綜合素質(zhì)，對(duì)應(yīng)OBE理念的自我參照評(píng)價(jià)。

2.2 教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)內(nèi)容采用項(xiàng)目教學(xué)方法[9]，并對(duì)案例進(jìn)行了拆分、重構(gòu)，體現(xiàn)了OBE的反向設(shè)計(jì)的理念，通過(guò)從最終目標(biāo)（以計(jì)算器軟件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)為例）出發(fā)，反向進(jìn)行課程知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生掌握J(rèn)ava語(yǔ)言中解決問(wèn)題所需的知識(shí)和技能，提高學(xué)生的應(yīng)用和實(shí)踐能力。表1是一個(gè)“設(shè)計(jì)實(shí)用的計(jì)算器軟件”為主要內(nèi)容的項(xiàng)目分解示例。

2.3 教學(xué)過(guò)程

教學(xué)過(guò)程按照問(wèn)題情境設(shè)計(jì)[10]，主要分為以下幾個(gè)步驟：

1） 情景導(dǎo)入，明確任務(wù)：教師以一個(gè)真實(shí)的問(wèn)題作為情景導(dǎo)入，引發(fā)學(xué)生的興趣和好奇心，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。例如，教師可以提出這樣一個(gè)問(wèn)題：“你覺(jué)得用面向?qū)ο缶幊虂?lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)計(jì)算器會(huì)有什么好處呢？你會(huì)如何設(shè)計(jì)這個(gè)計(jì)算器中的類和對(duì)象呢？你會(huì)如何利用繼承和封裝來(lái)簡(jiǎn)化和優(yōu)化你的代碼呢？”。教師向?qū)W生介紹本項(xiàng)目的目標(biāo)、要求、時(shí)間、評(píng)價(jià)等，以便學(xué)生明確任務(wù)。

2） 收集資料，制定方案：學(xué)生分成若干小組，每組根據(jù)自己的興趣和能力選擇一個(gè)子任務(wù)，例如界面設(shè)計(jì)、功能實(shí)現(xiàn)、測(cè)試調(diào)試等。每組收集相關(guān)的資料和信息。3） 自主協(xié)作，具體實(shí)施：利用Java語(yǔ)言編寫(xiě)計(jì)算器程序的代碼，使用開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行編譯、運(yùn)行、調(diào)試等。每組之間進(jìn)行溝通和協(xié)作，解決遇到的問(wèn)題和困難，互相交流和分享經(jīng)驗(yàn)和成果。

4） 點(diǎn)撥引導(dǎo)，過(guò)程檢查：教師在整個(gè)過(guò)程中扮演指導(dǎo)者和協(xié)助者的角色，不直接給出答案或解決方案，而是通過(guò)提問(wèn)、提示、反饋等方式引導(dǎo)和激勵(lì)學(xué)生自主探究和解決問(wèn)題。教師定期對(duì)每組的進(jìn)度和質(zhì)量進(jìn)行檢查和評(píng)價(jià)，給予必要的建議和指導(dǎo)。

5） 展示成果，修正完善：每組完成自己的子任務(wù)后，將各個(gè)子任務(wù)整合成一個(gè)完整的計(jì)算器程序，并進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證。每組在全班展示自己的成果，并對(duì)自己的工作進(jìn)行總結(jié)和反思，說(shuō)明遇到的問(wèn)題和解決方法，分析優(yōu)缺點(diǎn)和不足之處，并提出改進(jìn)措施。

6） 評(píng)估檢測(cè)，拓展升華：教師對(duì)每組的成果進(jìn)行評(píng)估和檢測(cè)，給予客觀和公正的評(píng)價(jià)和反饋，并給出相應(yīng)的分?jǐn)?shù)或等級(jí)。教師還可以根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)和水平給予一些拓展性的問(wèn)題或任務(wù)，例如如何增加計(jì)算器程序的功能或性能，如何使用網(wǎng)絡(luò)或數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)提高計(jì)算器程序的實(shí)用性等。

2.4 考核評(píng)價(jià)

為了檢驗(yàn)OBE理念下Java程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革的效果，本課程采用了多元化的考核評(píng)價(jià)方式，包括：

1） 項(xiàng)目報(bào)告：學(xué)生按小組完成一個(gè)Java程序設(shè)計(jì)項(xiàng)目，并提交項(xiàng)目報(bào)告，展示項(xiàng)目的目標(biāo)、過(guò)程、結(jié)果和反思。項(xiàng)目報(bào)告占總成績(jī)的40%。

2） 項(xiàng)目答辯：學(xué)生按小組進(jìn)行項(xiàng)目答辯，展示項(xiàng)目的功能、特點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)，并回答教師和同學(xué)的提問(wèn)。項(xiàng)目答辯占總成績(jī)的20%。

3） 期末考試：學(xué)生參加閉卷的期末考試，考查學(xué)生對(duì)Java程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)和技能的掌握程度。期末考試占總成績(jī)的30%。

4） 平時(shí)表現(xiàn)：學(xué)生在課堂上的出勤、參與、討論和作業(yè)等方面的表現(xiàn)，反映學(xué)生對(duì)課程的態(tài)度和興趣。平時(shí)表現(xiàn)占總成績(jī)的10%。

通過(guò)這些考核評(píng)價(jià)方式，既能體現(xiàn)OBE理念下的學(xué)習(xí)成果導(dǎo)向，又能激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性、創(chuàng)造性和合作性，提高Java程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)質(zhì)量和效果。

3 改革效果的評(píng)估和反饋

3.1 問(wèn)卷調(diào)查分析

為了評(píng)估OBE理念下Java程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革的效果，對(duì)2019級(jí)-2022級(jí)軟件工程學(xué)生進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查和學(xué)習(xí)成果分析。其中2019級(jí)、2020級(jí)學(xué)生為傳統(tǒng)教學(xué)方式，2021級(jí)、2022級(jí)為改革后教學(xué)方式，傳統(tǒng)授課方式和改革后授課方式的學(xué)生人數(shù)各為161 人和163人。調(diào)查問(wèn)卷內(nèi)容通過(guò)教務(wù)平臺(tái)發(fā)放，包括內(nèi)容設(shè)置的滿意度、教學(xué)方法的滿意度、考核評(píng)價(jià)方式的滿意度、項(xiàng)目教學(xué)法能激發(fā)主動(dòng)性和創(chuàng)造性的認(rèn)同程度等10項(xiàng)內(nèi)容。分?jǐn)?shù)按照1-5分進(jìn)行設(shè)定，其中1表示非常不滿意，5表示非常滿意。問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果分析如圖1所示。

改革后課程的平均滿意度達(dá)到了4.32，顯著高于傳統(tǒng)授課的3.68，表明學(xué)生對(duì)改革后課程的總體評(píng)價(jià)更高。改革后課程在內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)方法、考核評(píng)價(jià)方式、教師等方面的滿意度都超過(guò)了傳統(tǒng)課程，其中，教學(xué)方法和考核評(píng)價(jià)方式的差距最大，分別為4.38和4.29，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)授課的3.52和3.46，表明學(xué)生更喜歡項(xiàng)目教學(xué)法和多元化的考核評(píng)價(jià)方式。改革后課程對(duì)提升學(xué)生的Java程序設(shè)計(jì)能力和興趣的平均幫助程度為4.35，顯著高于傳統(tǒng)課程的3.71，表明學(xué)生認(rèn)為本課程對(duì)他們的專業(yè)發(fā)展更有利。項(xiàng)目教學(xué)法能夠激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性的平均認(rèn)同程度為4.46，顯著高于傳統(tǒng)課程的3.65，表明學(xué)生非常滿意項(xiàng)目教學(xué)法的效果?？己嗽u(píng)價(jià)方式能夠公平地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)成果的平均認(rèn)同程度為4.31，顯著高于傳統(tǒng)課程的3.58，表明學(xué)生更信任考核評(píng)價(jià)方式的公正性。通過(guò)對(duì)比分析，可以看出，OBE理念下Java程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革在各個(gè)方面都表現(xiàn)出了優(yōu)勢(shì)，贏得了學(xué)生的廣泛認(rèn)可和支持。

3.2 教學(xué)評(píng)價(jià)分析

改革前評(píng)價(jià)方式為平時(shí)成績(jī)30% 和期末考試70%，改革后評(píng)價(jià)方式為項(xiàng)目報(bào)告40%、項(xiàng)目答辯20%、期末考試30%和平時(shí)表現(xiàn)10%。由于考核方式有所不同，評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)計(jì)為平均分、標(biāo)準(zhǔn)差、及格率、優(yōu)秀率四個(gè)指標(biāo)，詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

從表格中可以看出，改革后的教學(xué)成績(jī)?cè)谄骄?、及格率和?yōu)秀率方面都有所提高，而標(biāo)準(zhǔn)差則有所降低。這說(shuō)明改革后的評(píng)價(jià)方式更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和水平，并減少了學(xué)生之間的差異。同時(shí)，改革后的評(píng)價(jià)方式更加注重學(xué)生的實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)合作能力，而不僅僅是對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)和技能的考查。

4 總結(jié)

Java程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)改革方案以O(shè)BE理念為指導(dǎo)，主要從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計(jì)。通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查和教學(xué)評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)改革后的課程設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施更符合OBE的要求，有利于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和滿意度。今后的研究會(huì)擴(kuò)大研究對(duì)象和范圍，將教學(xué)改革方案應(yīng)用于其他專業(yè)或其他課程中，比較不同專業(yè)或不同課程下改革效果的異同。