程序设计系列课实践环节教学模式改革与实践
常燕 刘嘉敏 魏东 于霞
[摘 要] 针对程序设计类课程实践环节的教学过程中普遍存在的教学方法单调、评价方式单一、学生学习兴趣不高、教学效果不理想等问题，从保障能力培养的课程衔接方案着手，探讨了以提升应用型人才的工程实践能力为教学改革目标，将混合式教学模式和校企产学合作融入各实践教学环节的改革方案，并以“Java程序设计”和“数据库与软件工程课程设计”两门课程为例，展开系列课的改革实践。结果表明，改革措施有效改善了教学效果，调动了学生的学习主动性，学生工程实践能力有所提升。
[关键词] 程序设计;多元混合式;产学合作;项目驱动
[基金项目] 2020年度沈阳工业大学校重点教学改革项目“新工科背景下创新应用型人才培养的系列课程实践环节的改革与实践”;2021年度教育部产学合作协同育人项目“面向计算机科学与技术专业‘应用型’人才培养的实践教学基地建设”（202101091027）;2019年度教育部产学合作协同育人项目“产学竞融合的课程设计师资培训研究与实践——以‘数据库与软件工程课程设计’为例”（201901035046）
[作者简介] 常 燕（1978—），女，河北阜城人，硕士，沈阳工业大学信息科学与工程学院讲师，主要从事虚擬现实与增强现实技术、Web应用技术研究。
[中图分类号] TB47-4;G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）21-0101-04 [收稿日期] 2022-02-14
引言
高校的程序设计类系列课是实践能力培养的重要课程，有“Java程序设计”和“数据结构”等以知识讲授为主，且包含课内实践教学环节的知识技术类课程;也有“课程设计”课程，是具有一定综合性的实践类课程。这些课程的传统实践教学环节存在教学内容和方法单一、系列课程之间存在重复、学生学习热情不高等问题，不利于学生能力的培养，因此，对程序设计类系列课程实践环节进行改革是一项迫切的工作。
近年来，各高校开展了多种不同侧重的混合式教学模式改革研究[1，2]，本文以“Java程序设计”课程（简称Java课）和“数据库与软件工程课程设计”（简称课设）两门课的实践环节教学为例，探讨以保障能力培养为出发点的系列课实践方案改革，以工程类项目驱动[3，4]的混合式教学模式和促进应用人才培养的产学合作[5，6]模式融入系列课的实践环节，对实践培养目标、课程衔接、实践实施和评价的全过程进行改革实践。
一、实践教学中存在的问题
程序设计类课程的实践性强，必须通过不断地实践才能精通，目前的实践教学存在一些问题。
（一）Java课实践环节存在的问题
1.实践教学单调，内容脱离实际应用，以验证Java知识为主，导致学生缺乏学习兴趣;实践内容过于简单，难以激发求知欲，导致分析和解决问题的实践能力训练不够。
2.教师在实践课前引导少，对自主学习意识差和能力较弱的学生而言，仅靠课内的有限学时，实践能力提升困难。
3.考核和评价方式单一，不够科学。传统的实践考核主要以学生的报告为依据，存在片面性，且报告有雷同的现象，导致无法真实评价学生的能力，影响实践能力的培养效果。
（二）课程设计实践环节存在的问题
1.单一的课设内容，易引发雷同、抄袭现象，导致学生实践能力和创新意识培养效果不理想，且每人一组不利于团队协作能力的培养。
2.课设指导方式单一，实践环境落后，且教师对企业前沿应用的实践经验少。而学生不能尽早了解企业，不利于专业素质培养。
3.高校教师单方面评价方式不科学。
（三）程序设计类系列课的衔接问题
程序设计系列课中，课程的无缝衔接是保障学生能力培养效果的重要环节。在传统的教学方式中，存在课程各自为政、知识重叠或空白等问题，实践环节也存在类似问题，这将严重影响学生的培养效果。因此，课程改革必须要考虑课程衔接问题。
二、程序设计类课程的改革实践
（一）保障能力培养的课程衔接方案
从课程衔接要素着手，确定此系列课的实践教学改革思路。
1.明确课程之间的关系。从开课时间看，Java课在前，课设在后。从课程特点看，Java是注重知识的技术课程，而课设是注重实践的能力培养课程。课设将使用Java作为开发语言，培养学生的专业综合能力，Java课是为课设提供技术支撑的。
2.明确课程间知识和能力的支撑关系。课设内容是开发完整的应用管理系统，要保证课程之间无缝衔接，Java课的知识目标和能力目标必须满足后续课设的需求。
语言基础是必备知识，而要学会使用类库，必须掌握面向对象的程序设计方法，由此Java课的知识目标可以分为三个层次，即语言基础、面向对象编程和类库的使用。学生掌握了运用上述知识的实践能力，即可保证后续课设保障能力培养的无缝衔接。
后续据此分析进行课程实践环节的改革，如图1所示。
（二）Java课的实践环节改革
根据图1方案，针对Java课的传统实践教学存在的问题，考虑对后续课程设计的知识和能力支撑，主要改革方案如下。
1.以工程项目驱动实践教学，重构每个实践内容，明晰知识目标和能力目标。Java实践的新方案遵循内容从基础到应用、难度分层渐进的设计思路，紧密围绕分步目标，且能力培养以递进式逐步展开以“生产线模拟系统”的开发驱动Java课实践环节，激发学生的求知欲和学习兴趣。
2.引入混合式教学模式主导实践过程。借助学习通智慧学习平台，构建基于SPOC的混合式Java实践教学过程，将实践环节分解为课前、课中和课后三个阶段。课前在线上发布实践内容及丰富的导学图文、案例和视频讲解等资源，通过加强课前导学，激发学生的学习热情;课中教师给予针对性的指导，通过加强过程指导，及时解决学生遇到的问题;课后以多任务强化能力训练，通过多次实践不断修正目标、提升实践能力，从而改善学生的学习效果。
以多线程与网络编程任务为例，课前的线上导学准备考虑到能力差异的学习需求，提供有3个主题的参考案例，内容分别是多线程实例、TCP/IP网络编程技术实例及应用本次全部知识点案例，且每个案例有多层次方案的源码供学生参考学习，以此调动学生学习的主动性。
课中的实践指导采用演示法、分组讨论法、一对一指导等多种方式展开。对普遍问题，进行集中讲解并开展讨论，比如对多线程工作方式的讨论;对个别问题，提供针对性的指导和交流。鼓励学生互相探讨，提高学生学习的积极性和主动性。
课后的能力强化阶段，以当前任务为基础提出新需求，用于拓展训练。比如，在网络环境下基于多线程的生产线如何实现。学生根据个人能力细化程序或拓展功能，逐步达成Java和工程实践能力的提升。
大作业环节在课前导学增加了项目解读、需求分析、知识点提示等资源;学生在指定时间前将设计方案提交至SPOC平台，教师反馈讨论后进行实践。
3.评价主体和考核方式的多元化。Java课的实践环节综合以下四部分进行科学合理的评价。（1）课内实践环节由教师根据学生实践结果是否达成能力训练要求进行评价，占40%。主要对语言基础实践能力和运用类库解决问题工程实践能力的达成进行考量。（2）教师指定生生互评内容，由学生在学习通对他人实践内容进行评价，占10%。（3）期末限时上机考核占20%，分组进行限时编程考核，根据最终提交的程序及结果进行评价。它和大作业都是评价学生实践能力达成的重要参考。（4）学生可以按1～3人进行自由分组完成大作业，此评价占30%。检查要求对设计方案、实现效果是否符合实际需求、是否实用等方面进行综合评价。通过多元主体的多元综合评价，提高学生对实践环节的重视程度和学习的主动性，是促进实践能力训练的重要措施。
（三）课程设计实践环节改革
根据图1的方案，针对课程设计的传统实践教学存在的问题，考虑与前序Java课无缝衔接的主要改革方案如下。
1.设计项目多样化，以团队形式完成任务。以实际应用项目驱动，激发学生的学习兴趣和主动性，为避免抄袭，设置多个项目供学生选择。同時允许学生自选题目，但需在教师确定其符合课设培养要求的前提下作为设计项目。
要求学生按2～4人分组，以团队形式完成题目。各成员要分工明确，通过沟通、协作完成设计任务，以此培养学生的团队精神。在项目之间开展竞赛，促进学生创新意识形成及自主学习能力和实践能力的训练和强化。
2.依托产学合作项目，强化实践教学。与企业合作进行课程和应用型人才培养的实践教学基地建设，引入企业对学生加强前沿技术指导，提升师资团队的专业能力;校企教师共同制定合作方案和指导模式，加速学生的学习步伐，加强无缝连接就业的实践能力培养。
3.校企综合考核评价。课设的评价主体有学生、企业和高校教师，从实践过程、实践效果、答辩问答和实践报告等方面进行科学多元的全面评价。
三、改革效果
（一）Java课的实践改革效果总结
统计混合式实践教学改革前后两组学生的实践环节完成情况，结果表明，完成度为70%以上的学生比对照组提高了近10%，即改革组学生超过71%的学生能够独立完成课内实践问题的分析和方案设计，学生实践能力虽有差异，但充分具备进一步深入研究知识和拓展学习的能力。其中39.5%的学生能够较好地完成设计任务，较对照组有所提升;31.8%学生的任务完成不够完善或程序运行不稳定，但具有改进完善的能力，这部分学生较对照组提升了7.6%，表明学生学习主动性有所提升;有27.7%的学生能对照实例完成任务，独立设计能力稍弱，但这部分学生比例有所降低。由此可见，Java课的实践改革方案对学生实践能力的培养有效果。
经统计，超过70%的学生对项目驱动的混合式实践教学模式、课程的评价机制和自己的学习目标达成效果感到满意，利用SPOC平台开展线上线下混合模式实践环节，从加强导学、师生互动、过程指导、监督和评价方式的整个实践全过程优化了实践教学效果。
（二）课设的实践改革效果总结
学生对于企业的前沿技术指导非常感兴趣，尤其在综合考虑学生培养目标和课程实践体系无缝衔接前提下，企业参与、以校内课程为基础的课设实践教学，扩展了学生的前沿知识，而且学生的知识运用能力得以强化。学生课设的完成度调查结果显示，接近85%的学生达到培养要求，具备一定的工程实践能力、学习能力和创新意识。由此依托校企合作的方式，通过高校教师和企业教师沟通讨论共同制定的教学计划和实践大纲，实现了学校课堂与企业前沿的无缝结合，给学生创造了更多的学习和提升平台。
结语
程序设计类课程着重培养学生的实践能力和创新能力。针对系列课的实践环节及衔接上存在的问题，以两门课程为例，阐述了改革方案的实施。采用SPOC混合式教学，将学生作为实践教学活动的主体，加强线上导学和过程监督，激发学生学习的热情。以项目驱动的Java实践教学，多层次递进任务和差异化过程指导，对学生工程能力的培养有显著效果，Java课的知识和能力目标达成能够满足后续实践课程需求，保证课程之间的无缝衔接。以产学合作促进学生工程能力的拓展和未来竞争力的提升是有益的尝试。多元考核和评价方式对学生的学习积极性和主动性是有效的督促方案。综上，从课程衔接着手对程序设计类系列课程的实践环节改革方案，有效改善了教师教学效果和学生学习效果，为应用型人才的工程实践能力培养的课程教学提供了参考。
参考文献
[1]袁利永，周家庆，倪应华.程序设计类课程多元混合实验教学模式探索[J].计算机教育，2021（5）：101-104.
[2]魏妮妮.混合式教学模式在程序设计类课程实验教学中的应用研究[J].高教学刊，2021（8）：101-104.
[3]肖斌，汪敏，劉忠慧.Java程序设计基于OBE理念的教学实践研究[J].教育现代化，2018，5（53）：91-95.
[4]常燕，李丙红，刘嘉敏.在Java程序设计教学中任务驱动法对计算思维能力培养的探索与实践[J].教育现代化，2017，4（43）：159-161.
[5]国务院关于印发国家教育事业发展“十三五”规划的通知[A/OL].（2017-01-10）[2021-11-01].http：//www.gov.cn/gongbao/content/2017/content_5168473.htm.
[6]李俊，蔡可键，温小栋.基于产教融合的应用型本科院校育人模式的研究与实践[J].高教学刊，2017（13）：60-62.
Reform and Practice of the Practice Teaching Mode of Program Design Courses
CHANG Yan， LIU Jia-min， WEI Dong， YU Xia
（School of Information Science and Engineering， Shenyang University of Technology， Shenyang， Liaoning 110870， China）
Abstract：
Aiming at the problems of monotonous teaching method， the single way of evaluation， the low learning interest of students， and the unsatisfactory teaching effect in the practice link of the teaching of programming courses， starting from the curriculum connection scheme， which aims at ensuring students’ ability training， a reform plan is discussed， which integrates the mixed teaching mode and the industry-education collaboration into the practice teaching links to improve the engineering practical ability of application-oriented talents. And the courses of Java Programming course and the Database and Software Engineering Course Design are taken as examples to carry out the reform practice. The results show that the teaching effect is improved， the students’ learning initiative is mobilized， and the their engineering practical ability is improved by the reform measures.
Key words：
program design; multivariate mixed type; industry-university cooperation; project-driven