基于CDIO-OBE理念與計算思維的Java程序設計教學改革

孫海燕 黃萬偉 楊華

【摘要】? ? 本文針對我校軟件學院Java程序設計課程教學中存在的不足，提出以CDIO-OBE理念與計算思維為指導，以培養應用型人才為目標，對傳統的理論教學方法、實驗教學方法以及考核方式進行改革。在實際教學過程中，學生學習積極性和綜合能力得以提升，成果顯著。

【關鍵詞】? ? CDIO? ? OBE? ? 計算思維? ? 應用型? ? 教學改革

Abstrct： In view of the shortcomings in the teaching of Java programming course in our School of Software， this paper proposes the CDIO-OBE concept and computational thinking as the guide， and aims at cultivating applied talents， and the traditional theoretical teaching methods， experimental teaching methods and assessment methods. reform. In the actual teaching process， the students enthusiasm for learning and comprehensive ability can be improved and the results are remarkable.

Key Words： CDIO; OBE; Computational thinking; Application Type; Teaching Reform

計算機語言類課程包含《C語言程序設計》、《C++程序設計》、《匯編語言程序設計》、《Java語言程序設計》、《C#語言程序設計》等。計算機語言類課程是高校計算機專業、軟件工程專業的核心專業課程，是計算機專業、軟件工程專業人員的必備技能。Java程序設計課程的內容主要涉及計算機語言的基本概念、基本語法以及程序設計的基本方法，主要目的是培養學生算法設計的思想和程序設計的技能。總體說來，Java程序設計課程是實踐性與應用性較強的課程。如何在教學過程中，實現Java程序設計課程的目的，這是擺在包括我在內的從事計算機語言類課程教學教師面前亟待解決的課題。

一、傳統教學方式存在的問題

1.1理論教學內容繁瑣枯燥，學生學習積極性不高，教學效果不夠理想

Java課程本身語法概念多，內容繁雜，而教師在講授的過程中又過于注重講解基礎知識點，課堂教學因此變得非常抽象和枯燥，學生沒有真正參與到課堂教學中來，課堂內容理解不到位，基礎打得不牢，前面知識學不好，后面的知識也沒辦法理解，很容易使學生喪失信心，失去學習興趣。此外，在Java課程課堂教學過程中，雖然目前大多是采取多媒體和板書相結合的方式，但是課堂講授過程中采取放映PPT課件和演示教材上例題的模式，仍然沒有擺脫教師講授為主、學生聽課為輔的傳統教學方式，這使得學生極少能夠參與課堂中，學習興趣不高。

1.2實驗內容安排不夠好，滿足不了實際需求

對于Java課程來說，目前實驗的主要任務仍然是完成書上例題的實現，書后習題的實現;部分實驗內容與案例有關，但是案例規模小，真實性不強。總之，實驗內容創造性不強，與實際問題沒有確切的聯系起來，這導致學生積極性不高，也無法通過實踐環節培養團隊協作的精神。

1.3考核方式仍然以閉卷為主

目前，Java程序設計課程所采取的考試方式仍然是閉卷考試，無法考核出學生的真實編程水平和能力。

在此背景下，針對軟件學院的特點，提出基于CDIO-OBE理念和計算思維的Java課程的教學改革與實踐。

二、基于CDIO-OBE和計算思維的Java程序設計教學改革

計算思維就是運用計算機科學的思想進行問題的求解和系統的開發設計等，涵蓋了一系列的廣泛的計算機科學的思維活動[1]。應該在計算機語言類教學中融入計算思維的元素，注重對學生計算思維能力的培養，引導學生積極主動地發現問題，分析問題，解決問題。CDIO（Conceive構思、Design設計、Implement實現和Operate運作），是近年來國際工程教育改革的最新成果，以產品從研發到運行的整個生命周期為載體，讓學生主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式來學習工程理論[2]，在教學活動中融入CDIO模式，這樣培養出來的學生，在企業和社會中的競爭力將會得到大幅度提升。的確，CDIO教學理念比較切合軟件工程專業。然而，現有的基于CDIO的計算機語言類教改方案在細觀和微觀層面對教育理念進行貫徹和踐行上還是存在一定的不足，使得其過于注重技能的培養[3]。OBE（Outcomes-based Education）基于學習結果的教育模式[4]，強調以學生為中心，根據學生能力及興趣的不同來設置不同的學習任務，最大程度的調動學生積極性。明確學習成效，以此作為教學過程的驅動，以能力和學習成果入手反向構建教學過程，代替傳統的課本教學，圍繞學習目標組織設計教學環節[5]。針對以上問題，在Java課程實際教學過程中，以CDIO-OBE和計算思維理念為指導，以培養應用型人才為目標，實施了一系列教學手段和考核方式的改革，激發學生學習興趣，使學生真正融入到課堂中來，提高學習效果。

2.1 理論教學改革

針對傳統Java課程理論教學中暴露出來的問題，我們采用案例化教學，將知識點融入案例中。教師不能單純的給學生講解案例，要通過案例引出問題，以問題為驅動，由學生個人或者小組合作完成，教師起輔助引導的作用，使學生理解單個知識點在案例或者整個項目中的應用。將工程思想引入到課堂，擺脫之前單純的老師講，學生聽的教學模式，讓學生很大程度的參與到課堂中來，實現學生在課堂上的主體地位，提升學生對編程的興趣，同時能夠鍛煉學生的計算思維。在案例的選擇上也要注意幾個問題，（1）選擇生動有趣的案例。將復雜抽象的理論知識點融入到生動有趣的案例中，吸引學生的學習興趣，引導學生主動思考探索問題。（2）選擇真實案例。案例來源于生活并加以一定的改造，從真實案例入手，提高學生對案例的接受程度，同時能夠加深學生對案例的理解。（3）選擇難度適中的案例。案例的難度及代碼長度太大，學生難以完成，也會在一定程度上打擊學生的積極性。案例太小又不足以涵蓋主要的知識點，因此要選擇難度適中的案例進行教學。

2.2 實驗教學改革

實驗教學是Java語言課程中至關重要的一個環節，能夠提升學生實踐能力，體現對知識的綜合應用。在此環節中，教師要認真準備實驗項目，在項目中加入計算思維的元素，引導學生主動積極的思考。由教師給出項目主題和用戶需求，3-5個學生自由組成小組，根據已掌握的知識對項目進行自主開發設計。各小組設置一名組長，負責小組項目的整體分工，組織小組成員討論，爭取讓每一個學生有一次做組長的經驗。將項目拆分成模塊，組內成員每人負責一個模塊，獨立完成需求分析、設計、實施、測試和維護。使實驗教學環節更加貼近實戰，以學生為中心，讓每一個學生積極主動的參與到實驗教學中來，培養學生獨立思考問題解決問題的能力，鍛煉學生團隊合作的能力。

2.3 考核方式改革

考核方式改革中要摒棄以往的閉卷考試的方式，更注重過程考核。（1）以學生考勤、完成課堂作業情況作為平時成績，另外在整個教學過程中，適時給學生留2-3個小項目，以作對學生階段性學習成果的檢驗，模仿實驗教學環節的流程，分組完成小項目的需求分析、設計、實施和測試，并將小項目的成績納入到平時成績中。（2）期末考試以大作業的形式進行考核，教師設計一個具有實際意義的項目方案，學生分組完成期末大作業，讓學生在組內負責不同的模塊，合作完成大作業。最后以答辯的形式，對各自所負責的部分進行講解，針對項目完成過程中遇到的問題，可以進行集中討論。充分發揮學生的主觀能動性，進一步培養學生的團隊合作能力。教師根據每位學生的答辯情況、在小組內所承擔的任務量和完成質量進行綜合評定。

總結：將CDIO-OBE的教育理念以及計算思維的理論融入到Java語言教學中，彌補了傳統教學方法的不足。本次改革旨在培養應用型人才，提升學生學習積極性和綜合能力，提升學生的就業競爭力，保證教學質量，同時提升教師的業務能力。實際教學也取得很大成果，但仍存在不足之處，在之后的教學過程中還需不斷探索，將CDIO-OBE和計算思維的理念更好的與實際教學相結合。

參? 考? 文? 獻

[1]周煒.計算思維與“數據庫原理及應用”課程[J].計算機工程與科學，2014，36（S1）：110-113.

[2]徐曉君，劉凱.基于CDIO-OBE理念的Java程序設計課程教學改革[J].電腦知識與技術，2017，13（32）：148-149.

[3]姜大志，孫浩軍.基于CDIO的主動式項目驅動學習方法研究——以Java類課程教學改革為例[J].高等工程教育研究，2012（04）：159-164.

[4]王開麗.基于學習結果（OBE）的工程教育模式在Java面向對象程序設計教學中的應用[J].電腦知識與技術，2018，14（13）：93-94.

[5]史曉楠.基于OBE的Java程序設計教學改革研究[J].軟件導刊，2017，16（08）：216-218.