物聯網專業的Java課程改革初探

謝世杰 陸蓉慧

1江蘇工程職業技術學院 江蘇南通 226006；2.南通師范高等專科學校 江蘇南通 226006

Java編程語言以其面向對象、跨平臺等優勢被廣泛接受，在“互聯網+”環境下，具有極大的優勢。“Java程序設計”課程作為高職院校各IT相關專業的基礎課程，通常會開設64～120課時不等。高職學制短、學生基礎不夠扎實是不爭的事實，同時，專業不同，設計程序的處理對象不同，程序設計的技術側重不同。在這樣的背景下，很多高職教師進行了教學改革。王月春等[1]根據不同專業的特點整理了相關知識點，再將知識點組裝成滿足各專業教學的需要教學模塊，實踐后取得了比較好的教學效果，但并未詳細敘述對模塊化組課后的教學項目，難以參考學習教學模塊。朱恒偉等[2]針對智能汽車專業，將企業需求的技能點融入課堂教學項目中，改革了所在專業的Java課程，重構了課程體系機構，經過實踐，提升了教學效果，同時還提高了學生的崗位競爭力。楊驍等[3]針對計算機網絡專業，以網絡爬蟲項目為主題，在教學項目化改革中設計了難度遞進的教學項目，循序漸進的教學項目使得課程學習難度降低，學生們的興趣被激發出來，并且為后續課程學習打下了堅實基礎，值得學習。呂太之等[4]針對軟件專業，主要是將技能大賽的技能點融合在教學項目中，將大賽反哺教學，促進所有同學的共同進步，同時實施理念以學生為中心，該教學方法有效提升了學生學習熱情和教學質量。

綜上，當前對Java課程教學改革的研究現狀表現如下三個特點：

(1)突出職業導向，以培養學生的職業能力作為課程教學項目重構的基礎，解決職業教育課程中存在的課堂教學脫離企業工作實際的問題。

(2)以能力為本位的方向、以模塊化或項目化的方式進行課改，以期通過設計專業相關度高、循序漸進的教學項目來提高學生的理論聯系實際的能力，特別是綜合運用所學知識和技能的能力。

(3)基于產教融合、校企合作的模式逐漸成為Java課程教學改革和探索的主要方向之一。

針對物聯網專業，Java課程教學改革，在文獻中鮮有體現專業相關崗位特色和體現技能大賽技能點的融入，本文據此開展課改研究。

1 Java教學的現狀及問題

(1)教學項目與本專業相關度不高。課程授課技能覆蓋面廣，但與其他專業所開設的Java課程教學內容一樣，未梳理出專業重點關注的技能點。課程雖然以項目為依托展開教學，然而教學項目存在一定的滯后性，仍使用教材中的教學項目，不能有效串聯物聯網專業相關的應用項目，造成學生的項目化成果與專業無關，學生獲得感不足。

(2)開發力量匱乏。物聯網專業技能涵蓋面寬泛，Java語言實踐性較強，需要有項目實戰經驗的任課老師，同時要能用Java語言實現物聯網相關的協議，能夠解決數據從底層硬件傳輸到上層軟件中出現的問題。目前存在的問題是，物聯網專業教底層硬件的教師雖然對嵌入式系統的開發非常熟悉，接觸的多是C語言和匯編語言，轉變到面向對象的語言還需要時間去實踐。與此同時，教上層軟件開發的教師較少接觸底層硬件和協議。教學項目的開發需要協同開發，歷時較長。

(3)編碼枯燥無味。學生已經學習過使用C語言去編程，轉變為面向對象的思維會比較困難，這會讓學生對Java的學習失去興趣。同時，教師教學過程中，過于注重Java的語法而忽略解決問題能力的培養，學生在學習枯燥的語法知識，會覺得跟學習英語一樣，逐漸失去學習興趣。

(4)代碼不規范。學生在編碼時，往往只注重代碼的功能實現情況，但是忽略了代碼的可讀性和規范性。

正是由于上述Java教學的現狀和問題，所以有必要去進行課改。

2 課改思路與目標

2.1 課改思路

沒有教學，學習當然也會發生，學習是一個自然的過程。教師的角色定位在教學活動中，應該是教學活動的促進者和引導者，促進學生有目的地學習，以便學生用更短的時間去達成目標。針對本門課程的課改，應該以課程目標為導向，以教學中出現的問題為課改出發點，改革教師在教學過程中的角色定位，改革與專業相關度不大的教學項目，改革傳統的教學方法。

2.2 課改目標

我校物聯網專業的培養目標是培養具備較強的從事工業物聯網、智慧交通、智能家居等物聯網系統的集成設計、施工、運行和維護、物聯網產品開發、營銷等實際工作能力，適應生產建設(管理、服務)第一線需要的德、智、體等方面全面發展的技術技能型人才。為此，專業負責人設計了貫穿專業所有課程的業務場景，從而讓學生們通過具體的案例去全面了解物聯網專業。本門課程緊緊圍繞學生學完后能做什么，在“智能家居”場景下，依托新大陸的傳感網設備進行教學項目改造，融入技能大賽技能點，解決教學項目與本專業相關度不高的問題。同時，依托新大陸的設備和JAR包，一定程度上可以先緩解教師開發力量匱乏的問題。課程的教學方法改革，可以使用翻轉課堂、對分課堂以及合作學習等模式進行教學，解決教學過程中編碼枯燥的問題；需要輔以思政元素，將代碼規范融入課程教學中，做到潤物無聲。

3 課程改革設計

根據課程改革思路，圍繞教師、教材、教法三個方面開展課改設計。

3.1 教學內容項目化改革

針對教學項目與本專業相關度不高的問題，課程改革需要建設專業相關度高的教學項目。為了重構教學項目能夠提升專業相關度，首先要做的就是調研分析，確定課程對接的工作崗位，比如：Java開發工程師(物聯網方向)，需要Java基礎扎實，會使用異常捕獲、io、多線程、集合等技能，對JVM原理有一定的了解。

根據崗位，將梳理技能點，以“智能家居”為主線，歸納提煉“智能家居”物聯網領域的職業崗位與本課程相關的工作領域，目前智能家居監測與控制可以分為本地監控、網絡監控和智能監控這三個主要方面。然后，依托校企合作單位的設備，以智能家居監控典型技術流程為載體，將工作領域轉化為學習領域。本地的監控，教學項目設計為基于串口的數據交互項目；網絡的監控，教學項目設計為基于網絡的數據交互項目；智能的監控，同時依托百度AI接口，教學項目設計為基于AI的數據交互項目。三個項目仍包含任務，形成難度遞進、層次分明的教學項目。

根據參考文獻[5]文中所述，Java程序設計基礎應該要優先教學。根據物聯網專業人才培養方案，學生在第一學期就已經學習了C語言程序設計，目前學生已具備常量、變量、基本數據類型、程序流程控制等基本知識。本課程的開設，學生在Java課程中需要學習Java的集成開發環境的使用、JDK的配置，以及一個基本的Helloworld的例程實現。掌握這些后，即可以進入涵蓋類和對象、封裝、繼承、多態以及接口等技能點的項目化教學。為了達到每次課的項目化效果，教師需要提前使用Swing工具將代碼框架構建好，并且將整個系統其他部分調試完成形成文檔，在課前交付給學生，便于學生代碼的可視化。然后學生在課前、課中、課后著重實現項目的核心代碼。教學項目設計時分析了教學技能點和大賽賽點，針對編碼枯燥問題，設計項目不同階段的結果可測可評。設計的教學項目使用的設備拓撲如圖1所示。

圖1 教學設備拓撲圖

融入課程教學的知識、能力和素質目標，設計具體的教學項目如下圖2所示。

圖2 教學項目重構圖

3.2 教師角色定位改變

針對開發力量匱乏的問題，教師應與企業工程師共同探討教學目標和設計教學項目，使用企業相關的設備開發教學項目。具體來說，教師首先應該是一個“工程師”，深入企業實踐，與企業工程師一起制定課程目標，制定出學生學完后能做什么的教學目標；教師還是教學項目的“設計者”，圍繞教學目標，將企業所需的知識點技能點滲透到各個教學項目中去；教師也應該是這個項目上工作的“工友”，是學生們的項目經理，促成學生的知識、技能、素質目標的達成；教師還是項目完成后的“驗收者”，將學生們做完的項目一一驗收考核。教師在教學活動中的角色改變與否，關系到課程項目化實施的成敗。

3.3 教學方法的改革

教學過程中，通過教學項目的訓練，做到三個融合。

3.3.1 融入自學理念

課程設計使用翻轉課堂+對分課堂以及合作學習等模式進行線上線下混合式教學，使用翻轉課堂，要求學生在課前完成一定的課前任務，為課中教學做準備；課中，應用信息化技術，將操作難點復現，小組合作拓展解決問題的思路，幫助同學自主學習；課后，布置相應的拓展任務引導知識縱深研究。通過全環節的合作探究，旨在幫助學生提高自主學習能力。

3.3.2 融入工程理念

針對編碼枯燥問題，在項目實施中，引導學生在項目實施過程中發現問題、分析問題、解決問題，同時引入軟件工程的理念，將任務劃分為計劃制定、需求分析、軟件設計、程序編寫、軟件測試和運行維護等六個基本環節，小組成員可以進行項目經理、產品經理、程序員、軟件測試工程師等角色扮演，提高學習興趣。

3.3.3 融入代碼規范

針對代碼不規范的問題，在項目實施中，將變量命名規范、書寫規范、注釋規范、經驗性規范等，融入項目實施后的評價環節中，促進學生不斷規范自己編出的代碼，增強代碼的可讀性。通過規范同學們的編碼過程中，融入思政元素，引導正確的價值觀職業觀。

4 實施效果總結

本次教學項目化改造，調研了市場人才所需的技能，同時也將技能大賽的技能點進行全面融入，讓技能大賽的設備反哺到每位同學，關注到教學中的公平。通過將改造后的教學項目應用到實際教學工作中去，并進行評價實施效果。選取往屆學生對比分析。

4.1 學習態度分析

課改后具體表現為學生滿意度增強：根據課后的學生座談、問卷結果反映，學生認為學習內容實操性強，學習后有獲得感。

4.2 學習效果分析

教學項目實施后，根據金課坊平臺數據顯示：學生學習主動性增強，學生課件查看率、作業提交率、課程考核成績等均有明顯提高；在各項比賽中學生均有斬獲，如藍橋杯Java開發競賽取得國賽和省賽的獎項，省級職業技能大賽物聯網賽項連續獲獎。

學生學習效果分析表

4.3 問題與反思

(1)教學項目改造后的教學模式需要學生花更多時間在課外進行小組學習探究。在這過程中，小組中仍存在部分同學課外學習不主動的問題。針對這這個問題，后面實施教學項目時采用每個教學任務輪換“項目負責人”制度，通過金課坊平臺統計每位學生的學習數據，督促每位同學都能積極投入該項目的學習中去。

(2)雖然專業性較強的教學項目有力支撐了后續專業核心課程的學習，但也出現部分同學不能跟進教學項目。針對這種情況，后期利用網絡資源制作與教學項目相關的案例場景視頻，通過視頻形象化展示來增強學生的學習興趣，讓學生能更快融入教學項目，適應教學項目進度。

結語

針對Java程序設計各專業的項目化教學中項目不能滿足每個專業的個性化需求，無法融入專業重點所需的技能點這個問題，本文緊緊圍繞培養目標，依托校企合作的設備，根據專業負責人設計的所有課程的項目背景，將教學項目設計為3個“智能家居監控”中的典型項目，由本地到網絡再到智能，難度遞進，層次分明。課改后的效果表明，項目化改造后提升了專業學生的獲得感，提升了學生的學習興趣，促進了學生的自主學習。