基于企业级实验教学的 Java 混合教学模式与教学内容改革

0 引 言

Java一直以来是计算机类核心课程，高校Java语言编程一般安排在C/C++语言之后，是连接学生从基础理论到实践重要的一环。根据荷兰TIOBE编程语言排行榜显示，Java语言从2002年来一直处于榜单前两位。其应用极为广泛，特别是在新工科、人工智能和大数据背景下，各种技术和平台日新月异，能够融合行业领先的技术与开发平台和行业应用案例是Java面向应用型开发语言的必然趋势。而企业级项目往往对教学环境要求高、部署与开发周期长，高校受制于教学环境与时间，未曾用行业先进的开发理念、流程工具和实际案例不断改革教学内容，实验与行业最新发展脱节，导致学生兴趣不大、教学效果不理想。与此同时，在“互联网+”背景下，将MOOC等在线资源与平台和传统课堂教学方法有机融合，催生了混合教学模式。翻转课堂作为基于在线教学资源的混合教学模式，学生通过课下自主学习，将教师课堂面授的主导作用与学生在线学习的主体作用相结合。很多高校研究基于混合教学的翻转课堂模式，并付诸实践^[1]；采用项目驱动式^[2-3] 实验教学，融合软件工程思想的实验实训^[4]，有效解决了Java传统实验教学中学生对大型软件开发实践不足、课堂参与度和积极性不高的问题。

鉴于此，本项目采用基于翻转课堂的混合教学模式改革Java实验教学方式，利用行业先进的研发流程模式和项目案例更新Java实验教学内容，并利用在线教学平台对实验过程进行跟踪和互助交流，体现以学生为中心、个性化教学的理念，解决传统实验教学中学生学习积极性和自主性问题，提高学生实践和创新能力。

1 基于企业级开发实践平台的Java混合实验教学改革

基于企业级开发实践平台的Java混合实验教学改革的架构如图1所示。以集成化的软件教学云平台为依托，采用混合式实验教学模式，利用企业级的开发流程、工具平台和案例来改革实验教学资源、教学环境、实例资源等教学内容。

1.1 混合实验教学模式的侧重点

Java面向对象与多线程综合实验采用基于翻转课堂的混合式教学模式，将在线MOOC教学和传统线下课堂教学有机结合。学生利用在线云资源进行自主学习，课堂上集中进行项目开发和问题答疑。基于翻转课程的混合教学模式侧重点不是在线学习平台，而是如何利用在线资源和云上平台，结合教师的讲授经验，提高学生的学习效率、学习主动性和延续性。由于该课程面向的对象为计算机专业大二第一学期的学生，该实验是学生在学习Java程序设计课程基础上进行的第一个独立实验项目。学生刚接触Java面向对象语言，对于一些概念和理论还处在比较浅层的理解。所以这门实验课既要让学生深入理解面向对象语言的特点，能够完整进行项目开发，又要让学生学习到企业级先进的研发实践、理念和工具。这就对教师的教学模式和教学安排提出了更加精细的要求，需要教师分配好课程讲授与课下学习和开发的比例，同时将重点和难点集中在课上解决，注重预习与课堂上的消化和理解。

鉴于以上侧重点，在实验教学中，采取了四六分法，以课堂讲授项目开发为主，占每次实验学时的60%；在线平台的学习和开发占40%。课堂学时比例分配见图2。课程总体目标是绝大多数学生能够按照项目进度和需求完成基本功能，能够消化当天的知识要点，课下可以进行项目的优化提高和进阶性开发训练。课前的在线学习主要是学生自学微课视频和完成自测题；教师在课上进行启发式讲解和指导项目开发，进行“精讲”，讲练结合，教学合一；学生在实验课程上多练、多参与，让学生成为课堂的主体，促进将知识的不断内化。实现以学生为主体，教师为引导，有助于加深学生参与度，培养学生自主学习能力，提高学生学习积极性。

1.2 实验教学内容改革

基于企业级实验教学的Java实验教学内容改革主要围绕企业级平台和技术，利用华为软开云DevCloud及集成的行业案例来改革和优化教学实验内容，从教学课件的制作到流程工具的学习，再到行业案例以及创新能力支持，来增加学生学习的深度和广度。

1）在线教学微课资源的选择和设计。

（1）自测题集合。现有实验是基于渐进式项目驱动案例，迭代开发一个企业级的管理系统，每次迭代开发对应一个主要的知识点。教师针对每次迭代开发涵盖的知识点制作自测题集。学生必须在本次迭代开发前完成自测题。自测题集主要是选择题型，每次迭代开发自测题集不超过20道。题集主要包括本次迭代开发的理论知识点、迭代开发的情景需求分析以及一些开发语法知识。

（2）PPT课件。主要包括实验课程必备的教学课件和讲义。如每次迭开发的任务、培养计划、教学大纲、实验指导书和实验教材。

（3）微视频。微视频主要包括两部分在线学习资源，一是知识点案例讲解的授课视频，对应PPT课件的内容；二是实际运行环境中动手编写程序的实践视频。首先教师根据学生课前自测题集情况，找到学生理论知识薄弱点和共性问题，并根据测试情况设计在线学习资源，将这些理论薄弱点和共性问题提炼出来，通过情景式和启发式编排，将知识点做成若干个MOOC微视频，让学生可以对Java的语法和结构有深入的了解，力求在最短时间用最恰当的教学方法讲透知识点难点。并将该知识点与迭代实验项目结合起来，嵌入到项目中。兼顾编程实验的兴趣度、知识点和对项目编程的帮助。授课和实践视频设计步骤见图3。授课的知识点资源设计分为3个步骤：PPT故事引入—理论知识点讲解—嵌入到项目实际运行环境中动手编写程序。实践视频资源主要包括DevCloud等教学工具和平台的操作演示，在云端进行全流程项目开发的示范以及每次实验迭代项目的实操演示视频。

2）企业级实践云环境。

采用华为企业级的DevCloud实现实验项目的开发。DevCloud是涵盖华为研发实践、前沿研发理念和先进研发工具为一体的研发云平台，它涵盖项目管理、配置管理、代码检查、编译构建测试和部署以及发布等软件全生命周期的一站式研发服务。其中CloudIDE为公有云端Web开发环境，学生可以在云端在线编写代码、进行代码检查、运行与在线测试等，学生能够以Web方式获取开发环境，实现线上线下协同开发。不仅可以应用在基础软件教学，还可以应用于企业级软件实训。

3）案例资源。

案例资源包括知识点专题案例、实战案例和软开云上开发的课程资源。云端开发案例资源见表1。其中知识点案例是在视频和课件的基础上，每个知识点引入一个体验式项目，是从企业项目案例中拆解的部分案例，让学生进一步理解在实际中的应用。实战案例是企业真实的迭代开发项目案例，云端开发案例是华为软开云开发的课程以及其他扩展资源。

4）创新能力与认证培养。

由于项目开发平台为华为标准化和统一的开发流程、工具和环境，华为等企业的ICT学习、开发竞赛以及认证培训都基于该平台。在实验内容安排中，学生通过该实验课程学习，熟悉真实项目开发环境和流程，提高了代码的规范性，也自主进行各种开放式学习和在线实验，并利用华为云上丰富的开发资源、流程和工具等，进行拓展学习。包括华为软件开发流程、代码仓库和代码规范化、云上的行业案例和资源等。这为校企联合培养创新人才提供了技术和平台的支撑，起到一定帮扶作用。目前学生参加ICT竞赛取得了较好的成绩，认证培训的数量也在增多。

1.3 企业级软件教学云平台

要实施基于翻转课堂的混合教学模式Java课程改革，需要集项目开发、在线学习和教学活动为一体的云平台来支撑。华为Classroom是华为公有云上的一站式软件教学与实践平台，学生可以进行企业级项目的软件开发实践，教师可以在云端授课、演示及软件实践教学，该软件教学平台一站式学习流程见表2。其中，教师创建课堂，支持云上授课和代码演示、学生进度跟踪、作业提交和自动评判与质量分析，智能化的数据分析体系能够为学生短板评估提供数据支撑。学生在基于WebIDE的企业级项目实践环境中可随时随地进行开发，包括项目管理、代码托管、流水线、编译、部署、测试等功能。

构建Classroom软件实验教学云平台，通过过程跟踪的智能数据分析来对实验过程进行监控，便于教师对教学内容、教学模式不断改进，也提升了教师的教学能力水平；一站式的软件项目开发流程工具和平台也使学生熟悉行业先进的开发技能，有助于支撑学生在线个性化学习，合理利用碎片化时间，提升学习效率。

2 课程设计和实施

Java面向对象与多线程作为大二计算机专业学生的必修独立实验课，共32学时，通过校企协同育人理念，将企业先进软件工程平台和思想融入到Java实验教学中，通过实际的企业案例，使学生逐步实践开发一个信息管理系统。课程主要内容包括继承与多态、异常处理、输入输出流、GUI设计、JDBC数据库操作、网络编程、多线程等技术。课程采用敏捷Scrum增量迭代开发项目流程，代码托管利用Git仓库，集成CloudIDE的线上Web公有云编码开发环境。该实验课程课前教师发布自测题进行知识短板检测，课上进行共性知识点和案例讲解，并实操演示项目迭代开发代码，学生在CloudIDE中进行云上项目开发。知识点案例讲解和实操视频等课件会共享在云上。在实验环节中，按照项目开发流程分角色、分组，小组内的学生分工合作，完成项目开发、构建、测试和发布等。学生在线提交作业，利用华为编程规划和代码检查工具等进行作业自动评测。教师根据智能分析的短板来把控教学进度和教学难点。经过实践验证，学生在代码规范、项目需求分析、项目部署和迭代开发效率等方面的实践能力得到较大提高。不仅能完成教学大纲规定的内容，部分学生还对项目进行优化，提升了学生学习的积极性和编程能力。

3 结 语

实践证明，利用基于翻转课堂的混合教学模式来改革Java实验教学方式，利用华为企业先进实践案例更新Java实验教学内容，利用企业项目开发流程贯穿课程始终，利用实验教学云平台对实验过程进行全方位跟踪和测评，能够有效提高学生的软件工程开发和实践能力，培养学生的创新创业水平，解决传统实验教学中学生学习积极性和自主性问题。

参考文献: 

[1]  王波, 苏弯, 丁永刚. MOOC环境下高校混合学习模式设计与实现[J]. 软件导刊, 2017(10): 217-219, 225.

[2]  卢慧雅, 王磊. 基于Java实训平台的独立实践模式研究与实施[J]. 计算机教育, 2018(5): 1-4. 

[3]  黎才茂, 陈少凡. 项目引领与翻转课堂的Java EE课程教学模式设计[J]. 计算机教育, 2019(3): 77-80.

[4]  仇丽青, 张峰, 温彦. 融入软件工程思想的Java实训改革[J]. 软件导刊, 2017(12): 232-234.

基金项目：湖北省教育厅教学改革项目“基于翻转课堂的混合教学模式与教学内容改革实践：面向 Java 语言的企业级实验实训教学”（2018138）。

作者简介：杨焱超，女，中级实验师，研究方向为人工智能、云安全，[e-mail]；饶文碧（通信作者），女，教授，研究方向为普适计算、机器学习与数据挖掘等，[e-mail]。