《教育教学论坛》杂志社 _【官网】

 联系我们

点击这里给我发消息 韩编辑 984958817 点击这里给我发消息 韩编辑 984958817
联系电话:0311-80820729
 论文鉴赏
基于CDIO-OBE的立体化Java实训课程改革探索
发布时间:2021-11-24 点击: 发布:《教育教学论坛》杂志社
基于CDIO-OBE的立体化Java实训课程改革探索
李 真,何伟娜 
(平顶山学院 计算机学院,河南 平顶山 467000)
[摘  要]针对传统的Java实训课程教学中遇到的工程意识培养不足、工程能力培养不够综合以及考核内容与课程目标不够贴近等问题,结合目前主流的工程教育理念和CDIO理念,依托院系进行的工程教育改革,融合了合作企业对行业前沿的认识,重新梳理和研究了Java实训课程,探索出一种融合阶段化、任务化和层次化的立体化Java实训课程教学改革思路,并取得了较好的应用效果。
[关键字]课程改革;案例分解;CDIO;OBE
[基金项目]2017年度平顶山学院校级教改项目“基于CDIO的《Java实训》课程教学研究与实践”(2017-JY43)
[作者简介]李真(1987-),男,河南镇平县人,硕士研究生,平顶山学院讲师,研究方向为计算机视觉与模式识别;何伟娜(1980-),女,河南舞阳县人,硕士,平顶山学院副教授,研究方向为数据挖掘和图像处理。
[中图分类号]G642.0      [文献标志码]A     
1课程面临的问题
随着一流专业双万计划和一流课程双万计划的推进,更加强调课程质量,重视引进先进教育理念的课程建设与实施成为了重要教学研究与改革方向[1]。在此背景下,院系在前期改革[2]的基础上,积极组织新的教学改革,根据工程教育理念制订新版人才培养方案,调整课程体系,为接下来进行的课程建设做了充分的准备,为打造两性一度的金课奠定了坚实的基础。Java实训课程是软件工程(移动互联网)本科专业的专业必修课,目的是在Java程序设计课程的基础上进行综合实训,开拓学生视野,综合运用所学知识和技能完成应用开发,提升系统的分析、设计和评价能力。
实训课程能够培养学生综合运用所学的知识完成实际项目的开发,是提升学生工程能力的重要课程。对Java实训课程来说,目前主要强调提高学生的技术能力和团队协作能力,却弱化了分析和设计这两类重要的工程能力,不完全符合新的培养目标。按照工程教育理念重新审视传统的Java实训课程,发现存在以下三方面的问题。(1)有阶段划分,但各阶段之间界限并不清晰,缺少工程意识培养。(2)未进行过程化考核,对学生的能力评价不够综合。(3)考核内容与新的课程目标不一致,无法准确评价学生的学生产出。
2 CDIO和OBE介绍
CDIO工程教育模式以产品研发到产品运行的生命周期为载体,通过构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运行(Operate)等阶段的学习,有针对性地提升学生的各项工程能力[3]。CDIO工程教育理念在本质上与倡导OBE理念[4]的工程教育专业认证相契合,它提出了系统的能力培养大纲,以工业产品的构思、设计、实现和运行的全过程指导工程教学过程,符合培养工程型应用人才的目标,并为工程教学提供了指导[5]。为真正实现Java实训课程培养工程型应用人才的目标,需要引入CDIO和OBE教育理念,根据培养目标重新思索并修订教学大纲,重新分析和细化教学案例,采用灵活的教学方法进行授课,应用综合的考核方案评价学生的工程能力。
基于以上分析,为切实提升学生的工程能力,提升就业竞争力,在课程中引入并贯彻CDIO工程教育理念是必然的选择。
3 课程总体改革方案
在当前实训课程“以教师教为指引,以学生学为主体”的教学模式下,需要更清晰地进行课程目标定位并确定学生的能力培养要求。教学内容方面应选择更贴近社会需求和行业前沿的项目作为教学案例。通过对CDIO理念的深入理解,并按照CDIO的理念对案例和教学过程进行分解和重构,设计更加合理的教学过程,从而更加全面地培养学生提升工程意识和工程能力。
3.1 课程目标
根据Java实训课程对毕业要求的支撑和课程在课程体系中的地位,结合相应毕业要求指标点的内涵,明确了课程目标如下。
课程目标1:能够根据用户需求,确定基于Java技术的软件应用系统的设计目标。
课程目标2:能够依据面向对象程序设计思想,进行系统概要设计和详细设计。
课程目标3:针对设计研发的系统,能够依据用户需求进行测试,并给予合理评价。依据课程在课程体系中的定位,Java实训课程采用集中实践教学。以结合企业实际的前沿项目作为教学案例,引导学生完成项目的需求分析、设计、实现、测试和评价,使学生较好地具备基于Java技术的应用开发能力。
3.2 课程内容
课程以项目的需求分析、设计、实现、测试和评价为主要内容,由内容决定了作为教学案例的实训项目对课程有重大影响。作为校企合作建设课程,项目选取方面,结合企业对社会发展趋势进行选题,更容易吸引学生的注意力,激发学生的学习兴趣。构思(C)阶段的主要内容是根据某小区共享物资管理平台的需求描述信息,撰写需求分析文档。设计(D)阶段的主要内容是根据需求分析文档的内容设计相应的软件结构和功能。实现(I)阶段的主要内容是根据上一阶段的设计结果和给定的界面设计要求,编码实现系统的各项功能。运行(O)阶段的主要内容是根据需求说明运行系统,验证系统界面和各项功能能否符合要求。为确保教学的顺利进行,课程采用“主线+扩展”的方式组织各阶段的衔接。其中,主线是指共享物品管理平台的构思、设计、实现和运行这一主线,扩展是指在各个阶段都能够对基本的任务加以扩展。学生在某阶段进行扩展练习时,可能增加后续无法完成的设想。针对这种情形,为确保主线的顺利进行,在每个阶段最后都提供了能够指导后续阶段继续进行的文档作为基准文档。
3.3 教学过程设计
课程贯彻“以学生为主体、以教师为主导”的教学思想,教学的整个过程以任务驱动的形式展开,过程中辅以不同的教学方法。使学生在理解掌握Java程序设计理论知识的基础上,通过问题描述与目标设计、系统设计与实现、系统测试、报告撰写和答辩等环节,培养学生解决软件工程问题的设计与实现能力,促进课程目标的达成。
在构思(C)阶段,引入探究式教学法激发学生的想像力和创造力,引导学生从共享物品管理问题入手,依据问题的要求,综合运用恰当的方法,检索相关问题的背景知识,进行问题描述与目标设计,并通过报告撰写,加强学生用户需求分析和确定系统设计目标的能力。
在设计(D)阶段,引入对分课堂教学模式和探究式教学法触发学生对系统结构设计的好奇心,引导学生加深对MVC设计模式的理解,并运用MVC设计模式,结合Java图形用户界面、输入输出流、集合类等知识和技术完成项目开发中包含界面设计、事件处理、数据管理等要素的系统概要设计和详细设计。
在实现(I)阶段,采用演示法和讨论法,通过对实现方案的演示和讨论,引导学生依据上一阶段的设计结果和单元测试思想,结合面向对象编程方法进行系统编码实现。
在运行(O)阶段,引入探究教学法和讨论方法,引导学生养成探索的习惯,采用黑盒测试方法对系统进行界面测试和功能测试,并评价系统的可用性。
3.4 考核方案
针对课程目标的要求,课程考核采用项目代码、项目报告和项目答辩等三种形式进行,包含形成性评价和终结性评价两部分。在形成性评价部分,课程通过构思阶段评估课程目标1的达成情况,通过设计和实现阶段评估课程目标2的达成情况,通过运行阶段评估课程目标3的达成情况。通过课程最后的终结性考核进一步评估课程目标2和目标3的达成情况。成绩占比方面,形成性评价和终结性评价各占50%。形成性评价随CDIO四个阶段进行,主要通过项目代码和项目报告进行考核。其中,构思阶段占比10%,通过项目报告进行考核;构思阶段和实现阶段各占15%,通过项目代码和项目报告进行考核;运行阶段占10%,通过项目代码和项目报告进行考核。终结性评价在课程结束时进行,通过最终的项目代码(占比20%)、最终的项目报告(占比10%)和项目答辩(占比20%)进行考核。
4 立体化案例分解
项目案例是Java实训课程的重要组成部分,案例只有被系统地分解为合适的单元才能够较容易被学生理解和掌握。同时,如何针对不同程度的学生提供多层次的案例细节也是值得重点考虑的内容。立体化案例分解主要体现在通过阶段化、任务化和层次化地分解和重构将教学案例立体地展示出来,方便学生的学习和教师的过程管理。立体化案例分解包含以下三方面的内容。
(1)阶段化。阶段化是指按照CDIO的构思、设计、实现和运行阶段对案例进行分解,通过对项目案例的分析、设计、实现、测试和运行的全过程进行分解,然后合并到CDIO的四个阶段中,为学习过程提供支持,并有针对性地提升学生的各项工程能力。
(2)任务化。每个阶段划分为若干任务的集合,通过任务驱动当前阶段的学习,借助任务完成情况评价学生的学习产出,从而支撑该阶段的考核。通过阶段的任务分解,可帮助学生更直观地理解工程开发过程。
(3)层次化。层次化是对不同程度的学生,提供多层次的学习任务,在完成低层次任务的基础上,可以挑战更加复杂的任务。每个阶段的要求也被划分为不同层次,从低到高包括及格层次,良好层次和优秀层次。低层次任务是高层次任务的基础和前提;只有完成了及格层次的任务,才能冲击良好层次的任务;只有完成了良好层次的任务,才能冲击优秀层次的任务。通过层次的划分,能够使不同程度的学生对自己要达到目标有较为清晰的认识。
4.1 构思阶段
在构思阶段,以给定的共享物品管理平台案例需求作为研究对象,引导学生分析案例的实际需求,并将需求表达出来,结合小组讨论,培养学生的问题分析能力和对分析结果的评价能力。构思阶段的任务包括撰写文档、增加新功能和展现示意图等三项任务。撰写文档任务要求学生能够根据给定的描述信息撰写需求分析文档。增加新功能任务要求学生能够在撰写文档任务的基础上为系统增加1-2个相关功能。展现示意图任务要求学生通过visio、画图或原型设计工具画出关键界面的示意图。构思阶段的层次化体现如下。及格层次:能够完成撰写文档任务的要求;良好层次:在及格层次的基础上,能够完成增加新功能任务或展现示意图任务;优秀层次:在及格层次的基础上,能够完成增加新功能任务和展现示意图任务。
4.2 设计阶段
在设计阶段,以构思阶段的结果为基础,通过结构设计、登录注册功能设计和共享物品管理功能设计的演示,通过当堂对分课堂教学模式和探究式教学法引导学生以小组形式进行讨论,提出疑惑,发现问题,进而解决问题。以此培养学生依据面向对象程序设计思想,结合具体的应用问题,进行系统概要设计的能力。
设计阶段的任务包括结构设计任务,登录注册功能设计任务,共享物品管理功能设计任务(包括共享物品列表、我要发布和我要借用等三个功能),新增功能设计任务,界面设计任务等5项任务。设计阶段的层次化体现如下。及格层次:能够完成结构设计任务和共享物品管理功能设计任务;良好层次:在及格层次的基础上,能够完成登录注册功能设计任务;优秀层次:在良好层次的基础上,能够完成新增功能设计任务或界面设计任务。
4.3 实现阶段
在实现阶段,以设计阶段的结果为基础,通过对关键功能的编码实现方案进行演示,结合小组讨论,引导学生编码实现共享物品管理平台,同时结合单元测试思想对不同部分的代码进行有针对性的测试以提高软件质量。以此培养学生依据面向对象程序设计思想,结合具体的应用问题,进行系统详细设计和实现的能力。实现阶段的任务包括登录注册功能实现任务,共享物品管理功能实现任务,新增功能实现任务,界面美化任务等4项任务。实现阶段的层次化体现如下。及格层次:能够完成共享物品管理功能实现任务;良好层次:在及格层次的基础上,能够完成登录注册功能实现任务;优秀层次:在良好层次的基础上,能够完成新增功能实现任务或界面美化任务。
4.4 运行阶段
在运行阶段,学生通过黑盒测试方法探究性地运行共享物品管理平台,记录平台运行过程中出现的各类问题,并进行小组讨论。以此培养学生对系统进行界面测试和功能测试,并评价系统的可用性的能力。
运行阶段的任务包括界面测试和评价任务,功能测试和评价任务,测试用例撰写任务等3项任务。其中前两项任务均针对自身所实现的全部界面或功能进行,包括登录注册界面或功能、共享物品管理界面或功能(包括共享物品列表、我要发布和我要借用等三部分)和可能新增的界面或功能。
5 结束语
校企合作为教学项目引入行业前沿和社会需求,提升案例的前沿性和创新性,有效激发学生的学习兴趣,提升学生的学习效果。CDIO工程教育理念和OBE理念是符合社会对工程人才的要求,提升工程专业教育教学质量的有效指引。
[参考文献]
[1]郑丽娜.新兴工科:新工业革命背景下基础学科发展的新机遇[J].高等理科教育,2020(01):16-17.
[2]黄淼,王魁祎.基于CDIO-OBE工程教育模式的Java课程群课程改革[J].电脑知识与技术,2017,13(34):169-170+175.
[3]袁桂芳.新工科背景下基于CDIO模式的电工实训教学改革研究[J].湖南邮电职业技术学院学报,2019,18(04):106-108.
[4]张梦冉,王雪艳,申永康.基于OBE理念构建基础工程课程教学模式探索与实践[J].教育教学论坛,2020(08):264-265.
[5]宾志燕,周坚和,李炜,陈艳.新工科背景下基于CDIO理念的实践课程教学设计与实践[J].教育现代化,2019,6(16):174-176.
Exploration of Three-dimensional Java Training Curriculum Reform
 Based on CDIO-OBE
LI Zhen, HE Wei-na
(School of Computer, Pingdingshan University, Pingdingshan, Henan 467000,China)
Abstract: To solve such problems as not enough engineering consciousness and comprehensive ability in training, and the content of assessment is not close to the target in traditional Java training curriculum, the Java training curriculum is researched and reframed with introducing current mainstream education concept and idea of CDIO , relying on the faculty of engineering education reform, and combineing the cooperative enterprise to the understanding of the industry forefront. A kind of fusion stage, task and layered three-dimensional Java training curriculum teaching reform is explored, and have achieved good application effect.
Key words: The Curriculum Reform; Case Decomposition; CDIO; OBE