物联网专业的Java课程改革初探

谢世杰 陆蓉慧

1江苏工程职业技术学院 江苏南通 226006；
2.南通师范高等专科学校 江苏南通 226006

Java编程语言以其面向对象、跨平台等优势被广泛接受，在“互联网+”环境下，具有极大的优势。“Java程序设计”课程作为高职院校各IT相关专业的基础课程，通常会开设64～120课时不等。高职学制短、学生基础不够扎实是不争的事实，同时，专业不同，设计程序的处理对象不同，程序设计的技术侧重不同。在这样的背景下，很多高职教师进行了教学改革。王月春等[1]根据不同专业的特点整理了相关知识点，再将知识点组装成满足各专业教学的需要教学模块，实践后取得了比较好的教学效果，但并未详细叙述对模块化组课后的教学项目，难以参考学习教学模块。朱恒伟等[2]针对智能汽车专业，将企业需求的技能点融入课堂教学项目中，改革了所在专业的Java课程，重构了课程体系机构，经过实践，提升了教学效果，同时还提高了学生的岗位竞争力。杨骁等[3]针对计算机网络专业，以网络爬虫项目为主题，在教学项目化改革中设计了难度递进的教学项目，循序渐进的教学项目使得课程学习难度降低，学生们的兴趣被激发出来，并且为后续课程学习打下了坚实基础，值得学习。吕太之等[4]针对软件专业，主要是将技能大赛的技能点融合在教学项目中，将大赛反哺教学，促进所有同学的共同进步，同时实施理念以学生为中心，该教学方法有效提升了学生学习热情和教学质量。

综上，当前对Java课程教学改革的研究现状表现如下三个特点：

(1)突出职业导向，以培养学生的职业能力作为课程教学项目重构的基础，解决职业教育课程中存在的课堂教学脱离企业工作实际的问题。

(2)以能力为本位的方向、以模块化或项目化的方式进行课改，以期通过设计专业相关度高、循序渐进的教学项目来提高学生的理论联系实际的能力，特别是综合运用所学知识和技能的能力。

(3)基于产教融合、校企合作的模式逐渐成为Java课程教学改革和探索的主要方向之一。

针对物联网专业，Java课程教学改革，在文献中鲜有体现专业相关岗位特色和体现技能大赛技能点的融入，本文据此开展课改研究。

(1)教学项目与本专业相关度不高。课程授课技能覆盖面广，但与其他专业所开设的Java课程教学内容一样，未梳理出专业重点关注的技能点。课程虽然以项目为依托展开教学，然而教学项目存在一定的滞后性，仍使用教材中的教学项目，不能有效串联物联网专业相关的应用项目，造成学生的项目化成果与专业无关，学生获得感不足。

(2)开发力量匮乏。物联网专业技能涵盖面宽泛，Java语言实践性较强，需要有项目实战经验的任课老师，同时要能用Java语言实现物联网相关的协议，能够解决数据从底层硬件传输到上层软件中出现的问题。目前存在的问题是，物联网专业教底层硬件的教师虽然对嵌入式系统的开发非常熟悉，接触的多是C语言和汇编语言，转变到面向对象的语言还需要时间去实践。与此同时，教上层软件开发的教师较少接触底层硬件和协议。教学项目的开发需要协同开发，历时较长。

(3)编码枯燥无味。学生已经学习过使用C语言去编程，转变为面向对象的思维会比较困难，这会让学生对Java的学习失去兴趣。同时，教师教学过程中，过于注重Java的语法而忽略解决问题能力的培养，学生在学习枯燥的语法知识，会觉得跟学习英语一样，逐渐失去学习兴趣。

(4)代码不规范。学生在编码时，往往只注重代码的功能实现情况，但是忽略了代码的可读性和规范性。

正是由于上述Java教学的现状和问题，所以有必要去进行课改。

2.1 课改思路

没有教学，学习当然也会发生，学习是一个自然的过程。教师的角色定位在教学活动中，应该是教学活动的促进者和引导者，促进学生有目的地学习，以便学生用更短的时间去达成目标。针对本门课程的课改，应该以课程目标为导向，以教学中出现的问题为课改出发点，改革教师在教学过程中的角色定位，改革与专业相关度不大的教学项目，改革传统的教学方法。

2.2 课改目标

我校物联网专业的培养目标是培养具备较强的从事工业物联网、智慧交通、智能家居等物联网系统的集成设计、施工、运行和维护、物联网产品开发、营销等实际工作能力，适应生产建设(管理、服务)第一线需要的德、智、体等方面全面发展的技术技能型人才。为此，专业负责人设计了贯穿专业所有课程的业务场景，从而让学生们通过具体的案例去全面了解物联网专业。本门课程紧紧围绕学生学完后能做什么，在“智能家居”场景下，依托新大陆的传感网设备进行教学项目改造，融入技能大赛技能点，解决教学项目与本专业相关度不高的问题。同时，依托新大陆的设备和JAR包，一定程度上可以先缓解教师开发力量匮乏的问题。课程的教学方法改革，可以使用翻转课堂、对分课堂以及合作学习等模式进行教学，解决教学过程中编码枯燥的问题；
需要辅以思政元素，将代码规范融入课程教学中，做到润物无声。

根据课程改革思路，围绕教师、教材、教法三个方面开展课改设计。

3.1 教学内容项目化改革

针对教学项目与本专业相关度不高的问题，课程改革需要建设专业相关度高的教学项目。为了重构教学项目能够提升专业相关度，首先要做的就是调研分析，确定课程对接的工作岗位，比如：Java开发工程师(物联网方向)，需要Java基础扎实，会使用异常捕获、io、多线程、集合等技能，对JVM原理有一定的了解。

根据岗位，将梳理技能点，以“智能家居”为主线，归纳提炼“智能家居”物联网领域的职业岗位与本课程相关的工作领域，目前智能家居监测与控制可以分为本地监控、网络监控和智能监控这三个主要方面。然后，依托校企合作单位的设备，以智能家居监控典型技术流程为载体，将工作领域转化为学习领域。本地的监控，教学项目设计为基于串口的数据交互项目；
网络的监控，教学项目设计为基于网络的数据交互项目；
智能的监控，同时依托百度AI接口，教学项目设计为基于AI的数据交互项目。三个项目仍包含任务，形成难度递进、层次分明的教学项目。

根据参考文献[5]文中所述，Java程序设计基础应该要优先教学。根据物联网专业人才培养方案，学生在第一学期就已经学习了C语言程序设计，目前学生已具备常量、变量、基本数据类型、程序流程控制等基本知识。本课程的开设，学生在Java课程中需要学习Java的集成开发环境的使用、JDK的配置，以及一个基本的Helloworld的例程实现。掌握这些后，即可以进入涵盖类和对象、封装、继承、多态以及接口等技能点的项目化教学。为了达到每次课的项目化效果，教师需要提前使用Swing工具将代码框架构建好，并且将整个系统其他部分调试完成形成文档，在课前交付给学生，便于学生代码的可视化。然后学生在课前、课中、课后着重实现项目的核心代码。教学项目设计时分析了教学技能点和大赛赛点，针对编码枯燥问题，设计项目不同阶段的结果可测可评。设计的教学项目使用的设备拓扑如图1所示。

图1 教学设备拓扑图

融入课程教学的知识、能力和素质目标，设计具体的教学项目如下图2所示。

图2 教学项目重构图

3.2 教师角色定位改变

针对开发力量匮乏的问题，教师应与企业工程师共同探讨教学目标和设计教学项目，使用企业相关的设备开发教学项目。具体来说，教师首先应该是一个“工程师”，深入企业实践，与企业工程师一起制定课程目标，制定出学生学完后能做什么的教学目标；
教师还是教学项目的“设计者”，围绕教学目标，将企业所需的知识点技能点渗透到各个教学项目中去；
教师也应该是这个项目上工作的“工友”，是学生们的项目经理，促成学生的知识、技能、素质目标的达成；
教师还是项目完成后的“验收者”，将学生们做完的项目一一验收考核。教师在教学活动中的角色改变与否，关系到课程项目化实施的成败。

3.3 教学方法的改革

教学过程中，通过教学项目的训练，做到三个融合。

3.3.1 融入自学理念

课程设计使用翻转课堂+对分课堂以及合作学习等模式进行线上线下混合式教学，使用翻转课堂，要求学生在课前完成一定的课前任务，为课中教学做准备；
课中，应用信息化技术，将操作难点复现，小组合作拓展解决问题的思路，帮助同学自主学习；
课后，布置相应的拓展任务引导知识纵深研究。通过全环节的合作探究，旨在帮助学生提高自主学习能力。

3.3.2 融入工程理念

针对编码枯燥问题，在项目实施中，引导学生在项目实施过程中发现问题、分析问题、解决问题，同时引入软件工程的理念，将任务划分为计划制定、需求分析、软件设计、程序编写、软件测试和运行维护等六个基本环节，小组成员可以进行项目经理、产品经理、程序员、软件测试工程师等角色扮演，提高学习兴趣。

3.3.3 融入代码规范

针对代码不规范的问题，在项目实施中，将变量命名规范、书写规范、注释规范、经验性规范等，融入项目实施后的评价环节中，促进学生不断规范自己编出的代码，增强代码的可读性。通过规范同学们的编码过程中，融入思政元素，引导正确的价值观职业观。

本次教学项目化改造，调研了市场人才所需的技能，同时也将技能大赛的技能点进行全面融入，让技能大赛的设备反哺到每位同学，关注到教学中的公平。通过将改造后的教学项目应用到实际教学工作中去，并进行评价实施效果。选取往届学生对比分析。

4.1 学习态度分析

课改后具体表现为学生满意度增强：根据课后的学生座谈、问卷结果反映，学生认为学习内容实操性强，学习后有获得感。

4.2 学习效果分析

教学项目实施后，根据金课坊平台数据显示：学生学习主动性增强，学生课件查看率、作业提交率、课程考核成绩等均有明显提高；
在各项比赛中学生均有斩获，如蓝桥杯Java开发竞赛取得国赛和省赛的奖项，省级职业技能大赛物联网赛项连续获奖。

学生学习效果分析表

4.3 问题与反思

(1)教学项目改造后的教学模式需要学生花更多时间在课外进行小组学习探究。在这过程中，小组中仍存在部分同学课外学习不主动的问题。针对这这个问题，后面实施教学项目时采用每个教学任务轮换“项目负责人”制度，通过金课坊平台统计每位学生的学习数据，督促每位同学都能积极投入该项目的学习中去。

(2)虽然专业性较强的教学项目有力支撑了后续专业核心课程的学习，但也出现部分同学不能跟进教学项目。针对这种情况，后期利用网络资源制作与教学项目相关的案例场景视频，通过视频形象化展示来增强学生的学习兴趣，让学生能更快融入教学项目，适应教学项目进度。

针对Java程序设计各专业的项目化教学中项目不能满足每个专业的个性化需求，无法融入专业重点所需的技能点这个问题，本文紧紧围绕培养目标，依托校企合作的设备，根据专业负责人设计的所有课程的项目背景，将教学项目设计为3个“智能家居监控”中的典型项目，由本地到网络再到智能，难度递进，层次分明。课改后的效果表明，项目化改造后提升了专业学生的获得感，提升了学生的学习兴趣，促进了学生的自主学习。