人工智能時代下“Java程序設計”課程教學改革

韓冰 劉翠煥 黃振華 張波 陳明珠 張瀟

關鍵詞：人工智能時代;Java程序設計;課程教學改革;課程新模式

隨著新一代信息科學技術的發展，為計算機專業人工智能課程教學模式的創新提供了更多的可能。在一些復雜繁重的科學及工程計算中，當代人已經不再將計算看作是難以完成的復雜任務，而是依靠現代計算機來完成復雜繁重的工作任務，在計算機相關專業的教學中，統一無須依靠人腦來承擔計算，而是借助人工智能就可以實現對語言的編程和復雜的計算?！癑ava程序設計”是時下計算機相關專業中最受歡迎的編程語言，也是各大高校軟件工程、計算機科學與技術等專業中必修的課程。

面對復雜的Java程序設計，其課程的教學具有抽象性，且課程主要以培養學生面向對象的獨立編程能力和創新能力為主。傳統的"Java程序設計”課程教學以教師為主，學生被動接受知識，學生對于Java語言編程缺乏獨立理解和操作，既難提升學生的積極性和主動性，又不便于培養學生的創新思維。人工智能教學模式以融合了大數據、云計算等新一代信息技術，能有效地提高學生學習“Java程序設計”課程的參與性，增強學生對于Java語言編程的理解，有助于培養學生面向對象的獨立編程能力。在這種背景下，研究基于人工智能的"Java程序設計”課程教學新模式對于提高"Java程序設計”的教學效率和教學質量有著重要的意義。

一、“Java程序設計”課程的概況

“Java程序設計”為計算機相關專業的重要課程之一，Java語言是一種簡單的、跨平臺的、面向對象的分布式、健壯性的動態語言，其應用非常廣泛。目前已廣泛應用于互聯網、手機智能卡、手持式電子消費產品等領域?！癑ava程序設計”是一門面向對象的軟件開發課程，主要通過學習Java語言編程與設計來掌握面向對象的軟件開發，培養學生面向對象的獨立編程能力及軟件創新設計能力。近兩年，隨著Java編程技術的發展，“Java程序設計”課程中又融入了高級J2EE框架、大數據、人工智能等技術，增加了“Java程序設計”課程教學的難度。

二、基于人工智能的OBE教學模式及其方法

（一）OBE教學模式

OBE教學模式是一種基于學習產出的新的教學模式，又稱成果導向教育。這種教學模式重視“學生學到了什么”，認為“學生學到了什么”與“是否成功”遠比“怎樣需學習”和“什么時候學習”重要。OBE教學模式在現有的教學體系中，圍繞學生經過教學過程應該取得哪些關鍵成效而開展的相關教學工作。其關注的問題主要有以下幾方面：（1）學生缺少什么樣的學習成果;（2）為什么要讓學生取得這樣的學習成果;（3）如何有效幫助學生取得目標學習成果;（4）如何知道學生已經取得了哪些學習成果;（5）如何保障學生能夠取得這些學習成果。從OBE教學模式關注的問題可以看出這種教學模式以學生為中心，強調學生學習的成功。

為了幫助學生學習的成功，可以采用相同或不同的學習方法，或根據學生個性化、個體化差異評定結果制定教學方法，并不斷地根據評定的學生學習狀態，及時調整教學目標、教學進度及教學方法，來最大程度地保證每個學生都能獲得學習成功。以“Java程序設計”課程為例，強調在教學過程中引入網絡爬蟲、自然語言理解、文本的數據統計分析等人工智能技術，并充分利用互聯網進行大范圍的資源搜索，為Java語言教學提供更加豐富的內容和教學形式，來激發學生對學習Java語言的興趣、積極性和主動性，從而確保學生對“Java程序設計”內容的掌握，來提高學生學習“Java程序設計”課程及相關內容的效率及學習質量。

（二）OBE教學模式下的教學方法分析

1.基于人工智能程序的信息獲取

OBE教學模式以目標網站為信息獲取源，學生可以通過人工智能程序搜集數據信息，獲取重要的Java語言編程的資源。目標網站包含招聘指導性網站、大型招聘網站的用人需求信息等，獲取方式以虛擬瀏覽器加載算法為主，提取關鍵詞參考如下：（1）BrowserLoad：虛擬瀏覽器加載算法;（2）Input：URL對應網頁的連接;（3）Output：Document-Stream瀏覽器內容數據流對象;（4）Begin：獲取頁面數據流DocumentStream對象的流程。

2.基于人工智能的“Java程序設計”課程教學目標及內容的調整

基于人工智能的OBE教學模式實踐應用中，常根據學生個體化差異對學生學習狀態進行評估，并根據評估結果調整課程目標及教學內容，以適應學生的學習進度。課程目標及教學內容調整步驟如下：首先，通過OBE設定課程目標，并對目標抽取技術關鍵詞;其次，構建人工智能程序;最后，以關鍵詞權值計算可調整的課時量，將教學目標對應的課時量設定為：基礎課時+可調整課時。

構建人工智能程序時依據BrowserLoad算法從招聘網站的需求信息、Java測試信息中抽取文本數據，引入Java關鍵詞的名稱層次模板使用JavaKeywordTem-plateMgorithm算法對關鍵詞進行加權。具體的權值計算參考公式如式1所示。按照以上流程計算出企業對Java編程人才的需求，并根據需求調整Java教學時間中的教學目標權重及課時量，確保教學與實際工作、就業目標保持一致。

3.基于人工智能的“Java程序設計”課程教學目標設定

根據OBE教學模式關注的問題，基于人工智能的“Java程序設計”課程教學實踐中，可以將教學目標設定為以下四方面的內容：（1）了解及熟悉Java程序設計基礎知識。（2）熟悉Java的面向對象思想和程序。（3）熟悉Java程序的結構和運行方式。（4）熟練Java的數據處理。

三、“Java程序設計”課程教學改革實踐及其效果

應用OBE教學模式，以人工智能技術為基礎進行“Java程序設計”課程教學改革，涉及的主要教學目標的權值結果如下表所示。從表中可以看出，教學目標中權值較高的教學領域有數據庫編程、多線程、數據流，反映出企業對這方面人才的需求較大。知識權重較低的兩個領域有異常處理、Windows與Applet設計，反映出企業對這方面人才需求較小。

根據上表權值結果，某校與2018年末，并于2019年6月正式實施了“Java程序設計”課程教學改革的方法。2020年6月，針對軟件專業對“Java程序設計”課程教學改革前后兩屆學生組織了測試。下圖為2018屆、2019屆學生“Java程序設計”測試成績統計圖，從下圖可以看出2019屆軟件專業學生“Java程序設計”成績均高于2018屆學生，這說明基于人工智能對“Java程序設計”課程進行改革，組織實施OBE教學模式有利于提高軟件專業學習成績，基于人工智能實施的“Java程序設計”課程教學改革效果顯著。

四、傳統教學中“Java程序設計”課程面臨的問題

（一）教學形式單一

傳統教學中，“Java程序設計”課程以教師課堂講授為主，教師講、學生聽的，教學形式單一乏味，學生學習被動，缺乏學習的主動性和積極性，更缺乏Java語言編程的實操練習，很難培養學生獨立編程及軟件開發的能力。

（二）教學內容有限

傳統的“Java程序設計”課程教學內容依賴課本教材及大綱內容，知識范圍有局限性，且教學內容存在滯后性。教學過程中，一般由學生提問，老師解答，或老師與同學一起討論解決方法。由于教學內容僅限于課本，很難解決企業實際面臨的問題，不僅教學效果差，而且教學進度緩慢、效率低。

（三）填鴨式教學難以激發學生學習興趣

“Java程序設計”課程作為一門計算機專業的前沿課程，它的教學目的在于通過Java程序設計的教學培養學生在Java領域的創新能力和軟件獨立開發能力。傳統的教學模式表現出典型的填鴨式教學，教師將理論及其原理講給學生，學生被動接受知識，很難從根本上理解Java程序設計的抽象概念，也難以激發學生深入了解的興趣及自主學習的能力，限制了學生創新思維的發展。

五、人工智能下“Java程序設計”課程教學改革的策略

（一）采用多樣化的教學方式

在“Java程序設計”教學中，老師可以引入藍墨云APP、雨課堂等移動終端開展移動教學，增加多樣化的教學方式。在“Java程序設計”教學中，老師應該將課堂交給學生，以學生為主體、為中心，讓學生在課堂積極地參與頭腦風暴、課堂練習、課堂討論，鼓勵學習多進行課后練習，擴展學習內容，培養學習自主學習“Java程序設計”的興趣和積極性，從而鍛煉學生面向對象獨立編程及軟件開發的能力。

（二）利用互聯網擴展教學資源及教學案例

人工智能時代，獲取“Java程序設計”相關的內容及教學資源的途徑有很多。教師在教學過程中可以充分利用互聯網擴展教學資源，并構建軟件專業教學資源數據庫。教師應不斷地整理和積累“Java程序設計”的教學案例，豐富教學資源數據庫，教學案例可以是學生實驗經典案例的總結，也可以通過虛擬瀏覽器獲取，還可以是學生的優秀作品。數據庫中還可以收集學生提出的問題，并通過平臺開通問題討論窗口，通過互聯網與其他學校軟件專業的學生或企業的前輩交流問題處理方法。

（三）采用自媒體、翻轉課堂等培養學生興趣及創新能力

在人工智能時代，教師可以利用自媒體、翻轉課堂等開展啟發式教育，以智能機器人、指紋打卡機等引導學生思考相關產品的工作原理和設計，鼓勵學生自主開發人臉識別、指紋識別、專業課實訓平臺等軟件，老師可通過學生所提供的軟件開發的作品，對學生學習狀態進行評估，并適當地調整課程目標及課程內容，保證學生在每個階段都能完成學習目標。

六、結語

綜上所述，人工智能時代下我們可以利用大數據、互聯網及虛擬瀏覽的方式對Java程序員的市場需求及企業需求進行分析，并以具體的需求目標為指導實施“Java程序設計”課程教學改革，科學地設定“Java程序設計”課程設計及目標，并針對各個目標的權重值設定各個階段的教學目標和教學內容，在此基礎上采用多樣化的教學手段進行教學，引導學生學習，并培養學生學習Java語言的興趣及積極性，按照各個階段教學來需求完成學習任務，達到預期教學目標，培養學生獨立的基于Java面向對象的軟件開發及系統維護等能力，使學生能夠在有效的學習時間內學習更多的符合企業和市場需求的知識，更好地適應就業和Java語言程序設計及復雜工程的綜合運用。