基于PDCA模型的Java课程数智教学实践

摘要：基于数字化和智能化的数智教学已经成为现代信息技术与教育教学相结合的核心工程，确保线上线下融合的数智课程教学质量是一个重要课题。通过梳理和分析课程教学全生命周期的问题，运用PDCA循环理论和智能化教学工具，构建一个涵盖计划、实施、评估和改进四个阶段的教学质量保障体系，并利用Java编程课程进行实践，验证了该教学模式的有效性。

关键词：数智教学；PDCA模型；质量保障体系；Java编程

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2025）09-0164-04 开放科学（资源服务） 标识码（OSID） ：

0 引言

线上线下混合教学情境中，教师和学生参与教学活动的形式、评价管理等都与传统教学有了较大差异，基于数智平台的混合教学可以更广泛地利用学习资源和手段，引导学生对知识进行循序渐进的理解和处理[1]，最终实现学科素养的培养。混合教学设计中的问题主要集中在三个维度[2]：第一是教学内容的分层次重构。因为，网络资源和数智平台的存在，使得教学模式从封闭的课堂教学转为线上线下混合的开放模式，这导致学习从时间到空间维度都做了延展[3]，因此，对教学内容的组织也需要延展到课前、课中、课后，且每个阶段安排的学习任务量和难易程度以及形式有所不同，这要求授课内容要被重新组织。 第二是教学的具体实施方案，因为数智环境下，教学过程呈现出新的特点，如师生互动和同学协作学习、学习效果实时反馈、学习数据收集和分析。因此，如何高效、透明地融入这些功能是实施教学方案时需要考虑的问题。第三是设计科学、合理的教学评价方法。为了解决混合教学模式下的新问题，PDCA质量管理模型被引入教学管理。通过该模型，不断优化教学过程，力求实现教学管理科学化、系统化，从而保障数智教学的教学质量。

1 基于PDCA模型的教学设计

PDCA模型是由美国统计学家W. Edward Deming 提出的持续改进循环管理工具，主要包括四个阶段：计划：确定目标和制定实现目标的计划；执行：实施计划，并收集相关数据；检查：对实施结果进行评估与分析；改进：根据检查结果，进行调整和改进，形成下一轮计划。将该模型用于数智环境下的教学质量管理，其四个阶段具体内容如图1所示。

1） 计划阶段

目标设定：明确课程目标，定位课程知识结构；课程设计：根据学生学习情况，设计教学大纲，规划章节内容、教学方法和评估方式；学习资源准备：课程组从课前、课中、课后三个阶段分层划分知识，整合数智教学资源，如选择在线学习平台、编程工具及录制视频、设计练习库和考试库，提供有组织的学习材料。

2） 执行阶段

利用线上和线下教学手段开展教学实践。通过课堂讲授、开展Java课程的教学活动；利用数智技术促进师生互动和同学之间的协作学习；使用在线测验和编程练习，及时获取学生在学习过程中的表现和问题反馈，调整教学进度和方法。

3） 检查阶段

一方面，通过数据分析学生的成绩和课堂反馈，识别出知识掌握的薄弱环节，关注学生的学习态度和习惯。另一方面，通过单元测、项目作业和课堂参与等多个维度对学生阶段性学习成果进行评估，检测知识结构的设计与学生掌握情况是否合理。

4） 改进阶段

这一阶段主要实施改进措施和循环优化。改进措施主要根据检查阶段的分析结果，课后的调查、问卷、访谈获取信息，调整教学内容和方法，例如增设辅导、调整教学案例、调整课堂节奏、增删教学内容等，通过持续改进教学内容和模式，完善课程设计和实施过程。

2 Java 编程课程的教学实施

2.1 计划阶段：重构课程教学内容

以Java编程课程为例，Java课程设在大三学年，学生之前已经学过C++编程，有面向过程的程序设计基础，因此，教师在教学设计中先对教学内容按照课前、课中、课后三个阶段，分为预习、测试和讲解、实践四个层次进行分层重构，将简单的内容放在课前预习，课中利用测试检验预习知识的掌握程度，需要深入理解的知识点放在课中讲解，实践操作放在课后。其中，构建课程知识体系是课程改革的基础和重点。为了更有效地开展线上教学，课程组根据学科知识体系、专业培养标准和行业需求梳理了Java的知识点，将课程的基础知识、重点、难点知识进行了总结梳理，并根据教学的进度进行了知识点的划分，形成了清晰的线上线下知识层次，从基础语法、面向对象编程技术，再到高级应用编程。整理后的知识由课程组统一编写，形成教材《Java语言程序设计》，而其中的主要知识点则由课程组老师分工合作，录制讲解视频、构建相应的习题库。重构的Java知识点分层结构如表1所示。

2.2 实施阶段：基于智慧平台的教学组织

教师按照课前、课中、课后三阶段进行任务划分，每个阶段都需有智慧教学平台的辅助。所用的工具如表2所示，其中，中国矿业大学提供了智慧教学平台学习通和雨课堂，它们为教师组织在线教学提供了课程与学生信息的无缝衔接。

1） 课前阶段：学生主要通过学习通进行线上自学。教师需要上传课件、预先录制的知识点视频以及对应的练习题，从而为学生课前预习做好准备。

2） 课中授课与测试：课堂教学过程中，教师可在主要知识点上设计即时在线答题，雨课堂可将知识点测试嵌入PPT，并在需要时下发到学生手机移动端，从而无缝衔接授课流程。教师利用实时检测功能可及时了解学生预习和当堂掌握的情况以及出错原因，据此，教师可调整课堂教学节奏。另外，教师在讲完一章后，可以对学生进行在线单元测试，作为平时成绩的一个依据。

3） 课后作业和编程实践：课后，教师需布置作业进行知识巩固和工程实践，如果涉及代码编写的测试题，需要保证在线平台具有OJ功能，学习通平台对课题组教师发布课内作业内容更合适。除此之外，头歌实验实训平台，LeetCode编码平台等分别提供了开源的实践教学资源和匹配行业招聘要求的算法题目，也是课程组常用工具。

2.3 检查阶段：多维度的教学评价

优课教学的主要目标是促进学生知识记忆与理解、高阶思维的发展以及解决问题的能力和工程实践能力的提升[5]。通过布置预习任务，课堂测试和课后作业，实现工程实践作品，构建从课前到课中再到课后的学习数据统计信息，获取学生的学习状态。针对异常情况，可以进行有针对性的辅导，从而提高整体教学效果。利用在线测验、期末考试、作业和项目评价[6]，教师可以设计多维度的加权评价体系，精准地掌握学生的学习情况，也能公平地评价学生的学习成绩。课程成绩的评估信息没有将雨课堂中的实时测试计入成绩，这部分测试只是用来调整授课节奏，纯练习也给课堂学习带来一定程度的松弛感。

混合式Java教学实施了两年，2021年采用的是传统授课方式，2022年开始实施混合式教学，2023年持续更新在线题库、案例库。图2给出了学生成绩的分布情况，由图可知，高低分数段逐渐分化，高分段逐渐增多，说明这种教学方法能有效提高教学效果。

2.4改进阶段：改进教学资源

教学结束后，课程组教师需依赖多种数据来源，组织教学资源的改进。目前，用到的数据有：

1） 学生成绩：通过线下课堂、智慧平台和雨课堂教学过程的留痕数据，如习题、测试、作业，跟踪学生的学习进度，获取学生对知识点的掌握程度。如图3 所示，通过在线测试数据，从整体上查找易出错的知识点，然后利用智慧平台的分析工具获取单个知识点出错的原因，这样可以在当堂或者下一轮教学时，据此改进知识点的讲解、完善教学案例，改进教学方法，更新教学内容。

2） 自我评估：记录课程组老师教学过程中遇到的问题及解决方案，为后续的课程改进提供参考，例如在讲多态程序设计时，学生很难理解编译时类型和运行时类型，而且对引用和对象的生命周期不同也觉得困惑，课程组老师认为这是因为他们对JVM的内存数据表示不清楚，因此在第二年的授课内容中增加了JVM内存模型这一节。这部分知识从内容上看，虽然与程序设计无关，但对理解多态程序设计的很多概念非常有帮助。

3） 自我评估：记录课程组老师教学过程中遇到的问题及解决方案，为后续的课程改进提供参考，例如在讲多态程序设计时，学生很难理解编译时类型和运行时类型，而且对引用和对象的生命周期不同也觉得困惑，课程组老师认为这是因为他们对JVM的内存数据表示不清楚，因此在第二年的授课内容中增加了JVM 内存模型这一节。这部分知识从内容上看，虽然与程序设计无关，但对理解多态程序设计的很多概念非常有帮助。

4） 调查问卷：利用在线学习平台发放问卷调查，了解学生在学习过程中，对所学内容的真实感受、比如对课堂内容、教学方法、学习资源、实践内容设计的反馈。这些问卷在每学期末进行，以获取最新的数据，这部分发现的问题，往往需要进行一些结构性的调整。

5） 学生实践表现：记录学生在实际工程开发小组和毕设中的表现，特别关注实际开发过程中用到的技术以及学生缺乏的知识。

6） 校外评价和行业反馈：收集行业用人单位对员工开发能力需求以及对学生专业知识的评价，这些反馈可以帮助了解学生的知识和行业需求匹配度，也可以了解到目前课程组为教学设计的知识框架是否合理，如果有欠缺需进行调整。

通过综合上述数据，课程组能够更加全面地评估教学效果，从而制定出有效的改进方案， 提升Java教学的质量和学生的学习体验。下面给出2023年Java 课程结束后进行的主要改进措施。

1） 设计位运算的教学案例：位运算包括“与、或、非、异或”以及移位运算，这些运算符在一般编程教材中都是介绍基本运算规则。作为基础知识，课程组最开始的教学设计也是先让学生预习，然后进行随堂测，但测试后发现学生能掌握位运算的运算规则，但并不能灵活运用以解决问题，后来发现学生并不十分理解这些运算的扩展数学运算律，也就无法灵活运用，因此，我们新设计了两个教学案例，让学生在实际应用中掌握位运算的运算律。其中一个案例是流数据的奇偶校验，另一个是基于异或运算的一次一密加密算法。奇偶校验实例融汇了位运算符中除了“非”运算外的全部运算符，将位运算符的应用非常直观地进行了展现。而第二个案例是信息论的奠基人香农提出的一次一密对称密码算法，它非常经典地展现了异或运算在密码学领域的神奇魅力，这两个例子展现了位运算在实现数据完整性和数据保密性上的作用，让学生很直观又有兴趣地学习了信息论和数学知识在Java语言中的落地。

2） 增加反射与设计模式结合的知识框架：学生进行毕设、工程实践时发现，课上讲的知识跟实际行业开发需求有一定差距，实际的工程开发很多是在已存在的框架基础，如SpringBoot、MyBatis、Hibernate等基础上进行二次开发，学生需要学习这些框架的使用。课程组研究认为，这些框架多是在反射的基础上结合工厂设计模式、代理设计模式等进行开发，因此，Java 课程中虽不必讲解框架的使用，但需要详细地讲解Java框架的设计原理，这样学生就可以胜任框架的设计和使用。因此，从第一性原理出发，教学内容上增加了反射与动态工厂模式、反射与动态代理模式、反射与注解这三部分知识，补足学生开发和使用框架所需的知识，使其知其然并知其所以然。

3） 增加非阻塞CAS锁的实现机制和应用：在讲解多线程编程原理时，课程组讲解线程的同步和协作原理时主要用阻塞锁作为主要手段，但跟行业技术人员和毕业班找工作的同学交流时发现，面试官对学生实现并发编程的锁机制要求得更全面，需要阻塞锁和非阻塞锁的机制都掌握。非阻塞CAS锁更适合高并发和低竞争的场景，适合对性能要求较高的应用；而当操作比较复杂，需要协调多个线程进行多次读写时，阻塞锁更为合适。因此，课程组增加了CAS锁的原理和实现案例。

4） 建立在线知识图谱：利用智慧平台进行学生学习情况追踪时，课题组老师发现如果要对学生的知识掌握情况进行预测和追踪，需要先建立Java的知识图谱。为了后续的教学研究，课程组开始着手这部分工作，希望能为后期的教学数据分析提供帮助。

3 结论

PDCA循环管理模型与智慧化教学平台是密不可分的，PDCA给出了金课建设的路径，智慧教学平台提供了金课建设得以实现的技术支持和数据分析能力。在PDCA整个过程中，计划阶段教学组要花费大量精力，只有重构并组织好知识模块、编写出优秀的教学案例，准备好充分的建课素材，后面的建设才有价值。而教学实时互动、检测能力和反馈能力，以及在线的实践平台，则让类似Java编程这种实践性很强的课程能更好地培养学生的工程实践能力、高阶思维能力和问题解决能力，确保对学生专业能力的培养，而持续改进阶段是对教学资源框架的完善，这种循环建设模式也促进了金课的建设。在PDCA教学管理过程中，课程组的工作还存在不足，比如通过智慧平台检测到学生的学习状态后，还无法根据个体学习情况进行辅导和学习资源的推送，这部分工作也是我们后期希望借助数据预测进行改进的部分。