基于工程思維的Java程序設(shè)計課程教學(xué)研究

李香菊+朱林+謝修娟

摘要：針對Java程序設(shè)計課程教學(xué)過程中的一些問題，提出按照工程教育的思路改革教學(xué)模式，加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力，達(dá)到學(xué)以致用。改革過程中，教學(xué)完全在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，理論與實(shí)踐交叉進(jìn)行，并引入增量式項(xiàng)目，將項(xiàng)目分量嵌入到相應(yīng)知識點(diǎn)的教學(xué)。

關(guān)鍵詞：工程思維；增量式項(xiàng)目；Java程序設(shè)計；工程教育

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）25-0123-02

2005年底，汕頭大學(xué)率先實(shí)施了工程教育改革，緊跟其后，國內(nèi)許多高校按照工程教育改革的培養(yǎng)要求，針對不同專業(yè)人才需求制定了詳細(xì)的培養(yǎng)計劃，計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)是工程教育的重點(diǎn)專業(yè)。近年來，工程教育模式已在社會上得到了廣泛的認(rèn)可，獨(dú)立學(xué)院以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，也逐步開展工程教育改革。

Java程序設(shè)計語言是當(dāng)今計算機(jī)領(lǐng)域最具有代表性的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言之一，可以編寫桌面應(yīng)用程序、Web應(yīng)用程序、分布式系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)等應(yīng)用程序，是實(shí)際軟件項(xiàng)目開發(fā)中所使用的主流編程語言之一。為了提升本學(xué)院計算機(jī)專業(yè)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，選擇了Java程序設(shè)計課程作為試點(diǎn)，進(jìn)行基于工程思維的教學(xué)改革。在《Java程序設(shè)計》這門課程的教學(xué)過程中，通過項(xiàng)目分解的方式，將項(xiàng)目貫穿教學(xué)過程，在完成基本知識教學(xué)任務(wù)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)學(xué)生的工程思維能力訓(xùn)練。

1 Java程序設(shè)計課程教學(xué)中存在的問題

通過對本校及兄弟院校Java程序設(shè)計課程的教學(xué)模式研究，目前的教學(xué)存在如下一些問題：

（1） 注重理論知識，理論課時較多，把相當(dāng)多的課時花費(fèi)在java基本語法教學(xué)上，實(shí)踐課時較少，學(xué)生感覺只是掌握了相應(yīng)的知識點(diǎn)，但是不能解決實(shí)際問題；

（2） 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，實(shí)驗(yàn)課只是針對零散的知識點(diǎn)進(jìn)行練習(xí)，比如編寫類、文件的讀寫等，每個實(shí)驗(yàn)只注重一個知識點(diǎn)，學(xué)生缺乏宏觀解決問題的能力；

（3） 課程設(shè)計指導(dǎo)性不強(qiáng)，課程設(shè)計的題目比較復(fù)雜，學(xué)生只注重功能的實(shí)現(xiàn)，不能按照軟件工程的思想完成項(xiàng)目要求，缺乏工程思維的指導(dǎo)，不能達(dá)到課程設(shè)計的效果。

按照目前Java程序課程教學(xué)模式，課程結(jié)束時，大部分學(xué)生只是掌握了知識點(diǎn)，僅能編寫簡單的程序，只有少數(shù)學(xué)生可以完成給定的較復(fù)雜的項(xiàng)目，造成了不能學(xué)以致用的結(jié)果，背離了工程教育的宗旨。

2 基于項(xiàng)目的工程思維培養(yǎng)教學(xué)改革

針對Java程序設(shè)計課程，工程思維培養(yǎng)就是指學(xué)生能夠按照軟件工程的思想，運(yùn)用Java語言解決具體問題的能力培養(yǎng)。因此，在Java程序設(shè)計課程的教學(xué)改革過程中，需要引入恰當(dāng)?shù)捻?xiàng)目，然后引導(dǎo)學(xué)生完成需求分析、項(xiàng)目設(shè)計和項(xiàng)目編程等工作。結(jié)合在Java程序設(shè)計課程教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，采取了以項(xiàng)目為驅(qū)動，按照知識點(diǎn)將項(xiàng)目分解，采取增量式的開發(fā)方法，項(xiàng)目的完成與理論學(xué)習(xí)同步進(jìn)行。

以項(xiàng)目為主線，通過由淺入深、由小到大的項(xiàng)目教學(xué)和實(shí)踐過程，有機(jī)地組織教學(xué)順序、引導(dǎo)學(xué)生把java的知識點(diǎn)融入程序設(shè)計中，調(diào)動學(xué)生的積極性，使得學(xué)生在快樂學(xué)習(xí)的過程中，最終提高學(xué)生的編程能力和查閱資料的能力。

2.1 理論和實(shí)踐教學(xué)一體化

以前，大部分院校Java程序設(shè)計課程的教學(xué)包括理論和實(shí)驗(yàn)兩部分內(nèi)容，部分院校有課程設(shè)計環(huán)節(jié)。其中，理論教學(xué)主要在教室完成，采用“教師講，學(xué)生聽”的模式，然后再到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課。根據(jù)實(shí)驗(yàn)課學(xué)生完成情況，任課教師發(fā)現(xiàn)，學(xué)生很難靈活運(yùn)用課堂上學(xué)到的理論知識完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

根據(jù)Java程序設(shè)計課程實(shí)踐性較強(qiáng)的特點(diǎn)，改革原有的教學(xué)模式，實(shí)施理論和實(shí)踐一體化教學(xué)方法，將課程教學(xué)環(huán)境從課堂搬進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐操作穿插進(jìn)行，有效解決了傳統(tǒng)的理論學(xué)習(xí)后再做實(shí)驗(yàn)，時間跨度較大，學(xué)生容易將理論知識遺忘而導(dǎo)致理論與實(shí)踐脫節(jié)的問題。而枯燥的理論知識一旦變成某一小型目標(biāo)實(shí)踐任務(wù)的理論指導(dǎo)，便可成功地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從平時課堂的點(diǎn)滴收獲中促進(jìn)學(xué)生的實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

理論和實(shí)踐一體化的教學(xué)模式從根本上改變了傳統(tǒng)的師生關(guān)系，學(xué)生由知識的被動接受者變成了主動參與者，課堂教學(xué)中突出學(xué)生的參與，采取“教師引導(dǎo)，學(xué)生為主”的模式，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立構(gòu)思、設(shè)計、模擬和實(shí)現(xiàn)。這種學(xué)生參與性較強(qiáng)的和諧課堂氛圍有利于知識的吸收和傳播，同時還能培養(yǎng)學(xué)生們的主體意識，協(xié)作精神，創(chuàng)新精神和工程意識。

2.2 將項(xiàng)目按照知識點(diǎn)進(jìn)行分解

為了加強(qiáng)學(xué)生工程思維的培養(yǎng)，在授課過程中，除了簡單的基于知識點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)外，引入了貫穿多個知識點(diǎn)的較大的項(xiàng)目，任課教師按照軟件工程的思想，指導(dǎo)學(xué)生逐步完成項(xiàng)目。

項(xiàng)目的選取要涵蓋Java授課的知識點(diǎn)，并能夠進(jìn)行項(xiàng)目分解，采用增量開發(fā)的模式，項(xiàng)目的完成與授課同步進(jìn)行，學(xué)完需要的知識點(diǎn)后，安排實(shí)驗(yàn)，完成相應(yīng)的項(xiàng)目模塊。

引入項(xiàng)目時教師講述項(xiàng)目的目標(biāo)及需求分析，列出項(xiàng)目要完成的基本功能，然后根據(jù)授課的知識點(diǎn)將項(xiàng)目進(jìn)行分解，使學(xué)生對要完成的任務(wù)有初步認(rèn)識，然后帶著任務(wù)學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深對知識點(diǎn)的理解，并掌握如何應(yīng)用該知識解決具體問題。

【項(xiàng)目1】簡易計算器：以圖形化方式實(shí)現(xiàn)一個簡易的計算器，界面上有0～9的數(shù)字鍵，可以實(shí)現(xiàn)+、-、*、/、（、）的運(yùn)算，并提供退格、清空、等于等功能鍵，還有一個文本框用來顯示處理結(jié)果。打開計算器后，用戶單擊數(shù)字鍵或功能鍵，運(yùn)算結(jié)果顯示在文本框。

根據(jù)該項(xiàng)目要完成的基本功能，將項(xiàng)目分成4部分完成。第一部分定義計算表達(dá)式值的類，實(shí)現(xiàn)按照運(yùn)算符的優(yōu)先級完成表達(dá)式的求值，該部分內(nèi)容在完成Java基本知識的學(xué)習(xí)后就可以完成；第二部分實(shí)現(xiàn)計算器界面設(shè)計，包括運(yùn)算數(shù)、運(yùn)算符、功能鍵和顯示結(jié)果的文本框，該部分內(nèi)容在完成GUI界面設(shè)計的學(xué)習(xí)后就可以完成；第三部分實(shí)現(xiàn)計算器事件處理，用戶單擊運(yùn)算數(shù)鍵、運(yùn)算符鍵和功能鍵后，可以做出相應(yīng)的處理，將結(jié)果顯示在文本框內(nèi)，該部分內(nèi)容在完成GUI事件學(xué)習(xí)后可以完成；第四部分實(shí)現(xiàn)異常事件的處理，該部分完成異常處理后可以完成。

【項(xiàng)目2】局域網(wǎng)聊天工具：實(shí)現(xiàn)一個簡單的局域網(wǎng)聊天工具，用戶登錄聊天系統(tǒng)，在好友列表中選擇聊天對象，啟動聊天界面，結(jié)束后關(guān)閉聊天界面。聊天記錄保存在本地，在數(shù)據(jù)庫中也有備份。用戶之間還可以發(fā)送文本。

根據(jù)要完成的基本任務(wù)，該項(xiàng)目分成5部分完成。第一部分實(shí)現(xiàn)聊天工具的圖形化設(shè)計，包括主界面和聊天界面，該部分內(nèi)容在完成GUI圖形化程序設(shè)計內(nèi)容的學(xué)習(xí)后可以完成；第二部分實(shí)現(xiàn)一對一的聊天模式，用戶可以和好友聊天，顯示發(fā)送和接收到的消息，該部分內(nèi)容完成網(wǎng)絡(luò)編程的學(xué)習(xí)后可以完成；第三部分實(shí)現(xiàn)文件讀寫及網(wǎng)絡(luò)傳輸，用戶可以查看自己和好友的聊天記錄，該信息以文件的方式保存在本地或服務(wù)器，用戶之間可以進(jìn)行文件傳送，該部分內(nèi)容完成文件的讀寫和輸入輸出流的學(xué)習(xí)后可以完成；第四部分實(shí)現(xiàn)多線程，用戶可以同時和多個好友進(jìn)行聊天，該部分內(nèi)容完成多線程編程的學(xué)習(xí)后可以完成；第五部分實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫存儲，用戶個人信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，個人驗(yàn)證通過鏈接數(shù)據(jù)庫完成，此外，用戶的好友信息及聊天記錄也可以嘗試數(shù)據(jù)庫存儲，該部分內(nèi)容完成數(shù)據(jù)庫編程技術(shù)的學(xué)習(xí)后可以完成。

3 結(jié)論

通過對工程教育思維的理解，我院選擇了Java程序設(shè)計課程進(jìn)行工程教育改革，將教學(xué)環(huán)境完全轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)室完成，理論與實(shí)踐教學(xué)同步進(jìn)行，通過由簡單到復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)使學(xué)生掌握java語法的應(yīng)用；引入增量式項(xiàng)目，將項(xiàng)目分量嵌入到相應(yīng)知識點(diǎn)的教學(xué)，通過高級編程技術(shù)調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，通過實(shí)際項(xiàng)目的完成提高學(xué)生編程能力。

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