極限編程在JAVA編程教學中的應用

摘 要：Java是計算機專業(yè)教學中使用的主要編程語言，針對Java語言教學的現狀，文中提出了一種將XP極限編程應用到Java編程教學的方式，該教學方式提高了學生的程序編寫質量，轉變了學生的編程習慣，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：極限編程；Java教學；教學改革

中圖分類號：TP311.11-4

1 當前編程教學現狀

Java是計算機軟件工程專業(yè)教學中使用的主要編程語言之一。在以往的Java編程教學中發(fā)現，學生在學習過程中普遍存在如下問題：

編寫出的程序錯誤多，查找錯誤、修改錯誤占用了大量時間。程序設計和代碼的質量比較差。編寫的程序即使能夠運行，但也經常出錯。通過調查分析，究其原因主要是，每個學生都是傳統的“單打獨斗”編程方式，編程過程缺少與他人的溝通交流；遇到問題后，個人單獨解決，考慮不夠周全。二是，學生對編程質量的認識較弱，沒有養(yǎng)成編寫“良好運行”的健壯程序的習慣。

本文通過將XP極限編程的核心方法引入Java編程教學，有利于幫助學生養(yǎng)成良好的編程習慣，增強了學生對編程質量的認識，取得了良好的教學效果。

2 極限編程（eXtreme Programming，XP）

XP極限編程是近年來使用廣泛的軟件敏捷開發(fā)方法之一。與“一次性針對所有需求完成設計、實現、測試”的傳統開發(fā)模式不同，XP將開發(fā)過程分解為測試、編碼、設計/重構三個短小周期，針對每一個需求模塊采用增量、迭代方式完成測試、編碼、重構，在迭代過程中優(yōu)化設計。如圖1所示。

圖1 XP極限編程

XP極限編程通過強調結對編程、測試驅動、重構、簡單設計核心方法，使整個開發(fā)流程簡單、高效，且是軟件質量得到有效保證。

2.1 結對編程

結對編程是兩人一組連續(xù)協作共同完成軟件設計、實現和測試的開發(fā)方式。在文獻[1]指出，結對編程與單獨編程相比，完成的程序具有更好的設計，更加簡短有效，且具有更少的錯誤和缺陷。結對兩人工作時，交流中彼此傳遞著知識，分享知識，并且互相學習編程技巧。因此，結對編程方式有利于結對的人充分溝通和交流，既能互相促進和補充知識和技能、彼此受益；又能提高編程質量和減少所用時間。

2.2 測試驅動開發(fā)

與傳統開發(fā)方式不同，測試驅動開發(fā)（Test Drived Development，TDD）提倡以測試為中心。在編寫任何實際功能的實現代碼前，先編寫該功能的測試；編寫功能的實現代碼是以通過該功能的所有測試為目標。測試驅動開發(fā)可以盡早地發(fā)現錯誤和避免錯誤，極大地降低了錯誤的出現幾率和修改成本；從而保證最終軟件有可靠的質量。

2.3 重構

重構（Refactor）是指在不改變功能的外部行為的前提下，對功能的內部實現進行優(yōu)化，去除冗余部分，提高代碼可讀性。增加新的測試和功能后，通過重構對代碼進行“重新”設計，增進內部的清晰性和一致性。

2.4 簡單設計

簡單設計（Simple Design）以最簡單方式設計、實現每個功能，去除一切不必要的冗余部分，只要能通過當前的預定的所有測試即可。并在后續(xù)的不斷重構中，根據需求變化進行修改和優(yōu)化。

另外，在為每一個類和方法設計其功能職責時，XP提倡所有的設計元素從命名和形式上能夠表述其承但的功能職責，并且其承擔的功能職責應盡可能簡單、單一，以符合單一職責原則。

3 XP極限編程在Java教學中的應用

經過實踐，按照以下步驟可以將XP編程方法有效應用到Java編程教學過程中。把每一個編程實踐練習題目看作一個簡單的軟件項目，由指導老師向所有的學生講解練習題目并明確題目要求，完成需求分析。例如，在進行“編寫一個計算器”的題目時，指導老師講解并明確題目的具體的功能需求：實現給定兩個數值的加、減、乘、除的計算功能，以及計算結果的輸出。

3.1 分組結對

指導老師根據學生的以往成績以兩人一組進行分組結對。分組結對時，可以先按照以往成績對所有學生進行排名，假如共有10名學生，從排序中間位置開始分組，讓1和6、2和7、3和8、4和9、5和10進行結對，如圖2所示。

圖2 結對分組

結對的兩名學生需要在整個過程中進行大量的討論，彼此交換掌握的知識和技巧，如若遇到兩人都不善言語，交流困難等特殊情況，需要在此基礎上做少量調整，將其中一人調換為善于溝通交流的學生。

3.2 為需求編寫測試列表

首先，根據題目明確的需求功能，結對兩人在經過討論后，以“望文生義”的方式為需求中的所有元素命名。比如，將計算器命名為Calculator，將計算器的加、減、乘、除、乘方運算功能命名為add、sub、multi、divide和power；計算結果為result，輸出計算結果功能命名為printOut。

然后，結對兩人根據題目明確的功能需求，通過討論的方式，共同為每一個功能需求編寫需通過的測試列表。結對兩人討論過程中，考慮越細致，測試覆蓋越全面，程序質量越高。

在編寫測試列表時，指導學生注意每一個測試應明確輸入以及預期的輸出。例如，為divide運算功能編寫測試列表，可按如圖所示編寫。

表1 divide運算功能測試列表

序號說明輸入輸出

1Result為0.0，傳入參數2.02.0Result為0.0

2Result為0.0，傳入參數0.00.0提示“除數為0”錯誤

3Result（非0）為10.0，傳入參數2.02.0Result為5.0

4Result（非0）為10.0，傳入參數0.00.0提示“除數為0”錯誤

3.3 編寫測試用例

測試用例是對功能需求的具體體現，根據TDD測試驅動開發(fā)原則，在編寫功能實現代碼前，需先編寫測試該功能的用例。為了方便編寫測試用例，可提前向學生介紹xUnit、TestNG類測試工具的使用。

結對兩人根據已明確的需求，編寫測試用例。比如，定義計算器的測試用例類為CaculatorTest，并根據需求列表中的第1個需求，編寫第一個測試方法。

public void testZeroDivide（）{

//getResult（）返回0.0

calculator.divide（2.0）；

assertEquals（0.0， calculator.getResult（））；

}

3.4 編寫實現代碼

結對兩人共同編寫能夠通過當前所有測試的實現代碼。在該環(huán)節(jié)，學生最容易犯的錯誤是，編寫實現代碼時，主觀隨意、即興發(fā)揮，實現代碼并非都是為了通過當前所有測試而編寫。與通過測試不相關的代碼部分，無法進行測試驗證其正確性，所以，根據簡單設計原則，應該避免和去除與當前測試無關的部分。

另外，編寫代碼時，可由一人進行代碼編寫，同時另一人在邊上觀看，并且兩人時常交換。一方面，兩人可以及時發(fā)現代碼錯誤，并減少錯誤出現的幾率，保證代碼的編寫質量；二是，代碼編寫過程中，兩人在查找代碼錯誤、修改錯誤及盡力避免錯誤的大量討論，彼此的知識、技巧和經驗得到了充分的交換和補充，是對已學的書本內容進行了又一次生動而深刻學習。

3.5 運行測試、重構

運行當前所有測試，驗證實現代碼的正確性。如果實現代碼存在錯誤，未通過所有測試，則返回步驟4檢查實現代碼，修改錯誤。修改后，并再次運行測試。在多次的“修改代碼-運行測試”的迭代中，如發(fā)現冗余的、無關的代碼，應重構當前程序，優(yōu)化和修改設計，及時去除冗余部分，從而提高代碼質量。

實現代碼能夠通過當前所有測試后，跳回步驟3，按照測試列表，在測試用例中編寫增加一個新的測試，繼續(xù)編寫實現代碼、運行測試，直到通過所有測試。

這種增量的、迭代方式的過程中，程序不斷地被重構，既可以根據變化進行修改，又可以通過優(yōu)化提高質量，使得最終的程序具有良好的質量和健壯性。

在基于XP極限編程的這種增量的、迭代方式的過程中，學生的知識和技巧不斷地得到了強化學習和提高，并且學生養(yǎng)成了良好的軟件開發(fā)習慣，提高了對軟件開發(fā)的質量意識，為后續(xù)課程的學習奠定了堅實的基礎。

4 結論

經過實踐發(fā)現，按照上述方法將XP極限編程應用到Java編程教學中，教學效果有了明顯的改善：

（1）提高了學生編寫程序的質量和健壯性。學生的程序代碼中，隨意命名“a1，b1”的情況和冗余代碼明顯減少，程序編碼的規(guī)范性和質量有了較大提高。程序運行不再頻繁出錯，程序具有了一定的健壯性。

（2）增強了對軟件開發(fā)的質量意識。學生不再只是以程序能夠運行為目標，在開發(fā)過程中，能夠主動通過多次迭代、重構來優(yōu)化程序，提高程序質量，質量意識有了明顯增強。

（3）軟件開發(fā)習慣有了明顯改變。學生逐漸熟悉了“測試驅動、結對編程”的增量、迭代開發(fā)方式，以前的“單打獨斗”編程習慣有了明顯的轉變。

參考文獻：

[1]W.Laurie，K.Robert，結對編程技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[2]Kent Beck.解析極限編程—擁抱變化[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

[3]A.Cockburn，L.Williams，The Costs and Benefits of Pair Programming[J].Proceedings of the First International Conference，2000.

[4]W.Laurie.K. Robert.測試驅動開發(fā)藝術[M].北京：人民郵電出版社，2010.

作者簡介：葛憲強，男，講師，碩士，研究方向：軟件工程、圖形處理；許杰，女，中級，碩士，研究方向：教育管理。

作者單位：聊城大學計算機學院，山東聊城 252059；聊城高級財經學校工程系，山東聊城 252000