五步教學(xué)法在《java程序設(shè)計(jì)》課程的教學(xué)設(shè)計(jì)探討
——以“抽象類”為例

紀(jì) 娜， 何國榮

(楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院， 陜西 楊凌 712100)

0 引 言

目前，《Java程序設(shè)計(jì)》因?yàn)槠渚哂袑?shí)踐和操作結(jié)合性很強(qiáng)的特點(diǎn)被楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)(信息管理方向、軟件技術(shù)方向)列為核心基礎(chǔ)課，其后續(xù)課程有：《JSP開發(fā)技術(shù)》、《J2EE項(xiàng)目開發(fā)》、《Android程序設(shè)計(jì)》等。所以本課程學(xué)生的掌握程度將直接影響后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。然而，該課程是基于java語言進(jìn)行講授的一種面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語言，面向?qū)ο笏枷胧且环N在客觀事物上進(jìn)行抽象的思維模式，對(duì)很多學(xué)生來說接受并掌握該模式存在一定學(xué)習(xí)難度。因而在學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中缺乏主動(dòng)性，同時(shí)存在的畏難情緒又導(dǎo)致本課程學(xué)習(xí)效果不好，學(xué)生不愿學(xué)習(xí)的惡性循環(huán)。

為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，獲得良好的學(xué)習(xí)效果，作者通過不斷探索，結(jié)合近幾年講授《java程序設(shè)計(jì)》的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了“五步教學(xué)法”的教學(xué)模式，從課程講授過程進(jìn)行整體的設(shè)計(jì)分析，教學(xué)實(shí)踐顯示該教學(xué)方法能取得良好的教學(xué)效果。下面以《java抽象類》這一節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)為例來說明五步教學(xué)法在《java程序設(shè)計(jì)》課程中的教學(xué)過程。

1 五步教學(xué)法的指導(dǎo)思想和過程

教學(xué)設(shè)計(jì)是為了達(dá)到最優(yōu)化的教學(xué)效果采用系統(tǒng)化的方法解決教學(xué)問題的過程和策略[1]。五步教學(xué)法則是在案例教學(xué)法的基礎(chǔ)之上根據(jù)課程教授和學(xué)生的接受程度進(jìn)行提煉總結(jié)得出的一種教學(xué)方法，該教學(xué)法秉承“以學(xué)生為主體”的教育理念，體現(xiàn)《Java程序設(shè)計(jì)》課程的學(xué)習(xí)重點(diǎn)：解決問題，結(jié)合“模塊化、任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的教學(xué)觀念，將學(xué)生的技能培養(yǎng)貫徹在教學(xué)的過程中，以學(xué)生的需求為教學(xué)起點(diǎn)，倡導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與、勇于探究的一種適用于教學(xué)《java程序設(shè)計(jì)》課程的新型教學(xué)方法[2]。該方法的具體環(huán)節(jié)有：“引入任務(wù)→分析任務(wù)→完成任務(wù)→總結(jié)→新的任務(wù)”的五個(gè)步驟進(jìn)行教學(xué)。下面以《抽象類》這一節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)為例來說明《java程序設(shè)計(jì)》課程的教學(xué)過程。

1.1 課程教學(xué)設(shè)計(jì)的依據(jù)和思路

《Java程序設(shè)計(jì)》在授課中重點(diǎn)講解的是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中的諸多概念，例如封裝、繼承、多態(tài)、抽象類和接口等。在諸多概念中，抽象類作為一種程序設(shè)計(jì)模式很難在教學(xué)過程中被學(xué)生所理解。為了讓學(xué)生理解、掌握并學(xué)會(huì)用該種模式設(shè)計(jì)程序，就必須設(shè)計(jì)好課堂教學(xué)過程，創(chuàng)造學(xué)生主動(dòng)參與、探究、實(shí)踐的學(xué)習(xí)情境，使得學(xué)生處于動(dòng)態(tài)的學(xué)習(xí)活動(dòng)中。

在設(shè)計(jì)本堂課的教學(xué)過程時(shí)，首先根據(jù)“滿足Java人才市場需求、符合高職學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)、提高學(xué)生職業(yè)技能”為課程講授的主要目的，綜合使用“啟發(fā)式教學(xué)法”、“任務(wù)式教學(xué)法”等多種教學(xué)方法，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的程序開發(fā)創(chuàng)造能力，強(qiáng)調(diào)“教學(xué)做一體化”，在教中做、在做中學(xué)、在學(xué)中練。在本文中，“Java中的抽象類”授課過程按照“任務(wù)驅(qū)動(dòng)、實(shí)例講解”的模式進(jìn)行，采用“引入任務(wù)→分析任務(wù)→完成任務(wù)→總結(jié)→新的任務(wù)”的五個(gè)步驟進(jìn)行教學(xué)。任務(wù)的選取原則是真實(shí)、有趣、容易入手、易于教學(xué)。

本次課的授課過程設(shè)計(jì)，是以一個(gè)實(shí)際的任務(wù)為例展開教學(xué)，并將知識(shí)點(diǎn)融入項(xiàng)目的完成過程。通過“典型任務(wù)”引入問題→教師引導(dǎo)學(xué)生分析問題→引入Java有關(guān)的的語法解決問題→教師總結(jié)學(xué)習(xí)要點(diǎn)→布置新的任務(wù)→學(xué)生“模仿編程”的教學(xué)組織方式，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能。

1.2 學(xué)習(xí)背景

抽象類體現(xiàn)了面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)抽象的思想，是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想的精髓之一。針對(duì)Java程序設(shè)計(jì)中學(xué)生對(duì)抽象類和子類的概念難以理解、不會(huì)使用的問題，課程設(shè)計(jì)時(shí)通過引入容易入手的求解三角形和矩形面積的案例講解抽象類和子類的概念、特點(diǎn)和使用方法，幫助學(xué)生能夠?qū)W會(huì)并真正掌握J(rèn)ava中抽象類和子類的特性，掌握抽象類的設(shè)計(jì)思想、學(xué)會(huì)使用抽象類。

1.3 學(xué)習(xí)主體分析

《java程序設(shè)計(jì)》課程的學(xué)習(xí)對(duì)象是信息管理專業(yè)2011級(jí)學(xué)生，已經(jīng)學(xué)習(xí)過抽象類相關(guān)概念。通過前期學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)于Java語言已經(jīng)有所了解，可以編寫簡單的Java程序，但是對(duì)他們而言抽象類的理解和掌握是一個(gè)難點(diǎn)，因此有必要通過編程案例分析講解Java中的抽象類，以激發(fā)學(xué)生的好奇心、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提升學(xué)習(xí)效果,幫助學(xué)生掌握抽象類的設(shè)計(jì)思想。

1.4 課程教學(xué)設(shè)計(jì)方案分析

課程教學(xué)進(jìn)行時(shí)，分為五個(gè)階段展開：分別對(duì)應(yīng)了五步教學(xué)法的組織過程。在課堂教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，教師要熟悉教學(xué)內(nèi)容單元，能較好的切分授課知識(shí)內(nèi)容、精心設(shè)計(jì)任務(wù)。通過引導(dǎo)學(xué)生對(duì)任務(wù)進(jìn)行認(rèn)真的研究和深入的分析，提出解決問題的辦法。

(1)引入任務(wù)。選擇具有代表性的典型任務(wù)(案例)引入問題， 引起學(xué)生的注意、引發(fā)思考。這一階段是教與學(xué)的起點(diǎn)。例如，本次課程引入求解三角形和矩形面積的Java編程案例，引發(fā)學(xué)生的主動(dòng)思考——怎樣用抽象類來設(shè)計(jì)求解程序？

①工作任務(wù)。進(jìn)行一個(gè)圖形編輯軟件的開發(fā)，其中一項(xiàng)任務(wù)是計(jì)算各種圖形的面積，例如在一個(gè)程序中計(jì)算三角形、矩形這樣一些有具體概念，又是不同的形狀的面積。

②任務(wù)要求。a.設(shè)計(jì)一個(gè)抽象類shape； b.設(shè)計(jì)矩形、三角形具體的子類; c.在抽象類中求解子類面積; d.編寫一個(gè)測試類，在主方法中生成2個(gè)子類對(duì)象，用多態(tài)的方式調(diào)用area方法輸出他們的面積。

③引導(dǎo)學(xué)生思考。a.一個(gè)抽象類shape的設(shè)計(jì)格式； b.矩形、三角形具體的子類的表現(xiàn)形式； c.子類面積如何求解； d.編寫一個(gè)測試類，在主方法中生成2個(gè)子類對(duì)象。

(2)分析任務(wù)。本環(huán)節(jié)主要是以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)、實(shí)踐應(yīng)用為目標(biāo)，幫助學(xué)生深刻理解抽象類的定義。

①分析過程。如果一個(gè)類中沒有包含足夠的信息來描繪一個(gè)具體的對(duì)象，這樣的類就是抽象類。抽象類往往用來表征我們在對(duì)問題領(lǐng)域進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)中得出的抽象概念，是對(duì)一系列看上去不同，但是本質(zhì)上相同的具體概念的抽象。比如：如果我們進(jìn)行一個(gè)圖形編輯軟件的開發(fā)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)問題領(lǐng)域存在著圓、三角形這樣一些具體概念，它們是不同的，但是它們又都屬于形狀這樣一個(gè)概念，形狀這個(gè)概念在問題領(lǐng)域是不存在的，所以形狀就是一個(gè)抽象概念。

由于形狀這個(gè)概念在問題領(lǐng)域并不是直接存在的，那么要從具體的形狀入手分析：矩形和三角形都具有邊長、并且都要求面積，可以根據(jù)抽象類的語法格式進(jìn)行分析設(shè)計(jì)：

②教師提問。將分析過程進(jìn)行升華，將圖例改編成計(jì)算機(jī)語言，用UML圖表示。

③引導(dǎo)學(xué)生。根據(jù)類的表示方式，編寫出矩形和三角形的屬性和方法的UML圖。

④設(shè)計(jì)思路。將這些分析過程總結(jié)歸納之后，強(qiáng)化了知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)。例如，在本次課程教授中，通過任務(wù)的分析引入抽象類和子類的概念和使用方法。學(xué)生通過一個(gè)具體的任務(wù)學(xué)到了知識(shí)點(diǎn)，但是還沒有轉(zhuǎn)化為自己的技能。

(3)完成任務(wù)。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，主要是以分析為基礎(chǔ)，按照J(rèn)ava語法格式完成任務(wù)。此環(huán)節(jié)幫助學(xué)生學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)抽象類和其子類。

①完成過程1。Shape類由于覆蓋所有圖形的共性，定義寬泛，它的求面積方法area()無法具體實(shí)現(xiàn)，聲明為抽象方法。類也就定義為抽象類。在Java語法中，抽象類的實(shí)現(xiàn)是通過子類繼承實(shí)現(xiàn)的。要實(shí)現(xiàn)一個(gè)抽象類，所有繼承抽象類Shape的子類都必須具體實(shí)現(xiàn)抽象方法area()。故使用具體形狀類對(duì)抽象類進(jìn)行繼承，實(shí)現(xiàn)抽象類。

②完成過程2。測試類的編寫，子類的繼承方式使得抽象類中的抽象部分得到具體的體現(xiàn)。根據(jù)任務(wù)要求，編寫測試類完成對(duì)具體形狀對(duì)象的面積進(jìn)行求解。在測試類中，根據(jù)類和對(duì)象的定義方式分別創(chuàng)建兩個(gè)不同形狀的對(duì)象，并賦值進(jìn)行面積的求解。

public class abstractTest

{

public static void main(String args[])

{

Rectangle r1 = new Rectangle(8,7); // 創(chuàng)建矩形類對(duì)象

System.out.println("矩形面積為"+r1.area()); //輸出矩形類面積

Triangle t1 = new Triangle(3,4); // 創(chuàng)建三角形類對(duì)象

System.out.println("三角形面積為"+t1.area()); //輸出三角形類面積

}

}

③得出結(jié)論。最后在主方法中調(diào)用所有子類對(duì)象的area()方法，輸出各個(gè)子類對(duì)象的面積。

(4)總結(jié)。這個(gè)階段主要是對(duì)分析的過程進(jìn)行總結(jié)，完成程序功能，最后進(jìn)行學(xué)習(xí)總結(jié)，幫助學(xué)生歸納整理本節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)，加深記憶。

①引導(dǎo)回顧。本節(jié)學(xué)習(xí)者所用到的知識(shí)和技能，強(qiáng)化理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。

a.抽象類是只給出抽象結(jié)構(gòu)，不給出每個(gè)成員方法的完整實(shí)現(xiàn)的類; b.抽象類的特點(diǎn): ①不能直接被實(shí)例化; ②抽象類需要繼承； ③抽象類中可以沒有抽象方法或某個(gè)方法不是抽象方法,有抽象方法的類一定是抽象類。c. 3抽象類用來模式設(shè)計(jì)。

(5)新的任務(wù)。提出新的問題，為幫助學(xué)生將知識(shí)能夠快速轉(zhuǎn)化為技能，給學(xué)生布置了課后作業(yè)。例如：本次課程中的作業(yè)是應(yīng)用本節(jié)課所講關(guān)于抽象類和子類的Java編程方法，創(chuàng)建一個(gè)子類為圓類，該類的對(duì)象也可以通過繼承抽象類計(jì)算出面積。

①教師提問。請(qǐng)?jiān)诒境绦虻幕A(chǔ)上，新增一個(gè)子類為圓形類。要求在測試類的主方法中生成3個(gè)子類對(duì)象，用多態(tài)的方式調(diào)用area方法分別輸出矩形、三角形、圓形的面積。

②設(shè)計(jì)思路。課后作業(yè)是綜合考慮了高職學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和承受能力而設(shè)計(jì)的，作業(yè)是在本課程任務(wù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行更進(jìn)一步的功能完善。通常情況下，學(xué)生都能夠認(rèn)真完成。

1.5 課堂教學(xué)設(shè)計(jì)方案的具體實(shí)施

教學(xué)環(huán)節(jié)(時(shí)間分配)(min)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法學(xué)生活動(dòng)教學(xué)手段引入任務(wù)(5)1.提出任務(wù): 設(shè)計(jì)一個(gè)抽象類shape、設(shè)計(jì)矩形、三角形子類,在抽象類中求解子類的面積。2.驗(yàn)證結(jié)果: 編寫一個(gè)測試類,驗(yàn)證設(shè)計(jì)。3.知識(shí)點(diǎn)回顧: 回顧抽象類概念和抽象類的特點(diǎn)任務(wù)式啟發(fā)式思考問題回答問題PPT演示分析任務(wù)(7)1.分析任務(wù)要求: 為完成任務(wù)要求,需要設(shè)計(jì)圖形類模型、設(shè)計(jì)矩形類模型、三角形類模型。2.提出問題: 在一個(gè)父類中是否可以用一個(gè)方法來代表不同形狀的面積呢?任務(wù)式啟發(fā)式觀看演示思考如何設(shè)計(jì)演示模型PPT多媒體演示分析過程完成任務(wù)(5)1.按照分析完成任務(wù),實(shí)現(xiàn)基本功能: 顯示抽象圖形類的程序?qū)崿F(xiàn)圖例、顯示矩形類的程序?qū)崿F(xiàn)圖例、顯示三角形類的程序?qū)崿F(xiàn)圖例、顯示測試類的程序?qū)崿F(xiàn)。2.驗(yàn)證設(shè)計(jì): 編寫了一個(gè)測試類 abstractTest ,驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果。啟發(fā)式思考如何根據(jù)分析過程,設(shè)計(jì)程序完成任務(wù)PPT演示實(shí)例實(shí)現(xiàn)過程,驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果總結(jié)(2)1.知識(shí)點(diǎn)小結(jié): 再次重申抽象方法和抽象類的概念及特性。2.編程思想小結(jié): 從分析任務(wù)入手,找到完成任務(wù)的方法,最后驗(yàn)證這個(gè)方法的正確性,從這個(gè)過程中學(xué)到新的知識(shí)和技能。啟發(fā)式回顧本節(jié)課內(nèi)容,重溫知識(shí)要點(diǎn)PPT演示新的任務(wù)(1)布置作業(yè):請(qǐng)?jiān)诒境绦虻幕A(chǔ)上,新增一個(gè)子類為圓形類。要求在測試類的主方法中生成3個(gè)子類對(duì)象,用多態(tài)的方式調(diào)用area方法分別輸出矩形、三角形、圓形的面積。

2 課堂教學(xué)效果總結(jié)

Java程序設(shè)計(jì)中的抽象類是一個(gè)教學(xué)難點(diǎn)，初學(xué)者在這里容易犯錯(cuò)。因此，針對(duì)這個(gè)學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)，采用任務(wù)教學(xué)法，通過對(duì)真實(shí)任務(wù)的解析，將抽象的問題形象化，把難理解的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分解，分散在執(zhí)行任務(wù)的簡單步驟中，幫助學(xué)生較好的理解和掌握抽象類的特點(diǎn)，最終達(dá)到能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)使用Java數(shù)據(jù)抽象的目的。

通過課堂提問這樣的師生教學(xué)互動(dòng)環(huán)節(jié)，可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生的知識(shí)點(diǎn)掌握情況是比較理想的。學(xué)生對(duì)于課后布置的作業(yè)，同學(xué)們均可以自主完成新的任務(wù)。這種教學(xué)方式比較適宜概念性教學(xué)的開展。可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

參考文獻(xiàn):

[1] 何克抗.教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2002.

[2] 程德勝.基于“學(xué)習(xí)過程”的教學(xué)設(shè)計(jì)之探討[J].江蘇教育研究，2008，(12).

[3] 許媛.高職院校Java程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)設(shè)計(jì)之探討[J].陜西教育(高教)，2012,(3).

[4] 杜建榮.“教學(xué)設(shè)計(jì)”中的教學(xué)設(shè)計(jì)——“七步教學(xué)法”應(yīng)用[J].河西學(xué)院學(xué)報(bào)，2011,(5).

[5] 紀(jì) 娜. Java中抽象類與接口的比較[J].楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2008,(3).

[6] 紀(jì) 娜. 項(xiàng)目教學(xué)法在高職JAVA編程與實(shí)踐課程中的應(yīng)用[J].楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2013,(9).