基于Java實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的獨(dú)立實(shí)踐模式研究與實(shí)施

盧慧雅，王 磊

（1.北京信息科技大學(xué) 信息管理學(xué)院，北京100192；2.北京信息科技大學(xué) 信息管理學(xué)院，北京100192）

0 引 言

隨著信息時(shí)代的發(fā)展，Java語(yǔ)言在21世紀(jì)初陸續(xù)引入高校，并已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)大類相關(guān)專業(yè)的核心課程，對(duì)應(yīng)的課程教學(xué)大綱要求學(xué)生不僅深刻理解面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想，還熟練掌握編程能力和方法技巧，特別是在當(dāng)前新工科背景下，程序設(shè)計(jì)類的課程教學(xué)特別需要貫徹培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題和拓展創(chuàng)新的能力；然而，傳統(tǒng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)往往被忽視，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一、缺乏吸引力，無(wú)法激發(fā)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的興趣。

1 背景分析

筆者基于信管專業(yè)Java授課實(shí)例進(jìn)行分析：Java課程教學(xué)計(jì)劃要求理論授課之后，安排16學(xué)時(shí)的獨(dú)立實(shí)踐，最終目標(biāo)是要求學(xué)生熟練運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，獨(dú)立完成一個(gè)工程項(xiàng)目，掌握編程、調(diào)試方法，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，提高動(dòng)手能力。在過(guò)去的實(shí)踐教學(xué)中，往往是教師下發(fā)難度不等的幾個(gè)項(xiàng)目，簡(jiǎn)要介紹需求和功能后，由學(xué)生自行認(rèn)領(lǐng)項(xiàng)目。代碼編寫(xiě)沒(méi)有嚴(yán)格的開(kāi)發(fā)規(guī)范，整個(gè)過(guò)程以教師的零散答疑為主，不集中授課，基本屬于“放養(yǎng)”式。傳統(tǒng)的獨(dú)立實(shí)踐教學(xué)過(guò)程如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)的獨(dú)立實(shí)踐教學(xué)過(guò)程

這種實(shí)踐模式導(dǎo)致學(xué)生在動(dòng)手實(shí)踐時(shí)，感到?jīng)]有頭緒、無(wú)從下手，很難培養(yǎng)真正的開(kāi)發(fā)興趣和動(dòng)手能力，具體存在的問(wèn)題包括：①項(xiàng)目難度等級(jí)存在差異，少部分學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，不敢也不想選擇難度較高的項(xiàng)目，造成整體教學(xué)目標(biāo)效果較差；②實(shí)現(xiàn)過(guò)程缺乏監(jiān)管和互動(dòng)，學(xué)生遇到的問(wèn)題大部分是共性的，教師卻很難組織有效的課堂教學(xué)；③任務(wù)實(shí)施缺乏記錄和管理，學(xué)生提交的代碼為最終合成版，關(guān)鍵的分析能力和解題思路無(wú)從體現(xiàn)，更不能保存、回溯和統(tǒng)計(jì)。這種形式化的實(shí)踐模式已經(jīng)不能滿足專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)的要求，迫切需要探索一種新思維和新方法。

2 模式研究

著眼于“精細(xì)化”培養(yǎng)方式，課題組與優(yōu)秀企業(yè)合作，探討并引入一種全新的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)實(shí)踐機(jī)制——基于Java實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的獨(dú)立實(shí)踐模式[1]。首先，該平臺(tái)可以低成本導(dǎo)入企業(yè)的真實(shí)項(xiàng)目案例，項(xiàng)目具備完整的真實(shí)軟件開(kāi)發(fā)流程，充分結(jié)合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)全在線、全維度的優(yōu)勢(shì)，使學(xué)生在真實(shí)的信息環(huán)境中學(xué)習(xí)變?yōu)榭赡?；其次，該平臺(tái)的項(xiàng)目可降低技術(shù)的理解難度，使學(xué)生在應(yīng)用實(shí)踐上不降低項(xiàng)目的業(yè)務(wù)復(fù)雜度；最后，該平臺(tái)可對(duì)學(xué)生的每一步軟件開(kāi)發(fā)流程進(jìn)行細(xì)致的監(jiān)控及檢查運(yùn)行結(jié)果，真正提升教師的工程實(shí)踐教學(xué)能力及項(xiàng)目實(shí)施監(jiān)控能力。

該平臺(tái)所部署的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目緊扣教學(xué)大綱，已在企業(yè)環(huán)境中成熟應(yīng)用并經(jīng)過(guò)適當(dāng)剪裁，充分考慮了啟發(fā)性、綜合性和實(shí)用性。平臺(tái)引導(dǎo)學(xué)生逐步完成系統(tǒng)分配的任務(wù)，要求提交的產(chǎn)品必須符合規(guī)則約定，最后打包交付完整的工程項(xiàng)目。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都真實(shí)、完整地記錄學(xué)生的實(shí)訓(xùn)過(guò)程，教師可以清晰探查進(jìn)展情況，切實(shí)提高教師的教學(xué)效率和調(diào)整學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)。

3 實(shí)施方案及步驟

Java實(shí)訓(xùn)平臺(tái)選取“開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)人員調(diào)度軟件”作為獨(dú)立實(shí)踐項(xiàng)目。該軟件基于文本界面，要求學(xué)生以現(xiàn)有的公司空閑成員，組建一個(gè)開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)，組建過(guò)程包括將狀態(tài)為FREE的成員添加到團(tuán)隊(duì)中并可領(lǐng)用設(shè)備或從團(tuán)隊(duì)中刪除某成員，還可以列出團(tuán)隊(duì)中所有成員。團(tuán)隊(duì)成員類型包括架構(gòu)師、設(shè)計(jì)師和程序員（不包括普通職員），團(tuán)隊(duì)中不同類型的成員有數(shù)量限制。實(shí)訓(xùn)平臺(tái)已在項(xiàng)目中預(yù)設(shè)模擬整合數(shù)據(jù)，部分?jǐn)?shù)據(jù)見(jiàn)表1。

該平臺(tái)教學(xué)目標(biāo)設(shè)定為學(xué)生熟悉Java面向?qū)ο蟮母呒?jí)特性，進(jìn)一步掌握編程技巧和調(diào)試方法。該項(xiàng)目涉及類的繼承、接口和多態(tài)、對(duì)象的關(guān)聯(lián)、static和final修飾符、特殊類和一維數(shù)組的使用、異常處理等知識(shí)點(diǎn)，是一個(gè)難度較高的綜合性設(shè)計(jì)項(xiàng)目。項(xiàng)目包含3類模塊，分類如圖2所示，其中view視圖模塊為主控者，負(fù)責(zé)顯示菜單界面和處理用戶操作；service服務(wù)模塊為管理者，使用數(shù)組管理公司員工和團(tuán)隊(duì)成員，功能操作失敗時(shí)拋出自定義異常；domain實(shí)體模塊包含所有員工及其子類。

3.1 項(xiàng)目設(shè)置啟動(dòng)

首先，完成項(xiàng)目初始化工作。教師登錄實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，設(shè)置“開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)人員調(diào)度軟件”項(xiàng)目的起始和截止日期，可以彈性修改是否逾期提交。系統(tǒng)已經(jīng)預(yù)置若干子任務(wù)，以實(shí)現(xiàn)的先后順序作為劃分依據(jù)，然后按照每組一人的方式分配組號(hào)和任務(wù)，啟動(dòng)項(xiàng)目。

表1 “開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)人員調(diào)度軟件”部分模擬數(shù)據(jù)

圖2 “開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)人員調(diào)度軟件”模塊分類

3.2 項(xiàng)目流程控制

學(xué)生登錄實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，點(diǎn)擊“開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)人員調(diào)度軟件”項(xiàng)目，進(jìn)入流程控制頁(yè)面，如圖3所示。

在圖3中，“需求分析”“任務(wù)及計(jì)劃”子任務(wù)由平臺(tái)提供文檔，“第一步”深色子任務(wù)表示正在進(jìn)行，“第二步”“第三步”淺色子任務(wù)表示尚未開(kāi)始，醒目的箭頭引導(dǎo)學(xué)生逐步完成項(xiàng)目。子任務(wù)既有時(shí)間限制，又有順序要求，學(xué)生不能隨意超前或滯后選擇某個(gè)節(jié)點(diǎn)，需要嚴(yán)格規(guī)范軟件開(kāi)發(fā)流程。單擊“第一步”子任務(wù)圖標(biāo)，系統(tǒng)顯示預(yù)置的需求和設(shè)計(jì)說(shuō)明，包含功能及界面描述、模塊分類、類成員名稱等。

具體細(xì)節(jié)描述如下：①教師先對(duì)任務(wù)涉及的知識(shí)點(diǎn)開(kāi)展15 min左右的授課，必要時(shí)輔以流程圖，啟發(fā)思路，然后編寫(xiě)部分示范性代碼，重點(diǎn)講解開(kāi)發(fā)規(guī)范，如屬性定義、方法名稱、算法優(yōu)化設(shè)計(jì)等；②隨后學(xué)生自行完成余下的代碼，教師全程跟蹤，遇到共性問(wèn)題，馬上組織集中答疑；③學(xué)生再對(duì)代碼進(jìn)行測(cè)試，教師可以在此階段指導(dǎo)學(xué)生選取模擬數(shù)據(jù)，編寫(xiě)測(cè)試方法進(jìn)行功能驗(yàn)證，運(yùn)行無(wú)誤后在平臺(tái)里提交源文件。在這些步驟中，須嚴(yán)格檢查文件的格式，包括類名稱、屬性名、方法名，如果不符合規(guī)范將顯示錯(cuò)誤信息，學(xué)生依據(jù)反饋繼續(xù)修改，直至符合要求為止。教師可以下載學(xué)生不同任務(wù)節(jié)點(diǎn)的源文件進(jìn)行審閱檢查，為過(guò)程管理提供一手詳實(shí)指標(biāo)。

圖3 “開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)人員調(diào)度軟件”流程控制

3.3 項(xiàng)目驗(yàn)收總結(jié)

項(xiàng)目上傳完畢后，Java實(shí)訓(xùn)平臺(tái)按照內(nèi)置的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則自動(dòng)評(píng)判，策略如下：首先，系統(tǒng)將學(xué)生提交的項(xiàng)目代碼與模板代碼進(jìn)行匹配，根據(jù)匹配度給出第1部分分?jǐn)?shù)，占比40%；其次，系統(tǒng)在后臺(tái)對(duì)項(xiàng)目代碼進(jìn)行編譯，如果編譯通過(guò)則給出第2部分分?jǐn)?shù)，占比35%；最后，系統(tǒng)在后臺(tái)沙箱運(yùn)行已經(jīng)編譯的項(xiàng)目代碼，如果正確運(yùn)行則給出第3部分分?jǐn)?shù)，占比25%。頁(yè)面顯示總評(píng)意見(jiàn)和3項(xiàng)累加后的分?jǐn)?shù)，教師也可以下載并運(yùn)行代碼，進(jìn)行人工審核，修改意見(jiàn)和分?jǐn)?shù)。學(xué)生還需要填寫(xiě)課程實(shí)踐報(bào)告，詳細(xì)描述分析過(guò)程、開(kāi)發(fā)過(guò)程、項(xiàng)目部署、問(wèn)題解決等。改進(jìn)后的實(shí)踐教學(xué)過(guò)程如圖4所示。

圖4 改進(jìn)后的實(shí)踐教學(xué)過(guò)程

此外，教師還可以進(jìn)一步拓展教學(xué)思路[2]，如引導(dǎo)學(xué)生思考如何使用集合組件代替數(shù)組，學(xué)習(xí)集合框架[3]的特性，理解數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，然后繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生思考如何使用GUI組件[4]設(shè)計(jì)圖形化界面，以提升顯示效果。

4 教學(xué)效果

經(jīng)過(guò)一個(gè)完整的軟件模擬開(kāi)發(fā)周期的實(shí)踐與驗(yàn)證，課題組發(fā)現(xiàn)學(xué)生在需求分析、軟件設(shè)計(jì)、代碼編寫(xiě)、整合測(cè)試、項(xiàng)目部署、歸納總結(jié)等各階段的分析與實(shí)踐能力得到了明顯的提高，不僅完成了既定教學(xué)大綱和內(nèi)容的設(shè)置與要求，還提升了開(kāi)發(fā)興趣與積極性。教學(xué)在如下方面取得比較好的效果：①理論教學(xué)中的知識(shí)點(diǎn)合理穿插在項(xiàng)目案例里，使得學(xué)生對(duì)晦澀的概念逐漸清晰化，深刻認(rèn)識(shí)了“面向?qū)ο蟆钡木幊趟枷?，更好地理解Java設(shè)計(jì)理念和模式[5]；②逐步掌握了項(xiàng)目任務(wù)的拆分方法，能夠使用“包”層的方式迭代構(gòu)建項(xiàng)目，分析編碼中出現(xiàn)的問(wèn)題原因，學(xué)會(huì)使用單步調(diào)試加以解決，為以后參加“大創(chuàng)”項(xiàng)目或比賽積累經(jīng)驗(yàn)；③獨(dú)立實(shí)踐結(jié)束后進(jìn)行延伸思考，學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)不同的完善方案[6]，有助于克服程序設(shè)計(jì)過(guò)程中的“畏難”“抵觸”情緒，為后續(xù)的信息系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)、Java企業(yè)級(jí)開(kāi)發(fā)等課程奠定良好的基礎(chǔ)。

5 結(jié) 語(yǔ)

區(qū)別于傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)模式，本文配合Java理論教學(xué)提出的Java實(shí)訓(xùn)平臺(tái)不僅融合Java語(yǔ)言的技術(shù)特征，而且具有綜合性、實(shí)用性和趣味性，解決了實(shí)踐課程[7]中教學(xué)互動(dòng)不利的尷尬，大大提升了教學(xué)質(zhì)量與效果。該平臺(tái)作為獨(dú)立實(shí)踐項(xiàng)目的載體，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)[8]為導(dǎo)向，按照流程節(jié)點(diǎn)記錄學(xué)生的過(guò)程文件，保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目趣味真實(shí)，課堂氣氛積極踴躍，激發(fā)了學(xué)生內(nèi)在的主動(dòng)性和思考性，切實(shí)提升了編程和調(diào)試能力。經(jīng)過(guò)有效實(shí)施與驗(yàn)證，教學(xué)目標(biāo)更加具體、明確，教學(xué)過(guò)程更加敏捷、有效，對(duì)學(xué)生有重要指導(dǎo)意義；同時(shí)該方式切實(shí)提高了教師的項(xiàng)目管控能力，取得了比較好的教學(xué)效果。事實(shí)上，在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，諸如評(píng)價(jià)準(zhǔn)則的細(xì)化、子任務(wù)的劃分、代碼的查重等方面還有待進(jìn)一步檢驗(yàn)和提升，以便更好地適應(yīng)專業(yè)發(fā)展和人才培養(yǎng)的需要。

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