案例驅(qū)動(dòng)的點(diǎn)線面相結(jié)合的教學(xué)方法實(shí)踐

潘竹生，王 暉

（浙江師范大學(xué) 數(shù)理與信息工程學(xué)院，浙江 金華 321004）

0 引 言

Java面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程支撐著Android移動(dòng)開發(fā)和企業(yè)級(jí)JavaEE開發(fā)，在軟件開發(fā)中起著非常重要的作用，其教學(xué)質(zhì)量的好壞直接影響相關(guān)軟件產(chǎn)品的研制和發(fā)布。對(duì)此，相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜液蛯W(xué)者教授高度重視，進(jìn)行了廣泛地研究和改革，也取得了一些成果[1-4]，但是仍然存在一些問題。

（1）教師知識(shí)教學(xué)重于實(shí)踐教學(xué)。學(xué)分設(shè)置3+1，課時(shí)設(shè)置48+16。其中，3個(gè)理論課學(xué)分占48學(xué)時(shí)，1個(gè)實(shí)踐課學(xué)分占16學(xué)時(shí)，學(xué)分設(shè)計(jì)的不平衡性導(dǎo)致教學(xué)重知識(shí)、輕實(shí)踐，多數(shù)教師集中精力于Java語法規(guī)則和語義，把程序設(shè)計(jì)課程無形中變成程序語言課，使得學(xué)生學(xué)習(xí)精力發(fā)生偏移，最終無法達(dá)成培養(yǎng)程序設(shè)計(jì)能力的目標(biāo)。

（2）學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)為主，主動(dòng)學(xué)習(xí)不足。教學(xué)實(shí)踐中大多采用“灌輸法”，即教師不停地講授知識(shí)和整理知識(shí)，學(xué)生被動(dòng)地學(xué)習(xí)知識(shí)和積累知識(shí)；學(xué)生很少有機(jī)會(huì)發(fā)現(xiàn)知識(shí)和體驗(yàn)知識(shí)，更談不上創(chuàng)造知識(shí)。學(xué)生一直處于被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)中，容易失去學(xué)習(xí)活動(dòng)的參與感，也體會(huì)不到學(xué)習(xí)的樂趣，難以激發(fā)和保持學(xué)習(xí)興趣。

（3）教學(xué)注重傳道解惑，忽視思維訓(xùn)練培養(yǎng)。程序設(shè)計(jì)是一個(gè)創(chuàng)作的過程，核心是用創(chuàng)造性勞動(dòng)即計(jì)算思維[5]解決實(shí)際問題，而不是停留在計(jì)算機(jī)語言的具體語法規(guī)則學(xué)習(xí)，因此，計(jì)算思維重于語法細(xì)節(jié)。在教學(xué)實(shí)踐中，往往忽視對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)和訓(xùn)練，導(dǎo)致學(xué)生思路狹窄，缺乏學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力，即使完成了課程學(xué)習(xí)，也不知道如何用程序設(shè)計(jì)方法解決工程實(shí)際問題。

（4）重知識(shí)、輕實(shí)踐，讓學(xué)生失去技能；重灌輸、輕引導(dǎo)，讓學(xué)生失去興趣；重語法、輕思維，讓學(xué)生失去活力。教學(xué)過程中的諸多問題，使得教學(xué)目標(biāo)難以達(dá)成。

1 案例驅(qū)動(dòng)的教學(xué)

案例驅(qū)動(dòng)是以典型案例為切入點(diǎn)，提出問題、分析問題并解決問題，以問題為基礎(chǔ)，以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)，讓學(xué)生主動(dòng)參與課堂，激發(fā)或保持學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)舉一反三、融會(huì)貫通以及理論和應(yīng)用相結(jié)合。在案例驅(qū)動(dòng)的教學(xué)中，案例的選擇和設(shè)計(jì)是關(guān)鍵一環(huán)，應(yīng)按照“分級(jí)遞進(jìn)、逐層提高、綜合應(yīng)用”的原則設(shè)計(jì)案例，組織教學(xué)。案例又分為課堂演示案例、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐案例和綜合實(shí)訓(xùn)案例3類，對(duì)應(yīng)理論學(xué)習(xí)、模仿實(shí)踐和綜合應(yīng)用3個(gè)階段。

1.1 課堂演示案例

課堂演示案例由教師結(jié)合理論知識(shí)點(diǎn)精心設(shè)計(jì)，利用演示案例的直觀性平滑學(xué)習(xí)曲線，在解釋案例的過程中明晰相關(guān)知識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情；在實(shí)現(xiàn)案例的過程中，讓學(xué)生體會(huì)知識(shí)的具體應(yīng)用，感受學(xué)習(xí)的樂趣。例如，數(shù)據(jù)類型對(duì)學(xué)生來說是一個(gè)比較抽象的概念，如果直接解釋，學(xué)生很難理解。為此，可設(shè)計(jì)案例猜“110”的含義，見表1。自然世界中，人通過感知語境很容易就識(shí)別“110”的語義；相應(yīng)地，計(jì)算機(jī)是一個(gè)符號(hào)系統(tǒng)，要識(shí)別相關(guān)符號(hào)的語義，也需要語境。Java中，數(shù)據(jù)類型就是一種語境，依據(jù)數(shù)據(jù)類型，計(jì)算機(jī)就能高效地識(shí)別數(shù)據(jù)的語言環(huán)境和所能進(jìn)行的操作，如PhoneNumber，它是引用類型，代表電話號(hào)碼；String類型是字符串，由字母、數(shù)字等符號(hào)組成，可以命名標(biāo)識(shí)門牌；int是整數(shù)，屬于數(shù)的范疇，可以進(jìn)行加、減、乘、除等運(yùn)算。將數(shù)據(jù)類型關(guān)聯(lián)上語言環(huán)境，學(xué)生就容易理解。

在講解if語句的時(shí)候，我們?cè)O(shè)計(jì)了學(xué)生都很熟悉的交通信號(hào)燈案例，見表2。用字符串變量signal表示信號(hào)燈，值RED、YELLOW和GREEN表示信號(hào)燈狀態(tài)，根據(jù)信號(hào)燈的不同狀態(tài)決定駕車狀態(tài)。

表1 “110”在不同語境下的含義

表2 交通信號(hào)燈案例

在講解類與對(duì)象基本概念時(shí)，我們?cè)O(shè)計(jì)了教師上課案例，見表3。class表示角色，也就是類，描述角色規(guī)范。教師上課簡(jiǎn)化成3種角色，分別為教師、學(xué)生和課程。對(duì)于教學(xué)過程而言，這3種角色是必不可少的，并且不需要具體到某某教師、某某學(xué)生和某某課程，而在一次具體的教學(xué)實(shí)踐中，一定是某某老師給一批學(xué)生上具體的某一門課程，如潘登老師給計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生小麗、小王、小張等上Java程序設(shè)計(jì)課程。教師、學(xué)生和課程都是具體的，實(shí)實(shí)在在的，有具體的名稱。這些具體的教師、學(xué)生和課程就是對(duì)象（object），都符合角色規(guī)范，如潘登老師有姓名、專業(yè)和施教能力。類和對(duì)象就是一般和特殊的關(guān)系，或者說是抽象和具體的關(guān)系。類是對(duì)一類事物的抽象描述，包括靜態(tài)特征和動(dòng)態(tài)行為，沒有具體值；對(duì)象是類的具體表現(xiàn)，有確定的特征值和具體的行為表現(xiàn)。

表3 教師上課案例

課堂演示案例均源自生活，通過精心設(shè)計(jì)，將學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)置于具有實(shí)際意義的問題情境中，讓學(xué)生感知問題之所在，學(xué)習(xí)Java語言實(shí)現(xiàn)之道，充分參與教學(xué)過程，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣。

1.2 實(shí)驗(yàn)實(shí)踐案例

與演示案例注重知識(shí)學(xué)習(xí)和興趣培養(yǎng)不同，實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐案例教學(xué)主要是鞏固基本知識(shí)和提升基本技能，通過自主實(shí)驗(yàn)實(shí)踐，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，使其釋放學(xué)習(xí)熱情。實(shí)驗(yàn)實(shí)踐案例分為驗(yàn)證性案例和設(shè)計(jì)性案例兩類。其中，驗(yàn)證性案例提供實(shí)驗(yàn)步驟，要求每位學(xué)生獨(dú)立完成，體會(huì)語言語法，感悟工程實(shí)踐；設(shè)計(jì)性案例提供基本思路，要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，自主開展實(shí)驗(yàn)過程，以培養(yǎng)分析設(shè)計(jì)能力，練就編碼調(diào)試技能。一些經(jīng)典的案例見表4。

實(shí)驗(yàn)實(shí)踐是提升學(xué)生知識(shí)與能力的途徑，也是理論走向應(yīng)用的銜接點(diǎn)，因此，有必要對(duì)所學(xué)知識(shí)和所練技能分類匯總，以便系統(tǒng)化、體系化。為此，在實(shí)驗(yàn)實(shí)踐任務(wù)完成以后，學(xué)生需按給定模版撰寫實(shí)驗(yàn)實(shí)踐報(bào)告，回顧實(shí)驗(yàn)過程，重溫實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，提煉實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)心得體會(huì)，在滿滿的收獲中，體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐樂趣，以保持良好的學(xué)習(xí)狀態(tài)投入到新的學(xué)習(xí)中。實(shí)驗(yàn)實(shí)踐報(bào)告模版見表5。

表4 實(shí)驗(yàn)實(shí)踐案例示例

表5 實(shí)驗(yàn)實(shí)踐報(bào)告模版

實(shí)驗(yàn)實(shí)踐案例教學(xué)兼顧學(xué)生參與課堂和鍛煉技能。學(xué)生在不斷的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐中，鞏固積累技能；在自主學(xué)習(xí)過程中，發(fā)現(xiàn)新的問題，觸發(fā)新的驅(qū)動(dòng)，學(xué)習(xí)過程得以持續(xù)。

1.3 綜合實(shí)訓(xùn)案例

優(yōu)秀的軟件是優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)相互協(xié)作的結(jié)果，因此，在Java語言的教學(xué)過程，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新思維能力是非常有必要的。經(jīng)過課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)過程，學(xué)生普遍掌握了基本知識(shí)和基本技能，就到了綜合實(shí)訓(xùn)的階段。本階段采用分而治之的方法，將一個(gè)完整的項(xiàng)目分解簡(jiǎn)化成若干個(gè)子項(xiàng)目，由小組分工協(xié)作，完成各個(gè)子項(xiàng)目后，再系統(tǒng)集成，進(jìn)而完成整個(gè)項(xiàng)目的開發(fā)工作。以選課系統(tǒng)為例說明本階段的分組綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)活動(dòng)，選課系統(tǒng)分為前端系統(tǒng)和后端系統(tǒng)，如圖1所示，其中，前端分解簡(jiǎn)化成4個(gè)模塊，包括登錄模塊、選課模塊、排課模塊和幫助模塊；后端主要為系統(tǒng)的管理部分，包括學(xué)生管理、教師管理、課程管理、選課管理、成績(jī)管理模塊。

學(xué)生以小組為單位，每組2～3人，按照軟件工程開發(fā)流程和設(shè)計(jì)原則，首先完成子模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，然后各小組相互協(xié)調(diào)配合，迭代改進(jìn)，完成整體項(xiàng)目的開發(fā)。子項(xiàng)目?jī)?nèi)部需要協(xié)作并進(jìn)，子項(xiàng)目的集成需要相互配合，這對(duì)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、項(xiàng)目實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)非常有好處。

綜合實(shí)訓(xùn)屬于知識(shí)綜合應(yīng)用階段，要求充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性思維。通過實(shí)訓(xùn)，有助于提高實(shí)踐動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、綜合運(yùn)用知識(shí)能力和創(chuàng)新思維能力。

圖1 選課系統(tǒng)功能模塊

2 點(diǎn)線面相結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容組織方式

課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)是工程類學(xué)科教育教學(xué)的基本形式，知識(shí)學(xué)習(xí)和能力培養(yǎng)是教育教學(xué)的基本內(nèi)涵。案例驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法能有效提高學(xué)生參與課堂的積極性，提升學(xué)生的實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，因此如何以案例的形式組織教學(xué)內(nèi)容值得研究。

2.1 Java教學(xué)中的點(diǎn)

成功的課堂應(yīng)該富含知識(shí)點(diǎn)，有的是重點(diǎn)，有的是難點(diǎn)。通過課堂教學(xué)，學(xué)生掌握重點(diǎn)、突破難點(diǎn)和消除疑點(diǎn)是達(dá)成教學(xué)目標(biāo)的關(guān)鍵。

教學(xué)重點(diǎn)集中體現(xiàn)學(xué)科思想和學(xué)科特色，是最核心的教學(xué)內(nèi)容。Java程序設(shè)計(jì)課程一般包含數(shù)據(jù)類型、基本流程控制、類和對(duì)象、繼承、多態(tài)等基礎(chǔ)部分，以及GUI、輸入輸出流、異常處理、泛型和集合類、線程、網(wǎng)絡(luò)通信等API應(yīng)用部分，其中，面向?qū)ο蟮幕A(chǔ)知識(shí)和API的基本應(yīng)用是兩個(gè)重點(diǎn)。教學(xué)難點(diǎn)是學(xué)生不易理解或不易掌握的知識(shí)和技能，如面向?qū)ο蟮亩鄳B(tài)特性、Java的泛型和反射。教學(xué)疑點(diǎn)是教學(xué)過程中產(chǎn)生的讓人困惑的問題，可能來自學(xué)生，也可能出自教師，如匿名內(nèi)部類訪問外部類的局部變量、當(dāng)前對(duì)象的傳遞等?！皩W(xué)起于思，思源于疑”。疑點(diǎn)能促進(jìn)思考，思考有助于深化對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解。設(shè)計(jì)案例時(shí)，重點(diǎn)知識(shí)應(yīng)多重設(shè)計(jì)，體現(xiàn)為相同的知識(shí)點(diǎn)高頻度地出現(xiàn)在不同案例中，如演示案例、實(shí)踐案例、實(shí)訓(xùn)案例等；將難點(diǎn)知識(shí)拆分設(shè)計(jì)，把知識(shí)拆分成最小的可理解單位，分層分級(jí)設(shè)計(jì)案例；對(duì)于疑點(diǎn)知識(shí)，可以搭建應(yīng)用場(chǎng)景，設(shè)計(jì)成演示案例，便于理解。

案例設(shè)計(jì)的前提是厘清課程知識(shí)點(diǎn)，界定好重點(diǎn)、難點(diǎn)和疑點(diǎn)。因?yàn)橹攸c(diǎn)具有客觀性，難點(diǎn)和疑點(diǎn)因人而異，具有很強(qiáng)的主觀性和隨機(jī)性，所以在教學(xué)的過程中，需要重新組織裝配知識(shí)點(diǎn)，構(gòu)建符合學(xué)生實(shí)際情況的教學(xué)案例，開展教學(xué)過程。

2.2 Java教學(xué)中的線

教學(xué)內(nèi)容中的知識(shí)點(diǎn)不是彼此孤立的，它們之間存在一定的內(nèi)在邏輯，因此，用案例呈現(xiàn)知識(shí)時(shí)，需要體現(xiàn)這種邏輯內(nèi)涵，以幫助學(xué)生厘清知識(shí)脈絡(luò)，即教學(xué)主線，建立課程知識(shí)體系。

根據(jù)知識(shí)點(diǎn)固有特征及其在Java課程中的作用，建立知識(shí)點(diǎn)圖，標(biāo)記重點(diǎn)知識(shí)和難點(diǎn)知識(shí)，梳理知識(shí)點(diǎn)之間的依賴關(guān)系，形成知識(shí)導(dǎo)圖，如由數(shù)據(jù)類型到變量再到類，由基本數(shù)據(jù)類型到類類型再到抽象數(shù)據(jù)類型等；基于知識(shí)導(dǎo)圖，搭建知識(shí)關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)，形成知識(shí)單元，按知識(shí)單元設(shè)計(jì)案例并以實(shí)驗(yàn)實(shí)踐案例為主。

2.3 Java教學(xué)中的面

教學(xué)過程中的面是超越課程知識(shí)點(diǎn)和線的內(nèi)容，是教學(xué)過程的更高層次，屬于思維方式和能力培養(yǎng)的范疇。

Java教學(xué)中面的核心是思維方式，表現(xiàn)為解決復(fù)雜工程問題的能力。當(dāng)面對(duì)具體工程項(xiàng)目時(shí)，如何利用Java技術(shù)分析并解決問題，就是一個(gè)計(jì)算思維的問題，最終表現(xiàn)為綜合應(yīng)用能力。缺失計(jì)算思維能力培養(yǎng)的教學(xué)，往往會(huì)導(dǎo)致學(xué)生思維狹窄，學(xué)習(xí)動(dòng)力不足，學(xué)習(xí)熱情難以保持，學(xué)習(xí)過程經(jīng)常性迷茫，因此，在Java程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)中，計(jì)算思維的訓(xùn)練是非常重要的。綜合實(shí)訓(xùn)就是體現(xiàn)計(jì)算思維培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，在某種應(yīng)用場(chǎng)景下，通過項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)，驅(qū)動(dòng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問題，運(yùn)用已有技能解決問題，并在解決問題的過程中，學(xué)習(xí)新的知識(shí)，掌握新的技能，形成有效的計(jì)算思維潛意識(shí)，從而提升綜合應(yīng)用能力，因此，綜合實(shí)訓(xùn)案例必須考慮強(qiáng)化對(duì)計(jì)算思維能力培養(yǎng)的設(shè)計(jì)，實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目不在于大小，而在于用來解決問題的知識(shí)和技能的有效、有序布局。

相對(duì)于點(diǎn)和線，面的內(nèi)容是知識(shí)和技能的再造，是物化為人的思維過程，是真正體現(xiàn)教學(xué)本質(zhì)的部分，實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生知識(shí)、能力和價(jià)值觀的融合。

3 綜合評(píng)價(jià)方案

Java程序設(shè)計(jì)課程注重知識(shí)學(xué)習(xí)和實(shí)踐能力培養(yǎng)，因此僅僅對(duì)認(rèn)知水平進(jìn)行考核是不夠的，必須同時(shí)兼顧對(duì)技能水平的考核。在評(píng)定成績(jī)時(shí)，采用4個(gè)因素綜合評(píng)分：①期中階段性理論考試，考查基礎(chǔ)性知識(shí)，占20%；②期末閉卷考試，考查基本概念、基本原理和基本知識(shí)，著重考查綜合性知識(shí)，占30%；③實(shí)驗(yàn)實(shí)踐，考核重點(diǎn)知識(shí)單元，主要考查實(shí)踐過程和實(shí)踐報(bào)告質(zhì)量，包括6次必做實(shí)驗(yàn)，每次5分，共占30%；④實(shí)訓(xùn)，即課程大作業(yè)，是一個(gè)小型但完整的應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)，以項(xiàng)目為載體，主要考核計(jì)算思維以及知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，占20%。評(píng)價(jià)過程應(yīng)貫穿教學(xué)過程的始終，并建立反饋機(jī)制，及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)進(jìn)度，確保教學(xué)活動(dòng)的高效開展。

4 結(jié) 語

針對(duì)不同學(xué)科和不同學(xué)生，應(yīng)該采用不同的教學(xué)方法。以案例驅(qū)動(dòng)的點(diǎn)、線、面相結(jié)合的教學(xué)方法，在Java程序設(shè)計(jì)課程實(shí)踐中，取得了較好的效果，特別是在提升學(xué)生的動(dòng)手能力方面效果顯著。

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