面向軟件開發(fā)實踐能力的《Java程序設(shè)計》教學(xué)資源建設(shè)

張峰 劉迪 仇麗青 趙衛(wèi)東

摘? 要：高?！禞ava程序設(shè)計》課程教學(xué)的核心目標(biāo)是提高學(xué)生使用Java和面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)開發(fā)應(yīng)用軟件的實踐能力，因此教學(xué)中需要相應(yīng)的教學(xué)資源的支撐。本文介紹了圍繞提升學(xué)生軟件開發(fā)實踐能力開展的Java課程教學(xué)資源建設(shè)方面的改革，提出了“MOOC+案例驅(qū)動式教材+信息化輔助教學(xué)平臺+企業(yè)級案例庫”的教學(xué)資源建設(shè)模式。首先，為配合基于“MOOC+翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式，建設(shè)包含知識點視頻和案例講解視頻的MOOC視頻資源，并將其作為配套資源，撰寫了案例驅(qū)動的《Java程序設(shè)計》教材;其次，引入了程序設(shè)計類實驗輔助教學(xué)平臺（PTA），豐富了教學(xué)的習(xí)題庫;最后，通過校企合作，建設(shè)了適用于教學(xué)實踐和實訓(xùn)的企業(yè)級項目資源案例庫。

關(guān)鍵詞：Java教學(xué)資源;軟件開發(fā)實踐能力;教材;題庫;案例庫

中圖分類號：TP311.5? ? ?文獻標(biāo)識碼：A

Abstract：The teaching of Java programming in universities aims at improving a students practical capability of developing application software using Java and object-oriented programming technique.Therefore，corresponding teaching resources are needed in teaching.In this paper，we introduce the reform of java course teaching resource construction，aiming at improving students' practical capability of software development.Specifically，we put forward the teaching resource construction mode of MOOC + Case driven textbook + informational assisted teaching platform + enterprise application cases.First，we construct MOOC video resources，including videos explaining knowledge points and videos explaining application cases.Moreover，we use these MOOC videos as supporting resources to compile the application cases driven Java programming textbook，in order to meet the needs of the teaching mode based on MOOC + flipped classroom.Second，we introduce the Programming Teaching Assistant （PTA） platform to enrich the teaching exercise library.Finally，we construct a cases library containing enterprise project cases for teaching practice and training through the cooperation between schools and enterprises.

Keywords：Java teaching resource;practical ability of software development;textbook;teaching questions bank;

teaching cases library

1? ?引言（Introduction）

Java是軟件開發(fā)領(lǐng)域最為重要的編程技術(shù)之一[1，2]。近年來，隨著云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等各種新技術(shù)的發(fā)展，Java技術(shù)也具有了更多的用武之地。在當(dāng)前的高等教育和職業(yè)教育中，Java相關(guān)課程是程序設(shè)計類課程中必不可少的內(nèi)容。在掌握J(rèn)ava主要技術(shù)后，學(xué)生的軟件開發(fā)能力、就業(yè)能力都能夠得以提高。因此，當(dāng)前大多數(shù)計算機和軟件工程相關(guān)專業(yè)的培養(yǎng)方案中都包含了Java技術(shù)的相關(guān)課程。

Java技術(shù)體系龐大，包含了大量的技術(shù)要點，而所有的內(nèi)容都是以Java語言為基礎(chǔ)的。因此，講授Java語言基礎(chǔ)的《Java程序設(shè)計》是所有Java技術(shù)相關(guān)課程的基礎(chǔ)，該課程的學(xué)習(xí)效果將直接影響到學(xué)生Java軟件開發(fā)的能力。

課程教學(xué)需要有教學(xué)資源的支撐。《Java程序設(shè)計》課程教學(xué)的目標(biāo)是提高學(xué)生的Java軟件開發(fā)能力，其教學(xué)過程中所需的教學(xué)資源需要圍繞該目標(biāo)來建設(shè)。面向高等院校計算機和軟件工程等相關(guān)專業(yè)，本文提出了以提升軟件開發(fā)實踐能力為目標(biāo)的《Java程序設(shè)計》教學(xué)資源建設(shè)方案，通過MOOC、案例式《Java程序設(shè)計》教材、程序設(shè)計類實驗輔助教學(xué)平臺（Programming Teaching Assistant，PTA）題庫，以及基于校企合作的企業(yè)級案例庫四類教學(xué)資源的建設(shè)，為《Java程序設(shè)計》的教學(xué)提供教學(xué)資源的支持。

2 《Java程序設(shè)計》教學(xué)資源知識點概述（Knowledge point of Java Programming teaching resources）

作為當(dāng)前企業(yè)級軟件開發(fā)最為主流和熱門的編程語言，在當(dāng)前高等學(xué)校的計算機或軟件工程等相關(guān)專業(yè)的技術(shù)類課程中，Java技術(shù)相關(guān)的課程涉及Web應(yīng)用開發(fā)、基于Android的移動應(yīng)用開發(fā)，以及各種實習(xí)、實訓(xùn)實踐課程。而所有這些課程的基礎(chǔ)和前導(dǎo)課程都是以JavaSE為核心的《Java程序設(shè)計》。不論該課程的性質(zhì)是專業(yè)必修課還是專業(yè)選修課，以及學(xué)時安排的多少，該課程最為核心知識的基礎(chǔ)知識點是相對固定的。教學(xué)團隊主要圍繞以下知識點建設(shè)《Java程序設(shè)計》的課程教學(xué)資源。

（1）Java語言概述。主要包括：①Java語言的起源、發(fā)展、特點以及技術(shù)體系，突出Java語言的與眾不同之處，特別是Java與C和C++這兩種語言的區(qū)別;②Java語言中的基礎(chǔ)概念，包括Java虛擬機JVM、Java運行環(huán)境JRE，以及Java程序?qū)崿F(xiàn)跨平臺的技術(shù)基礎(chǔ);③Java開發(fā)工具JDK的下載、安裝、環(huán)境變量配置和主要的集成開發(fā)環(huán)境，以及Java程序的開發(fā)流程。

（2）Java基礎(chǔ)語法。主要包括Java的數(shù)據(jù)類型、流程控制等語法基礎(chǔ)。

（3）Java面向?qū)ο蠡A(chǔ)。該部分是JavaSE基礎(chǔ)中最為重要的內(nèi)容，包括Java類、對象、內(nèi)存分配、package、繼承、多態(tài)和接口。

（4）Java常用類。主要包括String、StringBuffer、StringBuilder、包裝器類、Scanner，以及Date與Calendar等日期時間相關(guān)類。

（5）Java容器類。主要包括：Collection、List、Set、Map等基礎(chǔ)容器。

（6）Java異常。主要包括異常的分類、捕獲和處理。

（7）IO流。主要包括IO流的分類，以及節(jié)點流、處理流等各種IO相關(guān)類的使用。

（8）其他基礎(chǔ)知識點。該部分內(nèi)容是在上述基礎(chǔ)知識點的基礎(chǔ)上，根據(jù)課程性質(zhì)及其學(xué)習(xí)安排，動態(tài)確定的基礎(chǔ)知識，如GUI（Graphic User Interface）、JDBC（Java Data Base Connectivity）與多線程等。

3? 《Java程序設(shè)計》教學(xué)資源建設(shè)現(xiàn)狀（Current situation of Java Programming teaching resources construction）

當(dāng)前大多數(shù)高?！禞ava程序設(shè)計》的課堂教學(xué)和實踐教學(xué)都圍繞上述知識點來組織，主要教學(xué)資源包括常規(guī)的介紹上述基礎(chǔ)知識點的教材，以及用于實踐練習(xí)的基礎(chǔ)編程題。近年來，隨著MOOC[3，4]和OJ（Online Judge）[5]等信息化平臺的應(yīng)用，很多學(xué)校又引入了MOOC視頻、在線自動評測編程題等教學(xué)資源。

然而，受限于課程性質(zhì)和授課學(xué)時，當(dāng)前《Java程序設(shè)計》課程的內(nèi)容普遍深度不夠。大部分學(xué)生在課程結(jié)束后，仍然只是能夠做一些簡單的OJ編程題，開發(fā)一些功能簡單的命令行或GUI程序，學(xué)生使用Java面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)開發(fā)較為大型的軟件的實踐能力還無法滿足企業(yè)級應(yīng)用開發(fā)的需要。

從課程教學(xué)資源建設(shè)方面來看，存在上述問題的主要原因是：第一，從MOOC資源和教材來看，當(dāng)前《Java程序設(shè)計》相關(guān)課程的MOOC視頻、教材都以介紹知識點內(nèi)容為主，缺少對于知識點的應(yīng)用，特別是結(jié)合開發(fā)實際的小型的知識點案例，從而使學(xué)生無法靈活運動基礎(chǔ)知識點來對實際問題進行編碼。第二，從作業(yè)、實驗等環(huán)節(jié)來看，傳統(tǒng)的紙質(zhì)作業(yè)、實驗報告提交代碼的形式顯然無法滿足學(xué)生軟件開發(fā)實踐能力的提高。雖然很多高校引入了OJ等信息化平臺，使學(xué)生的作業(yè)、實驗可以在線提交并實現(xiàn)了自動的評測，然而，目前諸如OJ的平臺中題目的題型非常單一，只能評測一些適用于自動評測的編程題;同時，學(xué)生只需保證提交的代碼能夠通過OJ系統(tǒng)的測試用例就可判斷為正確，無法保證評測學(xué)生的代碼質(zhì)量和編碼規(guī)范等。第三，從學(xué)生課程結(jié)束后的軟件開發(fā)實踐能力來看，大部分學(xué)生還不具備初步的軟件開發(fā)能力，缺少企業(yè)級軟件開發(fā)的基本實踐和基本能力。

綜上，當(dāng)前《Java程序設(shè)計》教學(xué)中的教學(xué)資源還不夠完善，已有教學(xué)資源涉及的內(nèi)容較為簡單，在教學(xué)過程中也難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，不少學(xué)生感覺只是在C和C++的基礎(chǔ)上又學(xué)習(xí)了一門編程語言，其使用Java語言和面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)開發(fā)較為大型的應(yīng)用軟件的能力仍需要進一步提高。

4 《Java程序設(shè)計》教學(xué)資源建設(shè)（Java Programming teaching resources construction）

為了能夠通過《Java程序設(shè)計》課程的教學(xué)切實提高學(xué)生的軟件開發(fā)實踐能力，圍繞課程資源建設(shè)，教學(xué)團隊開展了如圖1所示的四個方面的教學(xué)資源建設(shè)工作：①Java MOOC視頻資源建設(shè);②Java教材建設(shè);③信息化平臺題庫建設(shè);④企業(yè)級案例庫建設(shè)。

首先，團隊建立了Java基礎(chǔ)知識點教學(xué)資源，主要建設(shè)了Java MOOC視頻資源，自編了Java教材。這兩類教學(xué)資源是學(xué)生學(xué)習(xí)Java語言基礎(chǔ)知識點的主要教學(xué)資源。在課程的教學(xué)過程中，學(xué)生通過MOOC視頻和教材課下自學(xué)課程知識點內(nèi)容，課堂通過翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)加深學(xué)生對基礎(chǔ)知識點的掌握。

其次，為了提高學(xué)生點基礎(chǔ)知識點的實踐能力，使學(xué)生能夠靈活運用Java基礎(chǔ)知識點，團隊基于現(xiàn)有的信息化平臺構(gòu)建了信息化平臺題庫，將其作為學(xué)生實踐的基礎(chǔ)平臺。教師通過平臺題庫中題目發(fā)布作業(yè)題、實驗題和考試題，在線完成教學(xué)過程中作業(yè)、實驗和考試等多個環(huán)節(jié)。

最后，為了能夠使學(xué)生具備使用Java面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)進行企業(yè)級應(yīng)用軟件開發(fā)的初步能力，建立了綜合實踐教學(xué)資源，構(gòu)建了企業(yè)級案例庫，以支撐學(xué)生的實踐和實訓(xùn)。

4.1? ?MOOC資源建設(shè)

為了能夠適應(yīng)MOOC、SPOC結(jié)合翻轉(zhuǎn)課程的教學(xué)方法，也為了讓學(xué)生充分利用個人時間學(xué)習(xí)，團隊首先根據(jù)上述的《Java程序設(shè)計》基礎(chǔ)知識點，錄制了覆蓋核心知識點的MOOC視頻。同時，圍繞與生活實際結(jié)合緊密的小型編程案例，錄制了部分視頻。通過知識點視頻和小型編程案例視頻，使學(xué)生在線下通過自學(xué)可以掌握基礎(chǔ)核心知識點，并能夠有一定的靈活運用知識點的能力。

4.2? ?案例式教材建設(shè)

在學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中，教材是與MOOC視頻同等重要的教學(xué)資源。當(dāng)前關(guān)于《Java程序設(shè)計》的國內(nèi)外教材非常多[6，7]，學(xué)生往往容易迷失在大量可選的教材中。為了滿足教學(xué)中學(xué)生學(xué)習(xí)的實際需求，我們結(jié)合MOOC視頻，編寫了與MOOC視頻配套的《Java程序設(shè)計》教材。在教材的建設(shè)過程中，我們側(cè)重Java基礎(chǔ)知識點的實際應(yīng)用。為此，我們在教學(xué)過程中積累了部分貼近生活或來源于實際應(yīng)用的小型編程案例;同時，與其他專業(yè)課相融合，積累了部分與其他專業(yè)課知識點相關(guān)的小型編程案例。通過兩類案例，一方面可以使學(xué)生在實現(xiàn)案例的過程中熟練Java的基礎(chǔ)知識點，另一方面也提高了學(xué)生靈活運用這些基礎(chǔ)知識點解決實際問題的能力。

4.3? ?基于PTA的題庫建設(shè)

為了提高學(xué)生的實踐動手能力，團隊在之前的教學(xué)實踐中引入了Online Judge平臺。然而，當(dāng)前Online Judge平臺還主要是提供編程題，無法滿足平時作業(yè)、實驗、考試對多種類型練習(xí)題目的要求。為此，教學(xué)團隊引入了PTA平臺。該平臺可支持單選、多選、程序填空、函數(shù)題、編程題、主觀題等多種類型的題目，可以支撐數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)等計算機專業(yè)核心課程，以及C、C++、Java、Python等多種編程語言課程。同時，該平臺采用了SaaS模式[8]，包括了全國500多所高校的3000多位老師出的題目，題庫十分豐富?；赑TA平臺，教學(xué)團隊構(gòu)建了適合于本校學(xué)生教學(xué)實踐的題庫。此外，教學(xué)團隊也從lintcode、leetcode等平臺中引入了部分習(xí)題，豐富了基于PTA的題庫。

4.4? ?基于校企合作的企業(yè)級軟件開發(fā)案例庫建設(shè)

《Java程序設(shè)計》的一個主要課程目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生使用Java進行面向?qū)ο蟮膽?yīng)用軟件開發(fā)的能力，能夠為學(xué)生畢業(yè)后在企業(yè)中從事應(yīng)用軟件的開發(fā)打下基礎(chǔ)。上述三類教學(xué)資源的建設(shè)主要是為了使學(xué)生打下面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的基礎(chǔ)，而學(xué)生能夠具備企業(yè)級軟件開發(fā)的初步能力，還需要有一定的企業(yè)級軟件開發(fā)案例的支撐。為了實現(xiàn)該目標(biāo)，團隊通過校企合作的方式，由企業(yè)選擇部分應(yīng)用軟件開發(fā)案例，通過企業(yè)工程師和團隊教師的合作，適當(dāng)對案例進行裁剪，為學(xué)校的教學(xué)定制了部分適用于學(xué)生實習(xí)實訓(xùn)的企業(yè)級軟件開發(fā)案例。在課程的實踐和實習(xí)環(huán)節(jié)，通過分組與小組合作的方式，從需求分析、系統(tǒng)分析與設(shè)計、編碼、測試的軟件開發(fā)全生命周期角度進行實訓(xùn)，提高學(xué)生使用Java語言進行面向?qū)ο蟮膽?yīng)用軟件開發(fā)的能力。

5? ?教學(xué)資源應(yīng)用效果（Application effect of teaching resources）

本團隊建設(shè)的上述四類《Java程序設(shè)計》的教學(xué)資源已經(jīng)在團隊所在學(xué)校的軟件工程、計算機科學(xué)與技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、信息安全等專業(yè)本科生的教學(xué)得以應(yīng)用。通過上述教學(xué)資源的應(yīng)用，學(xué)生的Java編程能力較以往有了較大提高。

首先，從教學(xué)的整體效果來看，學(xué)生整體上使用Java語言進行面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計和應(yīng)用軟件開發(fā)的能力有了較大提高。分析學(xué)生的就業(yè)數(shù)據(jù)可知，每年畢業(yè)生在JavaEE、Android等方向就業(yè)的學(xué)生數(shù)在不斷增加，就業(yè)的層次和質(zhì)量也在不斷提高，而這些方向都是以上述JavaSE知識點為基礎(chǔ)的。

第二，從學(xué)生參加各類算法、軟件設(shè)計等競賽的成績來看，近幾年來，學(xué)生參加國家級、省級、市區(qū)級各類軟件和算法類大賽，如中國軟件杯、藍橋杯等競賽，參賽人數(shù)有了較大增加，獲獎的人數(shù)和層次也在逐年增加。在這些競賽的參賽過程中，越來越多的學(xué)生選擇使用Java相關(guān)技術(shù)進行算法及系統(tǒng)實現(xiàn)，也從側(cè)面說明了學(xué)生Java軟件開發(fā)實踐能力的水平有了較大提高。

6? ?結(jié)論（Conclusion）

Java是當(dāng)前軟件開發(fā)領(lǐng)域最為熱門的編程語言之一，提高學(xué)生基于Java面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)的軟件開發(fā)實踐能力，是《Java程序設(shè)計》課程教學(xué)最基本的目標(biāo)。隨著MOOC、SPOC和OJ等在線平臺的廣泛應(yīng)用，《Java程序設(shè)計》的教學(xué)資源的建設(shè)應(yīng)該更加多樣化，通過多種類型的題目和案例豐富學(xué)生的實踐環(huán)節(jié)，切實提高學(xué)生的軟件開發(fā)實踐能力。同時，教學(xué)資源中的各種案例應(yīng)該更加貼近實際應(yīng)用，使學(xué)生能夠靈活運用所學(xué)知識點。

針對《Java程序設(shè)計》的教學(xué)資源建設(shè)，本文探索了“MOOC+案例驅(qū)動式教材+信息化輔助教學(xué)平臺+企業(yè)級案例庫”的教學(xué)資源建設(shè)模式，該模式對于計算機相關(guān)專業(yè)的其他專業(yè)課程的教學(xué)資源建設(shè)也具有借鑒意義。

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作者簡介：

張? 峰（1981-），男，博士，講師.研究領(lǐng)域：軟件工程，教育數(shù)據(jù)挖掘.

劉? ?迪（1994-），男，碩士生.研究領(lǐng)域：教育數(shù)據(jù)挖掘.

仇麗青（1978-），女，博士，副教授.研究領(lǐng)域：社交網(wǎng)絡(luò)分析.

趙衛(wèi)東（1967-），男，博士，教授.研究領(lǐng)域：軟件工程.