以任務(wù)驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)向的Java程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)探討

劉慧琳

摘要：Java程序設(shè)計(jì)對計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生來說是一門非常重要且實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，文章針對傳統(tǒng)授課方式的弊端，根據(jù)該課程的特點(diǎn)，結(jié)合成都師范學(xué)院相關(guān)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，對課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)和考核評價(jià)等方面進(jìn)行了探討，提出了以任務(wù)驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)向的教學(xué)模式，以此來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生對課程知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握。文章提出的教學(xué)模式，以培養(yǎng)學(xué)生的編程和解決實(shí)際問題的能力為教學(xué)目標(biāo)，通過一個(gè)個(gè)任務(wù)推動(dòng)課程教學(xué)。

關(guān)鍵詞：Java程序設(shè)計(jì);任務(wù)驅(qū)動(dòng);教學(xué)模式

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號：1009-3044（2022）16-0147-03

1 引言

1.1 Java的應(yīng)用前景

Java語言作為一門應(yīng)用廣泛的編程語言，有非常廣泛的應(yīng)用前景，它的生態(tài)系統(tǒng)幾乎涵蓋了目前市面上所有的軟硬件。它常用于網(wǎng)站開發(fā)、游戲開發(fā)、桌面程序設(shè)計(jì)、移動(dòng)終端應(yīng)用，以及其他應(yīng)用軟件的開發(fā)，廣泛應(yīng)用于移動(dòng)、銀行、保險(xiǎn)、物流、醫(yī)療等各大行業(yè)，其對Web應(yīng)用以及電子商務(wù)的迅速發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。它在當(dāng)前熱門的云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和區(qū)塊鏈等技術(shù)領(lǐng)域也有著廣闊的應(yīng)用前景。

1.2 課程教學(xué)現(xiàn)狀

大部分計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)普遍開設(shè)程序設(shè)計(jì)類課程，目前這類課程在很多學(xué)校采用以教師講授為主的“填鴨式”教學(xué)方式，這種教學(xué)方式以教師為中心，以教師對知識(shí)的講解為主體，而學(xué)生在這一教學(xué)過程中被動(dòng)接受，教學(xué)效果不理想。近年來針對Java程序設(shè)計(jì)的課程改革研究得到了高校廣泛的重視[1-3]，大部分研究是以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)模式進(jìn)行探討的[1-3]。成都師范學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院從2016年開始招收數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)本科生，該專業(yè)文理兼收，一部分學(xué)生具有較強(qiáng)的理工科思維，一部分學(xué)生在文科方面比較擅長。根據(jù)數(shù)字媒體產(chǎn)業(yè)對人才需求的調(diào)研制定了該專業(yè)人才培養(yǎng)方案并設(shè)置了相關(guān)課程教學(xué)體系。Java程序設(shè)計(jì)已成為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、數(shù)字媒體技術(shù)等本科計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的一門重要的專業(yè)選修課程， 在教學(xué)計(jì)劃中占有重要地位。為了適應(yīng)時(shí)代和行業(yè)的新要求， 該課程打破基于學(xué)科邏輯的計(jì)算機(jī)理論教學(xué)方式， 嘗試以任務(wù)驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)向， 著力培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力[4]，提升學(xué)生就業(yè)能力。

1.3 目前教學(xué)存在的問題

近十幾年，各高校陸續(xù)開設(shè)了Java程序設(shè)計(jì)課程，目前該課程的教學(xué)主要存在以下幾個(gè)問題：

1）傳統(tǒng)式講授，學(xué)生接受較差

傳統(tǒng)教學(xué)方式通常是老師對各個(gè)知識(shí)點(diǎn)采用“理論講解+案例演示”，學(xué)生被動(dòng)接受。這種教學(xué)方式以理論教學(xué)為主，有部分實(shí)踐操作也僅局限于課堂案例或者相關(guān)練習(xí)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)操作，課堂氣氛不夠活躍，很難激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，教學(xué)效果不佳。

2）學(xué)習(xí)熱情常常是先高后低[3]

學(xué)生剛開始學(xué)習(xí)階段的學(xué)習(xí)興趣較高，大部分學(xué)生愿意參與到理論和實(shí)踐教學(xué)中來。但是，隨著課程知識(shí)點(diǎn)的復(fù)雜度和程序代碼量的增加，部分學(xué)生開始跟不上教學(xué)進(jìn)度，體現(xiàn)在：課堂上學(xué)生不愿意參與討論和互動(dòng);不能靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí);實(shí)驗(yàn)作業(yè)僅能完成講過的案例，對稍微變化或拓展的練習(xí)就無法下手。

3）學(xué)生的綜合實(shí)踐能力較差

學(xué)習(xí)過程是單一的知識(shí)點(diǎn)和相關(guān)簡單案例結(jié)合講解，雖然能讓學(xué)生理解單個(gè)知識(shí)點(diǎn)，但所學(xué)知識(shí)點(diǎn)比較孤立，各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間缺乏有機(jī)的融合，學(xué)生很難掌握章節(jié)之間和課程之間的關(guān)聯(lián)。并且前后所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)不能很好地銜接，涉及多知識(shí)點(diǎn)的綜合應(yīng)用就無從下手。

4）學(xué)習(xí)成就感較差

學(xué)生學(xué)完整門課程后，沒有綜合實(shí)踐能力，體會(huì)不到學(xué)習(xí)Java語言的作用，感覺只是多學(xué)了一門編程語言，成就感較差，也在一定程度上影響就業(yè)。

5）以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式的局限性

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式是以項(xiàng)目為主體的教學(xué)方式。該方式是讓學(xué)生參加真實(shí)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，在完成項(xiàng)目的過程中完成教學(xué)任務(wù)[5]。這種方式雖然能夠避免傳統(tǒng)農(nóng)教學(xué)模式的一些弊端，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升實(shí)踐能力，但是也有一定的局限性。項(xiàng)目往往不能包含全部的知識(shí)點(diǎn)，項(xiàng)目的分割和各個(gè)教學(xué)知識(shí)點(diǎn)不一定很好地銜接。

面向任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式更加注重理論到實(shí)踐的運(yùn)用，有助于改善理論與實(shí)踐之間的關(guān)系， 以項(xiàng)目為主線，以任務(wù)為紐帶密切聯(lián)系知識(shí)點(diǎn)，通過實(shí)踐訓(xùn)練提高理論水平，以理論知識(shí)指導(dǎo)實(shí)踐運(yùn)用，提升整體學(xué)習(xí)效果。

2 任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式是以項(xiàng)目和任務(wù)為核心，在教學(xué)過程中以具體項(xiàng)目為主線展開，把相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)融入各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中。在實(shí)際教學(xué)中，教師通過提出問題、分析問題，明確問題所涉及的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)，指導(dǎo)和督促學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)。把項(xiàng)目分解為一個(gè)個(gè)獨(dú)立的任務(wù)（按知識(shí)點(diǎn)分解，任務(wù)盡量以難易程度適中、容易實(shí)施來確定），以完成具體任務(wù)為目標(biāo)的教學(xué)過程。

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)方式把學(xué)生按大的項(xiàng)目分成若干小組，按文理科學(xué)生搭配，編程基礎(chǔ)好和基礎(chǔ)差的學(xué)生組合的方式分組，每個(gè)小組完成獨(dú)立的一個(gè)項(xiàng)目。教師將項(xiàng)目劃分為一個(gè)個(gè)任務(wù)（任務(wù)對應(yīng)理論知識(shí)點(diǎn)），每個(gè)小組的學(xué)生根據(jù)自身的特長合理分配任務(wù)，學(xué)生根據(jù)任務(wù)的需求來學(xué)習(xí)對應(yīng)的技能，由被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，從而調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣，發(fā)揮學(xué)習(xí)的積極性。在任務(wù)完成的過程中，既鍛煉了學(xué)生的自學(xué)能力，又培養(yǎng)了他們的動(dòng)手能力，還增強(qiáng)了大家的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

3 項(xiàng)目設(shè)計(jì)和任務(wù)劃分的原則[6]

采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方式時(shí)，項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和任務(wù)的劃分非常重要。一個(gè)好的項(xiàng)目設(shè)計(jì)需要涵蓋本課程的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)設(shè)置為一個(gè)任務(wù)，任務(wù)要難易結(jié)合，各個(gè)任務(wù)相互聯(lián)系又相對獨(dú)立，并且重點(diǎn)突出。任務(wù)把知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來，能構(gòu)成整個(gè)課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容，組成一個(gè)項(xiàng)目[6]。教師在組織和劃分任務(wù)的先后順序時(shí)需要考慮學(xué)生的理論基礎(chǔ)、動(dòng)手能力和學(xué)習(xí)能力，任務(wù)應(yīng)該從簡單到復(fù)雜自然過渡，中間要注意知識(shí)銜接。另外，選擇的項(xiàng)目應(yīng)當(dāng)業(yè)務(wù)簡單，對復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行適當(dāng)拆分，形成多個(gè)業(yè)務(wù)簡單的任務(wù)，便于理解;項(xiàng)目最好具備一定的趣味性，讓學(xué)生能在愉快的實(shí)踐過程中熟悉課程的理論知識(shí)。

4 任務(wù)驅(qū)動(dòng)法的教學(xué)過程設(shè)計(jì)

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)設(shè)計(jì)盡量與日常生活和學(xué)習(xí)相關(guān)，這里以 “學(xué)生信息管理系統(tǒng)”項(xiàng)目為例探討具體的教學(xué)實(shí)施方案。該課程的知識(shí)體系主要分為Java基礎(chǔ)知識(shí)（包括程序的基本結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)語法、基礎(chǔ)編程等），流程控制和數(shù)組，面向?qū)ο蟮木幊蹋ò惡蛯ο?，超類、子類和繼承性，包、訪問控制和接口），異常處理，多線程設(shè)計(jì)，輸入輸出流，GUI編程等。

每個(gè)教學(xué)階段的實(shí)踐任務(wù)如表1所示。

5 任務(wù)驅(qū)動(dòng)法在教學(xué)過程中的實(shí)施

Java語言主要分為基礎(chǔ)和提高兩部分進(jìn)行教學(xué)，每個(gè)部分按章節(jié)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分類，按知識(shí)點(diǎn)的粒度設(shè)置為大小不同的任務(wù)，將大任務(wù)進(jìn)一步拆分為適合教學(xué)的小任務(wù)。教師將每個(gè)小任務(wù)涉及的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解，并錄制成微課輔助學(xué)生學(xué)習(xí)。在任務(wù)的實(shí)施過程中，每個(gè)小組中編程能力強(qiáng)的學(xué)生可以幫助、帶動(dòng)能力較弱的組員。學(xué)生在實(shí)踐過程中，對不熟悉的知識(shí)點(diǎn)可以反復(fù)觀看相應(yīng)的微課進(jìn)行學(xué)習(xí)，下面對具體任務(wù)的實(shí)施進(jìn)行探討。

5.1 Java基礎(chǔ)知識(shí)部分

學(xué)習(xí)目標(biāo)是讓學(xué)生掌握J(rèn)ava語言的基本語法，包括基本數(shù)據(jù)類型、運(yùn)算符和表達(dá)式，流程控制語句和數(shù)組等內(nèi)容。教學(xué)實(shí)踐是引導(dǎo)學(xué)生完成學(xué)生成績的管理任務(wù)，包括搭建開發(fā)環(huán)境，編輯器的使用規(guī)范，學(xué)生成績的統(tǒng)計(jì)、排序、求平均分等實(shí)踐任務(wù)。

5.2 Java語言的提高部分

學(xué)習(xí)目標(biāo)是掌握面向?qū)ο蟮木幊蹋煜だ^承、多態(tài)、抽象類的使用，并掌握異常處理的方法以及多線程設(shè)計(jì)的思想。通過實(shí)現(xiàn)設(shè)定的任務(wù)來完成知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)。面向?qū)ο蟮木幊滩糠忠匀藛T信息管理和計(jì)算多邊形周長和面積兩個(gè)任務(wù)為主線進(jìn)行教學(xué)。

1）面向?qū)ο蟮木幊滩糠?/p>

面向?qū)ο蟮闹R(shí)是教學(xué)重點(diǎn)，以人員信息管理任務(wù)來完成以下知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)：類和對象的定義，包括類的成員變量和成員方法的定義、構(gòu)造方法的定義和方法的重載、訪問控制、類的封裝性和繼承等;以計(jì)算多邊形周長和面積的任務(wù)來完成抽象類及其繼承等知識(shí)點(diǎn)教學(xué)。

2）異常處理

在學(xué)生成績單任務(wù)中添加對除零、數(shù)組越界、類型轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤、文件IO錯(cuò)誤等情況的處理。通過幾個(gè)在實(shí)際生活中可能遇到的異常問題的處理，使學(xué)生了解異常處理的作用并掌握具體的處理方法。

3）多線程設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)提供多人進(jìn)行成績錄入和查詢的任務(wù)，該任務(wù)使用隊(duì)列進(jìn)行成績數(shù)據(jù)緩存，采用多線程技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的并發(fā)訪問;成績隊(duì)列成為臨界訪問資源，通過隊(duì)列鎖機(jī)制解決資源爭用問題。

4）輸入輸出流

設(shè)計(jì)實(shí)踐任務(wù)有：創(chuàng)建文件夾和文件，查詢文件屬性，將學(xué)生成績寫入文件中，并從文件中讀出成績數(shù)據(jù)等。

5）GUI編程

設(shè)計(jì)成績錄入和顯示成績列表的界面，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)界面的布局和設(shè)計(jì)，掌握Button 、Label、TextField等常用控件的使用。

6 教師和學(xué)生在任務(wù)實(shí)施過程中扮演的角色

6.1 教師教學(xué)指導(dǎo)

教學(xué)過程中，教師的作用主要是引導(dǎo)作用，介紹項(xiàng)目，劃分任務(wù)，講解和分析與任務(wù)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，指導(dǎo)學(xué)生從所學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際的任務(wù)中[7]。

6.2 學(xué)生實(shí)踐操作

學(xué)生實(shí)踐圍繞任務(wù)展開，首先是根據(jù)任務(wù)梳理需要的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)習(xí)和理解相關(guān)知識(shí)，通過對任務(wù)的理解、討論，完成任務(wù)的進(jìn)一步拆分。小組內(nèi)部討論形成實(shí)操方案，各成員按計(jì)劃分工，先對單一知識(shí)點(diǎn)的實(shí)踐作業(yè)進(jìn)行操作演練，再逐步將子任務(wù)進(jìn)行疊加、組合，形成較大的任務(wù)模塊，最終把課程學(xué)習(xí)中組員完成的一個(gè)個(gè)小任務(wù)串接起來形成一個(gè)完整的項(xiàng)目。

在各個(gè)任務(wù)階段，小組內(nèi)各個(gè)成員對完成的模塊相互測試，發(fā)現(xiàn)問題，提出改進(jìn)意見。每個(gè)成員接觸到的知識(shí)局限在子任務(wù)涉及的知識(shí)點(diǎn)，通過相互測試和修改，完成相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)和補(bǔ)充，達(dá)到全面學(xué)習(xí)的目的。

在任務(wù)實(shí)施的過程中，學(xué)生需要階段性匯報(bào)，總結(jié)任務(wù)實(shí)施情況，針對遇到的問題提出解決方案，記錄小組內(nèi)討論的過程，要求每個(gè)同學(xué)參與，輪流進(jìn)行匯報(bào)。

7 考核評價(jià)

考核評價(jià)[8]主要包括四個(gè)方面：

1）單一知識(shí)點(diǎn)的考核

針對每個(gè)小組中的每個(gè)成員，都需要完成對應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)編碼練習(xí)，教師根據(jù)學(xué)生提交的實(shí)踐作業(yè)，檢查任務(wù)中知識(shí)點(diǎn)的涵蓋情況，對知識(shí)的綜合運(yùn)用能力進(jìn)行評價(jià)。

2）任務(wù)完成情況考核

根據(jù)小組的分工，對每個(gè)任務(wù)的設(shè)計(jì)文檔和實(shí)現(xiàn)過程，以及軟件運(yùn)行情況進(jìn)行評價(jià)。檢查任務(wù)功能完成情況，并對源代碼進(jìn)行檢查，通過對軟件實(shí)現(xiàn)的算法思想，代碼書寫、程序注釋等編程規(guī)范性進(jìn)行評價(jià)。

3）團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力考核

考核學(xué)生在小組任務(wù)中對相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，了解學(xué)生在執(zhí)行任務(wù)過程的態(tài)度（積極性和認(rèn)真度）和完成質(zhì)量。結(jié)合學(xué)生對知識(shí)點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)技術(shù)細(xì)節(jié)的熟悉程度推斷學(xué)生在相應(yīng)任務(wù)中的參與程度，按學(xué)生參與程度越高則團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力越強(qiáng)進(jìn)行考核，并對小組成員間的合作和互助情況做出評價(jià)。避免出現(xiàn)小組少數(shù)同學(xué)包攬任務(wù)，部分成員不參與的情況。

4）小組綜合能力考核

項(xiàng)目完成后進(jìn)行答辯，每個(gè)小組需要對各自的項(xiàng)目進(jìn)行講解、運(yùn)行，對每部分功能的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行說明，回答教師和其他小組成員的質(zhì)詢和提問，最后做出綜合能力評價(jià);小組成員之間還要相互進(jìn)行評價(jià)。

對各個(gè)任務(wù)完成情況進(jìn)行考核的表格模板如表2所示：

8 結(jié)束語

以任務(wù)驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)向的Java程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)對傳統(tǒng)的教學(xué)方式進(jìn)行了改革，以教師的理論講解和課帶實(shí)驗(yàn)為主的教學(xué)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐匀蝿?wù)驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)向的教學(xué)方式，不僅調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，還增強(qiáng)了學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)、溝通能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。當(dāng)然這種教學(xué)模式不能一成不變，還應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的專業(yè)情況、學(xué)習(xí)能力進(jìn)行調(diào)整，在實(shí)踐過程中不斷改進(jìn)，努力將學(xué)生培養(yǎng)成為適應(yīng)社會(huì)需求的高素質(zhì)技能型人才。

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【通聯(lián)編輯：王力】