以“建立面向對象思想”為中心的Java程序設計基礎課程教學改革探索

徐穎

摘 要： 本文針對Java程序設計基礎課程教學中存在的問題，提出了以“建立面向對象思想”為中心的課程教學改革方案，分別從教學內容、教學方法、教學運行組織和考核標準四方面進行改革探索，旨在培養學生面向對象的思維方式和扎實的基礎編程能力。實踐表明，改革對提高學生的Java應用能力起到了積極作用。

關鍵詞： 面向對象思想 課程教學改革 應用能力

一、引言

應用型本科計算機科學與技術專業軟件服務外包方向的教學目標之一是培養學生熟練的編程能力，而這種能力是建立在扎實的專業課學習的基礎上的。Java程序設計基礎作為該方向的專業基礎課，其作用舉足輕重。該課程設置主要是為激發學生編程興趣，建立面向對象的程序設計思路和編程思想，鍛煉獨立分析問題、解決問題的能力。實踐表明，構建清晰的面向對象程序設計思想是培養專業化編程素質的重要基礎。

本文根據軟件服務外包專業課程建設現狀，提出以“建立面向對象思想”為中心的Java程序設計基礎課程教學改革方案，對該課程的整個教學過程進行思考和探索。實踐表明，改革對學生建立面向對象思想和掌握扎實的專業基礎知識起到了積極作用。

二、目前教學中存在的主要問題

Java程序設計基礎作為軟件服務外包方向的專業基礎課，已在長期的教學實踐中積累了豐富的教學資源，取得了一定的教學成果。但不可否認，該課程在內容設置、理論和實踐教學過程中存在一些問題，具體表現如下。

1.課堂教學多以教師講授為主，教學方式單一，整體授課思路仍為面向過程的思想。

絕大多數Java教材以面向過程的思路編排和組織內容。教師重視學生對語法的理解和掌握，需要半學期的時間專門講授語法，程序的功能主要在主函數中完成，直到后半學期才開始講授面向對象思想。這樣導致學生在程序設計時重視模塊的功能實現、缺乏對類和對象的整體設計思路，仍是以面向過程的方法解決問題，不善于運用面向對象的思想思考和分析問題。

2.課外學習量嚴重不足。

在以往的教學環節中，設置了必要的實踐課作為提高學生實踐能力的手段，但僅僅完成實踐課的任務，對于學深、學精一門語言來說是遠遠不夠的。在布置和檢查學生課外學習任務方面，缺少必要和有效的方法手段，學生自主學習能力較弱。

3.Java課程群建設不完善，專業課之間的銜接不緊密。

在教學過程中發現很多學生能夠扎實地掌握單獨一門專業課，但在以后的新開課或綜合設計中卻力不從心，原因：一是大部分學生不注重平時知識的積累，處理問題不能靈活應用。二是在新課開設之前要經過漫長的假期，而學生對前一課程知識點的遺忘率很高，后續課程中又無法給予相應的教學安排和時間，這導致課程之間前后脫節，影響到學生應用能力的提高。

4.考核手段單一。

目前對學生的考核主要以期末成績和平時實踐表現為主，這就使考核的重點集中在檢測基礎語法知識和簡單算法等方面，忽視學生在自學能力、提出問題、獨立分析和解決問題、專業合作精神方面的考核，而這些綜合素質不論對后續課程的學習還是工作崗位實戰都是必不可少的，因此需要建立多層次、多方位的考核評價指標，從專業技能、綜合能力等多維度考核學生。

三、課程教學改革方案

本文從教學內容、教學方式方法、教學運行組織三方面進行教學改革探索。

1.教學內容。

Java程序設計基礎課程教學計劃為理論和實踐各32課時。在整個教學內容的組織上，將緊密圍繞以“建立面向對象思想”為中心的教學體系，具體課程教學內容安排如下。

（1）Java工作方式及運行環境。理論和實踐各2課時。主要對Java運行環境進行簡要介紹，講解環境變量的作用并能夠正確配置。使學生理解Java“一次編譯、到處運行”的工作特點。

（2）類的結構及特點。理論和實踐各4課時。根據現實生活中存在的事物引入對象的概念，再從具有相同或相似屬性的客觀對象中抽象出類別的概念，將其歸為一類來研究。使學生沿著從對象到類這樣直觀的感性認識建立對象和類的基本概念。再引導學生學習和思考Java語言是如何描述對象和類的。這樣可以使學生沿著從類到對象的理性分析進行類的設計，從而為學生搭建好Java編程的基礎結構。

（3）程序的三大結構。理論和實踐各20課時。在順序、選擇和循環結構的講授中，傳統的編程方式是將代碼放在主函數中，其體現的是面向過程的編程思路，不利于學生面向對象編程思想的培養。因此，對三大結構的講授，在注重語法細節的同時，重點是將面向對象的思想滲透于三種結構中。針對實際案例，首先要引導學生進行類的設計，分析成員變量的構成和方法的功能，再實現具體的邏輯功能。這樣，通過大量的案例分析、課堂討論和課下練習，使學生能夠透徹理解并正確運用面向對象思想分析和解決問題。

（4）Java常用類的使用。理論和實踐各6課時。介紹簡單而實用的常用類。使學生能夠使用JDK幫助文件實現較復雜的程序功能，從中學習和欣賞Java專家設計和編寫類的思路和技術，提高面向對象的編程能力。

2.教學方式方法。

良好的教學方式方法會強化教學效果，提高教學質量[1]。因此，針對不同的教學內容并結合學生實際情況，所采用的教學方法應豐富多彩，不拘一格。

在教師講授環節以案例分析式授課方法為主，教師要根據授課內容，精心設計趣味案例，再根據本堂課知識的特點，輔助以任務驅動式和實物類比化等授課方法。盡量將抽象的概念轉化為易于學生聯想和對比的事物，強化理解。

課堂討論是對傳統理論教學的有效補充，是促進學生主動學習的有效手段[2][3]。在討論課上，以問題導向式和小組討論式方法為主。教師需要精心設計問題，確保題目難易適中，激發學生興趣。預設的問題深入淺出，使知識點新穎別致。對于較大的問題，可以引導學生將其拆分為小問題，再逐一攻破。課堂上適時將問題拋給學生，將題目及相關背景描述清楚，給學生適量的討論時間。討論結束后每組提交算法思路或解題方案，再由教師進行總結，對積極思考和有創新點的學生給予肯定和鼓勵。學生在獨立思考問題的基礎上獲得新知識，必然會加深理解，從中體會到解決問題帶來的喜悅，進而提高學習的主動性。

Java程序設計基礎課程的實踐環節分為兩方面：一是課堂實踐，即和每次理論教學相配套的上機訓練。目的是通過有針對性的練習，鞏固和加深對所學理論知識的理解。二是項目實踐，是對所學知識的綜合訓練。目的是通過完成一個完整的小型項目，使學生全面掌握類的設計，理清類之間的關系，能夠靈活應用所學知識。

3.教學運行組織

針對不同特點的教學情景，采取配套的組織方式，具體實施辦法如下。

（1）課堂講授。對于具體的知識點或語法的講授，可以采用任務驅動和案例分析方法。由教師提出任務或案例，可以先采用非編程方式解決，再引入Java中解決此問題的新知識點，進行剖析后解決問題，使學生體會Java語言在解決此類問題中的優勢，這樣不僅使學生初步掌握了具體知識，還對知識的應用環境有所了解。比如講解靜態變量的特點時，可以提出一個分蘋果的游戲，假設人民公社擁有若干蘋果，個人有一些蘋果，給定蘋果的分配規則后，個人要依據分配規則決定是交出自己的一些蘋果給公社或是從公社中獲取蘋果。在準確描述游戲后，啟發學生思考能否利用已學知識同時表示公社蘋果數和個人蘋果數，從而引入靜態變量的概念。另外，在講授過程中，教師可故意設置一些錯誤，引導學生發現和糾正，使學生在錯誤中學習、成長。

對于面向對象思想和應用的講授，可以采用實物類比化方法。任何事物都是對象，面向對象的思想從現實生活中來，在講授時要回到現實事物中去，這樣可加深學生的理解。例如在講授類的設計、對象的創建和對象的使用時，可以類比汽車圖紙（類的設計）、寶馬汽車（創建對象）、寶馬加速減速暫停（對象的使用），類比語文中“主、謂、賓”的句子結構。只是在Java中將對象作為主語、函數作為謂語、函數參數作為賓語，引導學生將日常思維通過編程語言來表達，比如“寶馬要加速”這句話，用Java編程實現就是寶馬對象調用加速方法，結果是修改寶馬的成員變量：速度。這樣可以使學生體會到Java的生動性和實用性，而并非枯燥難懂，從而提高學習興趣。

（2）課堂討論。在以小組討論或學生演講為主的課程教學環節，主要采用問題導向式方法。一學期安排至少5次的討論和演講教學。討論或演講內容包括：①現實中的事物到程序中類的轉化思路。②具有選擇結構和循環結構的問題特征及相關算法討論。③實際問題中的對象狀態變化展示（學生演示為主）。④學生成績管理系統設計思路。⑤現實生活中的各種異常和處理方法。所討論問題沒有標準答案，多以面向對象思想分析問題構成和描述解決思路。比如學生成績管理系統的設計，討論過程中要求學生詳細描述需要設計哪些類，每個類的作用，具體用到的成員變量和成員方法的解釋說明，討論或演講時間控制在20分鐘。在討論過程中，要求學生及時記錄分析思路、過程收獲，最后以報告形式提交。教師要認真批閱學生的過程報告，對其中獨特的解決思路給予表揚，對分析能力逐漸增強、表達日益通順的學生給予充分肯定，開發學生的學習潛能。

（3）實踐環節。CDIO教育理念倡導“做中學”，讓學生以主動的、實踐的方式學習工程[4]。本課程在整個實踐教學的各個環節以此為導向，切實提高學生的動手能力和應用能力。

在課堂實踐環節中，教師要選定合適的練習題目，這些題目不僅要起到鞏固、熟練基礎知識的作用，更重要的是要啟發學生思考，使學生通過模擬、類比等多種方式主動學習，盡量從自己理解的角度說明一些基本概念的作用，而非只是重復書中給出的定義，力求使學生給出的答案是經過自身思考并總結的結果。例如定義一個變量存儲百分制數學成績，要求變量占用盡量少的內存空間，該變量定義成何種數據類型。列舉現實生活中具有選擇結構、循環結構特征的問題。對于一些實際問題，需要逐步引導學生分步解決。例如對于實現“統計一行字符串中有多少個單詞，每個單詞之間用空格分隔”這個功能，需要提示學生設置一個計數器來統計單詞個數，初值為0。遍歷該字符串的每個字符，當遇到新單詞的首字母時，計數器加1。再啟發學生將字符串中的所有字符分為三類，要求學生用自然語言描述出三類字符的各自特征及對每類字符所作的處理，直到講授完循環結構，要求學生編程實現此功能。另外，教師可鼓勵學生自己提出練習題目，將常見的數學問題通過計算機算法解決，并將部分優秀的習題提供給其他學生分享。

項目實踐在學期末進行。以小組的形式完成整個項目，每組4人，項目題目要由所有組員反復討論，保證題目的實用性，確保實踐內容能夠涵蓋所有重要知識點。題目最終要經過指導教師的審核。在實訓過程中各位組員合理分工，分別完成對項目的需求分析、模塊功能劃分、類的設計及算法實現。指導教師要定期參與其中，提供必要的指導和交流，檢查項目進度。實訓結束后，要求每組提交項目代碼，個人總結一篇，小組報告一篇，并進行小組答辯。由指導教師評定并給出改進意見。

（4）課外學習。

愛因斯坦說：“人的差異在于業余時間。”強化課外學習是鞏固專業知識的必然途徑[5]。課堂教學只能使學生對專業知識有基本的了解，如果想要將編程語言學深、學透，則大量的工夫要花在課下。針對課程特點和本專業學生的實際情況，必須增大學生課外學習量。課外學習可以通過課程網站、習題集和項目作業來實施。教師在Java精品課程網站上建立Java學習的相關視頻、Java語言發展的歷史和逸事、歷年Java等級考試的相關資料和學生大作業作品展示，通過這個平臺，學生既可以及時獲得Java學習的相關資料，又可以共享和學習其他同學的作品成果，進而提高學習興趣。在每個學習階段，教師需要布置和所學內容相對應的課后習題和項目作業，要求學生給出項目實現思路、實現過程和收獲體會，記錄項目完成時間。在方式上，可以采用個人獨立完成或小組合作的形式。通過學習課程網站和完成項目作業，并進行有效考核，必將能夠使學生的課外學習量大大增加。

（5）課程銜接。強化課程之間的鏈接機制，進一步改進實踐環節。針對學生在跨假期的課程之間知識點容易遺忘的特點，可以在假期中開展一定的實踐項目，加強課程之間的鏈接。以Java程序設計基礎及其后續課程Java面向對象編程為例，可以在前序課程結束時布置假期實踐作業，作業內容不僅包括類的設計，而且包括部分面向對象的高級應用，這樣學生在假期中不僅復習和鍛煉了前序課程的重要知識點，而且預習了后續課程，對后續課程的基本輪廓有所了解，更好地學習后續課程。

四、課程考核方案

課程考核成績=期末成績（40%）+平時成績（60%）。期末考試采取閉卷筆試的方式，主要考查學生對基本知識點的掌握和面向對象編程思想的建立。平時成績由四部分構成：一是上機課作業完成情況，體現了學生的基礎實踐能力，考核分為優、良、可、差四個等級，上機課作業完成情況占總考核成績的20%。二是項目實踐完成情況，體現了學生對Java語言的綜合應用能力。首先由教師給出總分，然后采取小組成員自評或互評的方式，由組長分配每位成員的具體得分。考核分為優、良、可、差四個等級。項目完成情況占總考核成績的20%。三是課堂討論和項目演講，考核指標主要分為設計思想、類的描述、編程實現、表達技能、團隊合作五大方面，分為優、良、可、差四個等級。課堂討論和演講占總考核成績的10%。四是課外資源利用率和課外作業完成情況，反映了學生的自學水平和報告寫作能力。需要考核每位學生對精品課程網站的瀏覽次數和利用率，課外作業報告的完成質量。考核分為優、良、可、差四個等級。本項考核占總考核成績的10%。

五、結語

本文通過探索多樣的課程教學方式方法，布置課外和假期實踐項目，建立多維的考核體系，旨在提高教學質量，使學生建立面向對象的編程思路，靈活設計類和使用對象解決簡單的實際問題，進而增強成就感和自信心，在良性循環中提高自主學習能力。

參考文獻：

[1]王文冰，李輝.以實例貫穿課堂的面向對象程序設計課程教學改革.計算機教育，2011（1）.

[2]湯亞玲，秦峰.面向對象程序設計課程教學探究.安徽工業大學學報（社會科學版），2008（25）：6.

[3]梁婷婷.面向對象程序設計高效課堂的探索與實踐.廣西民族師范學院學報，2013（30）：3.

[4]張樺，溫顯斌，王勁松.基于CDIO模式的計算機專業教學改革.計算機教育，2010（6）.

[5]張劍波，王婷.面向對象程序設計課程教學改革與實踐.黑龍江教育，2008（11）.

基金項目：寧波大紅鷹學院教改項目，“以‘建立面向對象思想為中心的Java程序設計基礎課程教學改革”。