面向大數(shù)據(jù)專業(yè)的Java課程改革研究

霍瑛 彭煥峰

摘 要：隨著信息技術(shù)的發(fā)展，各校相繼開設(shè)數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)專業(yè)以緩解大數(shù)據(jù)人才短缺問題。為了提高Java課程與大數(shù)據(jù)專業(yè)的契合度，面向大數(shù)據(jù)專業(yè)開展Java程序設(shè)計教學改革研究。在教學內(nèi)容上，將大數(shù)據(jù)前沿知識適當穿插于課程教學中進行講解與分析，并通過延伸實驗項目，訓練學生分析與解決問題的能力;在教學方式上，利用視頻資源探索應(yīng)用混合式學習方式，并設(shè)置累加式實驗項目以提高學生學習興趣。通過課程改革，可為后續(xù)大數(shù)據(jù)專業(yè)課程學習奠定良好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù);Java;課程改革;教學方式

DOI：10. 11907/rjdk. 182253

中圖分類號：G433文獻標識碼：A文章編號：1672-7800（2019）003-0204-02

0 引言

隨著云計算、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)的飛速發(fā)展，以及各行業(yè)對大數(shù)據(jù)分析、挖掘與應(yīng)用需求的大幅增長，導致熟練掌握大數(shù)據(jù)技術(shù)的高校畢業(yè)生在人才市場上嚴重短缺。各地高校也競相布局大數(shù)據(jù)相關(guān)專業(yè)，培養(yǎng)大數(shù)據(jù)人才[1-2]。2016年，教育部批準北京大學等3所高校開設(shè)“數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)專業(yè)”，2017年又有32所高校獲批，截至2018年，獲批的高校多達248所[3]。在此背景下，針對大數(shù)據(jù)相關(guān)課程體系建設(shè)與改革的研究顯得尤為重要[4-5]。

在各高校開設(shè)的大數(shù)據(jù)專業(yè)課程中，幾乎都將《Java程序設(shè)計》作為基礎(chǔ)核心課程[6-7]，主要原因在于：首先，從大環(huán)境來看，Java作為世界上應(yīng)用最廣泛的計算機編程語言之一，已形成強大的開源社區(qū)與眾多成熟的解決方案，學生具備一定的Java開發(fā)能力能夠有效提高自身的就業(yè)競爭力;其次，從Java本身特性來看，Java語言具有簡單、面向?qū)ο蟆⒎植际健⒔研浴踩浴⑵脚_獨立與可移植性、多線程、動態(tài)性等特點，能夠滿足大數(shù)據(jù)專業(yè)對學生編程基本素質(zhì)的要求;更重要的是，大數(shù)據(jù)典型框架如Hadoop[8]、Map-Reduce[9]、Spark[10]、Storm[11]等，大多采用開源Java語言編寫而成，因此學習Java語言在大數(shù)據(jù)開發(fā)方面具有獨特優(yōu)勢。

《Java程序設(shè)計》課程一般在大二開設(shè)，通過先行課程《C程序設(shè)計語言》的學習，學生已掌握面向過程程序設(shè)計的基本方法和技巧，能夠獨立編寫較為簡單的程序[12]。Java課程的授課內(nèi)容主要為Java SE（Standard Edition，標準版），包括類的概念性質(zhì)、接口、異常處理等基本語法成分，以及圖形用戶界面、線程、流、文件操作、網(wǎng)絡(luò)通信等實用技術(shù)[13]。課程內(nèi)容設(shè)置與大數(shù)據(jù)聯(lián)系并不緊密，僅講授這些基本理論規(guī)則并不能使學生充分了解大數(shù)據(jù)框架，不利于學生對大數(shù)據(jù)后續(xù)專業(yè)課程的學習[14]。

此外，在授課過程中的一大難題是學生面向過程的思維習慣難以轉(zhuǎn)換為面向?qū)ο蟮乃季S習慣[15]。在銀行賬戶類實驗中，多數(shù)學生仍習慣于將靜態(tài)方法定義于一個類中，無法很好地掌握面向?qū)ο缶幊陶Z言的基本特征及概念，導致遇到具體問題時，無法靈活應(yīng)用繼承、多態(tài)等面向?qū)ο筇匦裕帉懘a的可復(fù)用性與可擴展性差。此外，該課程概念多、綜合性與應(yīng)用性強、掌握難度大也是導致教學效果不佳的主要原因之一[16-17]。

因此，如何在《Java程序設(shè)計》課程的教學工作中兼顧基礎(chǔ)知識與學科前沿，以及理論與實踐，是教學改革研究中的重點問題。本文將從教學內(nèi)容創(chuàng)新與教學方式改革兩方面，對面向大數(shù)據(jù)專業(yè)的《Java程序設(shè)計》課程改革進行闡述。

1 教學內(nèi)容創(chuàng)新

根據(jù)學生的認知水平、學習能力、自身素質(zhì)及學習目標選擇合適的教學內(nèi)容，對于課程教學至關(guān)重要。大數(shù)據(jù)專業(yè)的學生除需要學習Java SE基礎(chǔ)外，也應(yīng)對Java Web以及典型框架有所了解，從而為后續(xù)學習大數(shù)據(jù)框架搭建奠定基礎(chǔ)。但《Java程序設(shè)計》課程的授課對象為大二學生，其僅有C/C++的基礎(chǔ)，而在48學時的理論課程中需要講授Java SE的語言基礎(chǔ)、類的封裝繼承多態(tài)、接口、異常處理、圖形用戶界面、多線程、輸入/輸出流，以及網(wǎng)絡(luò)通信等大量教學內(nèi)容，并輔以16個實驗學時對理論知識進行鞏固。目前很多學生已感覺課業(yè)負擔十分繁重，若增加過多新內(nèi)容將更難以適應(yīng)。因此，在總課時不變的情況下，可將已有教學內(nèi)容與大數(shù)據(jù)相關(guān)領(lǐng)域知識進行有機結(jié)合，將學科前沿知識適當穿插于教學內(nèi)容中進行講解與分析。

（1）介紹大數(shù)據(jù)框架相關(guān)知識，啟發(fā)學生思維。在講解完基礎(chǔ)教學內(nèi)容之后，拓展介紹與之相關(guān)的大數(shù)據(jù)技術(shù)。例如，在講解輸入/輸出字節(jié)流和字符流操作的基礎(chǔ)上，可將教學內(nèi)容進一步引申到大數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)的處理模式及典型框架，介紹批處理和流處理模式的基本原理、優(yōu)勢與局限、適用場景，以及典型的批處理框架Apache Hadoop與流處理框架Apache Storm。通過該方式可深化學生對基礎(chǔ)知識及大數(shù)據(jù)相關(guān)問題的理解。

（2）延伸實驗項目，訓練學生解決問題的能力。將已有實驗項目向大數(shù)據(jù)領(lǐng)域延伸，在鞏固Java SE知識的同時，訓練學生分析與解決問題的能力。例如Java網(wǎng)絡(luò)通信章節(jié)布置了通過URL訪問網(wǎng)絡(luò)資源的實驗課題，通過URL獲得網(wǎng)頁源碼，對網(wǎng)頁上的數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換以獲得需要的數(shù)據(jù)。對于大數(shù)據(jù)專業(yè)的學生，通過延伸實驗項目，在獲取單頁面或多頁面數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，選擇合適的方法進行分析并獲取信息。例如對淘寶頁面的分析，可通過分析商品好評度，或?qū)煞N商品進行全方位比較，進而分析其商業(yè)模式演化[18]與營銷策略[19]等。通過延伸實驗項目的訓練，可促進學生在學習數(shù)據(jù)分析方法之前首先進行發(fā)散性思考，以提高學生解決問題的能力與對專業(yè)的認同感。

2 教學方式改革

在教學內(nèi)容創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，對教學方式進行改革也是教學工作的一個重要內(nèi)容。在課程教學過程中，采用科學、合理的教學方式，與營造良好的課堂氛圍、有效傳達教學內(nèi)容、提升學生專注度等有著密不可分的關(guān)系。因此，為達到更好的教學效果，從以下方面進行教學方式改革：