一套跨學期跨科目的JAVA程序設計與開發實驗教程設計與實踐探究

楊劍蘭，張淑梅

（1.昆明醫科大學海源學院文理系，云南昆明650106，2.云南達遠軟件有限公司，云南昆明 650101）

1 綜述

1.1 研究背景

昆明醫科大學海源學院信息管理與信息系統專業課程體系中，主干學科包括計算機科學與技術、管理學、運籌學、統計學，同時還設置了醫學基礎課程。

基于信息管理與信息系統本身涉及學科維度廣泛的特性，該專業更應當突出把學生具備多元的、靈活的知識能力，通過扎實的計算機運用技術，更為巧妙與創意地與不同工程領域進行結合，憑借計算機技術基礎、系統性思考以及高度參與設計實踐，來應對不斷更新變化的信息處理挑戰，為了具備上述競爭力，本文提出在專業學習過程中，應當注重培養以下三點：

1）從理論和實踐、算法與程序中把握較為廣泛的計算知識；2）能夠想出有效的方法解決問題；3）以解決問題為驅動的跨模塊運用能力得以訓練，替代舊有單純孤立割裂的理論與技術練習。

1.2 課程體系分析

參照2020年人才培養方案中信管專業課程設置，課程體系專業課由基礎課和專業課構成，課程學年分布如表1所示。

表1 各年級課程體系結構分布表

從課程分布可看出低年級時期數理基礎課密集，專業在設置課程體系時考慮到數理科目與高中時期數理課程的連貫性，因此將數理科目集中安排在低年級時期是較為合理的。并且數理基礎課程對專業領域問題如商務智能與決策分析問題、程序設計的算法問題等深入學習與研究提供支柱性作用，打好相關基礎尤為重要。但數理課程在教學中往往存在偏理論、欠缺實踐的問題導致學生學習動力不足，對數理基礎課學習認同感較低。因此，必須尋求一種方案能夠將數理基礎課程的實用性進行展現、提升學生學習數理基礎課程的興趣。

1.3 主要存在的問題

學生在專業基礎課如數據結構、概率論與數理統計等課程的學習中，不會主動意識到這些基礎課對于實際生產生活所發揮的科學指導意義，難以將相關編程知識或思維聯系其他學科；學科思維相互獨立，難以對已學知識進行橫向和縱向的遷移。

1.4 解決思路及實現目標

圍繞Java 程序設計與開發，從大一開始著手創建其他專業課程與編程的關聯實驗案例，使學生能夠及時地將所學習到的數理知識或管理流程知識運用于計算機程序自動求解，案例具備相當數量與規模后，可構建編程實驗教程，將其投入使用到教學過程中，從而突出各科目的緊密結合度、在知識上可將各科進行有效銜接，提升學生學習興趣與效能體驗。學生關聯思維與發散思維可在一定程度上得到提高，并在求解過程中得到及時的正面反饋鼓勵，增強學生對于自身能力的肯定，減少學生在面對就業問題的焦慮情緒[1]。

1.5 研究方法

1）搜集大一年級至大四年級的各科目教材，羅列核心知識點；

2）篩選出分布在不同學期的專業代表課程，分析其轉化為計算機程序的可行性以及與計算機程序關聯教學的意義；

3）劃定程序融入的課程，如數據結構、概率論與數理統計等；

4）確定融入角度、方式和案例，對問題的求解過程分別用理論知識與Java程序代碼進行實現。

2 具體問題的程序實現

為示范可行性，本文特別選取數據結構、概率論與數理統計兩門分布在大一與大二階段的課程進行知識點選取并轉換成實驗案例[2]。

2.1 大一階段

數據結構中最短路徑的程序化推算如下：

1)問題陳述

單源最短路徑算法——以Dijkstra 算法為例，從一個源點到其他各頂點的最短路徑問題稱為“單源最短路徑問題”[3]。Dijkstra 算法用于計算源點到除自身以外節點的最短距離。主要特點是以起始點（源點）為中心向外一層一層擴大范圍，結束條件為圖中無其他節點[3]。Dijkstra 算法在很多課程中有介紹，如離散數學、數據結構、運籌學等。

2）例題設計

例：求昆明市部分地鐵路線如圖1 中從A 頂點到其余頂點的最短路徑。

圖1 昆明市部分地鐵路線抽象圖

解：Dijkstra 算法核心思路為將具體問題抽象為有權無向圖，圖中所有節點按照“已求出”和“未求出”分為兩組，“已求出”組命名S，“未求出”組命名為U，更新距離時使用的距離為到源點的距離，即距離是遞增的。因此具體步驟為：①初始化；S集合包含源點x，U 包含除源點外的其他頂點，U 中頂點y 距鄰接節點距離為邊上的權重。通路形成條件為x 到y 有邊；②從U 中選擇一個距離x 最小的頂點y，把y 加入S 集合中。注意：距離是不斷累加的（因為所指距離表示為到源點的總距離）；③更新U集合中各頂點的距離，通過比較得出最短距離以及對應的頂點；④重復步驟②和③直到所有頂點都加入S中。

3）截取部分代碼如下

4）主要掌握的知識點

邏輯知識點：①初始化是起始點的最短距離0，其他點為無窮大；②注意被收錄點的距離；③距離的不斷累加；④時間復雜度O(n2)；⑤空間復雜度鄰接矩陣為O(n2)。2）程序語法知識點：①初始化階段中邊和頂點的初始化；②輸入格式的判斷；③Try-catch 語句的使用；④矩陣隊列圖的輸出格式；⑤Do-while 循環的使用；⑥數字和字符的提取。

2.2 大二階段

概率論和數理統計中抽球問題的程序化推算如下：

1）問題陳述

在古典概型中，對于概率的計算分為不同類型，可以直接計算概率的加法法則和乘法法則，全概率公式和貝葉斯公式等方法[4]。例如，將不同顏色的小球放置同一容器內，從中取出N 個小球，此類問題有典型意義，因為這可以代表工廠產品的檢驗問題、同類產品從不同工廠購置等問題，為方便統計將這類問題稱為抽球問題[4]。

2）例題設計

一個袋子中有10 個大小相同的球，白色的7 個，黑色的3個，抽取后放回，求（1）從袋子中抽取一個球，黑球的概率；（2）從袋子中任意取兩個球，剛好一黑一白的概率；（3）任取兩個球都是黑的概率。

3）截取部分代碼如下

4）主要掌握的知識點

3 結論與展望

3.1 結束語

在各類案例實現過程中不斷進行知識拓展以及解決方式的多元化，從而培養學生的發散思維、創新思維和獨立思維，有助于學生更加系統地理解和感悟知識。

3.2 未來展望

建設一套跨學期跨科目的程序設計與開發實驗教程，教程可綜合各門編程語言供學生做相關語法對比，并可將案例組合到微信小程序中供學生進行在線學習，其中一些問題可錄制微課進行更為生動的講解。同時，采用開源模式可不斷增加新的學科內容及解決方法，并且立足于專業特色、可以針對昆明醫科大學海源學院信息管理與信息系統專業的醫科背景，增加更多醫院醫療背景的案例。