JAVA面向?qū)ο蠼虒W(xué)思想及教學(xué)方法的研究

摘要：面向?qū)ο笏枷氲睦斫夂驼莆眨敲嫦驅(qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的關(guān)鍵，JAVA教學(xué)中學(xué)生往往由于不理解類的構(gòu)造機(jī)制編程中對(duì)封裝的公有，私有成員不能合理運(yùn)用，造成在繼承和訪問(wèn)上的錯(cuò)誤，極大地打擊了學(xué)生編程的積極性，該文介紹了JAVA面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的基本特點(diǎn)，并對(duì)教學(xué)途徑和教學(xué)方法進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：JAVA；面向?qū)ο螅怀绦蛟O(shè)計(jì)；教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2011)04-0956-02

在軟件開(kāi)發(fā)的課程體系當(dāng)中，面向?qū)ο笫且婚T非常重要的專業(yè)課程，對(duì)這門課程的掌握和理解將對(duì)學(xué)生的編程能力和問(wèn)題分析能力有著深遠(yuǎn)的影響。面向?qū)ο蠼虒W(xué)目標(biāo)不僅要培養(yǎng)學(xué)生縝密的邏輯思維和數(shù)據(jù)抽象能力，而且要培養(yǎng)學(xué)生在軟件設(shè)計(jì)領(lǐng)域科學(xué)的思維方式， 能夠在實(shí)踐和工程實(shí)際中靈活地加以應(yīng)用。不斷改進(jìn)面向?qū)ο蟮慕虒W(xué)方法， 提高課程的教學(xué)質(zhì)量是培養(yǎng)高素質(zhì)軟件人才的迫切要求。

1 面向?qū)ο蠹夹g(shù)的概念

面向?qū)ο?Object Oriented，OO)是當(dāng)前計(jì)算機(jī)界關(guān)心的重點(diǎn)，它是90年代軟件開(kāi)發(fā)方法的主流。面向?qū)ο蟮母拍詈蛻?yīng)用已超越了程序設(shè)計(jì)和軟件開(kāi)發(fā)，擴(kuò)展到很寬的范圍。如數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、交互式界面、應(yīng)用結(jié)構(gòu)、應(yīng)用平臺(tái)、分布式系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理結(jié)構(gòu)、CAD技術(shù)、人工智能等領(lǐng)域。

“面向?qū)ο蟆奔夹g(shù)是盡可能模擬人類的思維方式習(xí)慣，即問(wèn)題域與求解域在結(jié)構(gòu)上盡可能一致。與傳統(tǒng)方法相反，“ 面向?qū)ο蟆?方法以數(shù)據(jù)或信息為主線，把數(shù)據(jù)和處理結(jié)合構(gòu)成統(tǒng)一體— — 對(duì)象。順應(yīng)人類思維習(xí)慣，讓軟件開(kāi)發(fā)人員在解空間中直接模擬問(wèn)題空間中的對(duì)象及其行為。“ 面向?qū)ο蟆?技術(shù)能有效地改善軟件結(jié)構(gòu)(模塊化與封裝) ，提高軟件靈活性;支持軟件重用;支持增量式開(kāi)發(fā);支持大型復(fù)雜軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。

對(duì)象具有如下特點(diǎn): ①以數(shù)據(jù)為中心 ，不涉及與數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)的操作; ②對(duì)象主動(dòng)處理而不是被動(dòng)地等待被處理，外部只能通過(guò)消息請(qǐng)求操作; ③具有黑盒性:外部操作時(shí) ，無(wú)須知道該對(duì)象內(nèi)部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及算法;④具有并行性:不同對(duì)象各自獨(dú)立地處理自身數(shù)據(jù) ，彼此間僅通過(guò)傳遞消息完成通信; ⑤模塊獨(dú)立性好:內(nèi)聚強(qiáng)、耦合松。

2 面向?qū)ο蠼虒W(xué)方法分析

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)是高校計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門主干課程，但是由于學(xué)生長(zhǎng)久以來(lái)對(duì)面向過(guò)程開(kāi)發(fā)思想的依賴，導(dǎo)致在理解面向?qū)ο蟾拍畹臅r(shí)候很難改變思維方式，不能很好的理解面向?qū)ο蟮乃枷耄绾卧O(shè)計(jì)科學(xué)的教學(xué)理念\"通過(guò)合適的教學(xué)方式傳達(dá)教育信息\"成為面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)教師的當(dāng)務(wù)之急。筆者根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)以舉例法使抽象的思想轉(zhuǎn)化為實(shí)際生活中的例子，減輕學(xué)生的理解負(fù)擔(dān)，達(dá)到較好的教學(xué)目的。

2.1 面向?qū)ο缶幊趟枷氲睦斫?/p>

面向?qū)ο缶幊趟枷氲谋举|(zhì)，就是使用軟件技術(shù)來(lái)模擬現(xiàn)實(shí)生活中的具體事件，理解面向?qū)ο缶幊趟枷氲年P(guān)鍵就是理解對(duì)象的定義以及類和對(duì)象之間的關(guān)系，在面向?qū)ο笳Z(yǔ)言JAVA的經(jīng)典教材《Think in JAVA》中有一句經(jīng)典的定義Everything Is an Object(Thinking in Java) ，圖1用來(lái)讓學(xué)生理解對(duì)象的由來(lái)，即對(duì)象是從現(xiàn)實(shí)世界中的事物抽象而來(lái)。

由圖1可以得出，面向?qū)ο蟮乃枷刖褪前熏F(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體，通過(guò)映射的方式轉(zhuǎn)換到計(jì)算機(jī)世界中來(lái)，并且用類來(lái)描述實(shí)體的行為和屬性。

2.2 類與對(duì)象之間的關(guān)系

類是一個(gè)抽象的概念，而對(duì)象是具體的，比如說(shuō)車是一個(gè)類的話，張三的那輛奔馳車就是車這個(gè)類的一個(gè)實(shí)例，動(dòng)物是一個(gè)類的話，李四的家養(yǎng)的那只貓就是動(dòng)物類的一個(gè)對(duì)象實(shí)例。人類就是一個(gè)類，這個(gè)類包含了所有人的共同屬性，像有四肢，有名字，會(huì)說(shuō)話等等。而實(shí)例就是這個(gè)人類的具體實(shí)現(xiàn)，比如叫張三的這個(gè)人就是人類的一個(gè)實(shí)例，張三有著人類的所有屬性。張三是人類的一個(gè)實(shí)例，同樣李四也是人類的一個(gè)實(shí)例，但是張三和李四是不同的，因?yàn)樗麄兪侨祟惖膬蓚€(gè)不同的實(shí)例。一個(gè)對(duì)象是類的一個(gè)實(shí)例，它具有確定的屬性，如張三(人的實(shí)例)身高180，體重70公斤，大學(xué)本科，男，21歲，漢族。

人類只有一個(gè)，人類的實(shí)例可以有包含無(wú)數(shù)個(gè)。此外，對(duì)象可以被創(chuàng)建和銷毀，但類是無(wú)所不在的，通以上的舉例可以讓學(xué)生理解，類是對(duì)一系列具有相似屬性和行為的事物的定義，類只存在于概念當(dāng)中，而對(duì)象則是根據(jù)類而定義出來(lái)的事物，對(duì)象與現(xiàn)實(shí)世界中的事物是一一對(duì)應(yīng)的。

2.3 類的封裝

對(duì)象的獨(dú)立性是通過(guò)封裝實(shí)現(xiàn)的，這是指將抽象得到的數(shù)據(jù)成員和代碼成員相結(jié)合，形成一個(gè)統(tǒng)一的有機(jī)整體，也就是說(shuō)，將數(shù)據(jù)與操作數(shù)據(jù)的行為進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合、統(tǒng)一。

通過(guò)封裝，一部分成員作為類與外部的接口，其他成員則被很好地隱蔽起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)訪問(wèn)權(quán)限的合理控制，使程序中不同部分之間的相互影響減小到最低。這樣可以達(dá)到增強(qiáng)安全性和簡(jiǎn)化程序編寫(xiě)工作的目的。

以Java語(yǔ)言舉例，Java的訪問(wèn)控制關(guān)鍵字由三個(gè)，分別是public、protected、private。

當(dāng)學(xué)生第一次了解對(duì)這三個(gè)名詞時(shí)往往不知它代表什么意思，可以通過(guò)舉例的方式讓學(xué)生理解，圖2用來(lái)理解訪問(wèn)控制關(guān)鍵之的使用。

如圖所示，公園代表的是public，公園是一個(gè)公共的場(chǎng)所，它沒(méi)有訪問(wèn)限制，任何人都可以自由的進(jìn)入，所以，它的訪問(wèn)級(jí)別是最低的，私人空間代表的是private，正如它的名字一樣，除了本人不允許其他人進(jìn)入，它的訪問(wèn)級(jí)別是最高的，而學(xué)校則是一個(gè)很特殊的地方，它對(duì)一部分人開(kāi)放，比如學(xué)生，但是不允許非學(xué)生以外的人進(jìn)入，換句話說(shuō)它是一個(gè)半公開(kāi)的場(chǎng)所，對(duì)它的訪問(wèn)是有限制的，它的訪問(wèn)級(jí)別介于public和private之間。

2.4 類的繼承

繼承是使用已存在的類的定義作為基礎(chǔ)建立新類的技術(shù)，新類的定義可以增加新的數(shù)據(jù)或新的功能，也可以用父類的功能，但不能選擇性地繼承父類。這種技術(shù)使得復(fù)用以前的代碼非常容易，能夠大大縮短開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)費(fèi)用。比如可以先定義一個(gè)類叫車，車有以下屬性：車體大小，顏色，方向盤，論壇，而又由車這個(gè)類派生出轎車和卡車兩個(gè)類，為轎車添加一個(gè)小后備箱，而為卡車添加一個(gè)大貨箱。

繼承所表達(dá)的就是一種對(duì)象類之間的相交關(guān)系，它使得某類對(duì)象可以繼承另外一類對(duì)象的數(shù)據(jù)成員和成員方法。若類B繼承類A，則屬于B的對(duì)象便具有類A的全部或部分性質(zhì)(數(shù)據(jù)屬性)和功能(操作)，我們稱被繼承的類A為基類、父類或超類，而稱繼承類B為A的派生類或子類。

在繼承中有兩個(gè)關(guān)鍵字會(huì)使學(xué)生經(jīng)常產(chǎn)生疑問(wèn)，它們分別是this和super，同樣也可以通過(guò)舉例的方式來(lái)對(duì)學(xué)生解釋，假設(shè)有一座寺廟，廟里有一個(gè)和尚叫做 “悟能”，廟里的其他人都清楚他的姓名，大家過(guò)的相安無(wú)事，突然有一天，廟里來(lái)了一個(gè)游訪僧人，他的名字也叫做“悟能”，這樣的話打亂了原來(lái)的平靜，大家為了區(qū)分這兩個(gè)“悟能”，只好用“我們廟里的悟能”來(lái)稱呼原來(lái)寺廟里的“悟能”，在面向?qū)ο笾校覀兙涂梢允褂猛瑯拥脑韥?lái)區(qū)分類內(nèi)部的屬性和類外部傳遞的參數(shù)，“我們廟里的”就可以用關(guān)鍵字this代替。

super關(guān)鍵字則可以通過(guò)兩方面來(lái)理解，super()的方式，代表子類調(diào)用父類的構(gòu)造函數(shù)，來(lái)初始化由父類繼承下來(lái)的屬性，super.xxx的方式代表子類調(diào)用父類中的屬性或者方法來(lái)完善子類的操作，其中要注意的是如果父類的屬性和方法想被子類所調(diào)用，那么這些屬性和方法不能被定義為private。

2.5 多態(tài)的理解

多態(tài)性是指允許不同類的對(duì)象對(duì)同一消息作出響應(yīng)。多態(tài)性包括參數(shù)化多態(tài)性和包含多態(tài)性。多態(tài)性語(yǔ)言具有靈活、抽象、行為共享、代碼共享的優(yōu)勢(shì)，很好的解決了應(yīng)用程序函數(shù)同名問(wèn)題。

多態(tài)有兩種表現(xiàn)形式：重載和覆蓋，首先重載（overload），是發(fā)生在同一類中。與父類子類、繼承毫無(wú)關(guān)系。

標(biāo)識(shí)一個(gè)函數(shù)除了函數(shù)名外，還有函數(shù)的參數(shù)（個(gè)數(shù)和類型）。也就是說(shuō)，一個(gè)類中可以有兩個(gè)或更多的函數(shù)，叫同一個(gè)名字而他們的參數(shù)不同。

其次覆蓋(override)，是發(fā)生在子類中，也就是說(shuō)必須有繼承的情況下才有覆蓋發(fā)生。

我們知道繼承一個(gè)類，也就有了父類了全部方法，如果你感到哪個(gè)方法功能要變，那就把那個(gè)函數(shù)在子類中重新實(shí)現(xiàn)一遍。

這樣再調(diào)用這個(gè)方法的時(shí)候，就是執(zhí)行子類中的過(guò)程了。父類中的函數(shù)就被覆蓋了。（當(dāng)然，覆蓋的時(shí)候函數(shù)名和參數(shù)要和父類中完全一樣，不然你的方法對(duì)父類中的方法就不起任何作用，因?yàn)閮烧呤莾蓚€(gè)函數(shù)，毫不關(guān)系）。

3 總結(jié)

在JAVA面向?qū)ο蠼虒W(xué)過(guò)程中，需要讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)的目的，學(xué)習(xí)java不是僅僅學(xué)習(xí)軟件開(kāi)發(fā)的方式，更重要的是要理解通過(guò)java語(yǔ)言而體現(xiàn)出來(lái)的面向?qū)ο蟮乃枷耄斫獾氖且环N全新的開(kāi)發(fā)模式。

例如，舉例求解矩形的面積和周長(zhǎng)，在傳統(tǒng)的C語(yǔ)言中，我們要關(guān)心的是兩個(gè)函數(shù)以及調(diào)用函數(shù)時(shí)所需要的參數(shù)，求解這個(gè)問(wèn)題使用到的函數(shù)是求周長(zhǎng)和求面積，參數(shù)是矩形的長(zhǎng)和寬，這樣的分析方式是面向過(guò)程的，我們的解決方案一般都是順序類型的，第一步需要做什么，第二步需要做什么等等。

如果使用JAVA這樣的面向?qū)ο笳Z(yǔ)言做開(kāi)發(fā)，那么我們的關(guān)注點(diǎn)就發(fā)生了很大的變化，首先我們要關(guān)注的是在求矩形面積的過(guò)程中都出現(xiàn)了那些對(duì)象。求解矩形的面積，那么矩形就是我們要關(guān)心的對(duì)象，然后我們?nèi)ネ晟七@個(gè)對(duì)象把模擬到計(jì)算機(jī)世界中來(lái)，就是把現(xiàn)實(shí)世界中的事物轉(zhuǎn)化成類，接著就要設(shè)計(jì)這個(gè)類，類的屬性就是矩形的長(zhǎng)和寬，類的方法是求周長(zhǎng)和求面積，這種方法看起來(lái)似乎和傳統(tǒng)的C語(yǔ)言方式內(nèi)容一致，但是本質(zhì)上卻有很大的區(qū)別，JAVA的類是把事物的屬性和方法當(dāng)做一個(gè)整體封裝起來(lái)，這樣使得編程中各個(gè)組件之間的耦合度降低了，大大的節(jié)省了開(kāi)發(fā)的成本。

面向?qū)ο缶幊套⒅氐氖抢斫猓挥修D(zhuǎn)變傳統(tǒng)的思維方式，才能熟練的掌握面向?qū)ο箝_(kāi)發(fā)的核心內(nèi)容，這里也對(duì)教師提出了更高的要求，在教授了知識(shí)的基礎(chǔ)上，要引導(dǎo)學(xué)生逐步的理解和熟練面向?qū)ο箝_(kāi)發(fā)方式，多舉例子，用一些生活中學(xué)生熟悉的例子和面向?qū)ο箝_(kāi)發(fā)的過(guò)程結(jié)合起來(lái)，達(dá)到較好的教學(xué)效果。

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