面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)教學(xué)改革與探索

袁國武　張學(xué)杰　孔兵　丁海燕　楊軍

摘要：針對面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程教學(xué)中存在的問題，從課程設(shè)置、理論課教學(xué)、實(shí)踐課改革等方面提出改革基本思路、原因和改革方法。

關(guān)鍵詞：面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)；教學(xué)改革；Java

1 教學(xué)中存在的問題

筆者根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程教學(xué)中主要存在以下問題。

（1）學(xué)生熟悉了c語言為代表的過程化程序設(shè)計(jì)思想，難以轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦驅(qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的思想。在第1學(xué)期，學(xué)生學(xué)習(xí)了c語言，第2學(xué)期學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)，也大量采用c語言進(jìn)行編程，學(xué)生已經(jīng)熟悉了過程化程序設(shè)計(jì)的思想，因此，當(dāng)接觸到面向?qū)ο缶幊陶Z言時(shí)，難以接受面向?qū)ο蟮乃枷牒头椒ā２糠謱W(xué)生在學(xué)習(xí)了一學(xué)期后，仍然會(huì)寫出“方法名（對象名）”這樣的語句，并且不習(xí)慣于“對象名.方法名”這樣的調(diào)用方式。

（2）理論課所講實(shí)例間關(guān)聯(lián)性小，實(shí)驗(yàn)課中驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)過多，且驗(yàn)證內(nèi)容單一，前后實(shí)驗(yàn)沒有關(guān)聯(lián)和連續(xù)性，嚴(yán)重地影響了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣和對知識(shí)點(diǎn)的統(tǒng)一性認(rèn)識(shí)。現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)依賴課后的上機(jī)習(xí)題。這些習(xí)題通常只針對本章的某個(gè)語法或知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，前后章節(jié)的上機(jī)習(xí)題沒有關(guān)聯(lián)，學(xué)生不能通過這些上機(jī)習(xí)題對面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想從整體上進(jìn)行認(rèn)識(shí)。即便全部上機(jī)習(xí)題做完，也都是一些非常小的“玩具”程序，不能對學(xué)生進(jìn)行綜合型實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練。

（3）計(jì)算機(jī)軟件水平考試中面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)題目做的不好，嚴(yán)重影響該專業(yè)認(rèn)證考試的通過率。軟件水平考試是計(jì)算機(jī)的專業(yè)認(rèn)證考試，能在很大程度上體現(xiàn)所培養(yǎng)學(xué)生綜合掌握計(jì)算機(jī)各方面知識(shí)的水平。該考試的證書是用人單位挑選計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的重要指標(biāo)。經(jīng)過多年參加計(jì)算機(jī)軟件水平考試云南省考區(qū)軟件設(shè)計(jì)師試題的閱卷，我們發(fā)現(xiàn)軟件設(shè)計(jì)師試題中面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)題目的得分情況不好，多數(shù)學(xué)生的得分低于總分的1/3。所以，教學(xué)中加強(qiáng)對軟件水平考試中面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的訓(xùn)練是非常必要的。

因此，對面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程進(jìn)行教學(xué)改革，提高學(xué)生面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的能力勢在必行。

2 教學(xué)改革的措施和方法

2.1 課程設(shè)置的調(diào)整

在2009年教學(xué)計(jì)劃修訂中，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)被提前安排在第3學(xué)期開設(shè)，以Java語言為例進(jìn)行講解和實(shí)驗(yàn)，有3個(gè)學(xué)分，理論講授36課時(shí)，實(shí)驗(yàn)36課時(shí)，與之前的18課時(shí)實(shí)驗(yàn)課相比，加大了實(shí)驗(yàn)的比例。課程調(diào)整的主要原因如下。

（1）以Java為代表的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言應(yīng)用非常廣泛，是計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生必須掌握的技能，提早講授會(huì)讓學(xué)生有更多的時(shí)間去熟悉。

（2）Java語言可以作為其他專業(yè)課的實(shí)驗(yàn)工具，表1為Java在各門課程實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，其中的某些知識(shí)點(diǎn)可以采用Java方便地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

（3）在專業(yè)課的安排上，保證每學(xué)期至少有一門課程與程序設(shè)計(jì)緊密相關(guān)，使程序設(shè)計(jì)貫穿本專業(yè)4年的學(xué)習(xí)過程。教學(xué)計(jì)劃修改后，實(shí)驗(yàn)中需要進(jìn)行編程的課程見表2。可以看出，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)提前到第3學(xué)期，用Java語言為例講解，對后續(xù)課程的學(xué)習(xí)非常有利。

2.2 理論課教學(xué)改革

在用Java講授面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的知識(shí)時(shí)，傳統(tǒng)的講解方法是先講Java語言的歷史、基本語法，然后再講解面向?qū)ο蟮睦碚撝R(shí)、類、對象、封裝、繼承、多態(tài)等概念，這也是課本常規(guī)的編寫順序，但是對于很多學(xué)校來說，學(xué)生學(xué)習(xí)的第一門編程語言是C語言，已經(jīng)習(xí)慣了把程序分成多個(gè)函數(shù)的思想。在講解了Java語言的歷史、基本語法之后，學(xué)生在接觸到類時(shí)，仍然習(xí)慣于過程化的程序設(shè)計(jì)思維。由于課堂講解的例子都很簡單，這些例子采用c語言也可以很方便地實(shí)現(xiàn)，而采用Java語言實(shí)現(xiàn)時(shí)，反而顯得代碼更多、語法更復(fù)雜，這就令學(xué)生懷疑采用面向?qū)ο蟮姆椒〞?huì)令簡單的問題復(fù)雜化。

事實(shí)上，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程的目的是在學(xué)生已有過程化程序設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生的思維向面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想上轉(zhuǎn)變。我們可以調(diào)整部分教學(xué)內(nèi)容的順序，以達(dá)到更好的效果。

1）Java和C語言基本語法的不同之處。

由于Java和c的基本語法大部分相似，學(xué)生有c語言的基礎(chǔ)，因此教學(xué)過程中只需要說明兩者的不同之處。基本語法中，Java和c的不同之處主要有兩點(diǎn)。

（1）基本數(shù)據(jù)類型：char類型，c語言中是1個(gè)字節(jié)，采用ASCII編碼，而Java語言采用Unicode編碼，長度是2個(gè)字節(jié)；布爾類型，C語言中用0表示false，非0表示true，而Java語言提供的boolean是一種基本數(shù)據(jù)類型，只有false和true兩種取值。

（2）數(shù)組類型：在c語言中，數(shù)據(jù)類型直接聲明后就可以使用，如“int a[10]”，而在Java中語言，聲明后還要?jiǎng)?chuàng)建才能使用，如“int a；a=new int”，或者聲明和創(chuàng)建連在一起寫為“int a[]=qtew int[10]”。

2）講解幾個(gè)Java系統(tǒng)類，讓學(xué)生體會(huì)面向?qū)ο缶幊痰暮锰帯?/p>

Java的系統(tǒng)類庫很多，可以挑選幾個(gè)讓學(xué)生熟悉，編程實(shí)現(xiàn)一些小程序，體會(huì)面向?qū)ο蟮镊攘Γ寣W(xué)生習(xí)慣“對象名.方法名”這樣的調(diào)用方式。

（1）String類：編程中用的比較多的運(yùn)算是字符串的操作，在c語言中很多操作要自己編寫代碼實(shí)現(xiàn)。而在Java中，字符串的定位、比較、連接、查找、求長度、替換、拆分、去空格等多種操作只要簡單地用“字符串名稱，方法名（參數(shù)）”的調(diào)用方式就可以完成，完全不用了解這些功能到底是怎樣實(shí)現(xiàn)的，只需知道怎樣調(diào)用、參數(shù)需要什么，就可以輕松使用。

（2）Frame類或JFrame類：現(xiàn)在的程序基本上都是窗口形式的可視化用戶界面，學(xué)生在學(xué)習(xí)c語言以后，一直很好奇可視化用戶界面是怎樣實(shí)現(xiàn)的，可是在C語言中學(xué)生沒有辦法實(shí)現(xiàn)。在Java中，給學(xué)生簡單講解Frame類或JFrame類的基本方法，學(xué)生就能用“JFrame myWindow=new JFrame（）；”這樣一條簡單的語句創(chuàng)建一個(gè)窗口進(jìn)行顯示，然后可以用“myWindow.setTitle（“我的窗體”）；設(shè)置窗口標(biāo)題，用“myWindow.setSize（800，600）；”設(shè)置窗體大小為800×600點(diǎn)，還可以改變窗口背景顏色、添加標(biāo)簽等。這些操作都只需要簡單的幾行語句，不需要了解Frame類或JFrame類是怎么實(shí)現(xiàn)的，就能實(shí)現(xiàn)一個(gè)可視化窗口，學(xué)生就會(huì)覺得以Java為代表的面向?qū)ο缶幊陶Z言很簡潔、方便。講解時(shí)，可以順便講解如何使用“import”導(dǎo)入包。endprint

3）面向?qū)ο蟮闹R(shí)。

學(xué)生了解到所講的幾個(gè)Java系統(tǒng)類使用的便捷性、簡易性后，就會(huì)有興趣學(xué)習(xí)自己怎樣定義需要的類。講解時(shí)，可以用前后有關(guān)聯(lián)的例子進(jìn)行舉例，最常見的例子就是圖形計(jì)算面積的例子。例如，可以定義圓類Circle，它有1個(gè)公有成員變量radius，表示圓的半徑，1個(gè)方法getArea（），求圓的面積。這時(shí)，定義一個(gè)圓的對象c后，可通過“c.radius=10；”直接賦值，但是這樣的方式可以給radius一個(gè)負(fù)數(shù)，這顯然不符合圓的定義。這時(shí)，我們可以引導(dǎo)學(xué)生把radius設(shè)置為私有類型，不允許直接修改，并增加方法setRadius（）設(shè)置半徑。該方法可以先判斷半徑值，如果給定半徑是負(fù)數(shù)，則把radius設(shè)為0。如果學(xué)習(xí)了異常處理后，這里可以修改為半徑小于0就拋出一個(gè)異常，這樣就可以保證radius得到一個(gè)合理的值，保證程序的正確性和合法性，通過這個(gè)例子可以引出封裝性的概念。

由于每個(gè)圓在定義后，都需要用setRadiusf（）設(shè)置半徑，很不方便，因此可以引出構(gòu)造方法的概念。有了構(gòu)造方法，可以方便地在定義對象時(shí)進(jìn)行初始化。隨后，為了記錄生成了幾個(gè)圓對象，可以引出靜態(tài)變量。在講解繼承性時(shí)，可以引入圓柱體類Cylinder，因?yàn)閳A柱體的底面是一個(gè)圓，可以在圓的基礎(chǔ)上，增加圓柱體高度height，計(jì)算圓柱體體積時(shí)可以使用圓的getArea（）方法得到底面積，然后再乘以height，這樣可以引導(dǎo)出繼承性的概念。當(dāng)然這個(gè)例子最好用類的組合來實(shí)現(xiàn)，在講解類的組合時(shí)可以用繼承實(shí)現(xiàn)的方式進(jìn)行比較。在講解多態(tài)性時(shí)，可以引入其他圖形，如三角形、矩形，將它們求面積的方法名稱統(tǒng)一為getArea（），引出抽象類的概念。定義抽象類Graphics，在Graphics中定義抽象方法getArea（），可以講解方法覆蓋的概念。

在子類中，同樣也需要初始化對象的構(gòu)造方法，這時(shí)可以引出子類的構(gòu)造方法的寫法，講解this和super關(guān)鍵字。這樣，就可以通過圖形計(jì)算面積的例子引出很多重要概念，并且通過這個(gè)例子，可以看出這些主要概念運(yùn)用的意義和之間的聯(lián)系。如果后面講解圖形用戶界面，可以要求學(xué)生在這些基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一個(gè)求各種圖形面積的圖形界面程序。

2.3 實(shí)踐教學(xué)改革

在理論課進(jìn)行改革的同時(shí)，對實(shí)踐教學(xué)的改革更為重要。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程知識(shí)點(diǎn)多、應(yīng)用廣泛，因此我們可以建立多層次實(shí)踐教學(xué)體系。

（1）課堂內(nèi)實(shí)驗(yàn)。該類實(shí)驗(yàn)主要驗(yàn)證各個(gè)知識(shí)點(diǎn)。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí)，我們盡量做到前后實(shí)驗(yàn)有關(guān)聯(lián)，后面的實(shí)驗(yàn)是對前面實(shí)驗(yàn)的完善，讓學(xué)生最終能得到一個(gè)實(shí)用的小系統(tǒng)。在實(shí)驗(yàn)中，可以精選一些往年計(jì)算機(jī)軟件水平考試中的軟件設(shè)計(jì)師的程序設(shè)計(jì)試題讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)，要求所有學(xué)生都必須完成，讓學(xué)生提前進(jìn)入軟件水平考試的實(shí)戰(zhàn)。

（2）課程設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)一些規(guī)模稍大、有難度、有工作量的題目，這些題目是知識(shí)的綜合運(yùn)用，讓3-5個(gè)學(xué)生組隊(duì)完成，并在最后花部分時(shí)間給每個(gè)小組進(jìn)行講解，綜合評分。

（3）各類程序設(shè)計(jì)競賽、本科科研和全國計(jì)算機(jī)軟件水平考試。要求學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程中和學(xué)完該類課程后，參加每年兩次的全國計(jì)算機(jī)軟件水平考試中的程序員和軟件設(shè)計(jì)師的考試。可對部分學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生進(jìn)行相關(guān)培訓(xùn)，鼓勵(lì)他們參加ACM國際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競賽、百度之星程序設(shè)計(jì)競賽、TopCoder程序設(shè)計(jì)競賽、甲骨文ThinkQuest程序設(shè)計(jì)競賽等；鼓勵(lì)部分有創(chuàng)新思維的學(xué)生，讓他們選定指導(dǎo)教師，參加校級(jí)、省級(jí)、國家級(jí)本科科研項(xiàng)目。

經(jīng)過以上多個(gè)層次的實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)能力會(huì)有較大提高。參加程序設(shè)計(jì)競賽、本科科研和計(jì)算機(jī)軟件水平考試，對學(xué)生能力的鍛煉、更好的就業(yè)都有很大的好處。

3 結(jié)語

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)專業(yè)的基礎(chǔ)課，對其他課程的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)有較大的幫助。由于面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)是當(dāng)今程序設(shè)計(jì)的主流，而程序設(shè)計(jì)能力是計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生能力的最大體現(xiàn)，所以該門課程至關(guān)重要。對該門課程進(jìn)行教學(xué)改革，從而提高學(xué)生的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)能力也非常重要。

（見習(xí)編輯：劉麗麗；編輯：宋文婷）endprint