Java程序設(shè)計教學(xué)方法與考試模式研究

韓慧　王春玲　孫俏　陳志泊

摘要：在Java理論課程教學(xué)方法的研究與實踐方面，提出推行“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的研究型課堂教學(xué)模式、進(jìn)行對比教學(xué)、引入Java的新動向和新應(yīng)用等措施激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；在實驗課程教學(xué)方法的研究與實踐方面，介紹如何設(shè)計由簡到繁、具有原創(chuàng)性的實驗，鼓勵學(xué)生從不同的角度思考問題和實現(xiàn)任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力；在考試模式的研究與實踐方面，探討如何采用合理的考試模式、體現(xiàn)過程考核的重要性、優(yōu)化考試內(nèi)容等，更加合理地評價學(xué)習(xí)效果。

關(guān)鍵詞：Java程序設(shè)計；對比教學(xué)；啟發(fā)式教學(xué)；類庫學(xué)習(xí)

0、引言

現(xiàn)階段，Java程序設(shè)計在教學(xué)方法和考試模式方面存在一些不足之處。在教學(xué)方法上，授課方式還是采用以教師為主體的教學(xué)模式，教師沒有引導(dǎo)學(xué)生積極主動地參與到課堂教學(xué)活動中，容易導(dǎo)致學(xué)生被動接受和不善于思考，從而降低學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性；教師在授課過程中與學(xué)生的討論和溝通不夠，導(dǎo)致教師不了解學(xué)生對所學(xué)知識點的掌握程度；課程與發(fā)展前沿、應(yīng)用領(lǐng)域的結(jié)合不夠緊密，導(dǎo)致學(xué)生對所學(xué)課程的應(yīng)用不明確；在實驗環(huán)節(jié)中，實驗的設(shè)置通常是一個實驗對應(yīng)一個章節(jié)的知識點，跨章節(jié)的綜合實驗較少，導(dǎo)致學(xué)生在面對大的任務(wù)時沒有思路，不知從哪方面人手，無法將所學(xué)內(nèi)容自如地應(yīng)用到實際領(lǐng)域中。在考試模式方面，紙制試卷考核和機(jī)考方式各有優(yōu)勢和不足。

針對上述問題，筆者從理論課程教學(xué)、實驗課程教學(xué)和考試模式3個方面，探討如何整合和優(yōu)化Java程序設(shè)計課程的教學(xué)方法和考試模式，使其更為合理，從而有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生主動思考和解決問題的能力以及創(chuàng)新和實踐能力。

1、理論課程教學(xué)方法的研究與實踐

1.1 推行“學(xué)生為主體。教師為主導(dǎo)”的研究型課堂教學(xué)模式

現(xiàn)有的教學(xué)方法還是以教師講授為主，容易導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，因此必須改革傳統(tǒng)的教學(xué)方法，推行“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的研究型課堂教學(xué)模式。教師授課不能只局限于讓學(xué)生學(xué)會表面內(nèi)容，從而停留在簡單使用的階段。教師在課堂上要采用啟發(fā)式教學(xué)方式，多問為什么，培養(yǎng)學(xué)生主動思考問題的意識，引導(dǎo)學(xué)生理解課程知識點深層次的內(nèi)容。對于每一個知識點，教師需要精心設(shè)置一系列巧妙的環(huán)環(huán)相扣的問題，增強(qiáng)教學(xué)過程的趣味性，使學(xué)生積極地參與其中，在互問互答中自覺、主動地掌握所學(xué)知識。例如，學(xué)生在學(xué)習(xí)TreeSet泛型類時（其中的泛型E可以是任意一個類），只要掌握了構(gòu)造方法和成員方法add（ ），就可以利用如下程序創(chuàng)建一個TreeSet泛型類對象，該類對象調(diào)用add（ ）方法添加內(nèi)容，并且可以將其按照遞增的順序輸出。

……

TreeSettree=new TreeSet0；//創(chuàng)建一個TreeSet泛型類對象tree

//tree調(diào)用add（ ）方法依次添加多個字符串

tree.add（"milk"）；

tree.add（"coffee"）；

tree.add（"apple"）；

tree.addCegg"）；

tree.add（"noodle"）；

//使用Iterator泛型類遍歷tree，將其中的內(nèi)容輸出

Iteratort=tree.iterator0；

while（t，hasNextO）

{

String s=t.next0；

System.out.println（s）；

}

……

上述程序可以將多個字符串按照字典序由小到大輸出，即apple coffee eggmilknoodle。學(xué)生基本都能編寫上述程序，但是教師不能到此止步，還應(yīng)繼續(xù)提問：為什么tree對象中的各個字符串可以按照字典序輸出？然后由此繼續(xù)討論，引出tree的結(jié)構(gòu)是如圖1所示的平衡排序二叉樹（序號①～⑤表示tree添加各個節(jié)點的先后順序）。

圖1中，任一節(jié)點的左子樹（左分支）都比該節(jié)點小，右子樹（右分支）都比該節(jié)點大。讀取時，要從根節(jié)點“milk”開始，向下遍歷到最底層的左子樹節(jié)點“apple”，之后按照圖1中虛線的方向順序讀取，再按照實線的方向順序讀取，最終將字符串按照字典序讀取出來。

該例子不僅讓學(xué)生學(xué)會如何進(jìn)行程序設(shè)計，還能讓學(xué)生了解底層的原理，增強(qiáng)學(xué)生主動思考的意識。因此，教師需精心選擇知識模塊，引導(dǎo)學(xué)生最大限度地參與課程的各個環(huán)節(jié)，包括授課材料的搜集、討論、篩選、講解以及問題的釋疑、分析總結(jié)等，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性。

1.2 進(jìn)行對比教學(xué)，加強(qiáng)學(xué)習(xí)效果

（1）注重Java語言和先修課c++的對比教學(xué)，重點講解兩者之間不同的知識點，讓學(xué)生在深刻理解Java的同時，更好地鞏固c++相關(guān)原理。

①基礎(chǔ)語法部分。教師可以重點講解Java與C++處理數(shù)組的不同方式。C++把數(shù)組作為基本變量，在聲明數(shù)組的同時為其開辟內(nèi)存空間，并且數(shù)組的長度不能改變；而Java將數(shù)組作為一種特殊的類處理，使用new運算符為其開辟內(nèi)存空間，并且數(shù)組的長度可變，令編程更加靈活。此外，與c++不同，Java中的基本類型變量（如int，float，double，char等）都有對應(yīng)的封裝類，即Java中的一切都可以當(dāng)做類處理，因此Java更符合面向?qū)ο蟮乃枷耄歉兇獾拿嫦驅(qū)ο缶幊陶Z言。

②面向?qū)ο笤聿糠帧＝處熆梢灾攸c講解lava與C++關(guān)于繼承的不同處理機(jī)制。Java支持單重繼承，即一個子類只能有一個父類，其優(yōu)點是程序結(jié)構(gòu)比c++簡單、代碼的可靠性高，缺點是有些情況下不能像c++的多重繼承那樣將問題的復(fù)雜性表達(dá)完整。為了克服單重繼承的不足，Java提出了接口（interface）的概念（其中只包含抽象方法和常量），一個類可以通過實現(xiàn)多個接口模擬多重繼承。教師還可以將Java中的接口與c++中包含虛函數(shù)和常量的類進(jìn)行對比講解，使學(xué)生更容易掌握和理解。

（2）給定任務(wù)，鼓勵學(xué)生從不同的角度思考和實現(xiàn)，并且將實現(xiàn)的結(jié)果進(jìn)行對比。例如，對于正整數(shù)36168，從個位開始，依次輸出每個數(shù)位上的數(shù)字。

對于上述問題，可以使用普通變量對10求余的方法實現(xiàn)，如下所示：

intx：

x=reader.nextInt（ ）；//從鍵盤上輸入一個正整數(shù)x

do{ //通過循環(huán)中的求余和除法操作可以按順序輸出個位、十位……上的數(shù)

System.out.print（x%10+”）；

x=x/10：

}while（x>O）；

此外，使用字符串類（String）也可以實現(xiàn)，如下所示：

inti：

String s=reader.nextLineO；//從鍵盤上輸入一個正整數(shù)，將其作為字符串處理

char a[ ]=s.toCharArray（ ）；//將字符串s轉(zhuǎn)換為字符數(shù)組a，a[0]存放個位數(shù)，依此類推

for（i=O；i

System.out.print（a[i]+""）；

上述兩種方法都可以輸出“86163”，但是實現(xiàn)的角度不同，前者使用基礎(chǔ)語法部分中求余的概念，后者使用常用類中的String類。通過從多種角度思考問題，學(xué)生開闊了思路，將所學(xué)知識融會貫通，加強(qiáng)了學(xué)習(xí)效果。

1.3 在課程中引入Java的新動向和新應(yīng)用

現(xiàn)階段，教師將授課重點放在對Java語法和程序設(shè)計原理的講解上，所用案例多數(shù)都是與具體知識點對應(yīng)的小例子，與Java的發(fā)展前沿、應(yīng)用領(lǐng)域結(jié)合得不夠緊密，導(dǎo)致學(xué)生對所學(xué)課程的作用不甚了解。教師在授課時應(yīng)該將理論聯(lián)系實際，從后續(xù)課程和就業(yè)市場中提煉需求，將Java的新動向、新應(yīng)用、新特性及其與業(yè)界的銜接等轉(zhuǎn)變?yōu)槭谡n重點。例如，教師在講授某個知識點時，以一個實際的應(yīng)用項目為依托，向?qū)W生介紹對應(yīng)知識點在項目中的具體體現(xiàn)，讓學(xué)生體會Java與應(yīng)用的密切關(guān)系，提高學(xué)習(xí)興趣，而且相信自己學(xué)完該課程之后，也能做出可以應(yīng)用于實際的項目，大大增強(qiáng)自信心和提高學(xué)習(xí)積極性。

2、實驗課程教學(xué)方法的研究與實踐

2.1 精心設(shè)計實驗內(nèi)容，提高學(xué)生實踐能力

Java實驗課程是鍛煉學(xué)生將所學(xué)知識點進(jìn)行綜合運用，提高其動手能力和實踐能力的有效途徑之一，因此，如何針對學(xué)生特點設(shè)計合理的實驗內(nèi)容，有效地幫助學(xué)生鞏固所學(xué)知識非常關(guān)鍵。

（1）實驗課程中存在的一個顯著問題是學(xué)生面臨所給任務(wù)時，不知從哪方面人手，無法將所學(xué)內(nèi)容自如地應(yīng)用到實際領(lǐng)域中。針對這一問題，教師可以設(shè)計閱讀為主型實驗和編程為主型實驗，由簡到難，循序漸進(jìn)地提高學(xué)生的程序設(shè)計能力。首先，學(xué)生做閱讀為主型實驗，給出部分源代碼，學(xué)生填寫剩余的源代碼，培養(yǎng)閱讀和理解源程序的能力，從而掌握其中涉及知識點的含義和用法；然后，學(xué)生做編程為主型實驗，只給出任務(wù)描述，學(xué)生獨立完成實驗的設(shè)計和實現(xiàn)，加強(qiáng)實踐能力。

（2）學(xué)生面臨所給任務(wù)時，不愿意主動思考問題，而是希望從網(wǎng)絡(luò)或者其他途徑找到現(xiàn)成的解決方法。針對這一問題，教師在設(shè)計實驗時要注意題目的原創(chuàng)性，令學(xué)生不能從網(wǎng)絡(luò)上直接找到答案，即使能找到代碼也必須作出較大修改，才能完成任務(wù)。例如，猜數(shù)游戲是一個經(jīng)典實驗案例，筆者在原案例基礎(chǔ)上附加個性化前臺界面、隨機(jī)退出游戲機(jī)制、重復(fù)玩游戲機(jī)制。學(xué)生無法找到完全符合的代碼，必須主動思考才能實現(xiàn)任務(wù)。

（3）設(shè)計合理的跨章節(jié)綜合實驗，或者以項目為依托，將其劃分為不同的功能模塊，讓學(xué)生以分組的形式完成其中一個模塊的設(shè)計與實現(xiàn)。另外，每組不能只考慮自己的模塊，還需要考慮和其他模塊的連接和協(xié)調(diào)，這樣才能將各模塊有效地整合在一起。因此，這樣的實驗內(nèi)容可以鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維和團(tuán)隊協(xié)作能力。

2.2 加強(qiáng)類庫學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力

Java提供的類庫性能穩(wěn)定、效率高、具有很好的重用性。Java語言的各個重要知識點，如常用類、異常處理、輸入/輸出流、多線程、網(wǎng)絡(luò)編程等在類庫中都有對應(yīng)的包（package），因此類庫的學(xué)習(xí)和使用非常重要。由于課時和篇幅的限制，理論課程和教材只能對類庫中一部分類的特性和方法進(jìn)行介紹，其余的要靠學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

針對上述問題，教師可以設(shè)計一些實驗，其中的部分代碼需要理論課程或者教材中未講到的類實現(xiàn)。我們鼓勵學(xué)生通過這些實驗自主學(xué)習(xí)類庫內(nèi)容，并且結(jié)合Java運行平臺的聯(lián)機(jī)幫助或搜索引擎等資源，將自學(xué)內(nèi)容應(yīng)用到實際問題中。例如，對于輸入/輸出流中的對象流，教材中只講解將已知數(shù)量的對象信息寫入文件和從文件讀出的操作。筆者在設(shè)計這一部分實驗時，要求學(xué)生對未知數(shù)量的對象信息進(jìn)行輸入和輸出。學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)完成任務(wù)后，學(xué)習(xí)興趣和自信心大大增強(qiáng)。

3、考試模式的研究與實踐

我們在教學(xué)過程中研究適合Java程序設(shè)計課程的科學(xué)的考試模式，注重過程考核和學(xué)生能力的評價，優(yōu)化考試內(nèi)容，以更加有效地檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

（1）選取合理的考試模式。北京林業(yè)大學(xué)對于Java程序設(shè)計的考試模式是在2011年之前采用紙質(zhì)試卷考核方式，2011年之后采用機(jī)考方式。兩種考試模式各有優(yōu)勢和不足，前一種考試模式可以有效、細(xì)致地考查學(xué)生對所學(xué)理論知識點的掌握程度，但是無法合理地考查學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)的程序設(shè)計能力；后一種考試模式注重考查學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)的編程、調(diào)試、糾錯、優(yōu)化等能力，但是考查的知識點不夠全面。因此，教師需要結(jié)合兩種考試模式的優(yōu)點，對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行全面考查。

（2）注重過程考核。現(xiàn)階段的課程考核方式是考勤+實驗+期末成績。除了傳統(tǒng)的考核方式，教師還應(yīng)適當(dāng)增大階段化學(xué)習(xí)效果在考試評價中所占的比例，注重過程考核。例如，考查學(xué)生主動參與教學(xué)環(huán)節(jié)的程度、利用工具和綜合創(chuàng)造等技能、創(chuàng)新意識和分工協(xié)作能力、分組成員在團(tuán)隊中的工作量以及增加階段化在線測試的次數(shù)等。

（3）優(yōu)化考試內(nèi)容。現(xiàn)有的考試內(nèi)容通常是一道試題反映一個或者一部分知識點，教師應(yīng)該精心設(shè)計考試內(nèi)容，使其能夠貫穿多個知識點，反映出Java語言的精髓。此外，適當(dāng)增加能夠體現(xiàn)Java新特性、與產(chǎn)業(yè)界緊密相關(guān)的試題，考查學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。

4、結(jié)語

除了上述考試方法與考試模式的研究與實踐外，教師還應(yīng)該將教學(xué)與科研相結(jié)合，對于有興趣和學(xué)有余力的學(xué)生，要引導(dǎo)他們擴(kuò)展知識量，學(xué)習(xí)課程以外的內(nèi)容。例如，教師可以設(shè)計附加實驗，讓有能力的學(xué)生完成必做實驗之后，再做有一定難度的附加實驗；鼓勵學(xué)生參加有影響力的計算機(jī)程序設(shè)計大賽，通過富有挑戰(zhàn)性的題目，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作精神和創(chuàng)新意識；鼓勵學(xué)生積極申報大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目或參與教師的科研項目，將Java作為有效工具真正應(yīng)用到實際領(lǐng)域中，促進(jìn)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)，提高學(xué)生的應(yīng)用能力，最終在實際應(yīng)用中檢驗教師的教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，實現(xiàn)理論與實踐的有效結(jié)合。