《Java程序設計》與《軟件工程》綜合教學改革初探

杜小坤，涂韜，徐勝舟

（1.中南民族大學計算機科學學院，武漢 430074；2.湖北廣播電視大學導學中心，武漢 430074）

《Java程序設計》與《軟件工程》綜合教學改革初探

杜小坤1，涂韜2，徐勝舟1

（1.中南民族大學計算機科學學院，武漢 430074；2.湖北廣播電視大學導學中心，武漢 430074）

針對目前《Java程序設計》與《軟件工程》課程教學中出現的問題，分析問題出新的原因并結合一些已有的教學改革成果，提出一種將兩門課程進行綜合并增加實踐部分學時的改良方案。

軟件工程；Java程序設計；面向對象

0 引言

《Java程序設計》與《軟件工程》是計算機類專業高年級本科生的專業選修課，兩門課程都具有較強的實踐性，都著重培養學生的實踐能力，但傳統教學模式偏重于理論教學，對實踐性較強的課程存在授課內容空泛，實踐內容不完整、學時不足等缺點，導致最終教學效果不夠理想。

1 傳統教學方式分析

傳統的教學體系將兩門課程分別開設，使得在教學過程中存在如下一些問題：

《Java程序設計》：Java語言的應用十分廣泛，且非常適合于大型程序的開發。作為一門專業選修課程，學生選修該課程的比例極高。該課程以培養學生面向對象的程序設計思想為目標，以Java語言及其面向對象特性、界面編程為重點教學內容，以代碼閱讀講解為主要教學方式。這種灌輸式的教學方式使學生無法真正理解知識點的應用場景，不能在實際中靈活應用，更無法體會到編程的樂趣和成就感，從而失去學習興趣[1]。雖然目前已有一些教研成果通過在教學過程中引入大量實際工程案例的方式的提高學生的實踐能力，取得了一定的效果，但也存在一些問題[2]。首先，模擬實際項目開發的工作量較大，現有的Java課程體系一般安排為48個學時（實踐課16個學時），不足以支持實際項目的模擬開發；其次代碼設計和實現只是項目開發中的一個重要環節，在Java課程中進行完整的項目開發實踐不切實際，但若僅進行代碼的設計與實現部分則無法使學生深入體會其面向對象特性的應用創景，效果不夠理想。

《軟件工程》：軟件工程是運用計算機科學的理論和技術，并輔以工程管理的原則和方法，按預算和進度滿足用戶要求的軟件產品的定義、開發、部署和維護的工程或以之為研究對象的學科[3]。該課程涉及復雜的工程性問題，其復雜性來源于現實世界問題的復雜性和教學過程中對問題復雜性的“難以再現”。事實上，教學一般通過從復雜現實問題剝離出一些簡單問題，易于講解，學生也易于接受，但這種剝離不僅使教學過程不完善，也導致學生不能駕馭實際問題[4]。對此，引入實際工程案例進行分析是一種有效的解決方案，目前已有大量的成果對此進行研究，但無法全面開展的一個重要原因是其中存在一些不可控的因素（例如實踐教學質量無法有效保證等）并且對既有課程體系存在較大的沖擊。

傳統教學方式將兩門課程分開進行，主要存在兩方面的問題。首先，兩門課程關注開發流程的不同階段，都僅涉及其中的一部分，因此其實踐課程內容的設計都僅包含軟件開發流程的某一個或幾個環節。其次，實踐課時少且分散，導致學生僅能完成軟件開發流程的某些環節，無法完整的操作一個具有一定規模的軟件項目。針對上述問題，本項目提出一種綜合實踐教學的改革方案，該方案通過重新調整兩門課程的理論和實踐學時并將兩門課程的實踐課合并為一門大型的綜合實踐課程的方式以獲取充分的實踐學時來保證能夠完成一個大型的實踐項目的全部流程。Java語言是目前大型程序設計的主流語言，而軟件工程也主要研究大型軟件的設計與管理過程，二者的知識體系具有較強的相關性和一定的互補性。據此，本文提出一種將這兩個課程合并教學的綜合課程改革方案，該方案具有如下幾點優勢：

（1）使學生對面向對象思想的理解更全面。面向對象的思想即使Java語言的核心思想，也是軟件工程的重要設計思想，二者的結合使學生對面向對象思想的認識更全面、更深刻。

（2）對現有課程體系的沖擊較小。無須安排專門的課程教學時間，僅需將兩門課程已有的理論和教學時間調整到同一學期并重新分配理論和實踐教學工作量的比例即可。

（3）強調實踐教學，提高動手能力。導師負責制的小班集中實驗教學模式，導師能夠對學生進行更具有針對性的指導。

2 總體實施方案

本次綜合教學改革的具體實施流程如圖1所示。首先由資深教師對關鍵的理論知識點進行精講（實行大班教學），然后學生對相關知識點進行實踐和綜合實踐，整個教學過程中，要求學生獨立完成1-2個大型的軟件工程項目的全部流程。與傳統方式相比，其特點及優勢主要體現在如下幾個方面：

（1）將《軟件工程》與《Java程序設計》課程體系中的相關知識點融合，這些知識點在不同課程體系中的具體表述存在一定差異，但其實質是相同的。通過橫向、縱向的反復對比聯系，讓學生能夠更深刻的理解和應用面向對象思想。

（2）重新分配課時比例，強化實踐教學。已有課程體系中理論與實踐教學課時的比例一般按照3:1的比例分配，這顯然不適合實踐性較強的課程，導致理論課花費大量時間讀程序，效率低下。重新分配后，理論和實踐課時比例為1:1，重點強化學生的實踐能力。

（3）小班制的實踐教學。理論教學實施大班教學，集中教學能力強的教師重點講解關鍵的理論知識；實踐教學實施小班教學（每班15人），使教師能夠充分與每個學生進行溝通，了解學生在實驗過程中問題，并在項目實施的關鍵節點對學生進行測評，既能考察學生動手能力，又能主動及時發現相關問題并進行指導，提高學習效率。

（4）創新性的課程考評機制。傳統課程考評機制常用30%（實踐）+70%（考試）的方式，但在一些實踐性較強的課程中，傳統的考試形式很難反映學生的真實水平。本方案將考試所占比例降低為40%，并完善了實踐課程的考評機制。

圖1 《Java程序設計》與《軟件工程》綜合教學流程圖

3 綜合改革具體實施方案

面向對象是《軟件工程》與《Java程序設計》課程共有的重要概念，下面以該知識點為例講解綜合教學改革實施方案的過程。

3.1 傳統教學方式及缺陷

面向對象的軟件工程方法是軟件設計方法學中極其重要的一種方法，其基本原則是盡可能地模擬人類習慣的思維方式，使開發軟件的方法和過程盡可能接近人類認識世界解決問題的方法與過程，也就是使描述問題的問題空間（也稱為問題域）與實現解法的解空間（也稱為求解域）在結構上盡可能一致，便于程序的理解和維護。Java作為目前最流行的面向對象語言，在軟件工程課程實踐中被大多數同學選用。傳統教學方式在對該知識點進行教學時主要會遇到如下兩個問題：

（1）實踐課學時數較少，無法完整的執行一個大型面向對象軟件開發的全部流程。《Java程序設計》和《軟件工程》的實踐課學時都為16學時，因此在實踐課題的選擇上存在較大局限性，前者一般選取規模較小僅能完成初步功能的題目，而后者一般僅要求學生完成部分代碼。二者都無法完成實際軟件開發的整個流程。

（2）面向對象語言的諸多特性都是為了更方便地解決面向對象設計過程中遇到的各種問題。《軟件工程》課程中僅介紹設計理念，缺少具體實現，而《Java程序設計》則僅介紹Java面向對象特性的具體實現。這種分開的教學方式使學生缺乏對面向對象思想的全面理解，在實踐課程時大多也是生搬硬套。

綜合改革教學方案能夠有效克服上述問題，首先通過課程融合并提高實踐課程所占比例使得實踐課程量能夠滿足較大型軟件開發的工作量，其次通過面向對象分析、設計、實現一整套的流程實踐，使學生對面向對象思想的理解更深刻，運用起來也更為靈活。

3.2 具體實施流程

新方案將面向對象對象的分析、設計、實現過程完整的融合，下面給出該部分內容的教學大綱：

第三章Java面向對象的設計

通過本節的學習，學生應熟悉面向對象程序設計方法的整個過程，重點掌握面向對象分析的基本過程及模型的建立，設計對象的交互作用、指定聯系、尋找繼承、分析對象行為、設計系統的體系結構，測試用例的設計。

第一節面向對象的基本概念和特征（4學時）

1.面向對象方法學概述

2.面向對象的概念

3.面向對象建模

第二節面向對象分析（4學時）

1.面向對象分析的基本過程

2.需求陳述

3.建立對象模型

4.建立動態模型

5.建立功能模型

6.定義服務

第三節Java面向對象特性（4學時）

1.抽象與封裝

2.Java類與類的設計

3.類的繼承、多態

4.方法的重載

5.包和接口

第四節面向對象設計（5學時）

1.面向對象設計的準則

2.啟發規則

3.軟件重用

4.系統分解

5.設計問題域子系統

6.設計人機交互子系統

7.設計任務管理子系統

8.設計數據管理子系統

9.設計類中的服務

10.設計關聯

11.設計優化

第五節面向對象實現（3學時）

1.程序設計語言和風格

2.測試策略

3.設計測試用例

通過上述課程學習應獨立采用面向對象設計方法完成具有一定規模的應用軟件的設計與開發流程，并由指導教師進行分階段考評，考評成績占期末總成績的60%。具體考評表格如下表1所示。

表1 實踐成績評分表

4 結語

《軟件工程》和《Java程序設計》是兩門實踐性較強的課程，教學的重點和難點在于強化學生的實踐能力。筆者分析傳統教學方式針對實踐性課程存在的缺陷，提出一種綜合性的改良方案，該方案能夠在基本不改變現有教學管理體制的前提下，提高學生實踐性課程的教學效果，提高學生的實踐動手能力。

[1]徐傳運，張楊，王森.針對Java程序設計的仿真教學法[J].計算機教育，2013(6):99-102.

[2]覃國蓉，張席，李華忠.基于開源項目的項目教學法在Java教學中的應用[J].計算機教育，2010(12):66-69.

[3]教育部高等學校軟件工程專業教學指導分委員會.高等學校軟件工程專業規范[M].北京:高等教育出版社,2011:3-3.

[4]王燦輝，張舒，林郎碟.案例教學法在軟件工程教學中的應用[J].計算機教育，2012(1):20-23.

Discussion on the Synthetically Teaching Reformation of Java Programming and Software Engineering

DU Xiao-kun1，TU Tao2，XU Sheng-zhou1

（1.College of Computer Science,South-Central University for Nationalities,Wuhan 430074 2.Guidance Center,HuBei Radio&TV University,Wuhan 430074）

Aiming at the problems in the teaching of Java Programming and Software Engineering,analyses the reasons and combines the existing teaching reformation achievement,proposes the improved solution to combine these two courses for synthetically teaching,and adds some practice class hours.

Software Engineering;Java Programming;Object-Oriented

1007-1423（2016）33-0057-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2016.33.013

2016-10-08

2016-11-16

中南民族大學“本科教學工程”（No.JYX14024）

杜小坤，男，講師，研究方向為模式映射