軟件工程專業(yè)Java課程群教學(xué)與實踐改革研究

謝中科 鄧澤林

摘? 要： Java課程群是軟件工程專業(yè)核心方向課程之一，其教學(xué)效果直接關(guān)系到軟件工程專業(yè)學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)、復(fù)雜問題分析、建模和工程項目實踐能力。針對傳統(tǒng)Java系列課程教學(xué)的問題，本文提出了將Java系列課程融合為課程群，建設(shè)教師團(tuán)隊，并基于教師團(tuán)隊進(jìn)行全局教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計與優(yōu)化，引導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)Java相關(guān)核心技術(shù)，并利用工程項目來夯實學(xué)生的理論基礎(chǔ)、強(qiáng)化學(xué)生的動手實踐能力。實踐結(jié)果表明：Java課程群教學(xué)改革措施很好地改善了學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和實踐能力，說明了所提改革措施具有實際意義和參考價值。

關(guān)鍵詞： 軟件工程;Java語言;課程群;項目實踐

中圖分類號： TP311.52，G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A? ? DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.10.078

本文著錄格式：謝中科，鄧澤林. 軟件工程專業(yè)Java課程群教學(xué)與實踐改革研究[J]. 軟件，2020，41（10）：298300+320

【Abstract】： Java course group is one of the core courses of software engineering specialty. Its teaching effect is directly related to the knowledge structure， complex problem analysis， modeling and engineering project practice ability of software engineering students. Aiming at the problems of traditional java series courses teaching， this paper proposes to integrate java series courses into curriculum group， build a teacher team， and design and optimize the overall teaching content based on the teacher team， guide students to learn java related core technologies， and use engineering projects to consolidate students' theoretical foundation and strengthen students' practical ability. The practical results show that the reform measures of java course group can improve the knowledge structure and practical ability of students， which shows that the reform measures have practical significance and reference value.

【Key words】： Software engineering; Java language; Course group; Project practice

0? 引言

軟件工程是一個理論與實踐相結(jié)合的學(xué)科，特別注重學(xué)生的專業(yè)實踐能力培養(yǎng)。該專業(yè)的畢業(yè)生必須具備實際軟件項目工程開發(fā)的實踐能力和素質(zhì)。軟件工程專業(yè)的課程體系中軟件開發(fā)工具的教學(xué)和實踐是保證該專業(yè)學(xué)生質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，其中Java課程群的教學(xué)與實踐同企業(yè)對Java工程師的需求相適應(yīng)，是學(xué)生重要的就業(yè)方向，因此，Java課程群是軟件工程專業(yè)培養(yǎng)方案中的重要方向課程。

文獻(xiàn)[1]提出以企業(yè)需求為導(dǎo)向的Java語言教學(xué)改革，通過課堂理論教學(xué)環(huán)節(jié)、實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)改革及考核方法改革，強(qiáng)化了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣培養(yǎng)、提升了教學(xué)效果，使得畢業(yè)生綜合素質(zhì)能夠達(dá)到企業(yè)對Java軟件工程師的用人需求;文獻(xiàn)[2]就如何提高高校Java語言教學(xué)效果進(jìn)行了探討，結(jié)合多年教學(xué)經(jīng)歷對傳統(tǒng)Java教學(xué)存在的問題進(jìn)行了分析，并提出了一系列措施來培養(yǎng)學(xué)生對具體問題的分析能力和程序設(shè)計能力;文獻(xiàn)[3]就Java程序設(shè)計語言的特點，將Java語言的教學(xué)內(nèi)容劃分為框架型知識部分和功能型知識部分，闡述對這兩部分知識的教學(xué)方式、內(nèi)容組織和學(xué)生學(xué)習(xí)過程管理等方面進(jìn)行有益的探索。文獻(xiàn)[4]針對企業(yè)對Java工程師的需要，分析了應(yīng)用型本科大學(xué)如何在培養(yǎng)Java工程師教學(xué)過程中的存在的問題，對Java課程群教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計，優(yōu)化課程設(shè)置方案，明確了應(yīng)用型Java工程師培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)。文獻(xiàn)[5]意識到在Java課程群教學(xué)過程中引入雙語教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生自覺學(xué)習(xí)新技術(shù)的意識，提升學(xué)生獨立應(yīng)用新技術(shù)的能力。文獻(xiàn)[6]設(shè)計了基于Java EE技術(shù)的 Java課程群網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺。依托Java課程群研究成果，將Java課程群課程之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，資源存儲共享做出了詳細(xì)說明，能夠?qū)崿F(xiàn)教師在線指導(dǎo)、在線答疑、學(xué)生在線學(xué)習(xí)等功能。

雖然Java課程群的教學(xué)得到了廣大的教學(xué)研究人員的關(guān)注，并采取了多種措施進(jìn)行了改革，但Java課程群的教學(xué)依然存在一些問題，如課程之間銜接，實踐教學(xué)與企業(yè)工程師之間的協(xié)同的問題，需要進(jìn)一步深入改革，提高教學(xué)效率。

1? 教學(xué)中的問題

（1）Java課程群教師之間缺乏足夠的交流，傳統(tǒng)的教學(xué)以教師個體為主體，教師主要關(guān)注自己負(fù)責(zé)課程的教學(xué)，而不從整體上考慮如何改善Java課程群的教學(xué)效果;

（2）傳統(tǒng)的Java課程教學(xué)在課程內(nèi)容上教師各自處理，銜接不夠緊密，沒有從課程群全局上進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計，特別是教學(xué)案例的設(shè)計，使得教學(xué)環(huán)節(jié)上難以進(jìn)行深入的教學(xué)，造成學(xué)生的知識深度和知識結(jié)構(gòu)存在缺陷，難以滿足企業(yè)的用人需求;

（3）傳統(tǒng)的Java課程教學(xué)在項目設(shè)置上有較大的同質(zhì)性，不同階段的項目具有相似的功能，與實際軟件開發(fā)過程有較大的差距，無法有效地提高學(xué)生的動手實踐能力;

（4）傳統(tǒng)的課程項目的開發(fā)以學(xué)生個體為主，并不涉及團(tuán)隊開發(fā)、項目管理等能力的培養(yǎng)，使得培養(yǎng)的學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作和項目管理能力與企業(yè)的實際用人需求有一定的差距。

2? 實踐教學(xué)改革措施

2.1? 建立Java課程群教學(xué)團(tuán)隊，密切教師之間的交流，提高整體教學(xué)能力

Java課程群的教學(xué)工作在教學(xué)團(tuán)隊的交流和參與下進(jìn)行，教學(xué)團(tuán)隊的建設(shè)和活動主要包括團(tuán)隊組建、團(tuán)隊備課與授課和團(tuán)隊成員能力提升等環(huán)節(jié)。

（1）建立教學(xué)團(tuán)隊

在培養(yǎng)方案制定過程中，確定Java課程群的系列課程，課程群的負(fù)責(zé)人根據(jù)課程要求組織課程群的教學(xué)團(tuán)隊。課程群教學(xué)團(tuán)隊共同制定每門課程的教學(xué)大綱，處理先修課程與后繼課程的關(guān)系，討論課程之間的銜接關(guān)系，制定教學(xué)大綱和教學(xué)計劃。團(tuán)隊成員明確自身在團(tuán)隊中角色和作用，根據(jù)實際教學(xué)要求進(jìn)行學(xué)習(xí)、培養(yǎng)和提高。

（2）團(tuán)隊備課與授課

團(tuán)隊成員明確自己的角色和任務(wù)，根據(jù)教學(xué)大綱，參與課程群教學(xué)內(nèi)容的準(zhǔn)備、建設(shè)和案例制作。團(tuán)隊負(fù)責(zé)人組織團(tuán)隊成員定期進(jìn)行教學(xué)交流，對重點、難點內(nèi)容，安排上課教師在上課前示范講解，團(tuán)隊成員對示范教師教學(xué)方式、授課形式、使用的案例集體討論，達(dá)成統(tǒng)一方案。團(tuán)隊成員之間，通過持續(xù)有效的交流，對課程群中的每門課程有比較深入的研究，內(nèi)容熟悉、深度和難度掌握得當(dāng)，使得教師能夠針對每門課程的內(nèi)容進(jìn)行精心設(shè)計，課程之間合理銜接，學(xué)生學(xué)業(yè)逐步提高，進(jìn)階迅速。

（3）教師提升

Java課程群的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)實驗內(nèi)容隨著軟件技術(shù)的創(chuàng)新而變化，在Java實踐項目中，現(xiàn)有的項目案例隨著新技術(shù)、新應(yīng)用的出現(xiàn)而具有較大的變化，為了滿足企業(yè)對軟件工程人才的需求，組織團(tuán)隊成員學(xué)習(xí)Java的新知識、新技術(shù)、參加教學(xué)會議，使團(tuán)隊成員要跟上軟件技術(shù)的進(jìn)步，提升教師個人能力和水平。

2.2? 以團(tuán)隊為依托設(shè)計教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)案例，密切課程之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系

為了保證Java課程群教學(xué)活動的有效開展，團(tuán)隊負(fù)責(zé)人組織教師集體制定課程群中每門課程的教學(xué)內(nèi)容和實驗案例。Java課程群主要有三門課程：《Java語言程序設(shè)計》、《Java高級編程》、《Java框架技術(shù)》組成，構(gòu)成了Java課程群三個教學(xué)階段。

（1）《Java語言程序設(shè)計》階段

作為Java課程群第一階段的課程，主要學(xué)習(xí)Java語言基礎(chǔ)知識，面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)，培養(yǎng)計算思維，為后續(xù)課程做準(zhǔn)備，如多線程、反射、設(shè)計模式等。

（2）《Java高級編程》階段

本階段以Web技術(shù)開發(fā)為基礎(chǔ)講解重要組件的編程實現(xiàn)，如利用反射、模板模式和動態(tài)代理模式實現(xiàn)表單封裝組件、JDBCTemplate組件、分頁組件等。

（3）《Java框架技術(shù)》階段

本階段主要講解企業(yè)級Java開發(fā)技術(shù)，主要是講解Struts、Spring和Hibernate三個框架的使用。其創(chuàng)新點在于通過利用《Java高級編程》階段學(xué)習(xí)的組件編程技術(shù)來模擬實現(xiàn)框架主要功能。

從這個教學(xué)大綱的設(shè)計來看，《Java語言程序設(shè)計》部分有很多內(nèi)容和案例是為《Java高級編程》和《Java框架技術(shù)》服務(wù)的、而《Java高級編程》中的主要組件的編寫是為《Java框架技術(shù)》服務(wù)的。由此可見，基于團(tuán)隊制定的教學(xué)大綱在課程內(nèi)容方面的合理銜接，將Java課程群的系列課程進(jìn)行整合，教學(xué)內(nèi)容安排合理有序，減少教學(xué)內(nèi)容的重復(fù)和知識漏洞，提高了教學(xué)效率，有利于學(xué)生快速進(jìn)階、改善學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)、提高學(xué)生的針對復(fù)雜問題的分析能力和設(shè)計能力，達(dá)到了提高學(xué)生編程素質(zhì)，滿足企業(yè)用人需求的目的。

2.3? 以企業(yè)級項目驅(qū)動實踐環(huán)節(jié)，保障學(xué)生動手能力

對于每門課程，設(shè)計的項目與該階段的內(nèi)容和實驗要求相匹配，對激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、深入理解和掌握相關(guān)知識點，強(qiáng)化學(xué)生編程思維和編程能力是至關(guān)重要的。

（1）《Java語言程序設(shè)計》階段

本階段主要內(nèi)容涉及Java語言的基礎(chǔ)知識，理解和掌握相應(yīng)的知識點，有助于理解Java面向?qū)ο蟮木幊趟枷耄瑢ava后續(xù)課程的學(xué)習(xí)至關(guān)重要。這一階段是Java基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，內(nèi)容多且復(fù)雜，而且受知識結(jié)構(gòu)的限制，適宜做一些小規(guī)模的項目，為此考慮將這些知識點綜合運用，實施一個有意義游戲項目案例。

開發(fā)游戲項目需要的知識點有：

面向?qū)ο蠓治觯簩⒂螒蛑械慕巧鳛閷ο筮M(jìn)行分析，形成抽象類、接口和具體類，以及這些類之間的繼承、關(guān)聯(lián)、依賴等關(guān)系;

GUI界面編程：將游戲?qū)ο笠詧D形的方式在界面上加以顯示;

多線程編程：為了使游戲?qū)ο竽軌蛟诮缑嫔弦苿樱枰褂煤笈_刷新線程不停刷新界面;

集合：為了維護(hù)大量的游戲?qū)ο螅枰褂眉项悂碇С钟螒?

設(shè)計模式：當(dāng)飛機(jī)碰到不同的令牌時，發(fā)射方式會發(fā)生改變，此時可以應(yīng)用策略模式;

反射機(jī)制：對于游戲的每一關(guān)，我們可以將關(guān)口的行為配置在文件中，并使用反射機(jī)制加載關(guān)口的行為;

網(wǎng)絡(luò)編程（可選）：設(shè)計一個能在局域網(wǎng)內(nèi)供玩家使用的網(wǎng)絡(luò)版本的游戲。

通過游戲項目的開發(fā)，學(xué)生通過GUI設(shè)計程序運行界面，可以使游戲中對象的運行狀態(tài)在程序運行界面上顯示，直觀地了解程序的運行過程;而且通過游戲開發(fā)，將課程中學(xué)到的知識應(yīng)用游戲程序的開發(fā)過程中，可以提高學(xué)生的程序設(shè)計興趣;更重要的是，通過游戲案例程序，為學(xué)生深入理解和應(yīng)用這些知識點提供了一個良好的平臺。

（2）《Java高級編程》階段

本階段主要內(nèi)容涉及可復(fù)用Java組件的開發(fā)，因此，實踐項目的案例設(shè)計與考查側(cè)重于Java組件的編程。這一階段的項目案例是《網(wǎng)上商城》，學(xué)生具有購物平臺進(jìn)行購物的經(jīng)歷，這對學(xué)生直觀地了解《網(wǎng)上商城》項目的需求有益。

項目涉及的知識點有：

JSP/Servlet：Web應(yīng)用的基礎(chǔ)在于JSP/Servlet，通過開發(fā)Web項目可以熟悉這種請求/響應(yīng)的開發(fā)模式;

表單封裝組件：對于用戶提交的表單，通過迭代可以獲得字段的名稱和值，然后通過反射的方式動態(tài)構(gòu)建對象并進(jìn)行屬性注入，完成表單對象的自動封裝;

分頁組件：對于不同的頁面，可能都需要使用分頁邏輯，利用JavaBean來封裝分頁邏輯，不同的頁面僅通過應(yīng)用簡單的標(biāo)簽即可完成分頁任務(wù)，無需重復(fù)開發(fā);

數(shù)據(jù)訪問組件：通過利用JDBC、數(shù)據(jù)庫元數(shù)據(jù)（Metadata）以及反射技術(shù)完成數(shù)據(jù)庫表格數(shù)據(jù)行到內(nèi)存對象的直接封裝，形成功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)訪問組件。對于不同的表格操作，可以重復(fù)使用該組件，不必重復(fù)開發(fā);

《網(wǎng)上商城》項目的開發(fā)過程中，需要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行項目的需求分析，掌握《網(wǎng)上商城》的數(shù)據(jù)需求和功能需求，從軟件工程的思想實施項目開發(fā)，在項目實施的過程中運用組件技術(shù)，不僅可以使學(xué)生能深入地理解和掌握J(rèn)ava編程思想，而且可以加快軟件項目的開發(fā)。考查項目時，不僅需要查看項目能否正常運行、功能是否符合要求、界面是否美觀等因素，還需要了解學(xué)生在實施過程中是否應(yīng)用了Java組件技術(shù)，因為組件技術(shù)的運用，有助于提高學(xué)生的抽象思維能力以及項目的開發(fā)效率。

（3）《Java框架技術(shù)》階段

本階段主要內(nèi)容是框架技術(shù)的使用，需要設(shè)計大型的企業(yè)級開發(fā)項目，主要訓(xùn)練和考核學(xué)生的軟件項目需求分析、系統(tǒng)設(shè)計等能力，并訓(xùn)練學(xué)生的團(tuán)隊開發(fā)能力，以企業(yè)的要求對學(xué)生進(jìn)行培養(yǎng)，彌合大學(xué)教育與企業(yè)需求之間的鴻溝。本階段的項目案例為《網(wǎng)絡(luò)輿情分析系統(tǒng)》，指導(dǎo)學(xué)生分組按軟件工程原理對項目實施開發(fā)，對項目進(jìn)行需求分析、總體設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計和編碼實現(xiàn)，提高學(xué)生對應(yīng)對復(fù)雜問題的系統(tǒng)分析能力、設(shè)計能力。

項目涉及的知識點有：

需求分析：理解網(wǎng)絡(luò)輿情分析的需求背景，進(jìn)行軟件需求分析、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計等環(huán)節(jié)，形成需求文檔和分析文檔;

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)抓取：編寫網(wǎng)絡(luò)爬蟲軟件，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的抓取和解析，并將獲取的數(shù)據(jù)插入數(shù)據(jù)庫供后續(xù)的數(shù)據(jù)分析;

利用SSH框架技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)輿情分析業(yè)務(wù)平臺的開發(fā)。

經(jīng)過第二、三階段課程的學(xué)習(xí)和實踐，使學(xué)生深入理解和掌握框架的原理，而經(jīng)過第三階段項目的開發(fā)則能使學(xué)生能熟練掌握復(fù)雜問題的分析能力和設(shè)計能力、在編碼實現(xiàn)過程中熟練運用框架技術(shù)，從而滿足企業(yè)對軟件開發(fā)人員的要求。

2.4? 項目管理與項目質(zhì)量評估

隨著Java課程群教學(xué)內(nèi)容的進(jìn)階，相應(yīng)的階段項目的難度和規(guī)模也越來越大，使得單個的學(xué)生難以在規(guī)定的時間內(nèi)完成指定的任務(wù)，因此，《網(wǎng)上商城》和《網(wǎng)絡(luò)輿情分析》這兩個項目需要進(jìn)行團(tuán)隊協(xié)作開發(fā)。在團(tuán)隊協(xié)作開發(fā)的過程中，需要團(tuán)隊成員對項目開發(fā)過程進(jìn)行有效的管理，保證項目開發(fā)的進(jìn)度和質(zhì)量。主要步驟如下：

（1）團(tuán)隊的組建。為每個組安排3～4人組建項目開發(fā)團(tuán)隊，每個團(tuán)隊需要一個開發(fā)能力較強(qiáng)的同學(xué)為組長，負(fù)責(zé)帶領(lǐng)整個團(tuán)隊進(jìn)行項目開發(fā);

（2）團(tuán)隊開發(fā)環(huán)境的熟悉。團(tuán)隊成員之間在不同的開發(fā)階段，使用相關(guān)的軟件開發(fā)工具進(jìn)行交流，對問題的分析和理解達(dá)成一致;同時，團(tuán)隊成員需要熟悉團(tuán)隊開發(fā)環(huán)境，主要是MyEclipse提供的CVS開發(fā)環(huán)境，每個成員需要掌握團(tuán)隊編程的方法、步驟等要點。組長負(fù)責(zé)構(gòu)建項目開發(fā)架構(gòu)，并將項目提交至CVS服務(wù)器。團(tuán)隊成員通過網(wǎng)絡(luò)連接至CVS服務(wù)器，并將項目遷出之本地。此時，團(tuán)隊成員將通過不同的終端開發(fā)同一個版本的軟件項目;

（3）開發(fā)任務(wù)的分析。開發(fā)團(tuán)隊在組長的領(lǐng)導(dǎo)下對項目需求進(jìn)行分析，掌握項目的功能模塊和大致的工作量;

（4）開發(fā)任務(wù)的分解。項目組長可以根據(jù)項目的模塊將開發(fā)任務(wù)劃分并指定人員完成，使團(tuán)隊成員能在并發(fā)的環(huán)境下進(jìn)行軟件開發(fā)，加快軟件開發(fā)速度;

（5）項目進(jìn)度控制。每個成員每周需要提交項目進(jìn)度報告給組長，組長需要掌握每個成員的完成情況進(jìn)行進(jìn)度控制、人員調(diào)配等工作，保證項目的各個環(huán)節(jié)能夠有序地進(jìn)行。

項目質(zhì)量主要通過答辯的形式進(jìn)行評估。每個階段項目完成后，統(tǒng)一進(jìn)行項目答辯。負(fù)責(zé)Java課程群教學(xué)的教師出席項目答辯，對項目的完成質(zhì)量進(jìn)行打分，包括項目外觀、用戶體驗、核心代碼、數(shù)據(jù)庫設(shè)計等部分進(jìn)行評估，并與學(xué)生進(jìn)行交流，了解項目開發(fā)過程、解決方案進(jìn)行了解，最終形成綜合評分。

3? 結(jié)論

為了提高軟件工程專業(yè)Java課程群教學(xué)效果，本文提出了Java語言教學(xué)的課程群建設(shè)與教學(xué)的思路。通過建設(shè)教學(xué)團(tuán)隊、基于教學(xué)團(tuán)隊進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容設(shè)計，深度融合Java基礎(chǔ)、Java高級編程、Java框架技術(shù)等不同階段的內(nèi)容，夯實學(xué)生的Java基礎(chǔ)知識，并通過項目的實施來提高學(xué)生的動手實踐能力。通過近幾年的探索與改進(jìn)，學(xué)生的Java語言的學(xué)習(xí)效果得到了顯著的提升，特別是動手實踐能力得到了明顯的加強(qiáng)，學(xué)生開發(fā)的軟件作品得到了許多競賽的獎勵和用人單位的認(rèn)可，體現(xiàn)了教學(xué)改革良好的效果。

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