任務驅動+過程反饋的Java教學方法研究

曹文平 寧彬

[摘 要] Java程序設計課程是計算機專業的重要課程，不僅要學習Java的相關編程知識，更承擔了讓學生從面向過程到面向對象編程思想轉變的任務。既要有理論知識的講解，又要有Jdk內容的學習，一直是學生學習的難點課程。文章通過對教學過程中學生頻繁出現問題的分析，設計了一套針對Java教學的方案，提出了任務驅動和過程反饋相結合的教學方式，針對不同的階段設計相應的實例，并針對學生的反饋進行及時的修正，使學生更好地理解面向對象的基本概念和Java程序設計方法。

[關鍵詞] Java教學;任務驅動;過程反饋

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻標識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）04-0165-04? ? [收稿日期] 2020-07-16

一、前言

Java程序設計課程是系統介紹Java語言的基礎知識及編程方法，使學生理解“面向對象的程序設計”思想的課程。這門課程要求學生在已經具有了面向過程的程序設計能力基礎上，能夠用面向對象的思想去分析解決問題。因此，課程不再是一門純粹的語言類課程，而要承擔轉變學生思維方式的任務;同時由于Jdk庫提供了豐富的類庫，涉及GUI編程、網絡編程、數據庫編程和多線程編程，學生學習的難度較大。正是由于Java程序設計課程的這種特殊性，其教學過程有別于其他專業課。如何達到教學目的，讓學生從整體和細節上掌握分析和解決問題的方法，讓學生能夠獨立完成一個小型Java項目的設計和編程，是Java教學中的一個難點，也是一個重點。教學方法成為Java教學中重要的研究課題。

傳統的教學方法已經不適應當前的人才培養模式。由于程序設計類課程的特殊性，即使將以教師為中心的教學模式變為以學生為中心的教學模式也無法達到人才培養的要求，因此應該結合多種教學平臺和教學方式，形成合理的教學模式。目前很多教師進行了相關的研究：①引入了OBE的教學理念，設計了可以覆蓋所有知識點的項目貫穿整個教學過程[1];②針對在專業課教學中存在的學生學習主動性不足和傳統教學模式不能適應學生的差異化需求等問題，提出了一種個性化教學模式[2];③提出以項目教學為驅動的程序設計實踐課程的翻轉課堂+SPOC教學模式[3];④提出了“課程模塊化+技能化”教學理念，以“懂、編、用”為教學目標，搭建完整的課程知識體系，保證“學、用”不斷線，形成課程學習鏈[4];⑤提出以校企共建課程為依托的“項目引領、任務驅動、工學結合”分步更迭教學法[5]。筆者總結多年的Java教學實踐經驗，提出任務驅動、過程反饋的教學模式，通過學生每一輪的學習反饋，有針對性地進行下一輪學習，使學生能夠較好地掌握相關內容。由于面向對象是一種思想，不局限于Java程序設計，具有通用性，因此本文從面向對象教學和Java程序設計教學兩個方面進行論述。

二、面向對象的教學方法

面向對象是一種思想，是基于面向過程而言的。有別于程序設計的教學，重點在于理解面向對象的三大特征：封裝性、繼承性和多態性。思想的理解也需要Java程序為載體，所以教學中二者要結合起來。作為目前主流的設計思想，學生掌握該方法有很大的難度。在教學實踐中，很多學生無法理解該思想，對于一些具體的問題仍然停留在面向過程的設計思想上。實際教學中面向對象的思想訓練被很多教師忽視，將重點集中于Java的語法上，使學生無法完成從面向過程到面向對象思想的轉變。

（一）面向對象的任務驅動

任務分為兩個階段，一是對封裝性形式上的理解，完成形式上面向對象思想的轉化;二是對封裝性的實質理解和面向對象有別于面向過程的繼承性和多態性的理解。具體內容如表1所示。

1.封裝性的形式理解封裝性的形式理解是對面向對象形式上的理解，使學生以最簡單的方式來理解面向對象，從而初步具有面向對象的設計思想。可以從C語言的結構體引出面向對象形式上的封裝，使學生自然地完成到面向對象的過渡。這一階段強調的是形式上將數據及對數據的操作合為一體，類的抽象是這個階段的關鍵點。

2.封裝性的實質理解。在完成封裝性形式上的理解后，需要理解封裝的實質內容，即封裝的真正作用是完成訪問層次的設定。封裝在語法實現上是通過控制訪問權限來控制類成員的封裝程度，如何控制訪問權限成為理解封裝性的關鍵點。

3.繼承性的理解。繼承性是面向對象思想的重要特性，反映了兩個類之間的父子關系。從形式上理解繼承性提高了軟件的開發效率，從實質上理解繼承中子類的構造過程。子類的構造通過增加新成員、覆蓋父類成員而形成。理解子類構造時必須先構造父類的邏輯，同時理解覆蓋父類成員后子類的內存空間示意圖，從而理解整個繼承鏈的層次關系。

4.多態性的理解。多態性是面向對象思想最重要的應用，反映了程序不同的抽象層次。從形式上理解多態性形成的語法形式，從實質上理解多態性在現實問題中的邏輯抽象，真正理解程序的抽象層次及其作用。

（二）面向對象的過程反饋及實例設計

面向對象思想的講解從理論上是抽象的。如何將抽象的理論讓學生具體地感性理解，需要設計多層次的實例。每一層的實例通過學生的訓練反饋后進入高一層的實例，完成對學生理解偏差的糾錯和概念的加深，讓學生真正深入理解面向對象設計思想。過程反饋實例設計如表2所示。

1.封裝性的形式理解。第一輪實例讓學生理解封裝的形式及基本的面向對象設計思想，理解抽象出類的基本方法，同時理解類的抽象方法不唯一;第二輪實例讓學生理解抽象類的過程中應當考慮的因素，理解類中數據成員和方法成員的關系，從而理解類的封裝本質上是對數據和該數據操作的封裝。

2.封裝的實質理解。第一輪實例讓學生理解成員的可見性范圍的設計思想，從而理解設計成員訪問權限的控制時考慮的因素;第二輪實例讓學生理解成員權限和類權限的擴展是如何完成的。

3.繼承性的理解。第一輪實例讓學生理解子類繼承父類的成員，結合訪問權限控制理解子類能夠繼承的父類成員的限制;第二輪實例讓學生理解子類可以改寫父類成員完成擴展，為后續多態性的運行做準備。

4.多態性的理解。第一輪實例讓學生理解多態性在形式上的實現，其基礎是繼承和覆蓋，其實現是父類引用指向子類對象;第二輪實例讓學生理解多態性的實質作用是形成不同抽象層次的程序，從而讓不同層次的變化封閉在相應的層次中，保證了高抽象層次程序的穩定性。

以上對于實例的設計只是一部分，更多的實例設計思想基于任務及循序漸進的思想，目的是讓學生逐步進入面向對象的思想中來，降低學生的學習難度，提高學生的學習興趣。

三、Java程序設計的教學方法

（一）Java程序設計的任務驅動

由于Java語法和C語言語法接近，所以Java教學的重點在于異常處理、GUI、數據庫編程、網絡編程和多線程。這些內容的理論性低于面向對象部分，在理解相關理論的基礎上，更多的是掌握Jdk提供的相關類的使用。具體內容如表3所示。

1.異常處理。有別于面向過程的錯誤處理，面向對象的異常處理分離了接收和處理錯誤代碼。這個功能理清了編程者的思路，也幫助代碼增強了可讀性，方便了維護者的閱讀和理解。異常處理提供了處理程序運行時出現的任何意外或異常情況的方法。理解這一點，讓學生能理解Java提供的異常處理塊的語法規定。

2.GUI。基本概念在于Java事件處理機制，正確理解事件處理機制等于完成了GUI程序設計的大部分內容。對于Jdk提供的大量的控件，要求學生掌握最常用的控件即可。如果后續需要，則學生具備了理論知識，更容易完成自學任務。

3.數據庫編程。理解數據庫驅動程序的框架，熟悉數據庫編程的步驟即可。

4.網絡編程。理解Socket的基本概念，熟悉TCP和UDP編程的基本步驟。

5.多線程。多線程是Java程序設計中重要的內容。雖然操作系統包含了相關概念，但學生仍然停留在基本概念的階段，甚至沒有理解多線程概念。由于多線程執行順序的不確定性，導致調試結果具有不可再現性，因此學生往往理解不了多線程的概念和應用。這一部分應重點理解多線程的概念和特點，在此基礎上熟悉相關多線程的類的使用。

（二）Java程序設計的過程反饋及實例設計

Java程序設計教學中涉及基本概念和應用兩個方面。由于Jdk類的數量龐大、應用面廣泛，對Jdk的講解不能做到全覆蓋，因此應當讓學生具備自學的基礎。Jdk類第一輪的案例設計要足夠簡單，使學生更容易理解基本概念;第二輪甚至第三輪的案例設計側重實際應用和Jdk類的熟悉。其過程反饋及實例設計如表4所示。

1.異常處理。第一輪實例讓學生理解異常處理的類型及處理機制，重點是理解異常對象的產生和捕獲、異常對象向上傳遞的路徑;第二輪實例讓學生深入理解異常類的層次結構及實際應用。

2.GUI。第一輪實例讓學生理解Java事件處理的機制及相關語法;第二輪實例讓學生熟悉Java類庫提供的常用控件。

3.數據庫編程。第一輪實例讓學生熟悉Jdbc各層次包含的類及數據庫編程的基本步驟，重點在于數據庫的連接;第二輪實例讓學生掌握數據庫編程中常用方法及編程技巧。

4.網絡編程。第一輪實例讓學生結合計算機網絡知識和IO知識理解網絡信息的傳輸過程及步驟，重點在于理解在服務器和客戶端生成Socket對象的區別以及輸入輸出流對象的生成;第二輪實例讓學生以實際項目全方位熟悉網絡編程。

5.多線程。第一輪實例讓學生熟悉線程對象的生成方法以及線程執行的特點，理解多線程執行結果的隨機性;第二輪實例讓學生結合操作系統知識熟悉多線程環境下同步的重要性及解決方法。

以多線程為例，內容的講解可以分為提出問題、講解、加深提問、點評學生的反饋、內容推進五個步驟實施。首先提出如何解決兩個線程交替打印連續數字的基礎問題，結合操作系統的互斥概念及解決方法，講解Java提供的線程互斥的方法，使得學生掌握基本的多線程概念及實現方法;在此基礎上，提出生產者消費者問題，給出提示并讓學生思考如何實現線程間的通信問題。從學生給出的實現方案中可以了解學生對多線程基礎知識的掌握情況及進一步解決新問題的能力，通過對這些方案的點評，學生對多線程基礎知識進行了鞏固，為下一步內容的推進打好基礎。五個步驟可以根據具體教學內容進行刪減或循環。

四、總結和結論

任務驅動和過程反饋相結合的教學方法符合教育心理學的規律。任務驅動讓學生有明確的目標去完成，給予學生足夠的成就感，改變了傳統“填鴨式”教學方法的枯燥，增強了學生學習的積極性。教學過程中根據學生掌握知識層次的不同，采用分層次的案例及課外擴展作業，使得學生能夠循序漸進地掌握相關知識，讓學生感覺Java程序設計的學習不再困難。過程反饋是該教學方法關鍵的一環。明確讓學生進行反饋，不僅能對學生所學的知識進行查缺補漏，還能使學生對反饋具有期許性。如果這種期許是正向的，會大大提高學生學習的積極性，從而改變目前大學普遍存在的學生自學能力不足的現象。實踐表明，在實際教學中應用該方法，能主動提問的學生數量大大增加，課余時間用于編程的時間大大增加，甚至學生自發地組成學習小組進行討論，而最終的考核也表明學生的成績有了明顯的提高。

參考文獻

[1]王慧，李雷孝，邢紅梅.基于OBE理念的Java程序設計課程教學改革探索[J].計算機教育，2020（02）：54-57.

[2]李永飛，李芙玲，王養廷.基于個性化教學的Java程序設計課程教學研究[J].計算機教育，2020（03）：148-152.

[3]常燕，劉嘉敏，朱世鐵，于霞.項目驅動的程序設計實踐課程的“翻轉課堂”+SPOC教學研究[J].教育教學論壇，2019（01）：157-159.

[4]吳金舟.《java程序設計》課程教學改革研究與實踐[J].教育教學論壇，2016（45）：93-95.

[5]壽周翔，胡則輝.分步迭代教學法在Java程序設計課程應用的研究與探索[J].計算機時代，2020（05）：70-73.