摘 要：Java是計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)中使用的主要編程語言，針對(duì)Java語言教學(xué)的現(xiàn)狀，文中提出了一種將XP極限編程應(yīng)用到Java編程教學(xué)的方式，該教學(xué)方式提高了學(xué)生的程序編寫質(zhì)量，轉(zhuǎn)變了學(xué)生的編程習(xí)慣，取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：極限編程；Java教學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：TP311.11-4

1 當(dāng)前編程教學(xué)現(xiàn)狀

Java是計(jì)算機(jī)軟件工程專業(yè)教學(xué)中使用的主要編程語言之一。在以往的Java編程教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中普遍存在如下問題：

編寫出的程序錯(cuò)誤多，查找錯(cuò)誤、修改錯(cuò)誤占用了大量時(shí)間。程序設(shè)計(jì)和代碼的質(zhì)量比較差。編寫的程序即使能夠運(yùn)行，但也經(jīng)常出錯(cuò)。通過調(diào)查分析，究其原因主要是，每個(gè)學(xué)生都是傳統(tǒng)的“單打獨(dú)斗”編程方式，編程過程缺少與他人的溝通交流；遇到問題后，個(gè)人單獨(dú)解決，考慮不夠周全。二是，學(xué)生對(duì)編程質(zhì)量的認(rèn)識(shí)較弱，沒有養(yǎng)成編寫“良好運(yùn)行”的健壯程序的習(xí)慣。

本文通過將XP極限編程的核心方法引入Java編程教學(xué)，有利于幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)編程質(zhì)量的認(rèn)識(shí)，取得了良好的教學(xué)效果。

2 極限編程（eXtreme Programming，XP）

XP極限編程是近年來使用廣泛的軟件敏捷開發(fā)方法之一。與“一次性針對(duì)所有需求完成設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、測試”的傳統(tǒng)開發(fā)模式不同，XP將開發(fā)過程分解為測試、編碼、設(shè)計(jì)/重構(gòu)三個(gè)短小周期，針對(duì)每一個(gè)需求模塊采用增量、迭代方式完成測試、編碼、重構(gòu)，在迭代過程中優(yōu)化設(shè)計(jì)。如圖1所示。

圖1 XP極限編程

XP極限編程通過強(qiáng)調(diào)結(jié)對(duì)編程、測試驅(qū)動(dòng)、重構(gòu)、簡單設(shè)計(jì)核心方法，使整個(gè)開發(fā)流程簡單、高效，且是軟件質(zhì)量得到有效保證。

2.1 結(jié)對(duì)編程

結(jié)對(duì)編程是兩人一組連續(xù)協(xié)作共同完成軟件設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和測試的開發(fā)方式。在文獻(xiàn)[1]指出，結(jié)對(duì)編程與單獨(dú)編程相比，完成的程序具有更好的設(shè)計(jì)，更加簡短有效，且具有更少的錯(cuò)誤和缺陷。結(jié)對(duì)兩人工作時(shí)，交流中彼此傳遞著知識(shí)，分享知識(shí)，并且互相學(xué)習(xí)編程技巧。因此，結(jié)對(duì)編程方式有利于結(jié)對(duì)的人充分溝通和交流，既能互相促進(jìn)和補(bǔ)充知識(shí)和技能、彼此受益；又能提高編程質(zhì)量和減少所用時(shí)間。

2.2 測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)

與傳統(tǒng)開發(fā)方式不同，測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)（Test Drived Development，TDD）提倡以測試為中心。在編寫任何實(shí)際功能的實(shí)現(xiàn)代碼前，先編寫該功能的測試；編寫功能的實(shí)現(xiàn)代碼是以通過該功能的所有測試為目標(biāo)。測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)可以盡早地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤和避免錯(cuò)誤，極大地降低了錯(cuò)誤的出現(xiàn)幾率和修改成本；從而保證最終軟件有可靠的質(zhì)量。

2.3 重構(gòu)

重構(gòu)（Refactor）是指在不改變功能的外部行為的前提下，對(duì)功能的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化，去除冗余部分，提高代碼可讀性。增加新的測試和功能后，通過重構(gòu)對(duì)代碼進(jìn)行“重新”設(shè)計(jì)，增進(jìn)內(nèi)部的清晰性和一致性。

2.4 簡單設(shè)計(jì)

簡單設(shè)計(jì)（Simple Design）以最簡單方式設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)每個(gè)功能，去除一切不必要的冗余部分，只要能通過當(dāng)前的預(yù)定的所有測試即可。并在后續(xù)的不斷重構(gòu)中，根據(jù)需求變化進(jìn)行修改和優(yōu)化。

另外，在為每一個(gè)類和方法設(shè)計(jì)其功能職責(zé)時(shí)，XP提倡所有的設(shè)計(jì)元素從命名和形式上能夠表述其承但的功能職責(zé)，并且其承擔(dān)的功能職責(zé)應(yīng)盡可能簡單、單一，以符合單一職責(zé)原則。

3 XP極限編程在Java教學(xué)中的應(yīng)用

經(jīng)過實(shí)踐，按照以下步驟可以將XP編程方法有效應(yīng)用到Java編程教學(xué)過程中。把每一個(gè)編程實(shí)踐練習(xí)題目看作一個(gè)簡單的軟件項(xiàng)目，由指導(dǎo)老師向所有的學(xué)生講解練習(xí)題目并明確題目要求，完成需求分析。例如，在進(jìn)行“編寫一個(gè)計(jì)算器”的題目時(shí)，指導(dǎo)老師講解并明確題目的具體的功能需求：實(shí)現(xiàn)給定兩個(gè)數(shù)值的加、減、乘、除的計(jì)算功能，以及計(jì)算結(jié)果的輸出。

3.1 分組結(jié)對(duì)

指導(dǎo)老師根據(jù)學(xué)生的以往成績以兩人一組進(jìn)行分組結(jié)對(duì)。分組結(jié)對(duì)時(shí)，可以先按照以往成績對(duì)所有學(xué)生進(jìn)行排名，假如共有10名學(xué)生，從排序中間位置開始分組，讓1和6、2和7、3和8、4和9、5和10進(jìn)行結(jié)對(duì)，如圖2所示。

圖2 結(jié)對(duì)分組

結(jié)對(duì)的兩名學(xué)生需要在整個(gè)過程中進(jìn)行大量的討論，彼此交換掌握的知識(shí)和技巧，如若遇到兩人都不善言語，交流困難等特殊情況，需要在此基礎(chǔ)上做少量調(diào)整，將其中一人調(diào)換為善于溝通交流的學(xué)生。

3.2 為需求編寫測試列表

首先，根據(jù)題目明確的需求功能，結(jié)對(duì)兩人在經(jīng)過討論后，以“望文生義”的方式為需求中的所有元素命名。比如，將計(jì)算器命名為Calculator，將計(jì)算器的加、減、乘、除、乘方運(yùn)算功能命名為add、sub、multi、divide和power；計(jì)算結(jié)果為result，輸出計(jì)算結(jié)果功能命名為printOut。

然后，結(jié)對(duì)兩人根據(jù)題目明確的功能需求，通過討論的方式，共同為每一個(gè)功能需求編寫需通過的測試列表。結(jié)對(duì)兩人討論過程中，考慮越細(xì)致，測試覆蓋越全面，程序質(zhì)量越高。

在編寫測試列表時(shí)，指導(dǎo)學(xué)生注意每一個(gè)測試應(yīng)明確輸入以及預(yù)期的輸出。例如，為divide運(yùn)算功能編寫測試列表，可按如圖所示編寫。

表1 divide運(yùn)算功能測試列表

序號(hào)說明輸入輸出

1Result為0.0，傳入?yún)?shù)2.02.0Result為0.0

2Result為0.0，傳入?yún)?shù)0.00.0提示“除數(shù)為0”錯(cuò)誤

3Result（非0）為10.0，傳入?yún)?shù)2.02.0Result為5.0

4Result（非0）為10.0，傳入?yún)?shù)0.00.0提示“除數(shù)為0”錯(cuò)誤

3.3 編寫測試用例

測試用例是對(duì)功能需求的具體體現(xiàn)，根據(jù)TDD測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)原則，在編寫功能實(shí)現(xiàn)代碼前，需先編寫測試該功能的用例。為了方便編寫測試用例，可提前向?qū)W生介紹xUnit、TestNG類測試工具的使用。

結(jié)對(duì)兩人根據(jù)已明確的需求，編寫測試用例。比如，定義計(jì)算器的測試用例類為CaculatorTest，并根據(jù)需求列表中的第1個(gè)需求，編寫第一個(gè)測試方法。

public void testZeroDivide（）{

//getResult（）返回0.0

calculator.divide（2.0）；

assertEquals（0.0， calculator.getResult（））；

}

3.4 編寫實(shí)現(xiàn)代碼

結(jié)對(duì)兩人共同編寫能夠通過當(dāng)前所有測試的實(shí)現(xiàn)代碼。在該環(huán)節(jié)，學(xué)生最容易犯的錯(cuò)誤是，編寫實(shí)現(xiàn)代碼時(shí)，主觀隨意、即興發(fā)揮，實(shí)現(xiàn)代碼并非都是為了通過當(dāng)前所有測試而編寫。與通過測試不相關(guān)的代碼部分，無法進(jìn)行測試驗(yàn)證其正確性，所以，根據(jù)簡單設(shè)計(jì)原則，應(yīng)該避免和去除與當(dāng)前測試無關(guān)的部分。

另外，編寫代碼時(shí)，可由一人進(jìn)行代碼編寫，同時(shí)另一人在邊上觀看，并且兩人時(shí)常交換。一方面，兩人可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)代碼錯(cuò)誤，并減少錯(cuò)誤出現(xiàn)的幾率，保證代碼的編寫質(zhì)量；二是，代碼編寫過程中，兩人在查找代碼錯(cuò)誤、修改錯(cuò)誤及盡力避免錯(cuò)誤的大量討論，彼此的知識(shí)、技巧和經(jīng)驗(yàn)得到了充分的交換和補(bǔ)充，是對(duì)已學(xué)的書本內(nèi)容進(jìn)行了又一次生動(dòng)而深刻學(xué)習(xí)。

3.5 運(yùn)行測試、重構(gòu)

運(yùn)行當(dāng)前所有測試，驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)代碼的正確性。如果實(shí)現(xiàn)代碼存在錯(cuò)誤，未通過所有測試，則返回步驟4檢查實(shí)現(xiàn)代碼，修改錯(cuò)誤。修改后，并再次運(yùn)行測試。在多次的“修改代碼-運(yùn)行測試”的迭代中，如發(fā)現(xiàn)冗余的、無關(guān)的代碼，應(yīng)重構(gòu)當(dāng)前程序，優(yōu)化和修改設(shè)計(jì)，及時(shí)去除冗余部分，從而提高代碼質(zhì)量。

實(shí)現(xiàn)代碼能夠通過當(dāng)前所有測試后，跳回步驟3，按照測試列表，在測試用例中編寫增加一個(gè)新的測試，繼續(xù)編寫實(shí)現(xiàn)代碼、運(yùn)行測試，直到通過所有測試。

這種增量的、迭代方式的過程中，程序不斷地被重構(gòu)，既可以根據(jù)變化進(jìn)行修改，又可以通過優(yōu)化提高質(zhì)量，使得最終的程序具有良好的質(zhì)量和健壯性。

在基于XP極限編程的這種增量的、迭代方式的過程中，學(xué)生的知識(shí)和技巧不斷地得到了強(qiáng)化學(xué)習(xí)和提高，并且學(xué)生養(yǎng)成了良好的軟件開發(fā)習(xí)慣，提高了對(duì)軟件開發(fā)的質(zhì)量意識(shí)，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

經(jīng)過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，按照上述方法將XP極限編程應(yīng)用到Java編程教學(xué)中，教學(xué)效果有了明顯的改善：

（1）提高了學(xué)生編寫程序的質(zhì)量和健壯性。學(xué)生的程序代碼中，隨意命名“a1，b1”的情況和冗余代碼明顯減少，程序編碼的規(guī)范性和質(zhì)量有了較大提高。程序運(yùn)行不再頻繁出錯(cuò)，程序具有了一定的健壯性。

（2）增強(qiáng)了對(duì)軟件開發(fā)的質(zhì)量意識(shí)。學(xué)生不再只是以程序能夠運(yùn)行為目標(biāo)，在開發(fā)過程中，能夠主動(dòng)通過多次迭代、重構(gòu)來優(yōu)化程序，提高程序質(zhì)量，質(zhì)量意識(shí)有了明顯增強(qiáng)。

（3）軟件開發(fā)習(xí)慣有了明顯改變。學(xué)生逐漸熟悉了“測試驅(qū)動(dòng)、結(jié)對(duì)編程”的增量、迭代開發(fā)方式，以前的“單打獨(dú)斗”編程習(xí)慣有了明顯的轉(zhuǎn)變。

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作者簡介：葛憲強(qiáng)，男，講師，碩士，研究方向：軟件工程、圖形處理；許杰，女，中級(jí)，碩士，研究方向：教育管理。

作者單位：聊城大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，山東聊城 252059；聊城高級(jí)財(cái)經(jīng)學(xué)校工程系，山東聊城 252000