盧慧雅，王 磊

（北京信息科技大學(xué) 信息管理學(xué)院，北京 100192）

0 引 言

理工類院校的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程普遍選取Java 作為授課語言，Java 具有語法嚴(yán)謹(jǐn)、與平臺(tái)無關(guān)、安全性和健壯性良好等特點(diǎn)，同時(shí)也是JavaWeb 開發(fā)的前導(dǎo)課程。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是在理論授課結(jié)束后，安排一定學(xué)時(shí)的綜合實(shí)驗(yàn)，試圖達(dá)到理解和鞏固知識(shí)模塊、提高設(shè)計(jì)與編碼的能力。然而，部分實(shí)驗(yàn)存在過程單一、內(nèi)容枯燥乏味、綜合拓展不足的問題，造成學(xué)生興趣下降，教師的教學(xué)效果和學(xué)生的動(dòng)手能力都不盡如人意。

1 實(shí)驗(yàn)存在的問題

以信管專業(yè)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程的綜合實(shí)驗(yàn)為例，通常教師下發(fā)實(shí)驗(yàn)任務(wù)后不再手把手指導(dǎo)，學(xué)生依據(jù)需求規(guī)格說明自行設(shè)計(jì)、編碼、調(diào)試、發(fā)布。學(xué)生反映知識(shí)點(diǎn)龐雜、晦澀，設(shè)計(jì)理念不清晰，不知從何著手，普遍感到邏輯思維難度大，基本都是以“做完”實(shí)驗(yàn)為目的，而不是追求“做好”實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)答辯審核時(shí)，教師限于時(shí)間和精力，也是快速檢查學(xué)生的系統(tǒng)功能和界面是否符合要求，很少關(guān)注編碼細(xì)節(jié)。學(xué)生的設(shè)計(jì)思路五花八門，代碼質(zhì)量參差不齊，很難達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)定目標(biāo)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)步驟如下：首先對系統(tǒng)需求進(jìn)行功能梳理，沒有模塊化設(shè)計(jì)，少數(shù)類文件承擔(dān)全部功能；接著完成臃腫的源程序編碼，對系統(tǒng)功能進(jìn)行抽樣檢查；最后發(fā)布可能有隱患的系統(tǒng)。

出現(xiàn)上述問題的主要原因在于：雖然某些章節(jié)結(jié)束后會(huì)有對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課時(shí)，但不是綜合實(shí)驗(yàn)，知識(shí)點(diǎn)串結(jié)較少，僅需少量源文件就能完成功能要求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)隨意、粗糙。最后在綜合實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，學(xué)生還沒有訓(xùn)練好軟件工程化的思想，不懂得模塊的概念和重要性，自然沒有能力進(jìn)行分層設(shè)計(jì)，軟件質(zhì)量差強(qiáng)人意。

2 實(shí)驗(yàn)案例優(yōu)化

2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的優(yōu)化

實(shí)驗(yàn)初期，教師不刻意教授模塊化設(shè)計(jì)思想，讓學(xué)生通過自主探索或者依據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)，當(dāng)大部分同學(xué)出現(xiàn)思維混亂、編碼亂套的時(shí)候，教師適當(dāng)介入，引導(dǎo)學(xué)生思考問題出現(xiàn)的原因，查閱資料并討論可行的解決方案。

教師此時(shí)引入一種基于MVC 思想[1]的設(shè)計(jì)方案，讓學(xué)生初步認(rèn)知概念和模式。MVC 是model，view，controller 的簡稱，強(qiáng)調(diào)以業(yè)務(wù)功能為核心，將系統(tǒng)在邏輯上分為視圖表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)控制層和實(shí)體模型層，各層彼此獨(dú)立又相互協(xié)作。不同層各司其職，有利于通過工程化、工具化管理程序代碼，可維護(hù)性好、復(fù)用性高、部署快速，具有較低的生命周期成本。

優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)步驟在梳理系統(tǒng)功能后，進(jìn)行模塊劃分和組件設(shè)計(jì)，對模塊實(shí)施迭代編碼，接著開展單元測試，測試通過才能持續(xù)集成，直至系統(tǒng)功能檢查無誤，然后發(fā)布穩(wěn)定的系統(tǒng)。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容強(qiáng)化模塊化思想，結(jié)合案例驅(qū)動(dòng)[2]或者項(xiàng)目導(dǎo)向[3]的教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生理解設(shè)計(jì)模式，訓(xùn)練學(xué)生一步步迭代完成實(shí)驗(yàn)。

2.2 實(shí)驗(yàn)方式的優(yōu)化

實(shí)驗(yàn)方式由原先的線下編碼、線下提交、教師人工審核升級為線下編碼、線上提交、平臺(tái)自動(dòng)審核。考慮信管專業(yè)特點(diǎn)，選取信息處理類的典型實(shí)驗(yàn)案例，經(jīng)過裁剪、整合后部署到學(xué)院的實(shí)訓(xùn)教育平臺(tái)[4]上。系統(tǒng)經(jīng)過科學(xué)的模塊化設(shè)計(jì)，每個(gè)模塊再被拆分為若干子任務(wù)，子任務(wù)有順序要求，掛接在里程碑節(jié)點(diǎn)上。按照軟件工程化的要求，依次進(jìn)行迭代開發(fā)，學(xué)生不能任意選擇某個(gè)節(jié)點(diǎn)，必須嚴(yán)格按照開發(fā)流程進(jìn)行。教師從繁瑣的輔導(dǎo)和答疑中解脫出來，隨時(shí)在后臺(tái)查看實(shí)驗(yàn)進(jìn)展情況，有針對性地提醒和講解，能夠?qū)Ｗ⒂趯?shí)驗(yàn)案例的業(yè)務(wù)規(guī)則定制，提高教學(xué)效率。實(shí)驗(yàn)進(jìn)度如圖1 所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)進(jìn)度

3 實(shí)驗(yàn)案例實(shí)施

3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和要求

課題組選擇模擬文本界面的“團(tuán)隊(duì)開發(fā)人員調(diào)度軟件”作為綜合實(shí)驗(yàn)案例，系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)員工顯示及團(tuán)隊(duì)人員調(diào)度為目標(biāo)，以數(shù)組作為存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的載體，完成數(shù)組的創(chuàng)建、顯示、查詢、增加、刪除等操作，考查多個(gè)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況：多態(tài)、對象的關(guān)聯(lián)、異常的發(fā)生與處理[5]等。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中理解面向接口的編程方法，學(xué)習(xí)模塊化設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)過程采取單人單組、獨(dú)立開發(fā)的方式，要求實(shí)現(xiàn)以下功能。

（1）軟件采用單級菜單方式工作。當(dāng)軟件運(yùn)行時(shí)，在主界面根據(jù)指定的數(shù)據(jù)顯示公司所有成員列表。

（2）根據(jù)菜單提示，基于現(xiàn)有的公司成員，組建一個(gè)開發(fā)團(tuán)隊(duì)。組建過程包括將成員插入團(tuán)隊(duì)中，或從團(tuán)隊(duì)中刪除某成員，還可以列出團(tuán)隊(duì)中現(xiàn)有成員。

（3）開發(fā)團(tuán)隊(duì)成員包括架構(gòu)師、設(shè)計(jì)師和程序員，既有總?cè)藬?shù)限制，也有人員類型數(shù)量限制，如果操作不符合預(yù)設(shè)規(guī)則，將觸發(fā)和拋出自定義異常。

（4）菜單某項(xiàng)操作成功后，按回車鍵將重新顯示主界面。

3.2 實(shí)驗(yàn)步驟

教師依托實(shí)訓(xùn)教育平臺(tái)，詳細(xì)講解模塊化分層的概念和設(shè)計(jì)方案，指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)步驟的調(diào)整，即將系統(tǒng)劃分為list 視圖模塊（對應(yīng)表現(xiàn)層V）、manage 管理模塊（對應(yīng)控制層C）和domain 實(shí)體模塊（對應(yīng)模型層M），如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)模塊分層結(jié)構(gòu)

其中l(wèi)ist 視圖模塊為主控模塊，由界面顯示類負(fù)責(zé)顯示菜單和退出系統(tǒng)，通過調(diào)用服務(wù)模塊提供的方法完成人機(jī)交互功能；manage 管理模塊為實(shí)體對象的管理層，響應(yīng)視圖模塊發(fā)送的請求，由公司員工管理類維護(hù)公司員工、團(tuán)隊(duì)人員管理類維護(hù)團(tuán)隊(duì)成員，同時(shí)處理由異常類傳遞的各種失敗信息；domain 實(shí)體模塊包含員工類及使用的設(shè)備信息,起到基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐作用。這里體現(xiàn)了分而治之的MVC 設(shè)計(jì)思想，組織結(jié)構(gòu)清晰、系統(tǒng)功能明確，使學(xué)生基于問題驅(qū)動(dòng)加深認(rèn)識(shí)和理解模塊化的軟件工程思想。

每個(gè)模塊再依據(jù)子任務(wù)，設(shè)計(jì)不同數(shù)量的組件類即單元文件。學(xué)生在“學(xué)練問”的過程中腦海已有比較清晰的認(rèn)識(shí)，所以組件類的創(chuàng)建就不感覺難度了。指導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)完成實(shí)驗(yàn)步驟的調(diào)整，即每一個(gè)單元文件迭代編碼結(jié)束后都使用模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行測試，檢查功能是否正確和健壯，既要選擇合理的模擬數(shù)據(jù)驗(yàn)證功能是否完整，還要使用非法的模擬數(shù)據(jù)檢驗(yàn)異常的捕獲和處理情況。學(xué)生在不同場景中深刻理解異常的發(fā)生原因，能夠掌握異常的捕獲和處理方法，同時(shí)也能滲透單元測試[6]的概念和方法，體會(huì)軟件質(zhì)量的重要性。

節(jié)點(diǎn)分配的任務(wù)經(jīng)過編碼和測試后，進(jìn)行線上提交，實(shí)訓(xùn)教育平臺(tái)預(yù)置的評價(jià)規(guī)則對源文件自動(dòng)審核，若不符合規(guī)范將拒絕提交操作，直至學(xué)生的修改符合要求為止。經(jīng)過若干任務(wù)的迭代，系統(tǒng)搭建比較完整了，實(shí)驗(yàn)進(jìn)入驗(yàn)收和總結(jié)階段。

3.3 實(shí)驗(yàn)特色

MVC 設(shè)計(jì)思想在高年級的Java Web 課程才會(huì)詳細(xì)講解，嘗試將知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行適度前移，并與實(shí)驗(yàn)融合，以問題為導(dǎo)向激發(fā)學(xué)生對模塊分層的興趣，理解“良好的設(shè)計(jì)是成功的一半”“MVC設(shè)計(jì)思想是系統(tǒng)的核心”[7]。

實(shí)驗(yàn)依托實(shí)訓(xùn)教育平臺(tái)，將系統(tǒng)功能劃分為若干模塊，使用分層迭代的軟件開發(fā)思路，模塊結(jié)構(gòu)符合MVC 設(shè)計(jì)思想，為學(xué)生以后進(jìn)行Java Web 的學(xué)習(xí)打下扎實(shí)基礎(chǔ)，起到水平提升和能力拔高的作用。

教師在實(shí)驗(yàn)過程中循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)思考的習(xí)慣，能夠有效提升Java 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和效果，使學(xué)生真正具備解決復(fù)雜問題的工程能力。

4 結(jié) 語

該實(shí)驗(yàn)案例已應(yīng)用在信管專業(yè)不同年級的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)可自適應(yīng)裁剪和擴(kuò)充?？紤]低年級學(xué)生的理解程度與知識(shí)儲(chǔ)備，可以選取前4 學(xué)時(shí)作為章節(jié)實(shí)驗(yàn)，只完成公司員工的列表功能，即將靜態(tài)字符串?dāng)?shù)組中的數(shù)據(jù)逐項(xiàng)構(gòu)建為具有繼承結(jié)構(gòu)的員工對象，加載到動(dòng)態(tài)對象數(shù)組中，由公司員工管理類負(fù)責(zé)把對象信息打印在屏幕上。團(tuán)隊(duì)人員管理類和異常類不參加系統(tǒng)工作，也沒有人機(jī)交互功能，但MVC 設(shè)計(jì)思想依然能夠嵌入實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和內(nèi)容里；還可以將完整項(xiàng)目放入高年級的專業(yè)實(shí)訓(xùn)中，合計(jì)16 學(xué)時(shí)作為綜合實(shí)驗(yàn)，要求實(shí)現(xiàn)全部業(yè)務(wù)邏輯，即系統(tǒng)提供數(shù)組的維護(hù)操作，從而完成團(tuán)隊(duì)的人員調(diào)度。團(tuán)隊(duì)人員管理類和異常類參加系統(tǒng)工作，人機(jī)交互功能豐富，MVC 設(shè)計(jì)思想更加深入。

教學(xué)實(shí)踐表明，大部分學(xué)生普遍感到實(shí)驗(yàn)的形式有趣、內(nèi)容新穎，對理論知識(shí)的掌握以及對動(dòng)手能力的提高幫助很大，同時(shí)能夠進(jìn)一步消化理解抽象的模塊化編程理念，熟悉軟件項(xiàng)目的工程化規(guī)范。

教學(xué)模式與信息技術(shù)與時(shí)俱進(jìn)，可以繼續(xù)探討如果實(shí)訓(xùn)教育平臺(tái)使用大數(shù)據(jù)的方式，采集和存儲(chǔ)多維教學(xué)信息，輔以人工智能進(jìn)行決策分析，個(gè)性化的教學(xué)效果和反饋會(huì)更加突出，以便盡早實(shí)現(xiàn)專業(yè)知識(shí)與技能素養(yǎng)的雙向思維貫通。