唐型基 柴群 楊光臨

摘要：許多高校的Java程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)正在改革，強(qiáng)調(diào)提升編程應(yīng)用能力。但在教學(xué)中普遍的學(xué)生完成作業(yè)還行，開(kāi)發(fā)項(xiàng)目卻不會(huì)，一個(gè)主要的原因是面向?qū)ο蟮木幊趟枷霙](méi)有建立起來(lái)，該文以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法案例——雷電游戲的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)為例討論引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：Java程序設(shè)計(jì);項(xiàng)目驅(qū)動(dòng);面向?qū)ο?教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：TP311 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）31-0092-03

1 引言

Java程序設(shè)計(jì)這門(mén)課程是目前高校計(jì)算機(jī)類相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)必修課程，該課程具有很強(qiáng)的運(yùn)用性、實(shí)踐性，傳統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程在大多數(shù)情況下只是讓學(xué)生學(xué)會(huì)了一門(mén)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的基礎(chǔ)，現(xiàn)代社會(huì)的競(jìng)爭(zhēng)異常激烈，對(duì)學(xué)生的應(yīng)用能力要求也在提高。面對(duì)這樣的情形，各高校也在對(duì)Java程序設(shè)計(jì)課程進(jìn)行改革，不斷往課程里“加料”，強(qiáng)調(diào)提升學(xué)生的應(yīng)用能力。

Java 語(yǔ)言作為一門(mén)純面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言，面向?qū)ο缶幊趟枷牒退惴ㄊ撬撵`魂[1]。Java程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言基礎(chǔ)語(yǔ)法部分的學(xué)習(xí)并不難，學(xué)過(guò)C語(yǔ)言的學(xué)生基本上都能掌握。但Java本身它是一門(mén)面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言，很多的學(xué)生不會(huì)使用面向?qū)ο蟮乃枷肴シ治鰡?wèn)題，對(duì)于Java的使用也僅停留在使用“升級(jí)版C語(yǔ)言”的層次，仍是采用面向過(guò)程的編程方式使用Java語(yǔ)言[2]。這也是許多學(xué)生完成課本作業(yè)還行，但獨(dú)立去完成一小個(gè)項(xiàng)目卻無(wú)從下手的根本原因。

2 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法

Java程序設(shè)計(jì)課程中的內(nèi)容相較多，基礎(chǔ)部分包括：數(shù)據(jù)類型、分支控制結(jié)構(gòu)、循環(huán)控制結(jié)構(gòu)、數(shù)組、異常處理、類和對(duì)象、接口等，結(jié)合應(yīng)用部分還有：圖形界面、數(shù)據(jù)庫(kù)連接和操縱、多線程、網(wǎng)絡(luò)、面向?qū)ο蟾呒?jí)特性等。按傳統(tǒng)的教師講，學(xué)生被動(dòng)“填鴨”灌輸?shù)姆绞浇虒W(xué)，學(xué)生難以接受眾多的知識(shí)，更別說(shuō)應(yīng)用。只有將知識(shí)融合到項(xiàng)目中，以項(xiàng)目來(lái)驅(qū)動(dòng)學(xué)生去學(xué)習(xí)掌握這些知識(shí)，才能讓學(xué)生更好地學(xué)會(huì)這些繁雜瑣碎的知識(shí)，并認(rèn)識(shí)到這些知識(shí)是怎么運(yùn)用的。在課堂教學(xué)中結(jié)合項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)他們的代碼調(diào)試能力，提高項(xiàng)目開(kāi)發(fā)水平[3]。教學(xué)整體設(shè)計(jì)“以職業(yè)技能培養(yǎng)為目標(biāo)，以項(xiàng)目任務(wù)實(shí)現(xiàn)為載體、理論學(xué)習(xí)與實(shí)際操作相結(jié)合”[4]。因此項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是學(xué)習(xí)Java程序設(shè)計(jì)課程的有效的教學(xué)方法。

3 雷電游戲項(xiàng)目的面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)

為激發(fā)學(xué)生對(duì)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性和興趣，選取的是游戲方面的項(xiàng)目，學(xué)習(xí)與娛樂(lè)相結(jié)合，將學(xué)生玩游戲的熱情與興趣引導(dǎo)向開(kāi)發(fā)游戲和編程方面來(lái)，激起學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，在開(kāi)發(fā)游戲的過(guò)程學(xué)習(xí)面向?qū)ο蠓椒ǖ某绦蛟O(shè)計(jì)，在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中體會(huì)Java程序設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)。本文以“雷電游戲”這一項(xiàng)目案例的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)來(lái)討論項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)過(guò)程一般分為三個(gè)階段：面向?qū)ο蠓治?，面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)，面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)[5]。

3.1 面向?qū)ο蠓治?/p>

將游戲程序分享給學(xué)生，讓學(xué)生一起運(yùn)行體驗(yàn)和觀察游戲。引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)始面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的第一階段：面向?qū)ο蟮姆治?。此階段分為兩個(gè)小的步驟，第一步是找出游戲中有哪些元素組成？這些元素也就是項(xiàng)目中的對(duì)象。

通過(guò)觀察和分析，在游戲中找到如下的對(duì)象：1）主角飛機(jī)，2）敵人飛機(jī)，3）主角子彈，4）敵人子彈，5）增加生命值物品，6）生命值（次）數(shù)（在窗體上方顯示的），7）最終的BOSS。從游戲界面上看，暫時(shí)找到的對(duì)象就是上述的對(duì)象。但是游戲要正常運(yùn)行還缺少了一些東西，比如游戲背景，游戲運(yùn)行時(shí)聽(tīng)到的聲音，游戲主框架等，沒(méi)有他們程序是不完整的。因此把這三個(gè)元素分別擬定成為游戲項(xiàng)目中的對(duì)象，它們是：8）游戲背景，9）游戲聲音，10）游戲主框架。

接下來(lái)是面向?qū)ο蠓治鲭A段中的第二步，分析各個(gè)對(duì)象具有什么特性（屬性）？主要指靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩個(gè)方面的特性。靜態(tài)的是成員變量，動(dòng)態(tài)的則是成員方法。

經(jīng)分析得到各對(duì)象的屬性有：

1）主角飛機(jī) 。靜態(tài)成員：位置坐標(biāo)（x，y），圖像大小（width，height），圖片。動(dòng)態(tài)成員：取得坐標(biāo)（x，y）、繪制圖片、發(fā)射子彈、移動(dòng)。

2）敵人飛機(jī)。靜態(tài)成員：位置坐標(biāo)（x，y），圖像大?。╳idth，height），圖片。動(dòng)態(tài)成員：取得坐標(biāo)（x，y）、移動(dòng)、繪制圖片、發(fā)射子彈。

3）主角子彈。靜態(tài)成員：位置坐標(biāo)（x，y），圖像大小（width，height），圖片。動(dòng)態(tài)成員：取得坐標(biāo)（x，y）、移動(dòng)、繪制圖片。

4）敵人子彈。靜態(tài)成員：位置坐標(biāo)（x，y），圖像大?。╳idth，height），圖片。動(dòng)態(tài)成員：取得坐標(biāo)（x，y）、移動(dòng)、繪制圖片。

5）增加生命值物品對(duì)象。靜態(tài)成員：位置坐標(biāo)（x，y），圖像大小（width，height），圖片。動(dòng)態(tài)成員：取得坐標(biāo)（x，y）、移動(dòng)、繪制圖片。

6）生命值（條）數(shù)。靜態(tài)成員：位置坐標(biāo)（x，y），圖像大小（width，height），圖片。動(dòng)態(tài)成員：繪制圖片。

7）最終的BOSS對(duì)象。靜態(tài)成員：位置坐標(biāo)（x，y），圖像大?。╳idth，height），圖片。動(dòng)態(tài)成員：移動(dòng)、繪制圖片。

8）游戲背景對(duì)象。靜態(tài)成員：位置坐標(biāo)（x，y），圖像大?。╳idth，height），圖片。動(dòng)態(tài)成員：繪制圖片。

9）聲音對(duì)象。靜態(tài)成員：聲音文件名。動(dòng)態(tài)成員：播放聲音文件。

10）游戲主框架對(duì)象。它是一個(gè)框架，把上述所有對(duì)象都包含，并控制著它們協(xié)調(diào)地工作。靜態(tài)成員：生命值（次）數(shù)對(duì)象，增加生命物品對(duì)象，敵機(jī)對(duì)象，主角飛機(jī)對(duì)象，敵方子彈對(duì)象，主角子彈對(duì)象，背景對(duì)象，聲音對(duì)象。動(dòng)態(tài)成員：初始化游戲，繪圖，按鍵控制。

3.2 面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)

面向?qū)ο箝_(kāi)發(fā)過(guò)程的第二階段是面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)，即以項(xiàng)目中的各對(duì)象為原型設(shè)計(jì)出各個(gè)類，各個(gè)類實(shí)例化之后即得到了項(xiàng)目中的對(duì)象。此階段中包含兩個(gè)步驟，第一步是分析項(xiàng)目中各對(duì)象之間的關(guān)系（如包含，控制，生成等），然后使用UML工具畫(huà)出類圖。

分析每個(gè)對(duì)象得知，他們有很多的共通點(diǎn)，如：靜態(tài)成員：位置坐標(biāo)（x，y），圖像大?。╳idth，height），圖片。動(dòng)態(tài)成員：取得坐標(biāo)（x，y）;移動(dòng);繪制圖片。于是提高代碼的重用性，采用面向?qū)ο蟮睦^承的思想，先定義出抽象類：移動(dòng)對(duì)象類（MovableObject），然后其他相應(yīng)的各對(duì)象類可從該類那里繼承而得到。如圖1所示。

第二步是進(jìn)一步細(xì)化類圖，確定類中各個(gè)對(duì)象靜態(tài)成員的具體屬性的類型，明確動(dòng)態(tài)成員要完成的功能，并用采用自然語(yǔ)言或者圖形工具（如流程圖，PAD圖等）描述出來(lái)。

1）MovableObject類的設(shè)計(jì)，x，y坐標(biāo)設(shè)定為整型數(shù)據(jù)，高（height），寬（width）設(shè)定為整型數(shù)據(jù)，圖片設(shè)定為Image類型，如圖2所示。

2）主角飛機(jī)（Hero）類的設(shè)計(jì)。繼承于抽象類MovableObject，增加發(fā)射子彈的成員方法。由于主角飛機(jī)類是受到按鍵控制的，因此不用父類中的move方法，新增加向上下左右四個(gè)方法的移動(dòng)的成員方法。

其中，發(fā)射子彈方法的算法描述為生成主角子彈對(duì)象，并填寫(xiě)它首次出現(xiàn)的位置坐標(biāo)及圖片小大等信息。

向上移動(dòng)方法的算法描述為：如果縱坐標(biāo)y的值大于10則坐標(biāo)y值減去10，否則不減。

向下移動(dòng)方法的算法描述為：如果縱坐標(biāo)y的值小于600（游戲窗口的高度值）減去70（主角飛機(jī)圖片的高度）則坐標(biāo)y加10，否則不加。

向左移動(dòng)方法的算法描述為：如果橫坐標(biāo)x的值大于10則坐標(biāo)x值減去10，否則不減。

向右移動(dòng)方法的算法描述為：如果橫坐標(biāo)x的值小于400（游戲窗口的寬度值）減去40（主角飛機(jī)圖片的寬度）則坐標(biāo)x加10，否則不加。

3）敵機(jī)（Enemy）類的設(shè)計(jì)。繼承于抽象類MovableObject，增加發(fā)射子彈的方法。

發(fā)射子彈方法的算法描述為生成敵機(jī)子彈對(duì)象，并填寫(xiě)它首次出現(xiàn)的位置坐標(biāo)及圖片小大等信息。

重寫(xiě)父類中的move方法，每間隔一段時(shí)間，向下移動(dòng)5（坐標(biāo)y加5），向左或向右移動(dòng)一段距離（x坐標(biāo)加上-5到5之間的一個(gè)數(shù)值）。

4）游戲主框架類（GamePanel）類的設(shè)計(jì)。主框架類繼承于Panel類，在該類中將各對(duì)象的運(yùn)動(dòng)變化交由一個(gè)線程來(lái)進(jìn)行處理運(yùn)行，為確保游戲程序順暢運(yùn)行，各對(duì)象的顯示和繪制交由另一個(gè)線程來(lái)進(jìn)行處理。其中，繪制顯示的對(duì)象，這線程不用新建線程另外處理，因?yàn)榻缑娉绦虻慕M件都有繪制的線程和專用的方法（paint），對(duì)象運(yùn)動(dòng)變化之后，只要通知界面程序的組件繪制的線程（也可以理解為調(diào)用界面程序的繪圖方法更新內(nèi)容）即可。靜態(tài)成員：生命值（次）數(shù)對(duì)象列表，增加生命物品列表，敵機(jī)列表，主角飛機(jī)，敵方子彈列表，主角子彈列表，背景對(duì)象，聲音對(duì)象，各圖形元素運(yùn)動(dòng)控制的線程對(duì)象。成員方法：初始化游戲，繪圖（重寫(xiě)paint方法），按鍵控制（控制主角移動(dòng)），（各對(duì)象碰撞的）音效播放，背景音樂(lè)播放;事件監(jiān)聽(tīng)（按鍵監(jiān)聽(tīng)處理）;重新開(kāi)始游戲。

5）各對(duì)象運(yùn)動(dòng)控制的線程（ThdObjMove）類的設(shè)計(jì)。此類最好在主框架類中進(jìn)行設(shè)計(jì)（內(nèi)部類），這樣方便線程訪問(wèn)和控制主框架類的各成員。各圖形元素運(yùn)動(dòng)控制的線程類的設(shè)計(jì)：在線程體中控制敵人、敵人子彈、主角子彈、主角、增加生命值物品等各個(gè)對(duì)象的移動(dòng);并檢查是否發(fā)生（敵人與主角、敵人子彈與主角、主角子彈與敵人、增加生命值物品與主角）碰撞;游戲進(jìn)程發(fā)展;Boss出場(chǎng);檢查游戲是否結(jié)束;播放指定音效等。靜態(tài)成員：循環(huán)控制標(biāo)記。成員方法：產(chǎn)生敵人;產(chǎn)生增加生命值物品;敵人開(kāi)火（三類敵人，分別發(fā)射三種子彈）;敵人移動(dòng);增加生命值物品對(duì)象移動(dòng);檢查增加生命值物品對(duì)象與主角是否碰撞;檢查敵人與主角是否碰撞;查檢敵人子彈與主角是否碰撞;查檢主角子彈與敵人是否碰撞（兩種子彈）;線程主方法（線程體）。

項(xiàng)目中還有其他類和對(duì)象的設(shè)計(jì)，在此省略。

3.3 面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)

面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)階段的任務(wù)是將上一階段的類圖中各類的靜態(tài)成員和成員方法的算法用Java語(yǔ)言描述出來(lái)，加上類相應(yīng)的構(gòu)造方法，將上述每個(gè)類編寫(xiě)為相應(yīng)的Java源程序文件。

1）MovableObject的定義：

2）主角飛機(jī)Hero類的定義：

其他類的定義在此省略。

最后定義程序的窗口類，在窗口類將游戲主框架類的對(duì)象加入到窗口內(nèi)容窗格的中間，于是游戲畫(huà)面便可在窗口中顯示出來(lái)了。

public class GameFrame extends JFrame {//游戲窗口類，繼承于JFrame

private GamePanel gpanel = new GamePanel（）;

public GameFrame（） {//構(gòu)造方法

gpanel.setFocusable（true）;

gpanel.requestFocus（）;

this.add（gpanel， BorderLayout.CENTER）;

//將將游戲主框架類的對(duì)象gpanel添加到內(nèi)容空格的中間

}

public static void main（String[] args） {

GameFrame frame = new GameFrame（）;

frame.setSize（410， 630）; //設(shè)定窗口的大小

frame.setIconImage（Resources.IconPNG）;//設(shè)置窗口圖標(biāo)

frame.setTitle（"雷電"）;//設(shè)置窗口標(biāo)題

frame.setDefaultCloseOperation（JFrame.EXIT_ON_CLOSE）;

//設(shè)置窗口關(guān)閉按鈕的默認(rèn)動(dòng)作是退出程序

frame.setVisible（true）;//設(shè)置窗口可見(jiàn)

}

}

4 總結(jié)

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法是較為有效的學(xué)習(xí)Java程序設(shè)計(jì)的教學(xué)方法，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)，結(jié)合學(xué)生感興趣的游戲項(xiàng)目激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情。本文以雷電游戲項(xiàng)目的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)為例討論了在項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法中引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法。展示了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)過(guò)程中面向?qū)ο蠓治?、面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)、面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)三個(gè)階段的主要思想。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法中第一個(gè)項(xiàng)目要教師帶領(lǐng)著學(xué)生練習(xí)，然后再布置難度合理的項(xiàng)目讓學(xué)生自己動(dòng)手去完成，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中使學(xué)生學(xué)會(huì)面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法。

參考文獻(xiàn)：

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【通聯(lián)編輯：朱寶貴】

收稿日期：2021-05-25

項(xiàng)目基金：凱里學(xué)院線下一流課程——“Java程序設(shè)計(jì)”（課題編號(hào)：xx202009）

作者簡(jiǎn)介：唐型基（1984—），男，貴州凱里人，副教授，主要從事數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法分析研究。