以企業(yè)需求為導(dǎo)向的Java框架技術(shù)課程教學(xué)改革研究.doc

以企業(yè)需求為導(dǎo)向的Java框架技術(shù)課程教學(xué)改革研究 鄧澤林 （長沙理工大學(xué)計算機與通信工程學(xué)院，湖南長沙410076） 摘要：傳統(tǒng)的Java框架技術(shù)教學(xué)受教學(xué)計劃、師資水平等因素的限制，教學(xué)效果和學(xué)生就業(yè)情況不佳，針對這一現(xiàn)狀，提出以企業(yè)需求為導(dǎo)向進行教學(xué)計劃的優(yōu)化和教學(xué)大綱的修訂，以保證足夠的課時用于深入地分析框架內(nèi)核原理和框架項目的實踐，同時探討提升教師能力的途徑以更好地進行Java框架技術(shù)的教學(xué)。 關(guān)鍵詞：軟件工程；框架技術(shù)；軟件開發(fā)；教學(xué)改革 基金項目：長沙理工大學(xué)校級教改課題“軟件工程專業(yè)實踐教學(xué)改革研究”（JG1427）。 作者簡介：鄧澤林，男，講師，研究方向為軟件工程、機器學(xué)習，zl_dengsina.。 0引言 軟件工程專業(yè)是一門實踐要求高、與企業(yè)需求密切關(guān)聯(lián)的專業(yè)，其課程的教學(xué)質(zhì)量直接關(guān)系學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和就業(yè)質(zhì)量，因此，大量的教學(xué)人員從各個方面對軟件工程教學(xué)進行改革探討1。如提出以企業(yè)需求為導(dǎo)向的Java課程教學(xué)改革，著眼于提高學(xué)生實踐能力2-3；提出提升教學(xué)團隊，提高系列課程的教學(xué)效果4；提出軟件工程專業(yè)實踐教學(xué)改革，提高學(xué)生的實踐能力5；探討軟件工程教學(xué)改革與學(xué)生能力評估，以求更好、更客觀地反映教學(xué)效果。 在軟件工程專業(yè)的課程中，Java框架技術(shù)是一門實用性非常強、軟件企業(yè)大量需要的軟件開發(fā)技能。Java框架技術(shù)封裝了一些軟件開發(fā)過程常用的功能，并提供了Java對象生命周期管理，使得軟件從業(yè)人員可以忽略這些基礎(chǔ)功能的編程，而將程序開發(fā)的重點放在軟件項目業(yè)務(wù)邏輯上，從而大大加快軟件開發(fā)的速度和周期，降低軟件開發(fā)的風險和費用，因此，當前Java企業(yè)的用人需求中幾乎都要求企業(yè)員工熟悉并掌握常用框架。為了應(yīng)用框架開發(fā)高質(zhì)量的軟件項目，軟件企業(yè)不僅要求軟件從業(yè)人員很好地掌握應(yīng)用框架技術(shù)進行軟件開發(fā)的能力，而且要求其深入理解框架技術(shù)原理，從而更好地掌控軟件開發(fā)的過程，優(yōu)化軟件的運行性能。 雖然Java框架技術(shù)有著如此重要的地位，但當前其教學(xué)仍然存在很多問題。 1教學(xué)中的問題 1.1課程地位不受重視，學(xué)習效果較差 軟件工程專業(yè)由于工程化的特點，要求學(xué)生不僅能編寫簡單的邏輯，而且要具備從事大型工程化項目的開發(fā)與管理能力。Java框架技術(shù)雖然非常適合進行大型企業(yè)級項目的開發(fā)，但在教學(xué)過程中卻沒有受到應(yīng)有的重視，主要體現(xiàn)在課程開設(shè)時間晚、課時較少等，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習效果差。 1.2教學(xué)大綱比較淺顯，難以做到深入淺出 Java框架技術(shù)封裝了很多技術(shù)細節(jié)與技巧，深入理解框架技術(shù)非常必要。當前的教學(xué)大綱比較注重教授學(xué)生框架的基本配置與操作，沒有進行框架原理的解構(gòu)與模擬，導(dǎo)致學(xué)生對框架技術(shù)理解不足，缺乏對框架的掌控能力。 1.3教師水平存在差距，缺乏教師提升計劃 Java框架技術(shù)的深入教學(xué)不僅要求教師具有扎實的Java語言程序設(shè)計基礎(chǔ)，還要求其最好有軟件企業(yè)工作經(jīng)歷和領(lǐng)導(dǎo)項目開發(fā)的成功案例，這個要求對于很多教師來說偏高，但目前很少有相應(yīng)的計劃對教師從不同的方面進行提升，以保障本課程的成功教學(xué)。 1.4課程時間比較短，難以實施大型軟件項目 Java框架技術(shù)的教學(xué)需要實施比較大型的項目來保障學(xué)生的學(xué)習效果，但目前來看存在困難。大型項目需要較多時間進行需求分析、組織管理、實施、評估等，由于課程時間短，難以安排足夠的時間來完成企業(yè)級的軟件開發(fā)。 2教學(xué)改革措施 2.1修訂教學(xué)計劃 導(dǎo)致本門課程開設(shè)時間晚的原因在于學(xué)生需要在本門課程之前學(xué)習doNet系列課程，如C#程序設(shè)計、ASP.NET開發(fā)技術(shù)等課程。實際上，企業(yè)并不需要員工同時熟悉J2EE和doNet，只需要熟悉其中一個方向即可。根據(jù)企業(yè)這一需求特點，可以將J2EE和doNet并行開設(shè)為專業(yè)方向選修課程，學(xué)生選擇其中一個方向進行學(xué)習。這樣，Java框架技術(shù)課程可以和C#程序設(shè)計同步開設(shè)，選擇學(xué)習Java框架技術(shù)的學(xué)生不需要學(xué)習C#程序設(shè)計，Java框架技術(shù)的學(xué)習可以在第2學(xué)年開始；同時，由于不需要學(xué)習C#程序設(shè)計，則可以將本門課程的課時分配給Java框架技術(shù)，這幾乎使Java框架技術(shù)的學(xué)習時間增加了1倍，有力地保證課程的深入學(xué)習。 此時，能夠用于Java框架技術(shù)教學(xué)的時間達到80課時左右。為了進行全面深入的理論教學(xué)和實踐教學(xué)，可利用這80個課時開設(shè)2門課程，一門是用于理論教學(xué)的Java框架技術(shù)（48學(xué)時），另一門是用于項目實踐的Java框架技術(shù)實踐（32學(xué)時）。教學(xué)計劃的優(yōu)化不僅強調(diào)Java框架技術(shù)的重要性，而且使學(xué)生能夠花費更多的時間用于框架技術(shù)的學(xué)習和實踐。 2.2制定教學(xué)大綱的主要思路 Java框架技術(shù)的教學(xué)必須要有一定的深度和廣度，這不僅要求學(xué)生能夠使用框架技術(shù)進行軟件項目開發(fā)，而且要進一步強化Java開發(fā)技術(shù)，并利用這些基本的開發(fā)技術(shù)來解構(gòu)框架的內(nèi)核，深入掌握框架的原理和工作流程。 教學(xué)大綱要求對目前流行的Struts、Spring和Hibernate等框架進行講解，主要包括內(nèi)核解析和框架應(yīng)用的知識點。 1）Struts框架。 首先，利用Struts框架做簡單功能實現(xiàn)，使學(xué)生對Struts框架的功能有簡單直觀的了解，分析Struts的配置文件信息，了解核心組件的功能。 然后，提出Struts框架的模擬實現(xiàn)。為了讓框架模擬的功能與實際接近，在模擬環(huán)節(jié)中直接使用Struts的配置文件，并利用Java語言從零開始實現(xiàn)這一框架的主要功能。功能模擬應(yīng)用到很多基礎(chǔ)知識，這些知識在前期教學(xué)中沒有一個好的大型案例來進行整合，學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)比較松散；而通過框架功能模擬，應(yīng)用這些比較常用的技術(shù)來開發(fā)一個具有實用功能的框架，使得學(xué)生能夠重新審視自己學(xué)過的內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的想象力，提高其綜合素質(zhì)。 最后，按照常規(guī)思路講解Struts框架的應(yīng)用知識點，包括標簽、國際化、輸入驗證等功能，通過這種深入淺出的教學(xué)方式使學(xué)生更好地使用框架進行應(yīng)用開發(fā)。 2）Hibernate框架。 Hibernate框架用于數(shù)據(jù)訪問，集成了JDBC、對象關(guān)系映射（Object-RelationMapping，ORM）、查詢、Lazy、緩存、事務(wù)處理等功能，學(xué)習難度較大。Hibernate的數(shù)據(jù)訪問細節(jié)對用戶是透明的，其ORM功能能夠?qū)?shù)據(jù)表格中的數(shù)據(jù)行直接封裝成實體對象，而無須顯示使用JDBC的API。這個特點使得學(xué)生極易陷入誤區(qū)，認為Hibernate是有別于JDBC的另外一種數(shù)據(jù)訪問技術(shù)，Hibernate的教學(xué)首先要打破這種誤區(qū)。 首先，解析Hibernate的配置文件，并使用合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將其存儲于內(nèi)存中，然后根據(jù)加載的類名找到對應(yīng)的配置信息，反射構(gòu)建對象，并使用配置文件中的字段與類的屬性之間的映射關(guān)系自動生成SQL語句，使用JDBC進行數(shù)據(jù)庫查詢，遍歷查詢得到的數(shù)據(jù)集中的每一行數(shù)據(jù)，獲得每一行中每一列的數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)庫元數(shù)據(jù)（Metadata）確定字段名稱，利用映射關(guān)系定位到相應(yīng)的屬性名稱，調(diào)用與該屬性對應(yīng)的set方法，通過反射調(diào)用該方法進行數(shù)據(jù)封裝，最后以O(shè)bject的形式返回反射構(gòu)建的對象，即可實現(xiàn)與Hibernate相同的ORM功能。通過這一功能模擬，在深入解析Hibernate的核心技術(shù)的同時，使學(xué)生深入認識到Hibernate的本質(zhì)。 在深入了解Hibernate的功能之后，學(xué)生對Hibernate的工作原理不再感到神秘，此時，再按常規(guī)思路講解Hibernate的其他功能，如關(guān)聯(lián)、查詢語句HQL、緩存、繼承、數(shù)據(jù)庫鎖等技術(shù)點，通過這種教學(xué)方法使學(xué)生完全掌握Hibernate的原理和應(yīng)用。 3）Spring框架。 Spring框架主要負責系統(tǒng)運行過程中Java對象的管理，并能與Struts、Hibernate等框架進行整合，進行系統(tǒng)集成開發(fā)。 Spring的核心功能主要包括控制反轉(zhuǎn)（InverseofControl，IoC）和面向切面編程（AspectOrientedProgramming，AOP）。IoC控制對象的構(gòu)建，并在程序運行過程中將對象注入其他依賴的對象中。此時，程序的運行控制權(quán)將由原來程序自身控制轉(zhuǎn)移到由Spring容器控制，所以稱為控制反轉(zhuǎn)?？刂品崔D(zhuǎn)功能相對簡單，可以在分析Spring配置文件的基礎(chǔ)上通過應(yīng)用反射等機制加以實現(xiàn)。而AOP則比較復(fù)雜，不宜在課堂上編程實現(xiàn)，但教師仍然可以講解相關(guān)知識，特別是通過動態(tài)代理技術(shù)講解揭示在已有流程上切入邏輯的原理與方法。 2.3師資培養(yǎng)與提高 從以上教學(xué)大綱的設(shè)計思路來看，框架技術(shù)的教學(xué)不僅要求學(xué)生熟練使用框架技術(shù)，而且對框架核心技術(shù)的理解與實現(xiàn)也要深入理解，這些要求決定了教師需要有很強的編程能力以及一定的企業(yè)應(yīng)用開發(fā)經(jīng)驗，這可能超過了部分教師自身的知識結(jié)構(gòu)和實踐經(jīng)驗。為此，教師須不斷提升自身的實踐能力和教學(xué)能力，可以從以下3個方面進行： （1）強化Java基礎(chǔ)編程?？蚣芗夹g(shù)由于封裝了核心細節(jié)，對于很多學(xué)習者來說都比較神秘，因此，教師首先要自己解構(gòu)框架核心技術(shù)。核心技術(shù)的相關(guān)知識點包括常用設(shè)計模式（如模板模式、靜態(tài)代理模式、動態(tài)代理模式、ThreadLocal模式等）以及框架技術(shù)常用的反射機制。學(xué)習了核心技術(shù)后，教師要學(xué)會通過反射技術(shù)結(jié)合表單屬性、數(shù)據(jù)庫字段等信息，實現(xiàn)對象的自動創(chuàng)建與封裝，在此基礎(chǔ)上，動手模擬實現(xiàn)Struts、Hibernate等框架，深入掌握框架的核心技術(shù)和主要流程原理。 （2）參與企業(yè)項目開發(fā)。軟件工程專業(yè)一般與企業(yè)存在良好的交流與互動，特別是與企業(yè)存在緊密的合作關(guān)系。Java框架技術(shù)課程的教師要利用合作企業(yè)的資源，參與到企業(yè)項目中去，以此來積累軟件項目開發(fā)的經(jīng)驗。企業(yè)項目一般都會使用框架，雖然可能是Struts、Spring、Hibernate之外的框架，但這些框架的使用具有一定的共通性。通過參與企業(yè)項目的開發(fā)，教師掌握和理解軟件項目中框架的常用操作、項目管理等，有利于更好地進行課堂教學(xué)和項目實踐。 （3）內(nèi)部交流與外部培訓(xùn)。負責Java系列課程教學(xué)的教師要經(jīng)常進行教學(xué)方法、相關(guān)技術(shù)的探討與交流，實現(xiàn)團隊教師整體能力的提升；同時，利用假期積極參與外部培訓(xùn)機構(gòu)的軟件工程相關(guān)內(nèi)容培訓(xùn)，跟進目前本專業(yè)的技術(shù)發(fā)展，為Java框架技術(shù)的教學(xué)帶來更多實用的知識。 2.4實踐教學(xué)過程控制 在對框架技術(shù)進行深入的教學(xué)之后，學(xué)生較好地理解與掌握了框架的主要工作原理和操作，接下來需要對Struts、Spring和Hibernate框架進行整合，實施大型項目的開發(fā)，以確保學(xué)生能夠?qū)⒖蚣軕?yīng)用至實際開發(fā)中。由于增加了Java框架技術(shù)實踐課程，所以有足夠的課時用于軟件項目的開發(fā)，主要步驟如下： （1）在Java框架技術(shù)課程的后期，提供若干具有實際應(yīng)用背景的項目，如網(wǎng)上商城、固定資產(chǎn)管理、客戶關(guān)系管理等供學(xué)生選擇，同步提供項目需求供學(xué)生進行系統(tǒng)分析。 （2）在Java框架技術(shù)實踐的第一次課，學(xué)生需要對系統(tǒng)進行需求分析和用例分析，在較好地掌握項目需求并進行ER分析之后，按照三范式的要求設(shè)計出數(shù)據(jù)庫。 （3）學(xué)生整合Struts、Spring、Hibernate框架，按照MVC（Model-View-Control）架構(gòu)設(shè)計項目代碼的分層結(jié)構(gòu)，用Struts進行數(shù)據(jù)顯示及輸入和流程控制，利用Hibernate進行數(shù)據(jù)訪問，使用Spring進行業(yè)務(wù)邏輯的管理和控制。為了解耦合各層代碼，學(xué)生需要設(shè)計每層代碼接口并公布，上層代碼通過接口調(diào)用下層代碼，下層代碼的實現(xiàn)對上層代碼透明，這樣，修改每層代碼實現(xiàn)不會影響上層代碼，有利于系統(tǒng)的后期維護和組件替換。 （4）項目代碼開發(fā)和系統(tǒng)測試。利用30個左右課時保證項目的實施，實現(xiàn)系統(tǒng)的主要功能。系統(tǒng)功能測試是一個比較專業(yè)的學(xué)問，學(xué)生目前并沒有掌握，因此，本階段學(xué)生只需要檢測主要流程是否符合程序預(yù)期即可。 （5）項目驗收。驗收采用項目答辯的形式進行，學(xué)生需要對自己的作品進行講解，演示作品的主要功能，與驗收老師進行良好的互動，講解項目實踐過程中的困難、解決方法、個人的創(chuàng)新與心得體會以及對框架技術(shù)的理解。項目驗收不僅能很好地控制項目的過程和質(zhì)量，而且對提高學(xué)生的交流能力、產(chǎn)品推介能力也有很大幫助。 3結(jié)語 通過重新設(shè)置教學(xué)大綱，學(xué)生深入理解每個框架的核心機制與原理，在理解的基礎(chǔ)上更好地進行框架技術(shù)應(yīng)用的學(xué)習；通過教師的培養(yǎng)與提升，授課教師強化了理論知識和應(yīng)用能力，使得課程的教學(xué)能夠深入淺出；通過實踐過程的控制，學(xué)生不僅可以進一步加深對框架技術(shù)的理解，還可以利用框架技術(shù)進行大規(guī)模的軟件開發(fā)，更好地掌握框架技術(shù)。 這一系列的措施，讓學(xué)生在學(xué)完Java框架技術(shù)后對Java語言、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、設(shè)計模式、框架技術(shù)有了更好的綜合應(yīng)用能力，綜合素質(zhì)明顯改善。從學(xué)生對本門課程的評價來看，他們從本門課程學(xué)習到的東西遠高于其預(yù)期，顯著地提升了學(xué)習Java語言的興趣；從學(xué)生的就業(yè)質(zhì)量來看，很多學(xué)生都簽約了著名的軟件企業(yè)，且就業(yè)待遇高。這些成績都說明本文的改革措施具有積極效果，達到了預(yù)期要求。 參考文獻： 1鄧澤林,謝中科,胡寧靜.以企業(yè)需求為導(dǎo)向的Java程序設(shè)計教學(xué)改革