面向大数据专业的Java课程改革研究

0引言

随着云计算。大数据等信息技术的飞速发展,以及各行业对大数据分析。挖掘与应用需求的大幅增长,导致熟练掌握大数据技术的高校毕业生在人才市场上严重短缺。各地高校也竞相布局大数据相关专业,培养大数据人才[1-2]。2016年,教育部论文网批准北京大学等3所高校开设数据科学与大数据专业“,2017年又有32所高校获批,截至2018年,获批的高校多达248所[3]。在此背景下,针对大数据相关课程体系建设与改革的研究显得尤为重要[4-5]。

在各高校开设的大数据专业课程中,几乎都将Java程序设计作为基础核心课程[6-7],主要原因在于:首先,从大环境来看,Java作为世界上应用最广泛的计算机编程语言之一,已形成强大的开源社区与众多成熟的解决方案,学生具备一定的Java开发能力能够有效提高自身的就业竞争力;其次,从Java本身特性来看,Java语言具有简单。面向对象。分布式。健壮性。安全性。平台独立与可移植性。多线程。动态性等特点,能够满足大数据专业对学生编程基本素质的要求;更重要的是,大数据典型框架如Hadoop[8]。Map-Reduce[9]。Spark[10]。Storm[11]等,大多采用开源Java语言编写而成,因此学习Java语言在大数据开发方面具有独特优势。

Java程序设计课程一般在大二开设,通过先行课程C程序设计语言的学习,学生已掌握面向过程程序设计的基本方法和技巧,能够独立编写较为简单的程序[12]。Java课程的授课内容主要为JavaSE(StandardEdition,标准版),包括类的概念性质。接口。异常处理等基本语法成分,以及图形用户界面。线程。流。文件操作。网络通信等实用技术[13]。课程内容设置与大数据联系并不紧密,仅讲授这些基本理论规则并不能使学生充分了解大数据框架,不利于学生对大数据后续专业课程的学习[14]。

此外,在授课过程中的一大难题是学生面向过程的思维习惯难以转换为面向对象的思维习惯[15]。在银行账户类实验中,多数学生仍习惯于将静态方法定义于一个类中,无法很好地掌握面向对象编程语言的基本特征及概念,导致遇到具体问题时,无法灵活应用继承。多态等面向对象特性,编写代码的可复用性与可扩展性差。此外,该课程概念多。综合性与应用性强。掌握难度大也是导致教学效果不佳的主要原因之一[16-17]。

因此,如何在Java程序设计课程的教学工作中兼顾基础知识与学科前沿,以及理论与实践,是教学改革研究中的重点问题。本文将从教学内容创新与教学方式改革两方面,对面向大数据专业的Java程序设计课程改革进行阐述。

1教学内容创新

根据学生的认知水平。学习能力。自身素质及学习目标选择合适的教学内容,对于课程教学至关重要。大数据专业的学生除需要学习JavaSE基础外,也应对JavaWeb以及典型框架有所了解,从而为后续学习大数据框架搭建奠定基础。但Java程序设计课程的授课对象为大二学生,其仅有C/C++的基础,而在48学时的理论课程中需要讲授JavaSE的语言基础。类的封装继承多态。接口。异常处理。图形用户界面。多线程。输入/输出流,以及网络通信等大量教学内容,并辅以16个实验学时对理论知识进行巩固。目前很多学生已感觉课业负担十分繁重,若增加过多新内容将更难以适应。因此,在总课时不变的情况下,可将已有教学内容与大数据相关领域知识进行有机结合,将学科前沿知识适当穿插于教学内容中进行讲解与分析。

(1)介绍大数据框架相关知识,启发学生思维。在讲解完基础教学内容之后,拓展介绍与之相关的大数据技术。例如,在讲解输入/输出字节流和字符流操作的基础上,可将教学内容进一步引申到大数据对数据的处理模式及典型框架,介绍批处理和流处理模式的基本原理。优势与局限。适用场景,以及典型的批处理框架ApacheHadoop与流处理框架ApacheStorm。通过该方式可深化学生对基础知识及大数据相关问题的理解。

(2)延伸实验项目,训练学生解决问题的能力。将已有实验项目向大数据领域延伸,在巩固JavaSE知识的同时,训练学生分析与解决问题的能力。例如Java网络通信章节布置了通过URL访问网络资源的实验课题,通过URL获得网页源码,对网页上的数据进行格式转换以获得需要的数据。对于大数据专业的学生,通过延伸实验项目,在获取单页面或多页面数据基础上,选择合适的方法进行分析并获取信息。例如对淘宝页面的分析,可通过分析商品好评度,或对两种商品进行全方位比较,进而分析其商业模式演化[18]与营销策略[19]等。通过延伸实验项目的训练,可促进学生在学习数据分析方法之前首先进行发散性思考,以提高学生解决问题的能力与对专业的认同感。

2教学方式改革

在教学内容创新的基础上,对教学方式进行改革也是教学工作的一个重要内容。在课程教学过程中,采用科学。合理的教学方式,与营造良好的课堂氛围。有效传达教学内容。提升学生专注度等有着密不可分的关系。因此,为达到更好的教学效果,从以下方面进行教学方式改革:(1)采用混合式学习方式,充分利用视频资源。Java程序设计课程难度大。知识点多。前后关联度大,而在传统课堂教学中,由于学生课后无法再次获得课程资源,将影响其复习巩固效果,甚至可能在后续学习中难以跟上进度。本课题组为该课程专门录制了视频,并按知识点进行剪辑整理,上传到辅助教学平台上供学生观看。学生可针对课堂上未听懂的部分,随时利用碎片化时间再次进行学习,这种可重复的特性使学生可根据自身情况灵活安排学习计划。另外,也可以利用视频资源进行互动式课堂教学[20],首先让学生提前预习相关教学视频,课堂上提出问题并引导学生进行讨论,以此调动学生学习积极性,增强学生的课堂参与感,提升教学效果[21]。

(2)累加式的实验项目设计。针对一个复杂的实际项目,按照实验大纲进行任务分割,并随着教学进度不断进行完善。这种累加式的实验项目设计,既让学生在完成所有实验后具有一定成就感,更重要的是可训练其综合运用所学知识的能力。在本课程中设置一个银行账户“的系统任务,并根据教学进度,将每章知识点与系统功能相联系设计阶段任务,大致进度如表1所示。

3结语

本文对面向大数据专业的Java程序设计课程教学模式进行研究,针对学生需求和培养目标对教学内容进行创新,将学科前沿知识适当穿插于教学内容中;在教学方式上利用视频资源开展对混合式学习方式的探索,并设置累加式实验项目以提高学生学习兴趣。通过Java程序设计教学模式改革,能够更好地培养学生的计算思维能力与实践能力,并为后续课程学习奠定良好基础。

面向大数据专业的Java课程改革研究