新工科建設(shè)背景下的《Web程序設(shè)計》課程實踐教學(xué)方法探討

韓 波,李亦涵,李 兵,曾 華,陳天寶,劉 樹

(1.武漢大學(xué) 計算機學(xué)院，湖北 武漢 430072;2.華為技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518129)

0 引言

當(dāng)今時代，以互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)為核心的產(chǎn)品和技術(shù)創(chuàng)新層出不窮，在新一輪產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級轉(zhuǎn)型過程中，以華為、百度、阿里巴巴、騰訊、京東、大疆、科大訊飛等為代表的我國一大批高新企業(yè)將創(chuàng)新與市場高度融合，為以創(chuàng)新驅(qū)動為核心的新經(jīng)濟快速發(fā)展作出了重大貢獻。新經(jīng)濟的發(fā)展需要新型復(fù)合科技人才，需要新型的工程教育。因此，“新工科”建設(shè)以支撐國家產(chǎn)業(yè)升級、推動國家新經(jīng)濟發(fā)展為戰(zhàn)略目標(biāo)，以培育創(chuàng)新型、實踐型、復(fù)合型卓越工程人才為基本理念。基于上述新經(jīng)濟發(fā)展的人才需求現(xiàn)狀以及“新工科”建設(shè)的人才培養(yǎng)要求，教學(xué)模式應(yīng)強調(diào)產(chǎn)學(xué)結(jié)合和跨學(xué)科交叉融合，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維，增強協(xié)作溝通能力，提升產(chǎn)業(yè)環(huán)境下的動手實踐水平，開拓國際化視野。

同時，云計算技術(shù)的快速發(fā)展也給超越時空的數(shù)字化校園建設(shè)提供了新的契機，在云平臺教育環(huán)境下，學(xué)生不僅能實現(xiàn)傳統(tǒng)的獨立編程，還可以促進老師與學(xué)生、老師與老師、學(xué)生與學(xué)生之間的相互交流、討論，從而有效提高教學(xué)實踐效果。因此，探索云環(huán)境下的新型教學(xué)方法成為時代發(fā)展的必然要求。

《Web程序設(shè)計》是一門講授網(wǎng)站建設(shè)相關(guān)技術(shù)的課程，它與互聯(lián)網(wǎng)+、云計算等新經(jīng)濟蘊含的技術(shù)元素具有重要關(guān)聯(lián)。從講授內(nèi)容上看，它融合了網(wǎng)站策劃與設(shè)計、項目組織與管理、前后端開發(fā)、數(shù)據(jù)庫設(shè)計與連接、網(wǎng)站部署與測試等多個環(huán)節(jié)內(nèi)容，對學(xué)生的綜合理解能力和動手能力均有較高的要求。因此，可以按照新工科工程教育的“新理念”培養(yǎng)學(xué)生在網(wǎng)站前后端開發(fā)中的創(chuàng)新、綜合實踐能力。

以往《Web程序設(shè)計》課程在高校軟件工程專業(yè)教授過程中存在一些問題：①重理論輕實踐，存在學(xué)生只學(xué)會了知識點，卻缺乏實際建設(shè)網(wǎng)站項目的現(xiàn)象，學(xué)生動手機會少、動手能力弱；②將網(wǎng)站創(chuàng)意與網(wǎng)站設(shè)計割裂開來，造成知道社會需求的人不理解網(wǎng)站技術(shù)上能支持到什么程度，而懂網(wǎng)站設(shè)計的同學(xué)不了解目前社會上的最新需求動態(tài)，從而在創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)中處于被動狀態(tài)；③學(xué)生以往常常是完成個人網(wǎng)站設(shè)計作業(yè)，但實際網(wǎng)站設(shè)計往往是團隊合作，每個學(xué)生既需要了解項目概貌，又要負責(zé)某一些環(huán)節(jié)開發(fā)，這樣才能合作創(chuàng)建具有一定質(zhì)量的大型網(wǎng)站；④課程存在產(chǎn)學(xué)脫節(jié)問題，學(xué)生使用的開發(fā)環(huán)境是學(xué)校中最初始的集成開發(fā)軟件，不了解目前大型企業(yè)主流研發(fā)流程與軟件協(xié)作開發(fā)環(huán)境，從而不能很好地為學(xué)生順利到企業(yè)工作奠定基礎(chǔ)。因此，如何在云環(huán)境下通過創(chuàng)新的實踐教學(xué)方法來滿足新經(jīng)濟、新工科背景下對工程人才的需求，是講授《Web程序設(shè)計》課程面臨的一個重要挑戰(zhàn)。

教育部組織的新工科研究項目以及產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人教育改革項目為新工科課程的建設(shè)提供了契機。因此，本著產(chǎn)學(xué)結(jié)合、培養(yǎng)創(chuàng)新復(fù)合型、適應(yīng)市場需求人才的教學(xué)目標(biāo)，通過在本課程的教學(xué)過程中引入華為軟件開發(fā)云這一平臺作為輔助實踐教學(xué)工具，在網(wǎng)站策劃與設(shè)計、項目組織與管理、前后端開發(fā)、數(shù)據(jù)庫設(shè)計與連接、網(wǎng)站部署與測試等多個環(huán)節(jié)中合理安排教學(xué)案例和教學(xué)方法，從而基于云平臺更大限度地使學(xué)生們擴展視野、有意識地發(fā)揮創(chuàng)造性和協(xié)作精神、體驗企業(yè)真實軟件開發(fā)環(huán)境、在完整的網(wǎng)站開發(fā)實戰(zhàn)中鍛煉動手能力、提高網(wǎng)站開發(fā)技術(shù)水平。

1 實踐教學(xué)方法設(shè)計

《Web程序設(shè)計》是一門注重學(xué)生創(chuàng)新能力和實踐能力培養(yǎng)的課程，實踐教學(xué)過程大致分為以下幾個環(huán)節(jié)：網(wǎng)站策劃與設(shè)計，項目組織與管理，前后端開發(fā)，網(wǎng)站部署與測試等。下面就不同環(huán)節(jié)結(jié)合華為軟件開發(fā)云的應(yīng)用來探討相應(yīng)的實踐教學(xué)方法：

1.1 網(wǎng)站策劃與設(shè)計

基于“新工科”建設(shè)計劃的人才培養(yǎng)要求和目前社會人才需求現(xiàn)狀，教學(xué)模式應(yīng)強調(diào)產(chǎn)學(xué)結(jié)合和跨學(xué)科交叉融合，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維，增強其協(xié)作溝通能力，并提升其動手實踐水平。因此，在課程開始之初，應(yīng)針對學(xué)生的創(chuàng)新能力提升方面進行了著重引導(dǎo)。在課程中介紹了世界范圍內(nèi)最熱門的15個大型網(wǎng)站案例，分析了它們成功的因素，培養(yǎng)學(xué)生在網(wǎng)站策劃與設(shè)計時使用互聯(lián)網(wǎng)思維，通過調(diào)研市場需求，跨學(xué)科、跨領(lǐng)域、多方面地進行網(wǎng)站策劃與設(shè)計。

1.2 項目組織與管理

在一個實際的網(wǎng)站開發(fā)過程中，項目往往不是由單人獨立完成的，而是需要一個團隊包含的負責(zé)不同職能的人員進行協(xié)作開發(fā)，這個過程需要一個高效的進行項目組織管理的平臺以及版本控制的機制。以往傳統(tǒng)的教學(xué)方法往往側(cè)重于學(xué)生個人編程水平的提升，而容易忽略學(xué)生在團隊合作中的職能分配及合作能力，從而會導(dǎo)致產(chǎn)學(xué)脫節(jié)的問題。通過在本課程的實踐教學(xué)過程中優(yōu)化教學(xué)模式，將學(xué)生按照項目分組，有意識地培養(yǎng)項目組成員之間的協(xié)作能力，并使學(xué)生熟悉華為等大型IT企業(yè)流行的協(xié)同開發(fā)模式，為其成為適應(yīng)社會需求的科技工程人才奠定基礎(chǔ)。

在教學(xué)過程中引入華為軟件開發(fā)云作為輔助平臺。其所提供的項目管理功能為學(xué)生在團隊協(xié)同開發(fā)中提供了一個高效、便捷的合作平臺。在實驗項目中，將學(xué)生分為若干個小組，每組5-7個學(xué)生，各組學(xué)生自行根據(jù)網(wǎng)站建設(shè)需要建立Scrum流程項目或看板協(xié)作項目，它們可以有效地協(xié)助各小組成員進行開發(fā)過程中的項目管理和迭代開發(fā)。同時，學(xué)生可利用項目中的代碼倉庫進行g(shù)it分支管理?；谶@些功能的實踐使學(xué)生體驗了企業(yè)實際開發(fā)流程，更深入地理解了在項目組織管理中協(xié)同開發(fā)方法的重要作用。

1.3 前端開發(fā)

在網(wǎng)站開發(fā)過程中，前端開發(fā)是重要的環(huán)節(jié)之一。它包括了網(wǎng)站的界面實現(xiàn)及用戶交互的優(yōu)化等，通常使用HTML，CSS，JavaScript等語言進行編程。但與一些服務(wù)端語言不同的是，這些客戶端語言經(jīng)由瀏覽器自行解釋，若編寫過程中出現(xiàn)語法錯誤等不易發(fā)現(xiàn)和調(diào)試，因此一個用戶自定義的代碼檢查工具將極大地提升這個環(huán)節(jié)的開發(fā)效率。為了使學(xué)生更高效地學(xué)習(xí)不同開發(fā)語言的特性，也為了便于教師對學(xué)生的代碼提供指導(dǎo)性的意見，通過借助華為軟件云提供的代碼檢查功能，可依據(jù)已經(jīng)定義好的代碼檢查規(guī)則集對代碼進行致命、嚴重、一般、提示4種不同危險級別的檢測。例如，下面這樣一段代碼，根據(jù)預(yù)先定義的規(guī)則集，就會產(chǎn)生“嚴重”等級的報錯：

var a = 8；

var b = “8”;

if (a === b) {

//不規(guī)范，比較結(jié)果總是false

…

}

這是因為JavaSript恒等運算符(===) 不能用于比較不同的類型，其結(jié)果總是false，這樣if塊中的語句就不可達，永遠不會被執(zhí)行。而正確的寫法應(yīng)為：

if (a == b) {

…

}

或：

if (a === Number(b)) {

…

}

在教學(xué)中，可將華為軟件云平臺本身提供的代碼檢查規(guī)則集以及根據(jù)以往學(xué)生代碼特點自行添加的規(guī)則集相結(jié)合，共同檢查學(xué)生代碼的質(zhì)量。在今后的教學(xué)中，可根據(jù)實際情況不斷增改規(guī)則集，這樣經(jīng)過多屆學(xué)生可積累、完善代碼規(guī)則庫。它們的建立可有效地對學(xué)生代碼進行改進指導(dǎo)，并可將其作為網(wǎng)站項目質(zhì)量評估的客觀評價指標(biāo)之一。

1.4 后端開發(fā)

后端開發(fā)的過程涉及JSP(Java Servlet Page)編寫、Java實體類及Servlet設(shè)計、數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與連接等多個部分。

在JSP及Java類的編程過程中，同樣可以通過建立代碼規(guī)則庫對學(xué)生的代碼質(zhì)量進行自動化檢查和指導(dǎo)。除此之外，我們支持并提倡學(xué)生在項目實踐中，對于一些世界范圍內(nèi)的優(yōu)秀開源項目進行學(xué)習(xí)，從而提升自己的軟件開發(fā)水平和創(chuàng)新思維能力。鼓勵學(xué)生多借鑒學(xué)習(xí)華為軟件開發(fā)云的代碼廣場，以及在GitHub、開源中國等平臺的開源項目，同時也可將自己的項目進行分享。這些平臺為學(xué)生提供了很好的實戰(zhàn)學(xué)習(xí)資料，擴展了學(xué)生的技術(shù)視野，通過實例了解和洞悉世界一流網(wǎng)站編程的水平。

同時，在項目編碼過程中，可教授學(xué)生使用華為云端在線的集成開發(fā)環(huán)境CloudIDE，它為學(xué)生團隊在線編碼，進行協(xié)同開發(fā)的代碼提交與合并提供了可能。CloudIDE的開發(fā)界面和基本操作與平時學(xué)生常用的JetBrains公司的IntelliJ IDEA較為相似，無需安裝本地軟件，使學(xué)生可快速進入熟悉的編碼環(huán)境。在項目完成后，還可在華為軟件云平臺直接進行編譯構(gòu)建和發(fā)布，這有助于進行項目課堂演示，并提高了學(xué)生實踐練習(xí)的學(xué)習(xí)效率。

在學(xué)生后端開發(fā)的過程中，數(shù)據(jù)庫管理的學(xué)習(xí)與實踐也是必不可少的。Java Web項目與數(shù)據(jù)庫的連接需要JDBC驅(qū)動，通常還需要數(shù)據(jù)庫連接池等技術(shù)。在基于云服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫部署中，學(xué)生利用Mysql Workbench等提供的數(shù)據(jù)庫遠程連接功能，對遠程主機上的數(shù)據(jù)庫進行配置和管理，這提升了學(xué)生對部署在遠程Apache Tomcat的Java Web項目訪問數(shù)據(jù)庫的操作效率。

1.5 網(wǎng)站部署與測試

由于實際的網(wǎng)站開發(fā)過程往往涉及到云端遠程服務(wù)器的部署與調(diào)試，因此若按照以往的教學(xué)方式，僅讓學(xué)生局限于在本地環(huán)境下進行開發(fā)實踐是不夠的。為此，可利用華為軟件開發(fā)云提供的遠程部署、測試這一功能。在課程開始初期，教師為每位學(xué)生分發(fā)了一個彈性公網(wǎng)IP，允許學(xué)生將項目部署至華為云主機上，進行真正的遠程主機管理。平臺提供多種版本的服務(wù)器操作系統(tǒng)鏡像供學(xué)生選擇，并可在項目部署時選擇自動配置環(huán)境。以Shell 部署為例，學(xué)生可手動指定部署主機、部署路徑、命令路徑以及編寫Shell腳本進行項目部署。在這個過程中，能夠使學(xué)生對Web應(yīng)用的構(gòu)建、部署等過程有更清晰透徹的理解。

同時，學(xué)生還利用了該平臺的流水線功能，對項目的編譯、部署、發(fā)布進行一鍵式自動操作，這大大提高了項目構(gòu)建及發(fā)布的效率，使學(xué)生能夠更專注于項目的開發(fā)過程。

2 教學(xué)方法應(yīng)用效果

經(jīng)過對《Web程序設(shè)計》這一課程2017-2018第二學(xué)期的上述創(chuàng)新實踐教學(xué)方法的探索，可發(fā)現(xiàn)相比傳統(tǒng)教學(xué)模式，這些方法在學(xué)生群體中取得了較好的效果及反響。在所有項目小組中，學(xué)生都能夠有意識地進行創(chuàng)新網(wǎng)站策劃與設(shè)計，使用協(xié)同開發(fā)方式進行小組合作，并基于代碼規(guī)則庫的指導(dǎo)，學(xué)生編寫的代碼質(zhì)量明顯提高，有的網(wǎng)站小組擬基于開發(fā)的項目參加創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)大賽。因此，從教學(xué)效果上看，這些實踐教學(xué)方法能夠有效地改善以往理論教學(xué)與實踐操作脫節(jié)嚴重、課程內(nèi)容與實際相差較遠、學(xué)生動手能力和團隊協(xié)作能力不足的問題，大大提高了學(xué)生的網(wǎng)站應(yīng)用開發(fā)水平與實踐開發(fā)興趣，為其以后適應(yīng)企業(yè)實際開發(fā)模式打下良好的基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

我國以創(chuàng)新驅(qū)動經(jīng)濟戰(zhàn)略提出的“新工科”建設(shè)計劃，為大力發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)、支持科技創(chuàng)新、促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型提供必要的技術(shù)人才支撐和儲備。新經(jīng)濟、新工科建設(shè)的背景給高校工科教育改革，尤其是以軟件工程專業(yè)實踐課程為核心的教學(xué)創(chuàng)新改革帶來了一定挑戰(zhàn)。結(jié)合云計算等信息技術(shù)的發(fā)展，新型教學(xué)模式可以在實際教學(xué)中利用云環(huán)境提高學(xué)生創(chuàng)新實踐能力，從而培養(yǎng)滿足國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略要求的復(fù)合型人才。

基于教育部“新工科”研究與實踐項目以及教育部-華為技術(shù)有限公司產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人教育改革項目，在《Web程序設(shè)計》這門課程中踐行了一系列新的實踐教學(xué)方法。這些方法以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、實踐能力、綜合能力為目標(biāo)，充分利用華為軟件開發(fā)云平臺的現(xiàn)有資源，為學(xué)生提供企業(yè)級的協(xié)同開發(fā)環(huán)境實現(xiàn)網(wǎng)站創(chuàng)意與討論、前后端開發(fā)、網(wǎng)站部署與測試，并輔助相關(guān)規(guī)則庫對學(xué)生代碼進行自動化的質(zhì)量檢查與指導(dǎo)。通過在實踐課程中開展這些教學(xué)改革，學(xué)生們在云環(huán)境下具有更高的學(xué)習(xí)熱情，老師們可以更好地引導(dǎo)學(xué)生進行網(wǎng)站創(chuàng)新策劃、組內(nèi)成員分工合作和全周期的工程開發(fā)教育。

基于這些面向?qū)嵺`教學(xué)的新教學(xué)方式是對于Web課程的一次較好嘗試。在未來的教學(xué)中，教師應(yīng)基于學(xué)生反饋和經(jīng)驗的積累不斷完善教學(xué)方法。對于目前仍普遍存在的高校計算機相關(guān)課程教學(xué)重理論、輕實踐，學(xué)生動手能力難以滿足新經(jīng)濟企業(yè)軟件技術(shù)要求的問題，以及如何更有效地按照每個學(xué)生基礎(chǔ)和特長實施個性化教學(xué)，如何結(jié)合人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)進行科學(xué)評價教學(xué)效果等將是需要繼續(xù)研究的課題，需要教學(xué)者在教學(xué)實踐中進一步探索。