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外文翻译-魏红凯：

智能手机编程教学（Android版的Java）：教育学与创新

Seyitriza Tigrek, Ph.D.

科罗拉多大学

电气工程系

美国，科罗拉多州，博尔德

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Mohammad Obadat, Ph.D., P.E

田纳西马丁大学

工程系

美国，田纳西州，马丁

摘要

移动设备正在成为众多学生和教育工作者不可或缺的工具。在许多工程学科中，移动技术已开启了计算方法的新纪元。学生和科学家们对学习如何在移动平台上开发自己的应用程序越来越有兴趣。本文将创新性的提出基于Android的Java编程教学原则。本文开发的一个课程材料“移动平台的Java程序设计入门”可以用来教授新手程序员如何在比传统开发在更短的时间内创建出应用程序。智能手机编程也为那些有着适度编程背景的教官提供了能够教授尖端技术的技巧。在这项工作中开发的技术最大限度地减少了目前教学方法中不必要的信息。这项技术也可以帮助那些编程背景很少的学生克服在计算机编程中遇到的障碍。这项工作的动机是通过从现存文献中选择更有效的方法创建一个定制的编程入门课来教授基于Android的Java编程。我们建议的方法是在保持学生积极态度的基础上，以学生为中心的学习与协同工作。在这个教学过程中，我们采用结对编程的团队协作。布卢姆认知分类，与问卷调查一起，作为导向，把信息和收集的问题进行分类。打造一个原型课程是这项工作的主要成果，这个课程非常适合新手程序员如工程类新生。

关键字：Java; Android;编程;移动; Apps;布鲁姆认知分类;工程教育;结对编程;计算机科学

1 绪论

移动平台正在成为创造各种应用程序，包括硬件和软件，从简单的记事本健康监测，住宅自动化，购物，金融交易，和工程解决方案的关键平台。学习编写这个平台上的应用程序为那些非编程人员解决多学科问题打开了大门。快速理解智能手机编程为那些专业和非专业的人们创建了一个更加多样化的学习和发展型社会。Android平台是移动技术的主要平台之一。Android应用程序开发的一个难点是它需要很长的时间去学习。经典的学习过程分为两个阶段（两个学期）。第一阶段需要学习Java编程，而第二阶段需要学习Android应用程序的编程。本工作的目标之一是把通常需要两个学期完成的课程加快变成一个学期。合并后的课程名字叫“基于Android的Java编程”或“Android Java”。本课程旨在教导新手在如何开发Android应用的同时学习如何编写Java程序。这项项目建议引入一个适合新手尤其是工程一年级新生的原型课程。总的目标是设计一种方法，跨越传统的边界并且给那些没有编程背景的群体，如高中学生或文科专业的学生，教授Android Java编程。本课程会使更多来自不同背景和有着各种需求的人们学会在他们的领域中编写相关的应用程序。我们在2010年秋季一年级的工程项目课程中介绍了Android和嵌入式系统。在那些课程中，为移动平台引入编程的重要性已经得到了人们的重视。尽管在那些课程中我们为那一年纪的学生介绍了编程的基本步骤，学生们却不能理解那些内容。他们有个偏见，认为在理解这一阶段的内容之前必须仔细的学习一下编程。为那些有着不同编程背景和有很少技术经验的人们传授更高级的编程技术这是很大的挑战，而本课题试图去克服这样的挑战。

2 动机

移动设备开启了计算史上的新时代。随着新技术的出现，它为教学增加了新的工具。具体来说，移动平台的这种变化我们将会在Android编程中感受到。本文作者研究了市场上一系列教大家学习Android的书籍[1-14]。“Java编程知识”是能够开发Android应用程序的先决条件并且在众多Android编程的书里都没有涉及到。由于历史的原因，计算机和编程的方式已经进入我们的生活，为很多学习它们的人创造了一种文化的恐惧和不必要的方面。这虽然已经推迟或阻止了一些人学习的编程技能的提升，但对他们来说是有价值的。同时，这也使学习这个技术变得效率低下，使这些技术的学习仅限于一小部分人。在计算机技术的发展过程中，处理和编程变得很容易，但学习编程的难度仍然存在。本课程的信息链可以被修改，从而使智能手机编程教学不会成为另一个层面上的传统编程课程。大多数传统的入门编程课程最缺乏的是激发学生们学习计算机编程的兴趣。这种动机通常表现在高级课程中，这些高级课程中存在大量的应用程序设计。编程学习中的挑战对计算机科学学科和非计算机学科的同学们来说都是类似的[15]。计算机编程逻辑对大多数学生来说很难[16]。计算机科学学科和非计算机学科的学生有着不同的动机水平，这主要是因为那些编程入门课程主要是为那些自己选择学习编程的计算机学科的学生们开设的。计算机学科的学生们主动接近编程并对一些高级编程课程有着浓厚的兴趣[15]。文献中指出，在定制的课程中，学生很可能非常喜欢一些计算机科学材料的引入[15]。定制的计算机科学依据目标学生群体有着对应的范例与问题研究。在这种情况下，我们预计直接在手机上的像定制课程那样的编程课程能够激励学生。当人们拿着手机并用着自己开发的手机应用程序展示给家人和朋友时，就会感受到移动编程带来的快乐。本文的动机是创建一个定制的编程入门课程通过嵌入新技术的学习到传统课程的方法教授人们Android的Java编程。这项工作重新考虑学生们如何通过结合从文献中选择有效的方法学习编程。虽然在所有工程专业的学生学术生涯的开始阶段，让他们不断接受新技术的熏陶，这样做很好，但这也不排除那些错过学习编程的高年级的学生。此外，智能手机与微控制器相结合，可以说是一个非常方便的工程实验室工具。因此，这项工作的影响将被所有级别的工程学科欣赏。

3 教育学的提出

本文的主要前提是引进一个课程，这个课程在进行Java教学的同时开发Android手机端的应用程序。那就是“Android的Java编程入门”课。新平台将会消除新技术教程中的某一个层次。这项工作旨在通过直接在手机上(Android Java,一个新引入的术语)完成“Android的Java编程入门”教学，将两个阶段的学习合并到一个阶段。这项工作希望在工程研究的开始阶段把新的移动平台引入到课程中，它还打算在新的移动设备和微控制器系统中更新现有的高级课程。手机都配备了许多传感器，通过微控制器与无线通信连接到一个手机，数据采集和控制成为移动平台的一个没有限制的解决方案。为了使这项工作成为可能，从java相关文献中得到有效方法，笔者在一般的编程和学习进行了研究。本课程开发的课程涵盖了一个新手程序员学习的基本编程技能，这也为他们学习更高层次的工程课程打下基础。该框架的核心包括以下几点，简要说明。

（一）Java编程介绍

这项工作包括从一学期的入门课程等大部分的材料，这些材料都是从文献中找的最有效的方法、经过导师精确地筛选而来。

1. 面向对象程序设计

很多理由表明我们应该先进行面向对象程序设计（OOP）的教学（对象的方法）。研究表明，没有接触到使用“对象”的学生将无法有效地从零开始写对象。Hu表明编程技巧的本质是与结构化（经典，程序）编程。顺便说一句，安卓的环境中有丰富的库文件和可使用插入的工具，当在手机上运作时，这些工具不可避免的会出现在一些对象产生之前。涵盖面向对象程序设计是非常有必要的。[17-20]

1. 变量的作用

新概念“变量的作用”用于描述变量的用途，它将会一次又一次的出现在我们的课程中。变量的作用是一个有效的概念，我们可以明确的得到专家级程序员的知识。萨亚涅米引入了十个变量，这涵盖了大部分在新手级程序编程中会遇到的变量。实现萨亚涅米的这项工作可以直接与Android中Java的背景下采取的例子框架接近。[21]

1. Java就足够

标准的java课程包括一些材料，这些材料能很好的体现出编程技巧（如保存到文件中的一个文件或读取一个文件）但在许多应用程序中用不到（例如Applet浏览器）。同样，用来给手机编程的Java是编程的基础。有人建议，入门课程中首先讲解一些简单的语言可以让学生把注意力集中在重要的模式中，并且可以最少的忽略细节。这是因为一个学生的学习能力是有限的。[22,23,24,25]

1. 怎样做而不是为什么

在词汇学习期自信的去做吧，当你遇到一件你认为你做不成的事情就装作你做的成，这些是该课程的第一部分，这明确规定学生必须改变思维定势。一旦养成了这个习惯，学生就可以在自己的指导下工作了。老师们要求学生们在开发一个概念模型框架的时候要学会知道怎样做而不是为什么这样做。当然，这个框架是针对Android Java工具和编程环境的。

1. 实例探究

该课程包括直接从Android开发者的网站作为典型的研究案例。这些项目我们已经导入到电脑中，供给同学们使用。他们可以被指定为团队项目，这将和会给定期编程提供更大的蓝图。这将有很多好处，包括动机。

（二）新手移动编程教学

所有当前可用的Android编程资源在Android编程之前需要一些Java编程经验。我们拟定直接在手机上教给大家“Java编程入门”。

1. 结对编程

结构化和引导团队合作将是任务的一部分。编程团队规模为两个人用一组，这对学习编程来说是一种便利。笔者的经验表明，当有人陪伴你一起编程时，这个团队有更多的去尝试新的东西的倾向，并且能很好的意识到那些编程错误。[26-29]

1. 布鲁姆认知分类

目前，很少有人在工程课上引入布鲁姆认知分类。这项工作中使用修订后的布卢姆的分类来组织课程大纲，并分类练习中的问题和调查研究结果。[30-32]

1. 学生教学生

“学生教学”是以一种独特的方式来实现的。每一个团队将有一个专门的成员在每一个讲座负责收集学习的材料和指导的其他成员。测验和考试将会被作为区分每个学生在这个工作中扮演的是老师的角色还是学生的角色。这种技术被称为分享时间对教学（STPT）。

1. 知识调查

结构化的知识调查是用卡尔维尔特的方法实现的。他认为，知识调查对工程类学科非常有利。所有材料都与一个适当的知识调查有关，用这些材料可以监测学生的进步。[33]

4 工具

安卓是一个如手机和平板电脑等移动设备的操作系统，是谷歌通过收购安卓公司发起的开放手机联盟项目。大部分代码都是在Apache许可这种免费的许可下公布。Android是一个基于Linux的内核和使用Dalvik虚拟机运行java字节码的操作系统。作为智能手机的操作系统的安卓份额正在迅速增长，同时，谷歌的移动操作系统的份额正在稳步增长，如图1

图1 美国智能手机操作系统份额（comShare）

Eclipse是一个开源软件开发环境，它是用java写的，用来开发java应用。通过插件可使用其他程序语言包括Ada，C，C ，Perl，PHP，Python，R，Ruby等。Android SDK插件使Eclipse更适用于Android平台的编程。Eclipse IDE自带的功能使人在第一次接触时会感受到其强大，如图2。

图2 Eclipse集成开发环境（IDE）

Eclipse环境对一个以上的项目来说很方便，每个项目都有很多文件。编辑非常人性化，在键入某个关键字时会自动补充完整。Android的SDK（软件开发工具包）第一个版本发布于2008年的九月份。Android SDK包括运行应用程序的工具可应用于Windows，Mac OS X和Linux 。Android SDK中也有一个模拟器，允许用户在没有手机的情况下编程。Android开发工具（ADT）是一个Eclipse IDE的插件，用来扩展Eclipse是其具有开发Android应用程序的能力。这些环境可以帮助创建应用程序，设计用户界面（用户界面），并对应用程序进行调试。该仿真器为那些买不到Android设备的公众提供了一个很好的开发Android软件机会。图3是一个运行在电脑上的Android模拟器的截图。

图3 Android模拟器截图

我们需要一个将Android设备连接到开发环境中的驱动。不同设备（如HTC、三星）在不同操作系统（如Windows、Mac、Linux）的电脑上需要不同的驱动。Eclipse IDE与Android SDK的协同下会让程序员选择模拟器设备并在模拟器上下载和运行应用程序。Java最初是由Sun公司开发的一种编程语言。Java应用程序被编译成字节码，这个可以在虚拟机（JVM）上运行。Java设计的意图是让开发商“一次编写，到处运行”。Sun公司在不同平台上都设计了虚拟机，这些虚拟机都可以将Java代码编译为字节码，因此，任何Java应用程序都可以在任意安装了java虚拟机的设备上运行。JVM与JRE（Java运行环境）都是Sun（现在叫Oracle）公司开发的。然而编写Java代码需要JDK（Java开发工具包），它可以从Sun官方网站上找到，这就意味着安装了Android SDK的Eclipse需要在有JDK的设备上才能运行。

5 用来教学的实例

1. 用一个框架来教授Java核心

当前的工作是提出直接在手机上的入门概念程序设计的课程。如同在电脑屏幕上显示“Hello World”一样，这也是传统的编程课。Android开发环境中附带了相同的例子。当一个新项目被建立时，它会产生一个“Hello World”的画面。在这项工作中，其余

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