番茄工作法在混合式教學模式中的探索與實踐
——以Java語言程序設(shè)計課程為例

火久元，巨 濤，楊景玉

（蘭州交通大學 電子與信息工程學院，甘肅 蘭州 730070）

0 引言

Java語言程序設(shè)計是計算機相關(guān)專業(yè)的一門重要專業(yè)必修課，通過理論和實驗環(huán)節(jié)培養(yǎng)學生掌握面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計思想、Java語言編程技術(shù)和解決實際問題的應(yīng)用程序設(shè)計開發(fā)能力，從而提升學生運用科學思維模式及現(xiàn)代工具解決實際問題的能力，為從事軟件系統(tǒng)開發(fā)打下堅實的實踐基礎(chǔ)。

與此同時，Java語言編程技術(shù)在計算機課程體系中具有承上啟下的重要地位，也為學生融會貫通所學知識、生產(chǎn)實習及畢業(yè)設(shè)計奠定基礎(chǔ)。在傳統(tǒng)模式教學過程中，該課程的教學和實踐存在以下問題：①傳統(tǒng)教學模式教學方法固定，難以長時間吸引學生注意力，導致教學效果較差；②課程各知識點間關(guān)聯(lián)密切，學生若在某一環(huán)節(jié)掉隊，就難以再跟上整體的學習節(jié)奏，進而導致學生學習積極性下降；③教師難以實時獲取真實的學習數(shù)據(jù)，無法對學生學習行為和學習情況進行針對性和個性化指導。因此，在新工科建設(shè)及專業(yè)工程教育認證的大環(huán)境下，如何通過改進教學模式、創(chuàng)新教學設(shè)計等措施提高教學質(zhì)量，培養(yǎng)學生具備創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維及解決復雜工程問題的能力已成為高校課程改革的熱點問題。

近年來興起的混合式教學模式有機結(jié)合在線教學和傳統(tǒng)教學兩種教學組織形式的優(yōu)勢，通過線上+線下的混合式教學將學習者引向深度學習［1-3］。Francesco［4］于1992年創(chuàng)立一種高效簡單的時間管理方法——番茄工作法（Pomodoro Technique），可幫助人們提高工作效率，改變學習習慣。為解決蘭州交通大學電子與信息工程學院Java語言程序設(shè)計課程中存在的問題，課程組在工程教育認證與“雙創(chuàng)”教育的背景下，基于混合式教育模式對課程建設(shè)進行了積極探索和研究，在教學方式設(shè)計中改進番茄工作法來規(guī)劃具有豐富過程性交互的課程設(shè)計，從而建立具有自身特色的課程建設(shè)理念和改革思路。

1 相關(guān)研究

隨著教育信息化快速發(fā)展，大量學者和教師對混合式教學模式進行了深入研究與探索，并將其引入各類課程中進行教學改革實踐。秦楠［5］基于互聯(lián)網(wǎng)+的時代背景，結(jié)合理論基礎(chǔ)與建構(gòu)原則，設(shè)計了一種初步的新型混合式教學模式。馬麗等［6］以軟件工程課程為例，基于OBE構(gòu)建出多元線上線下新型混合式教學模式。劉彤［7］提出“四模塊三階段二層面”教學方法，變革了數(shù)據(jù)挖掘課程教學模式。朱琳等［8］針對實驗課程，基于翻轉(zhuǎn)課堂＋雨課堂＋MOOC的教學模式實現(xiàn)了船舶鍋爐水位控制綜合實驗課程教學改革。

針對Java程序設(shè)計語言類課程，不少學者基于混合式教學模式進行教學改革實踐活動。盧冶等［9］以Java程序設(shè)計課程為例，提出符合程序設(shè)計類課程特質(zhì)的“金課”建設(shè)思路。王文豪等［10］基于線上線下混合教學模式對Java程序設(shè)計課程進行改革與實踐，取得了較好的教學效果。李永飛等［11］以Java程序設(shè)計課程為例，引入過程性評價機制提出一種個性化教學模式。陳益［12］將BOPPPS理論模型融入Java程序設(shè)計課程實際教學中。

雖然，上述混合式教學模式改革研究及針對Java語言程序設(shè)計課程改革實踐活動，在教學方法、模式中均有所創(chuàng)新，取得了較好的教學效果，為課程教育模式改革提供了積極作用，但仍存在教學活動單一，難以長時間吸引學生注意力等問題，并未考慮通過設(shè)計具有豐富過程性交互的課程活動來提高教學效率。番茄工作法是一種高效的時間管理方法，已被應(yīng)用于極限編程團隊管理［13］、研究生反拖延［14］、課堂教學改革［15］。為此，本文基于番茄工作法實現(xiàn)了Java語言程序設(shè)計課程的混合式教學模式改革與實踐，設(shè)計了豐富、交互性強的線下教學環(huán)節(jié)，對有效提升學生學習效率與熱情、學生參與度和學習專注力具有一定的積極作用。

2 混合式教學模式改革創(chuàng)新思路

2.1 課程建設(shè)理念

“雙創(chuàng)”要求全面提升學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素質(zhì)，使培養(yǎng)的工科人才具備創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)和解決創(chuàng)新型復雜工程問題能力［16］。結(jié)合蘭州交通大學電子與信息工程學院國家一流本科專業(yè)建設(shè)和工程教育認證要求，堅持專創(chuàng)融合，教學夯實基礎(chǔ)，工程實踐與科研促進創(chuàng)新培養(yǎng)理念，堅持以學科競賽為抓手、以信息化平臺與方法為手段、以實際工程項目為主線、以線上自學+線下復習鞏固為教學方法、以國家級示范中心等各級實踐平臺為依托、以培養(yǎng)學生解決復雜工程問題創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力為目標的課程建設(shè)理念。

2.2 教學模式與方法改革創(chuàng)新

2.2.1 教學模式改革

采用線上線下翻轉(zhuǎn)課堂的教學模式，引用優(yōu)質(zhì)慕課建立本地SPOC課程?；谥腔劢虒W工具一站式解決課前、課中、課后問題，智慧教學平臺能快速分析學生學習情況，供教師進行深度分析，實現(xiàn)有的放矢的教學與學習。如圖1所示，Java語言程序設(shè)計課程中繼承與多態(tài)教學過程開展以學生為中心的線上線下混合式教學設(shè)計。課前，學生通過SPOC平臺進行線上自學、自測，教師進行學情統(tǒng)計與分析；課中，教師根據(jù)學習情況講解重難點，通過分組討論、游戲鞏固和提高環(huán)節(jié)提升學生能力；課后，學生通過作業(yè)和答疑進行學習鞏固。

Fig.1 Examples of “student-centered” online and offline hybrid teaching design圖1 以“學生為中心”的線上線下混合式教學設(shè)計示例

2.2.2 基于改進番茄工作法規(guī)劃設(shè)計線下教學活動

番茄工作法基本原理是將工作時間劃分為多個番茄鐘，一個番茄鐘由25分鐘工作時間和5分鐘休息時間組成。但在教學過程中，通常無法完全按工作時間和休息時間進行劃分，因此蘭州交通大學電子與信息工程學院課程組創(chuàng)新地改造番茄工作法，規(guī)劃設(shè)計線下教學活動，通過設(shè)計豐富、交互性強的線下教學環(huán)節(jié)，避免了傳統(tǒng)教學模式中單一教學方法容易造成學生學習疲勞、無法集中精力的問題。

如圖2所示，本文以Java語言課程設(shè)計的繼承與多態(tài)其中一堂課（兩小節(jié)，每節(jié)45分鐘）為例，將線下教學活動劃分為線上學習情況總結(jié)、重點知識回顧、小組討論、游戲鞏固、隨堂測驗、擴展提高、思政教育、課堂總結(jié)、課后作業(yè)安排等環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了具有豐富過程性交互的課程設(shè)計。

Fig.2 Offline teaching activity design case based on the improved pomodoro technique 圖2 基于改進番茄工作法線下教學活動設(shè)計案例

具體的，小組討論內(nèi)容為實際案例，將其通過繼承概念進行描述；游戲鞏固環(huán)節(jié)內(nèi)容為“你畫我猜”，以鍛煉學生閱讀程序的能力；擴展提高內(nèi)容為多態(tài)性的作用，從而引出思政教育中大國工匠精神的相關(guān)案例。該方法突出以學生為主體的教學模式，可有效提升學生學習效率與熱情、學生參與度和學習專注力，從而達到較好的學習效果。

2.3 教學內(nèi)容建設(shè)創(chuàng)新

設(shè)計具備創(chuàng)新性的教學內(nèi)容和有效的知識能力素質(zhì)培養(yǎng)相結(jié)合的模式，既傳遞了知識，又關(guān)注了學生學術(shù)能力的培養(yǎng)和創(chuàng)新性、批判性思維的訓練。

2.3.1 重構(gòu)Java程序設(shè)計語言課程體系架構(gòu)

針對將復雜工程問題引入計算機專業(yè)的工程專業(yè)教育認證要求，通過重構(gòu)實踐課程知識體系，有機銜接前導和后續(xù)課程群，增加創(chuàng)新實踐等課程比重，開發(fā)出有益于提高學生雙創(chuàng)素質(zhì)和能力的實踐課程體系。

2.3.2 持續(xù)更新前沿性和先進性的教學內(nèi)容

自主開發(fā)設(shè)計例如書籍管理、CD管理、磁帶管理、通訊錄管理、計算器、相關(guān)工具、五子棋等11個具備綜合性和創(chuàng)新性特征的課程實驗，并以開發(fā)Java圖形化應(yīng)用程序的綜合大作業(yè)形式將實驗進行集成，為教學實踐、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)提供了多模塊、多層次的實踐教學資源。

2.4 思政教育創(chuàng)新

本文結(jié)合專業(yè)特色和課程特點，提煉專業(yè)課程中包含的重要價值、文化、正能量和優(yōu)秀傳統(tǒng)等元素，構(gòu)建包含價值、文化、正能量、優(yōu)秀傳統(tǒng)等重要元素的思政案例庫，將其在專業(yè)課程授課過程中以更加生動直觀的方式傳遞至學生，潛移默化地實現(xiàn)專業(yè)育人的培養(yǎng)目標，從而形成在程序設(shè)計類課程中引入思政教育的方法與思路。例如，在學習Java語言的繼承性和多態(tài)性中能得到何種啟發(fā)？Java語言中的封裝性、繼承性和多態(tài)性是非常優(yōu)秀的設(shè)計，這也是其幾十年來經(jīng)久不衰的原因之一，從而體現(xiàn)出現(xiàn)階段所倡導的精益求精，找到更好解決辦法，做到極致的工匠精神。

2.5 課程考核評價方式

課程采用過程形成性考核成績（50%）、結(jié)課集中考試成績（50%）的方式綜合評定學生成績。過程形成性考核使用多種考核和評價方式考察、監(jiān)測學生學習情況，包括預習小測驗、線上作業(yè)、隨堂練習、紙質(zhì)作業(yè)、分組討論、游戲環(huán)節(jié)等。其中，小測驗、線上作業(yè)（客觀題）、隨堂練習等可由教學平臺自動批閱，提升了教師工作效率，特別增加的小組活動成績（分組討論和游戲環(huán)節(jié)）可考核學生在團隊合作精神方面的表現(xiàn)。

2.6 課程特色與創(chuàng)新

Java語言程序設(shè)計課程的改革特色主要體現(xiàn)在線上線下混合式教學模式、過程性交互式課程設(shè)計、個性化學習過程監(jiān)控、多模式考核制度建立、小組活動激發(fā)學習熱情等方面?；诟倪M番茄工作法設(shè)計的具有豐富過程性交互線下教學活動，突出以學生“學”為中心的教學模式。建立了該混合式教學模式中的各類教學活動與學習能力層次的對應(yīng)關(guān)系（見圖3），通過具有豐富過程性交互的課程設(shè)計可較好地實現(xiàn)從基礎(chǔ)知識、關(guān)鍵能力、綜合素質(zhì)到核心價值的從低到高的人才培養(yǎng)要求，達到教書育人的目的。

Fig.3 Correspondence between various teaching activities and learning ability levels in the mixed teaching model圖3 混合式教學模式中的各類教學活動與學習能力層次的對應(yīng)關(guān)系

3 課程實踐

Java語言程序設(shè)計課程建設(shè)過程中堅持專創(chuàng)融合，教學夯實基礎(chǔ)，工程實踐與科研促進創(chuàng)新教育理念，進行課程交叉、專業(yè)交叉的實踐教學改革研究，堅持以培養(yǎng)學生解決復雜工程問題能力為目標課程建設(shè)理念。2019年在蘭州交通大學超星網(wǎng)教平臺上完成課程建設(shè)，并已上線運行3個學期，在2020年被評為校級一流課程。

課堂教學改革方面，引入線上精品課程建立本地SPOC混合式教學平臺，學生通過大量生動、活潑的線上教學視頻進行學習和章節(jié)測驗，課中教師根據(jù)學生學習情況，有針對性地進行內(nèi)容回顧、復習和總結(jié)，創(chuàng)新性地改進番茄工作法規(guī)劃設(shè)計線下教學活動，實現(xiàn)具有豐富過程性交互的課程設(shè)計。

此外，通過小組討論和游戲環(huán)節(jié)，采用任務(wù)驅(qū)動的教學方式提高學生學習積極性與參與度。結(jié)合蘭州交通大學電子與信息工程學院辦學特色，基于學生特點提煉出專業(yè)課程中包含的重要價值、文化、正能量和優(yōu)秀傳統(tǒng)等元素構(gòu)建政課堂案例庫，通過生動直觀的方式將知識傳輸給學生。經(jīng)過多年建設(shè)，已形成了課程教學團隊年齡結(jié)構(gòu)合理、教學成果豐富、教育教學改革成效顯著、多級實驗實踐平臺先進及教學資源完備的特色與優(yōu)勢。

蘭州交通大學電子與信息工程學院課程教學團隊積極投身教學改革研究、在教育教學改革項目、實踐教學平臺構(gòu)建、教材建設(shè)、教改論文發(fā)表和學生學科競賽等方面取得了一系列教學成果，并將其應(yīng)用于理論教學、實踐教學和雙創(chuàng)教育方面，取得了良好教學效果。

4 課程評價與反思

4.1 課程評價

經(jīng)過蘭州交通大學電子與信息工程學院課程教學團隊多年的辛勤建設(shè)和努力，Java程序設(shè)計語言課程的教學質(zhì)量得到了師生的共同肯定，成為深受學生喜愛的專業(yè)核心課程之一，得到了一致好評。2021年6月，教學團隊通過問卷星匿名調(diào)查問卷的方式收集學生對課程的評價，統(tǒng)計結(jié)果顯示95.7%的學生滿意度較高。對2020-2021-2與2019-2020-2兩學期的學生試卷進行成績統(tǒng)計與課程達成情況評價可知，通過新教學模式的學習，學生平均分數(shù)由62.3提高到69.2，課程達成度值從69.8提升到72.2，反映該教學模式較大地激發(fā)了學生學習興趣，極大調(diào)動了學生學習的主動性，初步達到課程改革的目標。

4.2 教學反思

在教學改革過程中，蘭州交通大學電子與信息工程學院教學團隊建立了課程持續(xù)改進機制的流程，具體為學生問卷調(diào)查、發(fā)現(xiàn)問題、課程組討論、提出解決方案、持續(xù)改進。通過該方式及時發(fā)現(xiàn)目前課程教學中存在以下問題亟需解決：

（1）個別學生無法較好地自主完成線上知識學習，導致在線下鞏固提高時跟不上學習進度。為此，教師應(yīng)通過教學信息化平臺掌握學生學習情況，對個別學生進行單獨輔導和督促。

（2）在分組討論、游戲環(huán)節(jié)階段，教師有時教學節(jié)奏把控不當，導致后續(xù)環(huán)節(jié)無法按時完成。為此，教師應(yīng)提前做好課前準備工作，提升課程流程把控能力。

（3）個別同學不愿參與分組討論等環(huán)節(jié)，課堂活躍度較低，不愿表現(xiàn)和表達自身想法。為此，教師應(yīng)通過獎勵分、學習通隨機點名等形式讓學生積極參與分組活動，提升學生綜合分析、表達、自我展示及團隊合作能力。

5 結(jié)語

本文探討了在雙創(chuàng)教育背景下，基于混合式教學模式和番茄工作法對Java語言程序設(shè)計課程進行改革創(chuàng)新，有針對性地實現(xiàn)目標式教學，將技術(shù)理論、在線課程資源、實踐實驗教學與創(chuàng)新教學方式緊密結(jié)合，注重教學模式改革和教學方法創(chuàng)新，從而達到培養(yǎng)學生掌握知識，提升自身能力、培養(yǎng)素質(zhì)，完成課程思政育人的混合式課堂教學目標，對培養(yǎng)電子與信息工程專業(yè)學生的動手實踐、系統(tǒng)分析與設(shè)計、編程能力及綜合素質(zhì)方面具有積極作用。