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語言程序設計是計算機相關專業的一門重要專業必修課，通過理論和實驗環節培養學生掌握面向對象程序設計思想、Java語言編程技術和解決實際問題的應用程序設計開發能力，從而提升學生運用科學思維模式及現代工具解決實際問題的能力，為從事軟件系統開發打下堅實的實踐基礎。

與此同時，Java語言編程技術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、生產實習及畢業設計奠定基礎。在傳統模式教學過程中，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課程各知識點間關聯密切，學生若在某一環節掉隊，就難以再跟上整體的學習節奏，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據，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，在新工科建設及專業工程教育認證的大環境下，如何通過改進教學模式、創新教學設計等措施提高教學質量，培養學生具備創新創業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合在線教學和傳統教學兩種教學組織形式的優勢，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語言程序設計課程中存在的問題，課程組在工程教育認證與“雙創”教育的背景下，基于混合式教育模式對課程建設進行了積極探索和研究，在教學方式設計中改進番茄工作法來規劃具有豐富過程性交互的課程設計，從而建立具有自身特色的課程建設理念和改革思路。

1 相關研究

隨著教育信息化快速發展，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］基于互聯網+的時代背景，結合理論基礎與建構原則，設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，變革了數據挖掘課程教學模式。朱琳等［8］針對實驗課程，基于翻轉課堂＋雨課堂＋MOOC的教學模式實現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程序設計課程為例，提出符合程序設計類課程特質的“金課”建設思路。王文豪等［10］基于線上線下混合教學模式對Java程序設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語言程序設計課程改革實踐活動，在教學方法、模式中均有所創新，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了Java語言程序設計課程的混合式教學模式改革與實踐，設計了豐富、交互性強的線下教學環節，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新思路

2.1 課程建設理念

“雙創”要求全面提升學生的創新創業素質，使培養的工科人才具備創新、創業和解決創新型復雜工程問題能力［16］。結合蘭州交通大學電子與信息工程學院國家一流本科專業建設和工程教育認證要求，堅持專創融合，教學夯實基礎，工程實踐與科研促進創新培養理念，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、以培養學生解決復雜工程問題創新創業能力為目標的課程建設理念。

2.2 教學模式與方法改革創新

2.2.1 教學模式改革

采用線上線下翻轉課堂的教學模式，引用優質慕課建立本地SPOC課程。基于智慧教學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，實現有的放矢的教學與學習。如圖1所示，Java語言程序設計課程中繼承與多態教學過程開展以學生為中心的線上線下混合式教學設計。課前，學生通過SPOC平臺進行線上自學、自測，教師進行學情統計與分析；課中，教師根據學習情況講解重難點，通過分組討論、游戲鞏固和提高環節提升學生能力；課后，學生通過作業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計示例

2.2.2 基于改進番茄工作法規劃設計線下教學活動

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新地改造番茄工作法，規劃設計線下教學活動，通過設計豐富、交互性強的線下教學環節，避免了傳統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語言課程設計的繼承與多態其中一堂課（兩小節，每節45分鐘）為例，將線下教學活動劃分為線上學習情況總結、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、課后作業安排等環節，實現了具有豐富過程性交互的課程設計。

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計案例

具體的，小組討論內容為實際案例，將其通過繼承概念進行描述；游戲鞏固環節內容為“你畫我猜”，以鍛煉學生閱讀程序的能力；擴展提高內容為多態性的作用，從而引出思政教育中大國工匠精神的相關案例。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 教學內容建設創新

設計具備創新性的教學內容和有效的知識能力素質培養相結合的模式，既傳遞了知識，又關注了學生學術能力的培養和創新性、批判性思維的訓練。

2.3.1 重構Java程序設計語言課程體系架構

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

2.3.2 持續更新前沿性和先進性的教學內容

自主開發設計例如書籍管理、CD管理、磁帶管理、通訊錄管理、計算器、相關工具、五子棋等11個具備綜合性和創新性特征的課程實驗，并以開發Java圖形化應用程序的綜合大作業形式將實驗進行集成，為教學實踐、創新創業能力培養提供了多模塊、多層次的實踐教學資源。

2.4 思政教育創新

本文結合專業特色和課程特點，提煉專業課程中包含的重要價值、文化、正能量和優秀傳統等元素，構建包含價值、文化、正能量、優秀傳統等重要元素的思政案例庫，將其在專業課程授課過程中以更加生動直觀的方式傳遞至學生，潛移默化地實現專業育人的培養目標，從而形成在程序設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性中能得到何種啟發？Java語言中的封裝性、繼承性和多態性是非常優秀的設計，這也是其幾十年來經久不衰的原因之一，從而體現出現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、監測學生學習情況，包括預習小測驗、線上作業、隨堂練習、紙質作業、分組討論、游戲環節等。其中，小測驗、線上作業（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（分組討論和游戲環節）可考核學生在團隊合作精神方面的表現。

2.6 課程特色與創新

Java語言程序設計課程的改革特色主要體現在線上線下混合式教學模式、過程性交互式課程設計、個性化學習過程監控、多模式考核制度建立、小組活動激發學習熱情等方面。基于改進番茄工作法設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關系（見圖3），通過具有豐富過程性交互的課程設計可較好地實現從基礎知識、關鍵能力、綜合素質到核心價值的從低到高的人才培養要求，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關系

3 課程實踐

Java語言程序設計課程建設過程中堅持專創融合，教學夯實基礎，工程實踐與科研促進創新教育理念，進行課程交叉、專業交叉的實踐教學改革研究，堅持以培養學生解決復雜工程問題能力為目標課程建設理念。2019年在蘭州交通大學超星網教平臺上完成課程建設，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測驗，課中教師根據學生學習情況，有針對性地進行內容回顧、復習和總結，創新性地改進番茄工作法規劃設計線下教學活動，實現具有豐富過程性交互的課程設計。

此外，通過小組討論和游戲環節，采用任務驅動的教學方式提高學生學習積極性與參與度。結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課程中包含的重要價值、文化、正能量和優秀傳統等元素構建政課堂案例庫，通過生動直觀的方式將知識傳輸給學生。經過多年建設，已形成了課程教學團隊年齡結構合理、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、實踐教學平臺構建、教材建設、教改論文發表和學生學科競賽等方面取得了一系列教學成果，并將其應用于理論教學、實踐教學和雙創教育方面，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和努力，Java程序設計語言課程的教學質量得到了師生的共同肯定，成為深受學生喜愛的專業核心課程之一，得到了一致好評。2021年6月，教學團隊通過問卷星匿名調查問卷的方式收集學生對課程的評價，統計結果顯示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了學生學習興趣，極大調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改進機制的流程，具體為學生問卷調查、發現問題、課程組討論、提出解決方案、持續改進。通過該方式及時發現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、游戲環節階段，教師有時教學節奏把控不當，導致后續環節無法按時完成。為此，教師應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節，課堂活躍度較低，不愿表現和表達自身想法。為此，教師應通過獎勵分、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 結語

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