火久元，巨 濤，楊景玉

（蘭州交通大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

0 引言

Java語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的一門重要專業(yè)必修課，通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生掌握面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想、Java語(yǔ)言編程技術(shù)和解決實(shí)際問(wèn)題的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)開發(fā)能力，從而提升學(xué)生運(yùn)用科學(xué)思維模式及現(xiàn)代工具解決實(shí)際問(wèn)題的能力，為從事軟件系統(tǒng)開發(fā)打下堅(jiān)實(shí)的實(shí)踐基礎(chǔ)。

與此同時(shí)，Java語(yǔ)言編程技術(shù)在計(jì)算機(jī)課程體系中具有承上啟下的重要地位，也為學(xué)生融會(huì)貫通所學(xué)知識(shí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)及畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。在傳統(tǒng)模式教學(xué)過(guò)程中，該課程的教學(xué)和實(shí)踐存在以下問(wèn)題：①傳統(tǒng)教學(xué)模式教學(xué)方法固定，難以長(zhǎng)時(shí)間吸引學(xué)生注意力，導(dǎo)致教學(xué)效果較差；②課程各知識(shí)點(diǎn)間關(guān)聯(lián)密切，學(xué)生若在某一環(huán)節(jié)掉隊(duì)，就難以再跟上整體的學(xué)習(xí)節(jié)奏，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性下降；③教師難以實(shí)時(shí)獲取真實(shí)的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，無(wú)法對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)情況進(jìn)行針對(duì)性和個(gè)性化指導(dǎo)。因此，在新工科建設(shè)及專業(yè)工程教育認(rèn)證的大環(huán)境下，如何通過(guò)改進(jìn)教學(xué)模式、創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì)等措施提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生具備創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維及解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力已成為高校課程改革的熱點(diǎn)問(wèn)題。

近年來(lái)興起的混合式教學(xué)模式有機(jī)結(jié)合在線教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)兩種教學(xué)組織形式的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)線上+線下的混合式教學(xué)將學(xué)習(xí)者引向深度學(xué)習(xí)［1-3］。Francesco［4］于1992年創(chuàng)立一種高效簡(jiǎn)單的時(shí)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(xué)習(xí)習(xí)慣。為解決蘭州交通大學(xué)電子與信息工程學(xué)院Java語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程中存在的問(wèn)題，課程組在工程教育認(rèn)證與“雙創(chuàng)”教育的背景下，基于混合式教育模式對(duì)課程建設(shè)進(jìn)行了積極探索和研究，在教學(xué)方式設(shè)計(jì)中改進(jìn)番茄工作法來(lái)規(guī)劃具有豐富過(guò)程性交互的課程設(shè)計(jì)，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(xué)者和教師對(duì)混合式教學(xué)模式進(jìn)行了深入研究與探索，并將其引入各類課程中進(jìn)行教學(xué)改革實(shí)踐。秦楠［5］基于互聯(lián)網(wǎng)+的時(shí)代背景，結(jié)合理論基礎(chǔ)與建構(gòu)原則，設(shè)計(jì)了一種初步的新型混合式教學(xué)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(xué)模式。劉彤［7］提出“四模塊三階段二層面”教學(xué)方法，變革了數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)模式。朱琳等［8］針對(duì)實(shí)驗(yàn)課程，基于翻轉(zhuǎn)課堂＋雨課堂＋MOOC的教學(xué)模式實(shí)現(xiàn)了船舶鍋爐水位控制綜合實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革。

針對(duì)Java程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言類課程，不少學(xué)者基于混合式教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)改革實(shí)踐活動(dòng)。盧冶等［9］以Java程序設(shè)計(jì)課程為例，提出符合程序設(shè)計(jì)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(xué)模式對(duì)Java程序設(shè)計(jì)課程進(jìn)行改革與實(shí)踐，取得了較好的教學(xué)效果。李永飛等［11］以Java程序設(shè)計(jì)課程為例，引入過(guò)程性評(píng)價(jià)機(jī)制提出一種個(gè)性化教學(xué)模式。陳益［12］將BOPPPS理論模型融入Java程序設(shè)計(jì)課程實(shí)際教學(xué)中。

雖然，上述混合式教學(xué)模式改革研究及針對(duì)Java語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程改革實(shí)踐活動(dòng)，在教學(xué)方法、模式中均有所創(chuàng)新，取得了較好的教學(xué)效果，為課程教育模式改革提供了積極作用，但仍存在教學(xué)活動(dòng)單一，難以長(zhǎng)時(shí)間吸引學(xué)生注意力等問(wèn)題，并未考慮通過(guò)設(shè)計(jì)具有豐富過(guò)程性交互的課程活動(dòng)來(lái)提高教學(xué)效率。番茄工作法是一種高效的時(shí)間管理方法，已被應(yīng)用于極限編程團(tuán)隊(duì)管理［13］、研究生反拖延［14］、課堂教學(xué)改革［15］。為此，本文基于番茄工作法實(shí)現(xiàn)了Java語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程的混合式教學(xué)模式改革與實(shí)踐，設(shè)計(jì)了豐富、交互性強(qiáng)的線下教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)有效提升學(xué)生學(xué)習(xí)效率與熱情、學(xué)生參與度和學(xué)習(xí)專注力具有一定的積極作用。

2 混合式教學(xué)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(xué)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(fù)雜工程問(wèn)題能力［16］。結(jié)合蘭州交通大學(xué)電子與信息工程學(xué)院國(guó)家一流本科專業(yè)建設(shè)和工程教育認(rèn)證要求，堅(jiān)持專創(chuàng)融合，教學(xué)夯實(shí)基礎(chǔ)，工程實(shí)踐與科研促進(jìn)創(chuàng)新培養(yǎng)理念，堅(jiān)持以學(xué)科競(jìng)賽為抓手、以信息化平臺(tái)與方法為手段、以實(shí)際工程項(xiàng)目為主線、以線上自學(xué)+線下復(fù)習(xí)鞏固為教學(xué)方法、以國(guó)家級(jí)示范中心等各級(jí)實(shí)踐平臺(tái)為依托、以培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力為目標(biāo)的課程建設(shè)理念。

2.2 教學(xué)模式與方法改革創(chuàng)新

2.2.1 教學(xué)模式改革

采用線上線下翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，引用優(yōu)質(zhì)慕課建立本地SPOC課程?；谥腔劢虒W(xué)工具一站式解決課前、課中、課后問(wèn)題，智慧教學(xué)平臺(tái)能快速分析學(xué)生學(xué)習(xí)情況，供教師進(jìn)行深度分析，實(shí)現(xiàn)有的放矢的教學(xué)與學(xué)習(xí)。如圖1所示，Java語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程中繼承與多態(tài)教學(xué)過(guò)程開展以學(xué)生為中心的線上線下混合式教學(xué)設(shè)計(jì)。課前，學(xué)生通過(guò)SPOC平臺(tái)進(jìn)行線上自學(xué)、自測(cè)，教師進(jìn)行學(xué)情統(tǒng)計(jì)與分析；課中，教師根據(jù)學(xué)習(xí)情況講解重難點(diǎn)，通過(guò)分組討論、游戲鞏固和提高環(huán)節(jié)提升學(xué)生能力；課后，學(xué)生通過(guò)作業(yè)和答疑進(jìn)行學(xué)習(xí)鞏固。

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

2.2.2 基于改進(jìn)番茄工作法規(guī)劃設(shè)計(jì)線下教學(xué)活動(dòng)

番茄工作法基本原理是將工作時(shí)間劃分為多個(gè)番茄鐘，一個(gè)番茄鐘由25分鐘工作時(shí)間和5分鐘休息時(shí)間組成。但在教學(xué)過(guò)程中，通常無(wú)法完全按工作時(shí)間和休息時(shí)間進(jìn)行劃分，因此蘭州交通大學(xué)電子與信息工程學(xué)院課程組創(chuàng)新地改造番茄工作法，規(guī)劃設(shè)計(jì)線下教學(xué)活動(dòng)，通過(guò)設(shè)計(jì)豐富、交互性強(qiáng)的線下教學(xué)環(huán)節(jié)，避免了傳統(tǒng)教學(xué)模式中單一教學(xué)方法容易造成學(xué)生學(xué)習(xí)疲勞、無(wú)法集中精力的問(wèn)題。

如圖2所示，本文以Java語(yǔ)言課程設(shè)計(jì)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(xué)活動(dòng)劃分為線上學(xué)習(xí)情況總結(jié)、重點(diǎn)知識(shí)回顧、小組討論、游戲鞏固、隨堂測(cè)驗(yàn)、擴(kuò)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(shí)現(xiàn)了具有豐富過(guò)程性交互的課程設(shè)計(jì)。

Fig.2 Offline teaching activity design case based on the improved pomodoro technique 圖2 基于改進(jìn)番茄工作法線下教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)案例

具體的，小組討論內(nèi)容為實(shí)際案例，將其通過(guò)繼承概念進(jìn)行描述；游戲鞏固環(huán)節(jié)內(nèi)容為“你畫我猜”，以鍛煉學(xué)生閱讀程序的能力；擴(kuò)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(guó)工匠精神的相關(guān)案例。該方法突出以學(xué)生為主體的教學(xué)模式，可有效提升學(xué)生學(xué)習(xí)效率與熱情、學(xué)生參與度和學(xué)習(xí)專注力，從而達(dá)到較好的學(xué)習(xí)效果。

2.3 教學(xué)內(nèi)容建設(shè)創(chuàng)新

設(shè)計(jì)具備創(chuàng)新性的教學(xué)內(nèi)容和有效的知識(shí)能力素質(zhì)培養(yǎng)相結(jié)合的模式，既傳遞了知識(shí)，又關(guān)注了學(xué)生學(xué)術(shù)能力的培養(yǎng)和創(chuàng)新性、批判性思維的訓(xùn)練。

2.3.1 重構(gòu)Java程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言課程體系架構(gòu)

針對(duì)將復(fù)雜工程問(wèn)題引入計(jì)算機(jī)專業(yè)的工程專業(yè)教育認(rèn)證要求，通過(guò)重構(gòu)實(shí)踐課程知識(shí)體系，有機(jī)銜接前導(dǎo)和后續(xù)課程群，增加創(chuàng)新實(shí)踐等課程比重，開發(fā)出有益于提高學(xué)生雙創(chuàng)素質(zhì)和能力的實(shí)踐課程體系。

2.3.2 持續(xù)更新前沿性和先進(jìn)性的教學(xué)內(nèi)容

自主開發(fā)設(shè)計(jì)例如書籍管理、CD管理、磁帶管理、通訊錄管理、計(jì)算器、相關(guān)工具、五子棋等11個(gè)具備綜合性和創(chuàng)新性特征的課程實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)進(jìn)行集成，為教學(xué)實(shí)踐、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)提供了多模塊、多層次的實(shí)踐教學(xué)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(diǎn)，提煉專業(yè)課程中包含的重要價(jià)值、文化、正能量和優(yōu)秀傳統(tǒng)等元素，構(gòu)建包含價(jià)值、文化、正能量、優(yōu)秀傳統(tǒng)等重要元素的思政案例庫(kù)，將其在專業(yè)課程授課過(guò)程中以更加生動(dòng)直觀的方式傳遞至學(xué)生，潛移默化地實(shí)現(xiàn)專業(yè)育人的培養(yǎng)目標(biāo)，從而形成在程序設(shè)計(jì)類課程中引入思政教育的方法與思路。例如，在學(xué)習(xí)Java語(yǔ)言的繼承性和多態(tài)性中能得到何種啟發(fā)？Java語(yǔ)言中的封裝性、繼承性和多態(tài)性是非常優(yōu)秀的設(shè)計(jì)，這也是其幾十年來(lái)經(jīng)久不衰的原因之一，從而體現(xiàn)出現(xiàn)階段所倡導(dǎo)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(píng)價(jià)方式

課程采用過(guò)程形成性考核成績(jī)（50%）、結(jié)課集中考試成績(jī)（50%）的方式綜合評(píng)定學(xué)生成績(jī)。過(guò)程形成性考核使用多種考核和評(píng)價(jià)方式考察、監(jiān)測(cè)學(xué)生學(xué)習(xí)情況，包括預(yù)習(xí)小測(cè)驗(yàn)、線上作業(yè)、隨堂練習(xí)、紙質(zhì)作業(yè)、分組討論、游戲環(huán)節(jié)等。其中，小測(cè)驗(yàn)、線上作業(yè)（客觀題）、隨堂練習(xí)等可由教學(xué)平臺(tái)自動(dòng)批閱，提升了教師工作效率，特別增加的小組活動(dòng)成績(jī)（分組討論和游戲環(huán)節(jié)）可考核學(xué)生在團(tuán)隊(duì)合作精神方面的表現(xiàn)。

2.6 課程特色與創(chuàng)新

Java語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程的改革特色主要體現(xiàn)在線上線下混合式教學(xué)模式、過(guò)程性交互式課程設(shè)計(jì)、個(gè)性化學(xué)習(xí)過(guò)程監(jiān)控、多模式考核制度建立、小組活動(dòng)激發(fā)學(xué)習(xí)熱情等方面?；诟倪M(jìn)番茄工作法設(shè)計(jì)的具有豐富過(guò)程性交互線下教學(xué)活動(dòng)，突出以學(xué)生“學(xué)”為中心的教學(xué)模式。建立了該混合式教學(xué)模式中的各類教學(xué)活動(dòng)與學(xué)習(xí)能力層次的對(duì)應(yīng)關(guān)系（見圖3），通過(guò)具有豐富過(guò)程性交互的課程設(shè)計(jì)可較好地實(shí)現(xiàn)從基礎(chǔ)知識(shí)、關(guān)鍵能力、綜合素質(zhì)到核心價(jià)值的從低到高的人才培養(yǎng)要求，達(dá)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(xué)模式中的各類教學(xué)活動(dòng)與學(xué)習(xí)能力層次的對(duì)應(yīng)關(guān)系

3 課程實(shí)踐

Java語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程建設(shè)過(guò)程中堅(jiān)持專創(chuàng)融合，教學(xué)夯實(shí)基礎(chǔ)，工程實(shí)踐與科研促進(jìn)創(chuàng)新教育理念，進(jìn)行課程交叉、專業(yè)交叉的實(shí)踐教學(xué)改革研究，堅(jiān)持以培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力為目標(biāo)課程建設(shè)理念。2019年在蘭州交通大學(xué)超星網(wǎng)教平臺(tái)上完成課程建設(shè)，并已上線運(yùn)行3個(gè)學(xué)期，在2020年被評(píng)為校級(jí)一流課程。

課堂教學(xué)改革方面，引入線上精品課程建立本地SPOC混合式教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生通過(guò)大量生動(dòng)、活潑的線上教學(xué)視頻進(jìn)行學(xué)習(xí)和章節(jié)測(cè)驗(yàn)，課中教師根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況，有針對(duì)性地進(jìn)行內(nèi)容回顧、復(fù)習(xí)和總結(jié)，創(chuàng)新性地改進(jìn)番茄工作法規(guī)劃設(shè)計(jì)線下教學(xué)活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)具有豐富過(guò)程性交互的課程設(shè)計(jì)。

此外，通過(guò)小組討論和游戲環(huán)節(jié)，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方式提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性與參與度。結(jié)合蘭州交通大學(xué)電子與信息工程學(xué)院辦學(xué)特色，基于學(xué)生特點(diǎn)提煉出專業(yè)課程中包含的重要價(jià)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(kù)，通過(guò)生動(dòng)直觀的方式將知識(shí)傳輸給學(xué)生。經(jīng)過(guò)多年建設(shè)，已形成了課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)年齡結(jié)構(gòu)合理、教學(xué)成果豐富、教育教學(xué)改革成效顯著、多級(jí)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐平臺(tái)先進(jìn)及教學(xué)資源完備的特色與優(yōu)勢(shì)。

蘭州交通大學(xué)電子與信息工程學(xué)院課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)積極投身教學(xué)改革研究、在教育教學(xué)改革項(xiàng)目、實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)構(gòu)建、教材建設(shè)、教改論文發(fā)表和學(xué)生學(xué)科競(jìng)賽等方面取得了一系列教學(xué)成果，并將其應(yīng)用于理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)和雙創(chuàng)教育方面，取得了良好教學(xué)效果。

4 課程評(píng)價(jià)與反思

4.1 課程評(píng)價(jià)

經(jīng)過(guò)蘭州交通大學(xué)電子與信息工程學(xué)院課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)多年的辛勤建設(shè)和努力，Java程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言課程的教學(xué)質(zhì)量得到了師生的共同肯定，成為深受學(xué)生喜愛的專業(yè)核心課程之一，得到了一致好評(píng)。2021年6月，教學(xué)團(tuán)隊(duì)通過(guò)問(wèn)卷星匿名調(diào)查問(wèn)卷的方式收集學(xué)生對(duì)課程的評(píng)價(jià)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示95.7%的學(xué)生滿意度較高。對(duì)2020-2021-2與2019-2020-2兩學(xué)期的學(xué)生試卷進(jìn)行成績(jī)統(tǒng)計(jì)與課程達(dá)成情況評(píng)價(jià)可知，通過(guò)新教學(xué)模式的學(xué)習(xí)，學(xué)生平均分?jǐn)?shù)由62.3提高到69.2，課程達(dá)成度值從69.8提升到72.2，反映該教學(xué)模式較大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，極大調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，初步達(dá)到課程改革的目標(biāo)。

4.2 教學(xué)反思

在教學(xué)改革過(guò)程中，蘭州交通大學(xué)電子與信息工程學(xué)院教學(xué)團(tuán)隊(duì)建立了課程持續(xù)改進(jìn)機(jī)制的流程，具體為學(xué)生問(wèn)卷調(diào)查、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、課程組討論、提出解決方案、持續(xù)改進(jìn)。通過(guò)該方式及時(shí)發(fā)現(xiàn)目前課程教學(xué)中存在以下問(wèn)題亟需解決：

（1）個(gè)別學(xué)生無(wú)法較好地自主完成線上知識(shí)學(xué)習(xí)，導(dǎo)致在線下鞏固提高時(shí)跟不上學(xué)習(xí)進(jìn)度。為此，教師應(yīng)通過(guò)教學(xué)信息化平臺(tái)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況，對(duì)個(gè)別學(xué)生進(jìn)行單獨(dú)輔導(dǎo)和督促。

（2）在分組討論、游戲環(huán)節(jié)階段，教師有時(shí)教學(xué)節(jié)奏把控不當(dāng)，導(dǎo)致后續(xù)環(huán)節(jié)無(wú)法按時(shí)完成。為此，教師應(yīng)提前做好課前準(zhǔn)備工作，提升課程流程把控能力。

（3）個(gè)別同學(xué)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(dá)自身想法。為此，教師應(yīng)通過(guò)獎(jiǎng)勵(lì)分、學(xué)習(xí)通隨機(jī)點(diǎn)名等形式讓學(xué)生積極參與分組活動(dòng)，提升學(xué)生綜合分析、表達(dá)、自我展示及團(tuán)隊(duì)合作能力。

5 結(jié)語(yǔ)

本文探討了在雙創(chuàng)教育背景下，基于混合式教學(xué)模式和番茄工作法對(duì)Java語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程進(jìn)行改革創(chuàng)新，有針對(duì)性地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)式教學(xué)，將技術(shù)理論、在線課程資源、實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教學(xué)與創(chuàng)新教學(xué)方式緊密結(jié)合，注重教學(xué)模式改革和教學(xué)方法創(chuàng)新，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生掌握知識(shí)，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(xué)目標(biāo)，對(duì)培養(yǎng)電子與信息工程專業(yè)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐、系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)、編程能力及綜合素質(zhì)方面具有積極作用。