“翻轉課堂”在數學實驗課教學中的應用

石端銀， 張曉鵬， 李文宇

(黑龍江科技大學 a. 理學院；b. 實訓中心，黑龍江 哈爾濱 150022)

?

“翻轉課堂”在數學實驗課教學中的應用

石端銀a， 張曉鵬b， 李文宇a

(黑龍江科技大學 a. 理學院；b. 實訓中心，黑龍江 哈爾濱 150022)

綜述“翻轉課堂”教學模式的研究現狀及優勢分析，針對目前高校數學實驗課教學過程中存在的問題，提出了在CDIO背景下將“翻轉課堂”教學模式應用于數學實驗課的教學過程中。并在此模式下進行數學實驗教學改革，分別從實驗教學理念、教學結構以及考核方式和評定方法等方面進行探索和討論，實現“以學生為本”的深度教學目標。

翻轉課堂； 實驗教學； CDIO

0 引 言

隨著世界多極化和經濟全球化的不斷發展，科技進步日新月異，社會對對人才選擇的標準日趨苛刻，不但要求理論知識精，而且要求實踐能力強的高素質綜合應用型人才。當然對數學人才的知識結構和素質能力的要求則更高，要求數學專業學生不但精通抽象的數學理論，更重要的是要將數學理論、精髓、思想、方法等靈活應用于解決實際問題當中去，以適應經濟社會和信息社會對數學人才的需求。數學實驗則是聯系數學理論與實踐的橋梁和紐帶，所謂“數學實驗”是指為獲得某個數學理論、檢驗某個數學猜想，解決某類實際問題，實驗者借助計算機提供的平臺，在數學思維活動參與下，在特定環境下進行的研究、探索活動[1]。但傳統的數學實驗教學理念、課程體系和教學方法手段都已很難適應當今快速發展的社會趨勢，面對當前局勢，為了使培養出的數學人才具有更高的市場競爭力，必須實現數學實驗課教學轉型，由傳統的單純傳授知識型向培養學生應用實踐能力、創新思維能力等綜合素質能力型轉變。

我校在多年前就引入CDIO工程教育模式，并結合我校的“大德育、大工程、大實踐”三大教育理念[2]，重新定位應用型人才培養目標，盡管如此，在課堂教學上仍然存在一系列問題，特別是實驗教學，大部分教師仍采用“教師主動傳授、學生被動接受”知識的教學方式，導致學習積極性不高，學習效果事倍功半。近年來，“翻轉課堂”(Flipped Classroom)教學模式的出現引起了教育界和一線教師的積極關注，不僅顛覆了傳統教學模式，而且更重要地是能充分利用課堂時間，實現個性化的學習，推動自主學習能力和合作學習意識的發展。

1 翻轉課堂教學研究現狀與優勢分析

1.1 翻轉課堂的研究現狀

“翻轉課堂”源于2007年美國科羅拉多州落基山的“林地公園”高中，由兩位化學老師Jon Bergmann和Aaron Sam共同創立，他們最初錄課的目的是為了給缺席的學生補課[3-4]，意外的是，除了那些缺課的學生通過網絡彌補自己所落下的課程外，其他沒有缺課的學生也會通過網上視頻復習和鞏固課堂所學內容，于是兩位老師開始思考和探討如何充分利用課堂時間。2011年，Salman Khan創立了可汗學院，翻轉課堂開始被眾人熟知，并引起全球教育界的廣泛關注[5-6]。而云計算、平板電腦、電子書包、智能手機等技術進入教育領域也促進了翻轉課堂的快速發展。

所謂“翻轉課堂”，就是將傳統課堂中師生面對面授課通過學生在家觀看教學視頻來實現，而課堂則變成師生解決問題和討論探索的場所。這樣的翻轉課堂并不是在線視頻、在線課堂的代名詞，而是要求學生在課前通過教學視頻對知識進行初步學習，將難以解決的問題記錄下來，在課堂上與老師交流討論進而解決問題。這種教學模式翻轉了傳統的教學理念、教學流程以及教學參與者的角色，真正意義上體現了“學生為本”的思想。

隨著翻轉課堂的發展和傳播，引發了國內外教育工作者對教育理念和教育模式的改革。目前全球有數以萬計的學校在推廣和使用，國內外有許多成功案例，為我國傳統的教育理念和教育方式注入了新的血液。無論是美國高地寸小學的“星巴克教室”、馬里蘭州波托馬克市布里斯學校的AP微積分課堂等國外翻轉課堂的十大精彩案例[7-9],還是國內重慶聚奎中學的“三四五六”模式、深圳南山實驗學校的“翻轉課堂”教學模式、以及部分高校結合自身實際情況所開展的翻轉課堂教學模式的研究和探討[10],一系列成功案例均反映出這一新的教育模式必將以其無可替代的優越性而占據未來的教育領域。

1.2 翻轉課堂的優勢分析

研究和推廣翻轉課堂的“洪流”之所以來勢洶洶，其根本在于它自身的優勢和價值。

(1) “翻轉課堂”道出了當今信息爆炸時代的學習者的心聲。新時代的學習者被稱為數字化一代、指尖上一代，他們對智能化、數字化的信息設備有著與生俱來的敏感。當教學視頻或更高端教學手段進入課堂時，他們沒有感到欣喜若狂，反而覺得理所當然[11]。

(2) “翻轉課堂”重組了傳統課堂的教學結構和流程。它將新知識的學習放在課堂以外，而課堂上則主要通過師生交流與作業輔導答疑解惑。這種教學模式中，信息技術不是單一展示教學內容的媒介，更重要的是它能成為學生課下自主學習、交流反思以及協作討論的學習工具。而學生則由被動的接受知識轉變為自主學習，其學習效果不言而喻。

(3) “翻轉課堂”真正體現了“因材施教”、“因人施教”的個體差異化教學[12]。每位學生的知識結構和學習水平都存在不同程度的差別，傳統教學模式在時間、空間條件的限制下很難實現差異化教學，而翻轉課堂由于課前已經播放了教學視頻，不同學生學習時，會遇到各種各樣的疑難問題，在課堂時間，老師可以針對不同學生的問題作一對一的輔導答疑，這種教學模式充分利用了課余時間，彌補了課時不足的缺點，同時，使學生真正做到“不把問題留到明天”，提高了教學效果，更重要地是幫助學生養成自主學習的良好習慣。

(4) “翻轉課堂”給“繁忙”學生帶來了福音。這一點也是兩位創立者的初衷?，F如今的大學生為了展現自身多方面的才華，往往參加各種社團、比賽等，有得必有失，于是，或多或少地會耽誤一些課程，而傳統課堂無法復制，自己看書又很難深入，故無法兩全其美，只能接受缺課帶來的后果。而“翻轉課堂”則成功地解決這一難題，有得也可以不失，缺課學生可以通過觀看視頻課堂，而且可以反復再現，來補習落下的課程，這種模式可以更加豐富學生的學習生活，真正實現素質教育。

2 高校數學實驗課教學現狀

隨著信息社會的不斷發展，社會競爭力日益加劇，高校數學專業人才的就業形勢也越來越嚴峻，因為社會對人才的要求日益苛刻，不但要求數學理論精通，而且更重要的要求動手實踐能力強。雖然各高校從不同程度和不同角度引用了CDIO工程教育模式，嘗試采用“做中學、學中做”的方法來培養應用型創新人才，但是真正能實現并達到較好效果的甚少。對于數學人才的動手實踐能力的培養，主要途徑是靠數學實驗和數學建模來實現。而當前大部分高校的數學實驗課堂仍然存在各種各樣的問題[13,14]。

2.1 師生對數學實驗課的認知和重視不夠

(1) 許多教師對實驗課的教學目的不甚明確、教學認知不夠。由于實驗課學時較少，所以許多高校教師對其重視程度不夠，基本都是先上理論課后上實驗課，這樣導致前后理論實踐脫節現象嚴重。更有甚者，如果最后沒有足夠學時，就直接將其刪掉。

(2) 學生對實驗課的學習觀念淡薄。在應試教育為主題的中學教育下解放出來的大學生，習慣于被動地學習，不愿主動動腦和動手，更不想嘗試新的方式方法，缺乏創新意識和探索精神，對于實驗課，有部分學生認為可有可無，“反正考試不考實驗”，這種學習觀念顯然是可怕的。

2.2 數學實驗課學時少任務重

不同課程的數學實驗課面臨的最大問題就是學時較少，但信息量較大，在有限的課堂時間內，仍然是以講授為主，學生自己動手做的時間相對較少，師生交流的時間則更少，所以很難達到預期的教學效果。

2.3 數學實驗課教學模式“一成不變”

大部分高校數學實驗課教學仍采用多年前為學習自主性較高的學生而設計的教學模式——“課前預習+實驗講解+書寫報告”，這種“填鴨式”長期教育導致學生的學習積極性嚴重下降，對當今的大學生來講，“學習”已經變成“苦差事”，導致今天的局面，不是學生的錯，而是一成不變的教育模式惹的禍[15]。教育不能與時俱進，教學質量嚴重下降，其后果相當可怕。

2.4 數學實驗課的考核和評定方式不完善

目前，各高校關于數學類實驗課的考核和評定方式不太一樣，但大部分都是以實驗報告的形式完成，占總成績的5%～10%，在批改實驗報告時，會發現許多雷同的現象，因為很多學生想投機取巧、應付差事，根本不用心去獨自完成。因此，為了提高數學類實驗課的教學效果，必須重新制定考核方案和評定方式。

3 “翻轉課堂”教學模式優化數學實驗課教學

CDIO工程教育背景下，將“翻轉課堂”的教育模式引入數學實驗課教學過程中，可重燃學生的學習熱情，能真正做到由“教師講”轉為“學生做”，激發學生的創新潛能和自主學習意識，培養其動腦和動手能力。

3.1 “翻轉課堂”轉換師生角色、更新教學理念

傳統的數學實驗課堂教學古板、無趣，扼殺了學生的學習興趣和積極性。而在“翻轉課堂”中，將課堂上“以教師為主”轉變為“以學生為主”，課堂大部分時間由學生支配。教師則在上課前一周將每次課的實驗內容、原理、過程、所用軟件以及要解決的問題以視頻的形式放于網上，學生可以根據自己的時間安排提前學習，不同層次的學生可以根據自身所掌握的知識適當調整學習計劃，將此過程中所遇到的問題記錄下來，等到課堂上與教師交流、討論，并最終解決問題?！胺D課堂”教學模式更新了教師的教學理念，改變了學生的學習觀念，完全體現了個性化的教學和學習。

3.2 “翻轉課堂”顛覆教學結構、彌補課堂學時不足

數學實驗一般都存在課時不足的問題，而翻轉課堂可以彌補此缺陷，它顛覆了傳統的教學結構和流程，將原本課堂講授的知識轉到課余時間完成，而課堂則變成了“討論、交流”的時間，課堂大部分時間由學生支配，由學生親自動手實驗，從程序設計、編寫、運行到應用程序解決實際問題全過程讓學生自己操作，而教師可隨時解答輔導學生遇到的問題，這種教學方式即節省了時間，又增加了師生之間的交流與互動，這種具有真實學習情境的課堂能夠讓所有的學生參與進來，使學生在輕松愉快的氛圍中完成學習任務，有利于激發學生的學習積極性，同時也有利于學生更深入地學習以及對知識的深度理解，真正實現深度教學。

3.3 “翻轉課堂”革新考核方式、達到實驗目的

實驗課程考核是教學改革的一個重要環節，其考核辦法和評價體系不容忽視，傳統的實驗課評定辦法一般是滯后的，往往存在不準確性和有失公平性。而“翻轉課堂”教學模式的評價則貫穿于整個課堂的始終，由于其本身所具有的特殊性，不但增強了師生之間的交互性，同時也幫助教師在課堂上更好地掌握每一位學生真正的學習狀態和學習效果，依據此進行考核評價，更具有即時性和可靠性。另外，教師在課堂上的形成性評價，在某種程度上提升了課堂中交互的有效性。這種課堂評價也有利于幫助學生更加客觀地認識自己學習情況。所以，在實驗成績評定時，可以將課堂學習表現、動手操作能力以及獨立解決問題的能力等分占70%的比例，實驗報告及其他占30%。這種考核方式重在考查學生的動手操作能力和綜合分析問題的能力，真正達到開設實驗課的目的。

4 結 語

翻轉課堂作為一種新興教學模式，它“翻轉”的不僅僅是教學結構，更重要地是革新了教育理念和教學思想。它注重學生的個性化發展和個性需求，詮釋了“教育以學生為本”的內涵，也是教育界一直以來的所要追尋的個性化發展路線。特別是將其運用于高校的實驗課教學中，更能體現其優越性和自身價值。當然各學科各專業培養目標不盡相同，故要因時、因地、因課、合理恰當運用此教學模式，充分發揮其優勢，必能達到良好的教學效果。

[1] 楊 韌,謝海英. 基于CDIO教育理念的數學實驗課程教學改革[J].實驗室研究與探索,2012,31(4):121-123.

[2] 張鳳武,周廣林,曹景萍.基于MPE-CDIO工程教育理念的培養模式構建[J].黑龍江教育學院學報，2012，30(4):81-83.

[3] 陳曉菲.翻轉課堂教學模式研究[D].武漢：華中師范大學，2014：3-5.

[4] 何文濤.翻轉課堂及其教學實踐研究[D].鄭州：河南師范大學，2014：9-15.

[5] Katie Ash. Educators Evaluate 'Flipped Classrooms' Benefits and drawbacks seen in replacing lectures with on-demand video [J]. Education Week, 2012(10):6-8.

[6] 邵明杰.基于微視頻資源的翻轉課堂在實踐教學中的應用研究[D].武漢：華中師范大學，2014：4-17.

[7] 孫愛青.翻轉課堂十大案例[J].基礎教育論壇，2013(9):52-53.

[8] 何朝陽，歐玉芳，曹 祁.美國大學翻轉課堂教學模式的啟示[J].高等工程教育研究，2014(2):148-151.

[9] 李海娟.顛倒課堂模式在大學教學中的應用研究[D].武漢：華中師范大學，2014：9-26.

[10] 王 紅，趙 蔚.翻轉課堂教學模型設計[J].現代教育技術,2013,23(8):5-9.

[11] 羅少華.中美翻轉課堂實踐案例比較研究[D].西安：陜西師范大學碩士，2014：50-55.

[12] 肖立志.“翻轉課堂”視域下的遠程開放教育式課程教學研究[J].黑龍江高教研究，2014(7):159-160.

[13] 石端銀，李文宇.基于WebCT的計算方法網絡課的實踐與探索[J].高師理科學刊,2013,33(4):87-89.

[14] 錢保利.翻轉課堂教學模式在高等院校實驗課程教學中的應用[J].中國教育技術裝備,2014(6):114-115.

[15] 曹麗君，王海明.翻轉課堂的特性及對專業教學改革的啟示[J].河北科技師范學院學報,2014,28(1)：75-79.

The Application of Flipped Classroom in the Mathematics Experiments

SHIDuan-yina，ZHANGXiao-pengb，LIWen-yua

(a.College of Science; b.Centre for Engineering Training & Experimentation,Heilongjiang Institute of Science and Technology, Harbin 150022, China)

To review the research status and advantages of flipped classroom teaching model，and in response to the current problems in math experiment teaching in universities, the paper presents to apply "flipped classroom" in the math experiments under the background of CDIO. Mathematical teaching experiments are reformed in this mode, we explore and discuss the concepts of experimental teaching, teaching structure, experimental evaluation and assessment methods, to realize the depth teaching objective of "student-centered".

flipped classroom; experiment teaching; CDIO

2015-01-30

黑龍江省教育科學規劃課題(GBB1213013-318)；黑龍江科技大學教學研究項目(JY14-132)

石端銀(1980-)，女，山東菏澤人，碩士，講師，研究方向：圖論、算法、優化建模、教學研究。E-mail:shiduanyin2012@163.com

G 420

A

1006-7167(2016)01-0176-03