实施翻转课堂——提升研究生创新与科研能力

陈丽芳，王云，刘盈

(华北理工大学 理学院，河北 唐山 063009)



实施翻转课堂
——提升研究生创新与科研能力

陈丽芳，王云，刘盈

(华北理工大学 理学院，河北 唐山 063009)

翻转课堂；创新思维；科研能力

研究生教育的任务是要培养高素质的创新科技人才，创新是核心，创新思维与科研能力是培养质量的衡量标准。因此,从创新思维训练和科研能力提升的角度，将翻转课堂教学法引入“神经网络及应用”课程中，引导研究生课前自学教学视频，布置思考问题和任务，课堂抽取任务讲解、讨论并解决问题。经过两轮教学实践表明，翻转课堂教学法对研究生创新思维训练和科研能力的提升具有一定的促进作用，可进一步推广到其他小班教学课程中。

一、引言

近年来，随着我国研究生教育的迅速扩招，如何保证课堂授课的教学质量、调动研究生的学习积极性、挖掘和培养其创新思维与科研能力，成为各高校提升研究生培养质量的关注点[1]。科研能力培养，是研究生教育的本质，创新思维的训练、个性的挖掘、激发创新潜能和智慧是科研能力的前提和基础，因此，提升研究生创新思维和科研能力是研究生培养的重中之重。

课堂教学在研究生培养过程中是至关重要的一个环节，是培养研究生从事科研工作、申报(参与)科研项目、撰写学位论文和发表小论文的基础。而研究生要在广泛接受既定知识的基础上去寻找和创造尚未被认定的知识，因此，课堂教学在引导创造性思维、启发学生发现新知识、新方法方面起到至关重要的作用，绝不能按照传统的教学模式进行。

翻转课堂[2](Flipped Classroom)，是一种创新型的教学模式，它采用"颠倒模式"进行教学--让学生利用业余时间随时随地听课，在课堂上"做作业"，进一步消化吸收新的知识。由于颠倒了原来的课堂听课，课下做作业模式，因此称为"翻转课堂"。在这样的教学过程中，学生能及时发现困难、纠正错误，教师能更加充分的利用课堂时间，以充沛的精力有针对性的辅导帮助每一位学生，学生之间在课堂上也可以互相帮助，在交流的过程中建立师生情感以及同伴合作能力。

翻转课堂教学把学生掌握知识的作业过程，转变为课堂上交流学习成果、项目协作探究、完成课堂作业的过程，与研究生教育创新思维和科研能力培养的教学目标非常吻合，尤其适合于小班(研究生课堂一般为6-18人)教学。适应研究生教学改革的潮流，将翻转课堂引入到研究生教学中，有利于激发研究生的学习兴趣，使他们灵活安排自己的时间，养成勤于思考、批判性思维、创新思维的好习惯，通过查阅文献完成教师设定问题的过程，提升了研究生的科研能力，从而实现创新能力和综合素质培养。因此，在讲授《神经网络及应用》课程中，实施翻转课堂教学模式，使创新思维训练和科研能力提升贯穿于每一堂课程教学之中。当然，科研能力的培养和创新思维训练是需要多方面共同努力的，本文只是从课堂教学模式的改变，对创新思维训练和科研能力培养的作用方面入手，结合自身的课程改革谈谈个人的理解。

二、创新思维与科研能力

(一)创新思维训练

"创新思维"是以独特新颖的方法解决问题的思维过程，它能突破常规思维的界限，以超常规或反常规的方法、视角去思考问题，提出与众不同的解决方案，从而产生新颖的、独到的的思维成果[3]。创新思维是人类进步的源泉，每一项发明创造的背后，都离不开创新思维，而教学工作者同样需要创新教学模式和教学方法。教无定法，但教可"择"法，教亦可"创"法。在研究生的教学工作中，作为授课教师要勇于摒弃陈旧的教学模式，启用适应培养创造思维与科研能力的新教法，并大胆进行教学模式和方法的改革，结合作者的教学经验，主要在课堂教学中注意下几点：

第一，打破常规思维，创设悖逆情境

在教学过程中，勇于突破教学常规，对已形成定理、算法的知识，运用悖逆法，站在科学家的角度，启发研究生打破思维定势，挖出推理过程中的隐性问题，猜测、推导、反证，启迪思维，使之得出富于创新的结论，借此训练研究生的数学创新思维。

第二，补充最新科研成果，交换思维角度，激发发散思维

任课教师可以根据自己的研究方向和课程内容，在教学中补充最新的科研成果和新材料，抓住学生对新成果的猎奇心理，引导他们"发散-集中-再发散-再集中"，从而逐步激发研究生学习过程中的创造性发散思维。

第三，开放引导，交叉融合，激励学生的灵感迸发

在教学中，运用推理、归纳、演绎、类比等手段，帮助研究生探索和发现新规律。对学习的内容提出反问、假设；或对研究过程进行设问、互换、嫁接、分解、重组，多问"为什么这样？"，进而实施开放引导，激发研究生无意识状态下的灵感闪现，有助于创造思维的活跃与深化。

总之，课堂教学中，要充分抓住研究生的创新心理需求，激发创造热情，训练其创新思维，塑造其创新精神。同时，作为任课教师，我们要从教学的角度，加强自身创新素质的锻炼，发展创造个性，改进教学模式和方法，使教学洋溢着新鲜的气息，不古板、不沉闷、把学生的创造力最大程度的挖掘出来，使我们培养的研究生成为真正的新世纪创造型科研人才。而翻转课堂教学法正好适应这一要求，通过任务布置和课堂讨论将主动权交还给学生，有利于创新思维的训练。

(二)科研能力培养

研究生科研能力是指，研究生在各学科领域进行旨在探索真理的普遍理智创造活动所需的能力，主要包括六个基本要素：科研创新能力、问题发现和问题解决能力、资料搜集和处理能力、逻辑思维能力、口头和书面表达能力、动手操作能力。[4]

对这六个方面的培养，要从课上课下一齐下手，比如：资料搜集和处理能力，需要在导师的指导下，利用课余时间进行，从查阅的文献资料中通过粗读，筛选出对自己有用的文献，进而保留精读，这就是一种能力提升；口头和书面表达能力，在研究生开题、中期、预答辩、答辩四个环节能够得到系统的训练。

翻转课堂教学，通过教师课上引导，提升创新思维；而学生课堂讲解，可以潜移默化的对书面和口头表达能力进行提升；通过课堂讨论环节，锻炼逻辑思维能力；通过布置仿真实验，提升动手操作能力。因此，翻转课堂教学，非常适合研究生阶段的课堂授课，根据学科特点，布置任务问题，课下观看视频完成问题，课内抽取任务讲解并讨论(教师引导)，加深对知识的理解。

三、翻转课堂

(一)翻转课堂的含义

翻转课堂最早由美国科罗拉多州的Woodland Park 两位化学教师于2007年采用。他们使用屏幕捕捉软件录制讲解和PPT演示帮助学生补课，获得了很好的效果。翻转课堂产生后，美国很多学校让学生回家观看视频，上课学生和教师讨论解决问题。自此，翻转课堂成为研究热点，被大多教师所熟知，成为全球关注的新型的教学模式。

(二)翻转课堂存在的问题

翻转课堂存在的问题主要有以下几个方面[5]：学习环境是否支持翻转课堂(上网是否方便)？教师是否胜任(教师的工作量和知识面以及深度都面临考验，需要付出更多心血)？学生是否适应(自主学习能力)？考核方式是否跟得上(评价标准的改变)？

因此，目前针对翻转课堂如何正确运用，以获得最佳的授课效果是开展该教学法的教师们共同的探讨课题。

(三)研究生阶段适合翻转课堂

首先，研究生已经具备自主学习能力，而且研究生阶段的学习已经不同于本科阶段的学习，更加注重创新思维的培养和科研能力的训练；其次，研究生人数较少，一般理学院应用数学研究生人数在6-18人之间，这种小班教学非常适合翻转课堂，能够照顾到每一位同学，都有发言和表达的机会；最后，应用数学研究生具有很强的逻辑思维能力，公式推导过程可放在课前完成，节省了宝贵的课堂时间，能进一步拓展更多的知识。

因此，研究生阶段，尤其是针对应用数学研究生，实施翻转课堂，能够获得更多的思维训练和能力提升。

(四)课程特点适合翻转课堂

"神经网络及应用"课程，面向应用数学方向的研究生开设。该课程的特点是：内容多，课时少，理论抽象，实践性强，概括来讲是一门理论与实践紧密结合的课程，其中包括各种网络模型的MATLAB编程实现，强调的是学以致用，能将所学知识用于自己的研究方向，解决实际问题。即便是学数学的学生，也很难在理论的讲述过程中，真正理解算法计算过程，从而达到知识内化的目的。将翻转课堂引入神经网络课程中，让研究生课前利用业余时间观看视频(可以反复观看)，对理论知识有一定程度的理解；通过布置小任务，训练研究生思考解决问题的方法；课上讨论每位同学参与其中，从不同角度寻求解决问题的方法，从而达到课下知识传递，课上实现知识内化，有助于知识系统的形成、实现创新思维训练和科研能力培养。将翻转课堂教学法应用到课程教学中，将会取得非常好的教学效果，达到思维训练和能力培养的目的。

四、实施翻转课堂，提升创新思维与科研能力

研究生是科研队伍的后备军，应当逐步训练其科研能力和创新性思维，而教学环节是培养这种思维和能力的重要途径。研究生教学的重心是创新思维训练，它将对研究生科研能力的发展及未来独立的科研工作奠定坚实的基础。针对这种情况，以14级和15级应用数学专业硕士生《神经网络及应用》课程为背景，将翻转课堂引入研究生教学中。

(一)实施过程

1上传教学视频

申请研究生QQ群，按照教学进度，教师课下录制好相关的教学视频，借助QQ群，上传教学视频，同时布置一定数量的思考题。录制的教学视频有明确的知识点：需要掌握的内容，在视频里一定讲解清楚；需要了解的内容，布置学生通过查阅资料辅助理解。该阶段重点在于每段视频的长度、内容把握要合理，大概控制在5-10分钟左右。从有助于学生理解和掌握的角度入手，创建高质量的视频是关键。学生课下观看视频，可以自己掌控时间，不明白的地方能够反复观看，揣摩其中的含义，学习方式比较自由。他们也可以根据自己的学习情况来调整学习的速度和进度，在线进行交流，初步实现知识的传递。神经网络课程有各种算法，对每种算法设立一些仿真实现的实例，布置给学生任务并写出学习报告，达到学生自己动手实践的效果。

2组织课堂活动

由于研究生人数相对较少，有利于课堂组织，并能够做到每个人都有发言的机会。实施过程中，根据学生的研究方向分组，鼓励他们从自己的研究领域发现问题，探究讨论，并要求每个人都要作汇报。汇报中根据自己的理解讲解知识点，并提出自己一些想法，该环节能够培养学生的口头语言表达能力及创新思维能力。教师根据学生在汇报中出现的问题进行讲解和总结，解决学生问题，实现知识的内化，达到构建系统的知识体系及创新思维训练的目的。通过课堂讨论，头脑风暴，碰撞出许多火花，而这些火花也正是创新思维的体现和灵感的闪现，为将来的小论文撰写和硕士论文开题打下了良好的基础。从实施翻转课堂的过程中，研究生体会到思维碰撞带来的创新思维，激发了科研的兴趣，增强了自信。

3课后评价及反馈

翻转课堂结束后，要求学生上交课下观看视频完成的作业(布置任务的解答)，该作业是打印稿+课堂讨论笔记的形式，教师可以通过作业，发现哪个环节学生课下没有理解，进而在以后的翻转中注意强调。

翻转课堂中，为每位同学录制了一段讲解视频，并将视频分享到QQ群里，让他们通过视频了解自己口头表达方面存在的问题，进而注意纠正改进。教师将课堂观察的问题进行梳理分析，将优秀的作品给大家分享，把课堂中的动态生成的资源和学生作品进行整理，加入到教师课前准备的资源库中长期保存，以备后续学生使用。

(二)翻转课堂效果分析

1课前学习效果

通过课前学习，培养了研究生的自主学习能力，训练思维习惯，构建知识系统。这一阶段有助于问题发现和问题解决能力的提升、资料搜集和处理能力的提升、逻辑思维能力的训练、动手操作能力的训练。

2课上汇报效果

通过课上汇报讨论，师生课上交流，培养学生的语言表达能力和创新思维能力，进而使研究生得到科研综合能力的训练。有助于口头和书面表达能力的提升、科研创新能力的提升。由于要上交观看视频作业，需要装订打印上交，书面撰写论文的水平也在潜移默化中得到训练。

3课后总结效果

结合课堂讲解、讨论、归纳，完善自己的书面作业并上交。该阶段结合每位同学自身的研究方向，拓展了他们撰写交叉学科论文的能力。由于本科来自不同的学校，侧重专业有所不同，神经网络课程学习过程中，对每个人的知识碰触点是不一样的，从而激发的灵感和火花也不同，因此，希望能通过学科的交叉融合，创新出新的想法和灵感，为将来的硕士论文开题提供研究思路。

应用数学硕士生，具有逻辑思维能力强等优势，并且他们具有不同的研究方向(统计方向、运筹方向、计算方向、数据处理方向)，通过翻转课堂，课下自学，课上讨论讲解等过程，真正实现了学科交叉融合、创新思维训练和科研素质培养。

4案例分析

经过两轮的教学实践，无论是在小论文撰写中，还是研究生开题时，均显现出非常好的效果。13级研究生开题时，学生对资料梳理、创新点碰撞方面明显欠缺；开题讲解答辩的过程也略显生涩；小论文撰写数量人均一篇，多数为省级期刊或学报；14级研究生开题时，从资料的整理、开题报告的撰写、讲解、答辩等各个环节，均有了明显的进步，尤其是讲解自己的开题思路时，显示出沉稳、思路敏捷的风采，这与课堂多次的练习是分不开的；小论文撰写的数量和质量有了明显提升，人均发表核心期刊1篇，普刊1篇，这与翻转课堂中对论文撰写和创新思维开拓的训练是密不可分的。相信15级研究生开题时会带给导师们更多的惊喜。

五、结论

将翻转课堂教学法应用于"神经网络及应用"课程，探索出研究生教学的一种全新模式，突出研究生批判性思维和创新实践能力的培养，充分体现了以研究生为主体、结合每位同学的研究方向布置不同任务，有利于学生个性化的发展。该教学法对研究生信息获取与综合运用、学科交叉创新思维、批判性思维、语言表达及实际编程仿真等方面进行综合训练，符合培养研究生创新思维和科研能力的目标。

[1]梅燕,崔丽.创新思维培养是研究生教育的重要环节[J],大学教育,2013(3):9-10.

[2]何朝阳,欧玉芳,曹祁.美国大学翻转课堂教学模式的启示[J],高等工程教育研究,2014(2):148-151.

[3]沈海晖.研究生创新能力与创新思维培养的研究[J],江西科技师范大学学报,2014,4(2):79-82.

[4]段丽.研究生科研能力的培养[M].

[5]黄阳,刘见阳,印培培等.翻转课堂教学模式设计的几点思考[J],现代教育技术,2014,12(24):100-106.Improvement of Innovation and Scientific Research Ability of Graduate Students by Flipped Classroom

CHEN Li-fang, WANG Yun, LIU Ying

(College of Science, North China University of Science and Technology, Tangshan Hebei 063009, China)

flipped classroom; innovative thinking; ability of scientific research

The basic task of postgraduate education is to cultivate high-quality innovative talents of science and technology. Innovation is the core, innovative thinking and scientific research ability is the measure standard of cultivation quality. Introduce the flipped classroom into Neural Network course so as to training innovative thinking and promoting scientific research ability. Guide the graduate student self-study teaching video before class, assign the homework and problem, report one by one during the class, and discuss, solve problems in the end. Twice teaching practices show that flipped classroom has promoted innovative thinking and scientific research ability of graduate students, which can be further extended to other small-class teaching course.

2095-2708(2016)06-0086-04

G642.0

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