“翻转课堂”在数学实验课教学中的应用

石端银， 张晓鹏， 李文宇

(黑龙江科技大学 a. 理学院；b. 实训中心，黑龙江 哈尔滨 150022)



“翻转课堂”在数学实验课教学中的应用

石端银a， 张晓鹏b， 李文宇a

(黑龙江科技大学 a. 理学院；b. 实训中心，黑龙江 哈尔滨 150022)

综述“翻转课堂”教学模式的研究现状及优势分析，针对目前高校数学实验课教学过程中存在的问题，提出了在CDIO背景下将“翻转课堂”教学模式应用于数学实验课的教学过程中。并在此模式下进行数学实验教学改革，分别从实验教学理念、教学结构以及考核方式和评定方法等方面进行探索和讨论，实现“以学生为本”的深度教学目标。

翻转课堂； 实验教学； CDIO

0 引 言

随着世界多极化和经济全球化的不断发展，科技进步日新月异，社会对对人才选择的标准日趋苛刻，不但要求理论知识精，而且要求实践能力强的高素质综合应用型人才。当然对数学人才的知识结构和素质能力的要求则更高，要求数学专业学生不但精通抽象的数学理论，更重要的是要将数学理论、精髓、思想、方法等灵活应用于解决实际问题当中去，以适应经济社会和信息社会对数学人才的需求。数学实验则是联系数学理论与实践的桥梁和纽带，所谓“数学实验”是指为获得某个数学理论、检验某个数学猜想，解决某类实际问题，实验者借助计算机提供的平台，在数学思维活动参与下，在特定环境下进行的研究、探索活动[1]。但传统的数学实验教学理念、课程体系和教学方法手段都已很难适应当今快速发展的社会趋势，面对当前局势，为了使培养出的数学人才具有更高的市场竞争力，必须实现数学实验课教学转型，由传统的单纯传授知识型向培养学生应用实践能力、创新思维能力等综合素质能力型转变。

我校在多年前就引入CDIO工程教育模式，并结合我校的“大德育、大工程、大实践”三大教育理念[2]，重新定位应用型人才培养目标，尽管如此，在课堂教学上仍然存在一系列问题，特别是实验教学，大部分教师仍采用“教师主动传授、学生被动接受”知识的教学方式，导致学习积极性不高，学习效果事倍功半。近年来，“翻转课堂”(Flipped Classroom)教学模式的出现引起了教育界和一线教师的积极关注，不仅颠覆了传统教学模式，而且更重要地是能充分利用课堂时间，实现个性化的学习，推动自主学习能力和合作学习意识的发展。

1 翻转课堂教学研究现状与优势分析

1.1 翻转课堂的研究现状

“翻转课堂”源于2007年美国科罗拉多州落基山的“林地公园”高中，由两位化学老师Jon Bergmann和Aaron Sam共同创立，他们最初录课的目的是为了给缺席的学生补课[3-4]，意外的是，除了那些缺课的学生通过网络弥补自己所落下的课程外，其他没有缺课的学生也会通过网上视频复习和巩固课堂所学内容，于是两位老师开始思考和探讨如何充分利用课堂时间。2011年，Salman Khan创立了可汗学院，翻转课堂开始被众人熟知，并引起全球教育界的广泛关注[5-6]。而云计算、平板电脑、电子书包、智能手机等技术进入教育领域也促进了翻转课堂的快速发展。

所谓“翻转课堂”，就是将传统课堂中师生面对面授课通过学生在家观看教学视频来实现，而课堂则变成师生解决问题和讨论探索的场所。这样的翻转课堂并不是在线视频、在线课堂的代名词，而是要求学生在课前通过教学视频对知识进行初步学习，将难以解决的问题记录下来，在课堂上与老师交流讨论进而解决问题。这种教学模式翻转了传统的教学理念、教学流程以及教学参与者的角色，真正意义上体现了“学生为本”的思想。

随着翻转课堂的发展和传播，引发了国内外教育工作者对教育理念和教育模式的改革。目前全球有数以万计的学校在推广和使用，国内外有许多成功案例，为我国传统的教育理念和教育方式注入了新的血液。无论是美国高地寸小学的“星巴克教室”、马里兰州波托马克市布里斯学校的AP微积分课堂等国外翻转课堂的十大精彩案例[7-9],还是国内重庆聚奎中学的“三四五六”模式、深圳南山实验学校的“翻转课堂”教学模式、以及部分高校结合自身实际情况所开展的翻转课堂教学模式的研究和探讨[10],一系列成功案例均反映出这一新的教育模式必将以其无可替代的优越性而占据未来的教育领域。

1.2 翻转课堂的优势分析

研究和推广翻转课堂的“洪流”之所以来势汹汹，其根本在于它自身的优势和价值。

(1) “翻转课堂”道出了当今信息爆炸时代的学习者的心声。新时代的学习者被称为数字化一代、指尖上一代，他们对智能化、数字化的信息设备有着与生俱来的敏感。当教学视频或更高端教学手段进入课堂时，他们没有感到欣喜若狂，反而觉得理所当然[11]。

(2) “翻转课堂”重组了传统课堂的教学结构和流程。它将新知识的学习放在课堂以外，而课堂上则主要通过师生交流与作业辅导答疑解惑。这种教学模式中，信息技术不是单一展示教学内容的媒介，更重要的是它能成为学生课下自主学习、交流反思以及协作讨论的学习工具。而学生则由被动的接受知识转变为自主学习，其学习效果不言而喻。

(3) “翻转课堂”真正体现了“因材施教”、“因人施教”的个体差异化教学[12]。每位学生的知识结构和学习水平都存在不同程度的差别，传统教学模式在时间、空间条件的限制下很难实现差异化教学，而翻转课堂由于课前已经播放了教学视频，不同学生学习时，会遇到各种各样的疑难问题，在课堂时间，老师可以针对不同学生的问题作一对一的辅导答疑，这种教学模式充分利用了课余时间，弥补了课时不足的缺点，同时，使学生真正做到“不把问题留到明天”，提高了教学效果，更重要地是帮助学生养成自主学习的良好习惯。

(4) “翻转课堂”给“繁忙”学生带来了福音。这一点也是两位创立者的初衷。现如今的大学生为了展现自身多方面的才华，往往参加各种社团、比赛等，有得必有失，于是，或多或少地会耽误一些课程，而传统课堂无法复制，自己看书又很难深入，故无法两全其美，只能接受缺课带来的后果。而“翻转课堂”则成功地解决这一难题，有得也可以不失，缺课学生可以通过观看视频课堂，而且可以反复再现，来补习落下的课程，这种模式可以更加丰富学生的学习生活，真正实现素质教育。

2 高校数学实验课教学现状

随着信息社会的不断发展，社会竞争力日益加剧，高校数学专业人才的就业形势也越来越严峻，因为社会对人才的要求日益苛刻，不但要求数学理论精通，而且更重要的要求动手实践能力强。虽然各高校从不同程度和不同角度引用了CDIO工程教育模式，尝试采用“做中学、学中做”的方法来培养应用型创新人才，但是真正能实现并达到较好效果的甚少。对于数学人才的动手实践能力的培养，主要途径是靠数学实验和数学建模来实现。而当前大部分高校的数学实验课堂仍然存在各种各样的问题[13,14]。

2.1 师生对数学实验课的认知和重视不够

(1) 许多教师对实验课的教学目的不甚明确、教学认知不够。由于实验课学时较少，所以许多高校教师对其重视程度不够，基本都是先上理论课后上实验课，这样导致前后理论实践脱节现象严重。更有甚者，如果最后没有足够学时，就直接将其删掉。

(2) 学生对实验课的学习观念淡薄。在应试教育为主题的中学教育下解放出来的大学生，习惯于被动地学习，不愿主动动脑和动手，更不想尝试新的方式方法，缺乏创新意识和探索精神，对于实验课，有部分学生认为可有可无，“反正考试不考实验”，这种学习观念显然是可怕的。

2.2 数学实验课学时少任务重

不同课程的数学实验课面临的最大问题就是学时较少，但信息量较大，在有限的课堂时间内，仍然是以讲授为主，学生自己动手做的时间相对较少，师生交流的时间则更少，所以很难达到预期的教学效果。

2.3 数学实验课教学模式“一成不变”

大部分高校数学实验课教学仍采用多年前为学习自主性较高的学生而设计的教学模式——“课前预习+实验讲解+书写报告”，这种“填鸭式”长期教育导致学生的学习积极性严重下降，对当今的大学生来讲，“学习”已经变成“苦差事”，导致今天的局面，不是学生的错，而是一成不变的教育模式惹的祸[15]。教育不能与时俱进，教学质量严重下降，其后果相当可怕。

2.4 数学实验课的考核和评定方式不完善

目前，各高校关于数学类实验课的考核和评定方式不太一样，但大部分都是以实验报告的形式完成，占总成绩的5%～10%，在批改实验报告时，会发现许多雷同的现象，因为很多学生想投机取巧、应付差事，根本不用心去独自完成。因此，为了提高数学类实验课的教学效果，必须重新制定考核方案和评定方式。

3 “翻转课堂”教学模式优化数学实验课教学

CDIO工程教育背景下，将“翻转课堂”的教育模式引入数学实验课教学过程中，可重燃学生的学习热情，能真正做到由“教师讲”转为“学生做”，激发学生的创新潜能和自主学习意识，培养其动脑和动手能力。

3.1 “翻转课堂”转换师生角色、更新教学理念

传统的数学实验课堂教学古板、无趣，扼杀了学生的学习兴趣和积极性。而在“翻转课堂”中，将课堂上“以教师为主”转变为“以学生为主”，课堂大部分时间由学生支配。教师则在上课前一周将每次课的实验内容、原理、过程、所用软件以及要解决的问题以视频的形式放于网上，学生可以根据自己的时间安排提前学习，不同层次的学生可以根据自身所掌握的知识适当调整学习计划，将此过程中所遇到的问题记录下来，等到课堂上与教师交流、讨论，并最终解决问题。“翻转课堂”教学模式更新了教师的教学理念，改变了学生的学习观念，完全体现了个性化的教学和学习。

3.2 “翻转课堂”颠覆教学结构、弥补课堂学时不足

数学实验一般都存在课时不足的问题，而翻转课堂可以弥补此缺陷，它颠覆了传统的教学结构和流程，将原本课堂讲授的知识转到课余时间完成，而课堂则变成了“讨论、交流”的时间，课堂大部分时间由学生支配，由学生亲自动手实验，从程序设计、编写、运行到应用程序解决实际问题全过程让学生自己操作，而教师可随时解答辅导学生遇到的问题，这种教学方式即节省了时间，又增加了师生之间的交流与互动，这种具有真实学习情境的课堂能够让所有的学生参与进来，使学生在轻松愉快的氛围中完成学习任务，有利于激发学生的学习积极性，同时也有利于学生更深入地学习以及对知识的深度理解，真正实现深度教学。

3.3 “翻转课堂”革新考核方式、达到实验目的

实验课程考核是教学改革的一个重要环节，其考核办法和评价体系不容忽视，传统的实验课评定办法一般是滞后的，往往存在不准确性和有失公平性。而“翻转课堂”教学模式的评价则贯穿于整个课堂的始终，由于其本身所具有的特殊性，不但增强了师生之间的交互性，同时也帮助教师在课堂上更好地掌握每一位学生真正的学习状态和学习效果，依据此进行考核评价，更具有即时性和可靠性。另外，教师在课堂上的形成性评价，在某种程度上提升了课堂中交互的有效性。这种课堂评价也有利于帮助学生更加客观地认识自己学习情况。所以，在实验成绩评定时，可以将课堂学习表现、动手操作能力以及独立解决问题的能力等分占70%的比例，实验报告及其他占30%。这种考核方式重在考查学生的动手操作能力和综合分析问题的能力，真正达到开设实验课的目的。

4 结 语

翻转课堂作为一种新兴教学模式，它“翻转”的不仅仅是教学结构，更重要地是革新了教育理念和教学思想。它注重学生的个性化发展和个性需求，诠释了“教育以学生为本”的内涵，也是教育界一直以来的所要追寻的个性化发展路线。特别是将其运用于高校的实验课教学中，更能体现其优越性和自身价值。当然各学科各专业培养目标不尽相同，故要因时、因地、因课、合理恰当运用此教学模式，充分发挥其优势，必能达到良好的教学效果。

[1] 杨 韧,谢海英. 基于CDIO教育理念的数学实验课程教学改革[J].实验室研究与探索,2012,31(4):121-123.

[2] 张凤武,周广林,曹景萍.基于MPE-CDIO工程教育理念的培养模式构建[J].黑龙江教育学院学报，2012，30(4):81-83.

[3] 陈晓菲.翻转课堂教学模式研究[D].武汉：华中师范大学，2014：3-5.

[4] 何文涛.翻转课堂及其教学实践研究[D].郑州：河南师范大学，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.基于微视频资源的翻转课堂在实践教学中的应用研究[D].武汉：华中师范大学，2014：4-17.

[7] 孙爱青.翻转课堂十大案例[J].基础教育论坛，2013(9):52-53.

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[12] 肖立志.“翻转课堂”视域下的远程开放教育式课程教学研究[J].黑龙江高教研究，2014(7):159-160.

[13] 石端银，李文宇.基于WebCT的计算方法网络课的实践与探索[J].高师理科学刊,2013,33(4):87-89.

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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

黑龙江省教育科学规划课题(GBB1213013-318)；黑龙江科技大学教学研究项目(JY14-132)

石端银(1980-)，女，山东菏泽人，硕士，讲师，研究方向：图论、算法、优化建模、教学研究。E-mail:shiduanyin2012@163.com

G 420

A

1006-7167(2016)01-0176-03