基于翻轉課堂理念的數據分析課程設計研究

李春忠

摘 要： 數據分析課程是我校信息與計算科學系的必修課程，對提高學生的建模能力，提高數據分析水平有重要的作用。本文結合翻轉課堂理念，結合數據分析課程的教學實際，形成新的教學模式，從理論和實踐兩個方面有效增強數據分析課程的教學效果。

關鍵詞： 數據分析課程 翻轉課堂 教學設計

數據作為信息的主要載體，在當今“大數據時代”背景下扮演著重要的角色。對數據的分析和利用已經成為每個行業重要的生產因素，并廣泛應用于各行業和領域。數據分析就是用適當的統計方法對收集的資料進行詳細的研究，提取有用的信息并形成結論，以求最大化地開發數據資料的功能與發揮數據的作用。在我校，數據分析課程是信息與計算科學系的必修課程，對提高學生的建模能力及數據分析水平有重要的作用。

數據分析課程的特點就是要求學生具備較高的理論基礎水平、綜合應用及動手能力，還需要學生掌握必要的分析解釋能力。將理論與實際案例結合，發揮學生的主觀能動性，增加學生的動手實踐和分析解釋環節，是數據分析教學中必須遵循的原則。而翻轉課堂正是通過對知識傳授和知識內化兩個環節的顛倒，實現學生對授課內容的理解和對知識點的內化，也就是理論結合實踐的過程。因此本文針對數據分析課程特點和存在的問題，結合翻轉課堂的教學理念，對數據分析課程各個教學環節進行設計研究，以期促進數據分析教學，使之更好地為專業素質的培養提供服務。

一、數據分析教學存在的問題

1.理論教學

數據分析課程的理論與方法內容豐富，涉及面廣，應用范圍大。在理論教學中，學生學習理解掌握理論基礎具有一定的難度。如對各分析方法的理解掌握，必須建立在良好的數學基礎上，綜合運用所學數學知識才可以理解各種數據分析的理論分析原理。同時學生還需要理解掌握各分析方法理論的內在聯系，并把握其不斷發展的趨勢，才能真正掌握數據分析的理論與方法。我校現在的數據分析課程教學理論課程授課方式單一，傳統教學方式使學生只能對課程方法理論淺嘗輒止，無法深入了解，綜合運用。同時單一的課堂授課模式無法對學生的掌握程度進行有效的評價和檢測。

2.實踐教學

數據分析課程對學生的動手能力要求很高。學生在理解掌握各種分析方法的理論基礎上，需要掌握一定的統計軟件的使用方法，如SPSS，MATLAB。這需要將理論方法，如復雜的公式，與實際軟件使用相結合。實驗教學中，要求學生有較高的計算機編程能力，然后結合數據分析的理論方法，對數據進行分析，并應用于實踐。現階段我校數據分析課程中，學生實踐課時偏少，而且傳統授課模式讓學生的學習處于被動狀態。實踐教學中只能根據老師和教材的指導，對課本上的例題程序進行練習，極大地限制學習廣度和深度，且無法有效地將本課程與實際生活與應用聯系起來，從而挫傷學生學習和動手的積極性。

3.學生能力培養

數據分析課程對學生能力的培養體現在綜合運用能力和對結果的分析解釋能力。理論課程傳統的填鴨式教學，和實踐課程拘泥于教材的例題程序的現狀，將數據計算與數據分析分割開來，勢必會限制學生綜合運用能力和分析解釋能力的發展，影響學生學習興趣和課程教學效果。

二、翻轉課堂教學理念

翻轉課堂起源于美國林地公園高中，兩位化學老師通過讓學生在家觀看視頻，課堂進行練習的方式，完全顛覆傳統教學模式。翻轉課堂將傳統教學模式中知識傳授和知識內化兩個階段顛倒過來。與傳統授課模式不同的是，知識傳授不再是完全由課堂中教師的講解完成，而是通過信息技術的輔助在課前或課后等業余時間完成，同時知識的內化不再是單一的由課后作業或者練習完成，而是通過在課堂中進行疑難解答、項目式學習、合作學習等方式進行。因此，對翻轉課堂教學方法的實際有效利用可以將大學生學習時間最大化，并培養學生的自學能力、自我約束能力及分工合作能力。

在數據分析課程教學中，學生可以利用課余時間，結合教師提供的數據分析每一模塊的課前學習材料，實現對數據分析課程基本方法和理論的了解，這樣很好地利用學生的課余時間，培養學生的自學和約束能力。而對所學數據分析方法的具體應用、深入理解及綜合分析等方面，學生可以通過課堂的各種活動和學習方式，以及和教師的及時溝通，和同學的合作交流等方式，在知識內化這一環節獲得比傳統課堂更好的學習效果。

三、翻轉課堂在數據分析教學中的應用設計

近些年國內外很多對翻轉課堂教學的研究，形成針對各個學科和地區的教學模式。如RobertKarplus提出的“探索-解釋-應用”三階段學習周期，RamseyMusallam提出的“探索-翻轉-應用”模式，國內南京大學張金磊等人提出的由課前學習和課堂學習組成的翻轉課堂教學模式等。

針對數據分析課程學科特點和本校學生基礎水平及實際情況，本研究提出數據分析翻轉課堂的教學流程：

課前——概念探索→教學視頻→平臺交流

課中——問題解決（經驗交流，教師講解）→測試反饋→項目創建→協作學習及匯報

課后——平臺交流，作業反饋

在課前教學環節中，概念探索是根據數據分析課程的學科特點設計的，由于學生初次接觸數據分析，對很多基本概念及意義沒有深入了解，意識不到社會意義和實踐意義，在這一環節中學生可以通過教師給出的簡單具體的實例演示，再加上信息豐富的網站、視頻及博客等手段在教學交流平臺上闡述自己對所學概念的理解，相互交流，以此實現對概念的初步正確理解。如對聚類分析的理解，學生可以概念探索這一過程中通過具體實例演示和對各種信息的閱讀，了解到聚類分析作為數學工具的基本思想和在現實生活中的重要意義。

教學視頻主要是微視頻和幻燈片。對于教學視頻的觀看，要求學生針對自己的數學學習基礎有選擇地觀看。教學視頻中主要針對本單元學習內容進行講解，同時還會提供與本單元學習相關的數學基礎理論的教學內容。這種數學基礎與數據分析內容相結合的教學材料可以讓數學基礎不完善的學生更有效地理解本單元的知識。在視頻或者課前學習資料的制作中，需要結合每一章節的實際，主題突出，簡短生動，而且有效。如在聚類這一章節中，對于各種聚類方法的介紹可以結合具體的實例，如與生活密切相關的人均家庭收入問題等，通過不同方法展示對比，從而做到對每一聚類方法的理解和融會貫通。同時需要介紹相關的Matlab編程方法，讓學生結合理論和實際，通過編程過程實現對理論知識的理解和應用。

課前學習中，反饋是比較重要的一部分。教師可以通過平臺交流得到課前理論學習的反饋信息，同時可以通過在線學習發布簡單的作業練習，由此獲得課前學習的反饋。

課堂教學仍然是很重要的一環。課堂上教師首先組織學生面對面交流，解決并了解課前學習中遇到的問題，對普遍性問題做詳細解答。然后經過簡單的例題讓學生編程實現，并進行相應的解釋，由此測試學生的學習效果。這樣教師可以更好地掌握學生對每一章節數據分析理論的學習效果，以及學生對理論的應用構建能力。在保證學生對概念和理論的學習后，教師可以提供項目創建的基本信息和參考實例，如數學建模題目等。學生分組合作交流，選擇自己感興趣的問題成立合作組，結合本章節內容分析解決問題，尋找合適的數據處理方法，應用相關軟件編程實現自己的想法，將理論應用于實踐，并進行有效的分析，學生的問題解決過程和討論過程可以在課下進行。在學生充分準備后，課堂上進行分組匯報，并進行自評和互評，實現學生對理論的應用和相互學習。

本章節教學內容結束后，教師組織學生在教學平臺交流，并展示自己的作業和反思內容，鞏固對本章節內容的理解。

四、教學設計效果分析

1.符合大學生學習特點

大學生作為已經獨立的學習個體，擁有獨立的學習和思考能力，同時具備獨立學習時間和空間，而傳統教學方式無法充分發展學生的獨立學習能力，讓學生的課余學習漫無目的，松散自由，無法充分利用課余時間。翻轉課堂在數據分析課程教學中的應用讓學生在課余時間的學習有的放矢，通過學習交流平臺還可以相互交流督促，培養學生良好的獨立學習和探索學習的習慣。

對于思想上已經獨立的大學生來講，個性化學習更符合學生的行為習慣和思想意識。在數據分析課程的學習中，學生可以根據自己的基礎、學習習慣及自己的喜好等自由選擇學習的材料、時間和方式，互不打擾，又可以相互交流。如對概念和理論的理解，學生可以通過網絡資料，也可以選擇圖書館的書籍，觀看教學材料等方式進行，每位學生理解的深度和廣度可能會有所不同，通過相互交流和共同知識構建和應用又可以相互彌補。這樣的教學和學習方式極大地滿足了不同學生對知識的需求，避免一刀切式教育，可以充分發揮學生的學習潛力。

2.增強學習效果

通過初步的教學實驗，接受翻轉課堂數據分析課程的學生無論在理論知識理解還是實踐應用上都有明顯提高。相對于傳統課堂中的學生，在數據分析課程結束后，翻轉課堂中的學生可以較好地闡述相關理論，通過Matlab軟件編程實現對理論的應用，并給出合理的解釋。通過測試對比可以看出，翻轉課堂中的學生理論基礎更加扎實，編程能力有很大提高。在翻轉課堂試行后，學生在數學建模大賽中成績有明顯進步。

3.改善教學氛圍

在數據分析翻轉課堂中，學生學習積極性有很大提高。首先學生已經通過概念的探索階段對所要學習的知識有初步了解和認識，能夠較好地意識到所學知識的社會意義，增強學習興趣和信心。其次，學習方式多樣化，學生可以充分利用自己喜歡的現代信息設備，將手機、平板及電腦等學生喜愛的現代化信息設備變成學習的工具。避免學生與教師之間對手機等工具的對弈，改善學生將手機等單純作為娛樂工具的現象。此外，學生在交流平臺上的發言、總結和展示不僅樂意給學生帶來成就感，而且可以激發其他學生的學習動力，形成你追我趕的學習氛圍。

通過將翻轉課堂理念初步運用于數據分析課堂，發現這一理念的運用可以有效解決目前數據分析課程教學中存在的一些問題，將理論教學與實踐教學密切聯系起來，并有效調動學生的學習積極性，取得較好的教學效果。在這一過程中，我們發現翻轉課堂理念的實施不能拘泥于形式，需要根據具體問題和課程需要進行相應的調整。同時翻轉課堂中需要教師付出更多精力進行探索，如更合適的教學資料和課堂活動設計。總之，翻轉課堂理念的實施帶來的不僅是教學形式的變化，更是對教師工作分工和角色的改變。

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本文系安徽財經大學2016年度校級教研項目“基于翻轉課堂理念的數據分析課程設計研究”（編號acjyyb2016028）的階段性成果。