“翻轉(zhuǎn)課堂”在數(shù)學(xué)實驗課教學(xué)中的應(yīng)用

石端銀， 張曉鵬， 李文宇

(黑龍江科技大學(xué) a. 理學(xué)院；b. 實訓(xùn)中心，黑龍江 哈爾濱 150022)

?

“翻轉(zhuǎn)課堂”在數(shù)學(xué)實驗課教學(xué)中的應(yīng)用

石端銀a， 張曉鵬b， 李文宇a

(黑龍江科技大學(xué) a. 理學(xué)院；b. 實訓(xùn)中心，黑龍江 哈爾濱 150022)

綜述“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式的研究現(xiàn)狀及優(yōu)勢分析，針對目前高校數(shù)學(xué)實驗課教學(xué)過程中存在的問題，提出了在CDIO背景下將“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式應(yīng)用于數(shù)學(xué)實驗課的教學(xué)過程中。并在此模式下進(jìn)行數(shù)學(xué)實驗教學(xué)改革，分別從實驗教學(xué)理念、教學(xué)結(jié)構(gòu)以及考核方式和評定方法等方面進(jìn)行探索和討論，實現(xiàn)“以學(xué)生為本”的深度教學(xué)目標(biāo)。

翻轉(zhuǎn)課堂； 實驗教學(xué)； CDIO

0 引 言

隨著世界多極化和經(jīng)濟(jì)全球化的不斷發(fā)展，科技進(jìn)步日新月異，社會對對人才選擇的標(biāo)準(zhǔn)日趨苛刻，不但要求理論知識精，而且要求實踐能力強(qiáng)的高素質(zhì)綜合應(yīng)用型人才。當(dāng)然對數(shù)學(xué)人才的知識結(jié)構(gòu)和素質(zhì)能力的要求則更高，要求數(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)生不但精通抽象的數(shù)學(xué)理論，更重要的是要將數(shù)學(xué)理論、精髓、思想、方法等靈活應(yīng)用于解決實際問題當(dāng)中去，以適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會和信息社會對數(shù)學(xué)人才的需求。數(shù)學(xué)實驗則是聯(lián)系數(shù)學(xué)理論與實踐的橋梁和紐帶，所謂“數(shù)學(xué)實驗”是指為獲得某個數(shù)學(xué)理論、檢驗?zāi)硞€數(shù)學(xué)猜想，解決某類實際問題，實驗者借助計算機(jī)提供的平臺，在數(shù)學(xué)思維活動參與下，在特定環(huán)境下進(jìn)行的研究、探索活動[1]。但傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)實驗教學(xué)理念、課程體系和教學(xué)方法手段都已很難適應(yīng)當(dāng)今快速發(fā)展的社會趨勢，面對當(dāng)前局勢，為了使培養(yǎng)出的數(shù)學(xué)人才具有更高的市場競爭力，必須實現(xiàn)數(shù)學(xué)實驗課教學(xué)轉(zhuǎn)型，由傳統(tǒng)的單純傳授知識型向培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用實踐能力、創(chuàng)新思維能力等綜合素質(zhì)能力型轉(zhuǎn)變。

我校在多年前就引入CDIO工程教育模式，并結(jié)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(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，盡管如此，在課堂教學(xué)上仍然存在一系列問題，特別是實驗教學(xué)，大部分教師仍采用“教師主動傳授、學(xué)生被動接受”知識的教學(xué)方式，導(dǎo)致學(xué)習(xí)積極性不高，學(xué)習(xí)效果事倍功半。近年來，“翻轉(zhuǎn)課堂”(Flipped Classroom)教學(xué)模式的出現(xiàn)引起了教育界和一線教師的積極關(guān)注，不僅顛覆了傳統(tǒng)教學(xué)模式，而且更重要地是能充分利用課堂時間，實現(xiàn)個性化的學(xué)習(xí)，推動自主學(xué)習(xí)能力和合作學(xué)習(xí)意識的發(fā)展。

1 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)研究現(xiàn)狀與優(yōu)勢分析

1.1 翻轉(zhuǎn)課堂的研究現(xiàn)狀

“翻轉(zhuǎn)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(xué)老師Jon Bergmann和Aaron Sam共同創(chuàng)立，他們最初錄課的目的是為了給缺席的學(xué)生補(bǔ)課[3-4]，意外的是，除了那些缺課的學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)彌補(bǔ)自己所落下的課程外，其他沒有缺課的學(xué)生也會通過網(wǎng)上視頻復(fù)習(xí)和鞏固課堂所學(xué)內(nèi)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(chuàng)立了可汗學(xué)院，翻轉(zhuǎn)課堂開始被眾人熟知，并引起全球教育界的廣泛關(guān)注[5-6]。而云計算、平板電腦、電子書包、智能手機(jī)等技術(shù)進(jìn)入教育領(lǐng)域也促進(jìn)了翻轉(zhuǎn)課堂的快速發(fā)展。

所謂“翻轉(zhuǎn)課堂”，就是將傳統(tǒng)課堂中師生面對面授課通過學(xué)生在家觀看教學(xué)視頻來實現(xiàn)，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(zhuǎn)課堂并不是在線視頻、在線課堂的代名詞，而是要求學(xué)生在課前通過教學(xué)視頻對知識進(jìn)行初步學(xué)習(xí)，將難以解決的問題記錄下來，在課堂上與老師交流討論進(jìn)而解決問題。這種教學(xué)模式翻轉(zhuǎn)了傳統(tǒng)的教學(xué)理念、教學(xué)流程以及教學(xué)參與者的角色，真正意義上體現(xiàn)了“學(xué)生為本”的思想。

隨著翻轉(zhuǎn)課堂的發(fā)展和傳播，引發(fā)了國內(nèi)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(shù)以萬計的學(xué)校在推廣和使用，國內(nèi)外有許多成功案例，為我國傳統(tǒng)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(xué)的“星巴克教室”、馬里蘭州波托馬克市布里斯學(xué)校的AP微積分課堂等國外翻轉(zhuǎn)課堂的十大精彩案例[7-9],還是國內(nèi)重慶聚奎中學(xué)的“三四五六”模式、深圳南山實驗學(xué)校的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式、以及部分高校結(jié)合自身實際情況所開展的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)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(yōu)越性而占據(jù)未來的教育領(lǐng)域。

1.2 翻轉(zhuǎn)課堂的優(yōu)勢分析

研究和推廣翻轉(zhuǎn)課堂的“洪流”之所以來勢洶洶，其根本在于它自身的優(yōu)勢和價值。

(1) “翻轉(zhuǎn)課堂”道出了當(dāng)今信息爆炸時代的學(xué)習(xí)者的心聲。新時代的學(xué)習(xí)者被稱為數(shù)字化一代、指尖上一代，他們對智能化、數(shù)字化的信息設(shè)備有著與生俱來的敏感。當(dāng)教學(xué)視頻或更高端教學(xué)手段進(jìn)入課堂時，他們沒有感到欣喜若狂，反而覺得理所當(dāng)然[11]。

(2) “翻轉(zhuǎn)課堂”重組了傳統(tǒng)課堂的教學(xué)結(jié)構(gòu)和流程。它將新知識的學(xué)習(xí)放在課堂以外，而課堂上則主要通過師生交流與作業(yè)輔導(dǎo)答疑解惑。這種教學(xué)模式中，信息技術(shù)不是單一展示教學(xué)內(nèi)容的媒介，更重要的是它能成為學(xué)生課下自主學(xué)習(xí)、交流反思以及協(xié)作討論的學(xué)習(xí)工具。而學(xué)生則由被動的接受知識轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾鲗W(xué)習(xí)，其學(xué)習(xí)效果不言而喻。

(3) “翻轉(zhuǎn)課堂”真正體現(xiàn)了“因材施教”、“因人施教”的個體差異化教學(xué)[12]。每位學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)水平都存在不同程度的差別，傳統(tǒng)教學(xué)模式在時間、空間條件的限制下很難實現(xiàn)差異化教學(xué)，而翻轉(zhuǎn)課堂由于課前已經(jīng)播放了教學(xué)視頻，不同學(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)生的問題作一對一的輔導(dǎo)答疑，這種教學(xué)模式充分利用了課余時間，彌補(bǔ)了課時不足的缺點，同時，使學(xué)生真正做到“不把問題留到明天”，提高了教學(xué)效果，更重要地是幫助學(xué)生養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)的良好習(xí)慣。

(4) “翻轉(zhuǎn)課堂”給“繁忙”學(xué)生帶來了福音。這一點也是兩位創(chuàng)立者的初衷?，F(xiàn)如今的大學(xué)生為了展現(xiàn)自身多方面的才華，往往參加各種社團(tuán)、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(tǒng)課堂無法復(fù)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(zhuǎn)課堂”則成功地解決這一難題，有得也可以不失，缺課學(xué)生可以通過觀看視頻課堂，而且可以反復(fù)再現(xiàn)，來補(bǔ)習(xí)落下的課程，這種模式可以更加豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)生活，真正實現(xiàn)素質(zhì)教育。

2 高校數(shù)學(xué)實驗課教學(xué)現(xiàn)狀

隨著信息社會的不斷發(fā)展，社會競爭力日益加劇，高校數(shù)學(xué)專業(yè)人才的就業(yè)形勢也越來越嚴(yán)峻，因為社會對人才的要求日益苛刻，不但要求數(shù)學(xué)理論精通，而且更重要的要求動手實踐能力強(qiáng)。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(xué)、學(xué)中做”的方法來培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才，但是真正能實現(xiàn)并達(dá)到較好效果的甚少。對于數(shù)學(xué)人才的動手實踐能力的培養(yǎng)，主要途徑是靠數(shù)學(xué)實驗和數(shù)學(xué)建模來實現(xiàn)。而當(dāng)前大部分高校的數(shù)學(xué)實驗課堂仍然存在各種各樣的問題[13,14]。

2.1 師生對數(shù)學(xué)實驗課的認(rèn)知和重視不夠

(1) 許多教師對實驗課的教學(xué)目的不甚明確、教學(xué)認(rèn)知不夠。由于實驗課學(xué)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(dǎo)致前后理論實踐脫節(jié)現(xiàn)象嚴(yán)重。更有甚者，如果最后沒有足夠?qū)W時，就直接將其刪掉。

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

2.2 數(shù)學(xué)實驗課學(xué)時少任務(wù)重

不同課程的數(shù)學(xué)實驗課面臨的最大問題就是學(xué)時較少，但信息量較大，在有限的課堂時間內(nèi)，仍然是以講授為主，學(xué)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(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。

2.3 數(shù)學(xué)實驗課教學(xué)模式“一成不變”

大部分高校數(shù)學(xué)實驗課教學(xué)仍采用多年前為學(xué)習(xí)自主性較高的學(xué)生而設(shè)計的教學(xué)模式——“課前預(yù)習(xí)+實驗講解+書寫報告”，這種“填鴨式”長期教育導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性嚴(yán)重下降，對當(dāng)今的大學(xué)生來講，“學(xué)習(xí)”已經(jīng)變成“苦差事”，導(dǎo)致今天的局面，不是學(xué)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(jìn)，教學(xué)質(zhì)量嚴(yán)重下降，其后果相當(dāng)可怕。

2.4 數(shù)學(xué)實驗課的考核和評定方式不完善

目前，各高校關(guān)于數(shù)學(xué)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(fā)現(xiàn)許多雷同的現(xiàn)象，因為很多學(xué)生想投機(jī)取巧、應(yīng)付差事，根本不用心去獨自完成。因此，為了提高數(shù)學(xué)類實驗課的教學(xué)效果，必須重新制定考核方案和評定方式。

3 “翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式優(yōu)化數(shù)學(xué)實驗課教學(xué)

CDIO工程教育背景下，將“翻轉(zhuǎn)課堂”的教育模式引入數(shù)學(xué)實驗課教學(xué)過程中，可重燃學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，能真正做到由“教師講”轉(zhuǎn)為“學(xué)生做”，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛能和自主學(xué)習(xí)意識，培養(yǎng)其動腦和動手能力。

3.1 “翻轉(zhuǎn)課堂”轉(zhuǎn)換師生角色、更新教學(xué)理念

傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)實驗課堂教學(xué)古板、無趣，扼殺了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。而在“翻轉(zhuǎn)課堂”中，將課堂上“以教師為主”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)生為主”，課堂大部分時間由學(xué)生支配。教師則在上課前一周將每次課的實驗內(nèi)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(wǎng)上，學(xué)生可以根據(jù)自己的時間安排提前學(xué)習(xí)，不同層次的學(xué)生可以根據(jù)自身所掌握的知識適當(dāng)調(diào)整學(xué)習(xí)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(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式更新了教師的教學(xué)理念，改變了學(xué)生的學(xué)習(xí)觀念，完全體現(xiàn)了個性化的教學(xué)和學(xué)習(xí)。

3.2 “翻轉(zhuǎn)課堂”顛覆教學(xué)結(jié)構(gòu)、彌補(bǔ)課堂學(xué)時不足

數(shù)學(xué)實驗一般都存在課時不足的問題，而翻轉(zhuǎn)課堂可以彌補(bǔ)此缺陷，它顛覆了傳統(tǒng)的教學(xué)結(jié)構(gòu)和流程，將原本課堂講授的知識轉(zhuǎn)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(xué)生支配，由學(xué)生親自動手實驗，從程序設(shè)計、編寫、運行到應(yīng)用程序解決實際問題全過程讓學(xué)生自己操作，而教師可隨時解答輔導(dǎo)學(xué)生遇到的問題，這種教學(xué)方式即節(jié)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(xué)習(xí)情境的課堂能夠讓所有的學(xué)生參與進(jìn)來，使學(xué)生在輕松愉快的氛圍中完成學(xué)習(xí)任務(wù)，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時也有利于學(xué)生更深入地學(xué)習(xí)以及對知識的深度理解，真正實現(xiàn)深度教學(xué)。

3.3 “翻轉(zhuǎn)課堂”革新考核方式、達(dá)到實驗?zāi)康?/p>

實驗課程考核是教學(xué)改革的一個重要環(huán)節(jié)，其考核辦法和評價體系不容忽視，傳統(tǒng)的實驗課評定辦法一般是滯后的，往往存在不準(zhǔn)確性和有失公平性。而“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)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(qiáng)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(xué)生真正的學(xué)習(xí)狀態(tài)和學(xué)習(xí)效果，依據(jù)此進(jìn)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(xué)生更加客觀地認(rèn)識自己學(xué)習(xí)情況。所以，在實驗成績評定時，可以將課堂學(xué)習(xí)表現(xiàn)、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(xué)生的動手操作能力和綜合分析問題的能力，真正達(dá)到開設(shè)實驗課的目的。

4 結(jié) 語

翻轉(zhuǎn)課堂作為一種新興教學(xué)模式，它“翻轉(zhuǎn)”的不僅僅是教學(xué)結(jié)構(gòu)，更重要地是革新了教育理念和教學(xué)思想。它注重學(xué)生的個性化發(fā)展和個性需求，詮釋了“教育以學(xué)生為本”的內(nèi)涵，也是教育界一直以來的所要追尋的個性化發(fā)展路線。特別是將其運用于高校的實驗課教學(xué)中，更能體現(xiàn)其優(yōu)越性和自身價值。當(dāng)然各學(xué)科各專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)不盡相同，故要因時、因地、因課、合理恰當(dāng)運用此教學(xué)模式，充分發(fā)揮其優(yōu)勢，必能達(dá)到良好的教學(xué)效果。

[1] 楊 韌,謝海英. 基于CDIO教育理念的數(shù)學(xué)實驗課程教學(xué)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(yǎng)模式構(gòu)建[J].黑龍江教育學(xué)院學(xué)報，2012，30(4):81-83.

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

[4] 何文濤.翻轉(zhuǎn)課堂及其教學(xué)實踐研究[D].鄭州：河南師范大學(xué)，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(zhuǎn)課堂在實踐教學(xué)中的應(yīng)用研究[D].武漢：華中師范大學(xué)，2014：4-17.

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

[8] 何朝陽，歐玉芳，曹 祁.美國大學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)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(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究[D].武漢：華中師范大學(xué)，2014：9-26.

[10] 王 紅，趙 蔚.翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模型設(shè)計[J].現(xiàn)代教育技術(shù),2013,23(8):5-9.

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

[12] 肖立志.“翻轉(zhuǎn)課堂”視域下的遠(yuǎn)程開放教育式課程教學(xué)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(wǎng)絡(luò)課的實踐與探索[J].高師理科學(xué)刊,2013,33(4):87-89.

[14] 錢保利.翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在高等院校實驗課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國教育技術(shù)裝備,2014(6):114-115.

[15] 曹麗君，王海明.翻轉(zhuǎn)課堂的特性及對專業(yè)教學(xué)改革的啟示[J].河北科技師范學(xué)院學(xué)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(xué)規(guī)劃課題(GBB1213013-318)；黑龍江科技大學(xué)教學(xué)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(yōu)化建模、教學(xué)研究。E-mail:shiduanyin2012@163.com

G 420

A

1006-7167(2016)01-0176-03