基于翻转课堂模式的统计实验教学改革研究

2016-05-13施成湘许安见

重庆第二师范学院学报 2016年2期

关键词：合作交流创新实践自主学习

邹　杨，施成湘，许安见

(1.重庆第二师范学院数学与信息工程系，重庆 400067； 2.重庆理工大学数学与统计学院，重庆 400054)

基于翻转课堂模式的统计实验教学改革研究

邹杨1，施成湘1，许安见2

(1.重庆第二师范学院数学与信息工程系，重庆 400067； 2.重庆理工大学数学与统计学院，重庆 400054)

摘要：在分析统计实验教学改革现状的基础上，引入“翻转课堂”模式探讨统计实验教学改革路径，设计了一套以培养学生自主学习、合作交流、创新实践能力为目的的统计实验教学体系，为统计实验教学改革提供参考。

关键词：翻转课堂；统计实验；自主学习；合作交流；创新实践

一、引言

近年来，数据库规模的增长态势让具有数据分析能力的统计人才备受青睐。作为培养统计人才的教育第一线,要培养符合大数据时代需要的应用型统计人才，就必须大力推广和改进统计实验教学，突出学生自主学习、合作学习的统计实验中心地位，建立凸显统计学科应用特色的新型统计实验教学体系。

提高统计专业人才综合素质, 强化其实践能力的统计教学改革研究，已经成为21世纪统计学教学改革的新课题。关于统计实验教学改革的研究，许多教师、专家、学者从不同角度进行了分析和实践。熊彦[1]从建构主义教育思想角度，提出了模块实验教学。卢钰松、韦艳肖[2]以专业背景为统计实验设计依据，提出案例实验教学。韦盛学、欧诗德[3]强调计算机在统计教学中的作用，提出案例教学法和层次教学法。陈平[4]以激发学生兴趣、提高学生动手能力为目的，提出统计实验任务驱动教学。本文引入“翻转课堂”模式，分析它在统计实验教学中的优势，以学生自主学习、合作交流、创新实践为目的，设计基于翻转课堂模式的统计实验课程，建立实验评价体系，为统计实验教学改革提供参考。

翻转课堂又叫反转课堂式教学模式,它以学生掌握学习主动权为教育宗旨,以学生自主学习、协作探究、互动交流为引导方向，对课堂内外的教学内容、教学手段进行调整，采取“课外听讲+课内讨论”的教学活动形式。在翻转课堂中，在课前学生完成对教学视频、课件等学习资源的自主学习，在课堂上学生阐述学习的困难和疑惑，通过讨论提出解决方案，并分组合作完成相应的项目任务，在课后总结并拓展实践。在整个教学活动过程中，教师针对学生不同阶段出现的问题，进行课堂或借用网络平台在线答疑指导，并对学生学习参与度给出客观合理的评价，以此激发学生的内在学习动机和学习兴趣，提高学习效果。

二、统计实验引入翻转课堂模式的可行性分析

(一)传统统计实验课的局限性

通过调查和研究发现[5-8]，目前在我国的统计实验教学过程中，存在一些实验设计缺陷，制约着学生的自主学习与实践创新能力的培养和提高，体现在以下三个环节：

1. 缺乏必要的预习环节

统计实验是在学生已经学习了统计原理方法的基础上开展的实践活动，学习统计软件操作步骤和应用统计技能解决实际问题本身是一个循序渐进的过程，学生在统计实验之前应该对实验内容、实验步骤、统计应用范围进行前期了解与准备。这种实验预习行为作为一种独立学习尝试，是学生在进入实验状态之前按一定的要求进行的探索性自我学习活动。但大部分的统计实验并没有设计预习环节，进入统计实验环境时学生表现盲目被动，不确定自己要做什么，这种对新知没有任何质疑的学习状态很难激发其内在学习动力和好奇心。

2. 缺乏新颖的讨论环节

传统的统计实验课堂讨论是学生在教师的指导下,就统计理论方法的选取或统计软件操作步骤提出疑问, 师生共同讨论得到解决方案的教学组织形式。目前，我国高校在统计实验课堂中讨论教学一般采取 “四步走”[9]：第一步,由教师提出要讨论或思考的问题；第二步,学生通过观察已有数据、浏览统计软件帮助命令或者查阅相关资料准备发言提纲；第三步,由教师点名或学生自愿发言；第四步,教师点评。事实上，这样的模式很难充分调动学生的学习积极性，多数学生带着“被迫回答问题”的心理参与讨论。即使学生发言，多数学生的态度并不积极，甚至逃避交流，害怕得不到肯定和认同。笔者曾在2014年针对本院2012级数学与应用数学(金融数学)学生进行关于应用数理统计实验实训课问卷调查,其结果显示, 自愿参与讨论的学生比例不到30%，被迫参与讨论比例约占67%，追问不愿讨论的原因，“怕回答错”约占73%，而参与讨论的原因，“老师加平时成绩”占85%以上。这些数据充分说明学生参与课堂讨论是被动的和消极的，没有发挥学生的主观能动性。

3．缺乏再发现新问题的环节

新问题的再发现产生于讨论和思辨过程。在自愿的积极的讨论前提下, 随着问题的解决和成功体验的获得, 学生会激发新的求知欲望，在讨论过程中还会拓展出新的问题、新的构思和新的设想, 而这些问题和目标并不是教师能够预先设定的。然而，在实际的统计实验课程中，学生消极的讨论情绪和不擅交流的学习意识阻碍了更深层次、更广角度的讨论，因此，要想产生新问题、新方案、新构想是很难实现的。

统计实验课的传统设计在一定程度上不利于学生自主学习，不利于知识应用的延续，更不利于创新实践能力的培养，所以，引进新的教学模式建立以培养学生自主学习、合作交流、创新实践能力为目的的统计实验教学体系很有必要。

(二)翻转课堂模式应用于统计实验的可行性和优越性

翻转课堂模式是教师提供学习资料，让学生在课前课外进行观摩、试作、预习，引导学生发现问题和收集问题，在课堂上师生面对面交流、学生合作共同完成学习任务的一种教学模式。在这一模式下，学生的学习主体性会得到充分体现。引入翻转课堂模式需要三个基本的前提条件：第一，小班授课，每班学生人数不超过35人。小班授课是为了让学生有更多的机会和教师讨论交流，学生能及时从老师那里得到认知反馈和学习评价，确保教学质量。第二，建立网络平台和学习社区。课程教学材料均通过网络平台共享，学生的学习状态(如学习的内容、学习的进度、参与讨论的情况、提交的作业等)均通过学习社区监控和统计，其目的是把课内课外紧密联系起来，帮助学生维持良好的学习状态。第三，课程要有实践环节，通过实践提高学生应用能力、创新能力。目前，高校开设的统计实验课程，实验室的设计格局就是小班授课，满足翻转课堂模式的第一个前提条件。统计实验室所配备的硬件、软件以及高校的实验室网络平台满足翻转课堂模式的第二个前提条件。而统计课程本身具有应用性极强的学科特色，满足翻转课堂模式的第三个前提条件。因此，统计实验引进翻转课堂模式是可行的，它的优越性体现在以下几点：

1．激发学习主动性

学生课前观看在线学习材料(教学课件、微课视频、课程讲座、PDF文档等)，通过对新知识的初步了解明确学习目标，建立新旧知识的衔接，而新旧知识交替过程中的思考和质疑正是课堂积极交流、讨论、思辨的前提。翻转课堂的课前预习意在培养学生独立学习、独立思考的能力，只有学生进行了独立思考，才有与他人交流讨论的需要，翻转课堂的课中合作学习才能顺利进行。从行为学来分析，翻转课堂的课前观摩是学生形成良好学习习惯、提升自主学习技能、提高课堂学习效果所采取的课前“学习预案”，初期的学习疑惑有利于帮助学生形成“问题”(即任务)驱动，引导学生尝试下一步学习活动，激发学生学习的主动性和能动性。

2．尊重学习差异性

为了高效开展翻转课堂，网络教育平台在课前已由教师提供了大量形式多样的教学材料，教学内容分类分层，教学重难点分解为一个个的微视频、微课件，学生可以根据自己的学习偏好、发展意愿选择同一模块不同应用领域的学习内容，可以根据自己的学习目标和理解能力选择不同层次不同要求的学习难度，可以根据自己的时间合理安排学习进度。这种尊重学生个性化差异化的学习方式营造了更加灵活更加多元的学习空间。

3．激励交流与合作

在翻转课堂的课前环节，学生按照自己的意愿选择了学习内容和学习难度，学习更有趣味性和主动性，当学生通过思考带着问题进入课堂时，学习更有目的性和针对性，此时老师与学生、学生与学生之间面对面互动交流，讨论的话题是学生感兴趣的问题，是学生急于攻破的难点，课堂讨论交流的教学形式更容易激励学生积极参与学习活动，有效解决问题和完成学习任务。翻转课堂讨论形式强调“由学生提出问题”的主动式学习方式，它对批判性思维的培养很有帮助。相对于传统的“教师提问学生回答”的方式，翻转课堂可以更好地增强学生讨论意识，更好地提高学生学习交流技能，激发学生更深层次的思考和探索。同时，分组讨论、组间辩论潜移默化地培养学生小组合作意识和团队意识。

4．增强实践与创新

翻转课堂强调思辨和交流，并将讨论方案用于实践，从而产生新的问题，进而拓展实验项目的深度和广度。整个过程学生自主探索、合作交流、动手实践，在学习互动中取长补短，集思广益，充分发挥其主观能动性，锻炼其创新思维。翻转课堂教学模式调动学生的学习主动性，学生可以根据自身的学习目标、学习能力、学习兴趣方向选择课题深入研究，提高自己对统计理论的理解和应用能力。

三、基于翻转课堂模式的统计实验设计方案

(一)统计实验教学资源设计原则

1.项目任务应根据应用领域的需求和学生的研究偏好划分类别

统计原理和方法广泛应用于经济、金融、管理、社会学、教育学、心理学、医学等领域，设计统计实验项目任务应该充分考虑不同领域对统计的需求，同时还应该全面考虑学生在学习统计原理过程中显露的研究偏好。针对一个统计原理，设计一次统计实验，教师应从不同的领域充分挖掘统计案例，分领域分专业设计多个统计实验任务。例如，假设检验实验，可以从金融领域选择题材——通过不同年份证券收益的对比做成对数据的假设检验，判别金融危机对公司经营的影响；可以从社会学领域选择题材——通过读书与娱乐时间的对比作配对样本假设检验，判断社会公众学习现状；还可以从管理学领域选择题材——通过服务满意度作独立样本假设检验，甄别部门服务等级从而为部门管理提出建议。一个统计实验,设计的研究课题很多,学生可以根据自己的研究喜好任选一个题目完成项目任务。

2．实验难度应根据学生的基础分层次

由于学生的认知能力、学习态度、学习方法等方面存在着较大的差异，造成了学生理解知识、应用知识的学习能力不同。在设计统计实验项目任务时，教师应该尊重学生学习的差异性，同一个课题设计不同层次的实验要求和深度，制订不同层次的学习目标。例如，设计回归分析实验，以经济市场为背景，研究电视、报纸、网络等多种媒体形式的广告支出费用与商品销售量、经营利润之间的关系。该项目任务目标可以分解为三阶段。基础阶段目标：自定义一种广告促销手段，收集数据，分析广告费与销售量之间的关系。该阶段的目的是让学生巩固一元线性回归的统计原理并掌握其软件操作步骤。提升阶段目标：选定两种广告促销手段，收集数据，分析广告费与利润之间的关系。该阶段是为了让学生巩固多元线性回归的统计原理并掌握相应的软件操作步骤。拓展阶段目标：选定三种及三种以上广告促销手段，收集数据，分析多种广告费与利润之间的关系。收集的数据越复杂,多个自变量与因变量之间很可能就不再是线性关系,而是非线性关系。此时需要学生拓展思维,运用多元非线性回归或曲线拟合的统计方法解决这一实际而又复杂的问题。该阶段要求学生掌握多元非线性回归或曲线拟合相应的软件操作步骤，完成相关数据的分析和解释。学生根据自己的基础计划一个预期目标。通常，教师要求全体学生完成基础阶段目标，鼓励后进生完成提升阶段目标，引导学习能力强的学生达到拓展阶段目标。

3．实验材料应强调统计知识重点,凸显统计应用难点

教师提供的实验素材形式应该是多样的，包括教学课件、视频、PDF或WORD文档。这些教学材料提供给学生实验前自学，因此内容不宜过难，视频不宜过长。重要的是这些学习材料要巧妙地设计提问，激发学生去思考，为接下来的实验作铺垫。统计理论中有很多重点知识需要学生去理解，有许多难点知识需要学生去攻克，对于统计实验的设计，教学课件和微课视频所设置的问题应结合统计基础理论，突出知识重点，应联系实际问题，攻破应用难点。例如，方差分析实验的多因素方差分析可从医学领域选取案例，由人体血清胆固醇与体重、年龄因素的关系研究导入本次实验，接着回顾多因素方差分析原理，介绍统计软件SPSS操作步骤。学生按照软件操作步骤分析数据，其难点就在于给出的实验数据中年龄和体内血清胆固醇含量具有线性关系，且不同体重组别的斜率基本一致，因此，这个试验会引申出协方差分析原理及其应用。在课件/视频中提示学生观察年龄和体内血清胆固醇含量的散点图，引导学生往线性关系方向思考和联想，暗示这里的线性关系在实验中会起到一定的作用，然后课件/视频内容戛然而止，这种看似“仓促”的结束，恰恰能激发学生试图进一步去探索，主动想通过实验、讨论、交流得出更为科学合理的数据处理方法，得出更准确的结论。

(二)实验前的自主学习

为了帮助学生在统计实验中相互合作、讨论、交流，顺利开展实验活动，学生在实验前的自主学习和独立思考是必不可少的重要环节。因为自主学习的过程是培养独立思考的有效途径，是交流与合作的前提。学生只有进行了独立思考，才有可能发现问题，通过再思考，形成自己的想法，当思维打开时，合作学习取长补短的目的才能达到。实验前，学生可以根据自己的研究偏好和个性特点选择感兴趣的领域，可以根据自身的学习能力和意志品质选择不同层次的实验要求，让自己在每次实验预习中学有所获。统计实验学习材料里包括了每次实验的步骤，学生可以先仿照课件/视频里的统计步骤提前熟悉统计命令，在初步认识新知的过程中发现问题、思考问题、记录问题，为合作实验做好准备。在实验前的自主学习过程中，教师应该要求学生完成两个任务——预习笔记与问题记录，要求学生用文字叙述预习的内容，记录学习材料中无法理解的难点，记录自己发现和思考的问题。“记录问题”的学习方式可以很好地建立“学”与“教”的反馈桥梁，学生既明白自己的问题所在，教师又可以通过学生学习记录有针对性地答疑和指导。例如，由方差分析理论知识的回顾知道，运用方差分析的前提是各样本独立，所有观察值都是从正态总体中抽取的，且方差相等。学生在方差分析理论学习中都能记住这两个假设条件，但是当预处理实际数据时会很自然地发现三个问题：问题一，如何检验各组观察数据(随机样本)的独立性；问题二，如何检验数据来自的总体服从正态分布；问题三，如何检验方差齐性。事实上，针对统计理论前提条件涉及的实际检验问题，教师是可以事先预料到的，且有解决此类问题的备用方案，比如有关数据独立性的检验可用相关分析解决，分布拟合检验之正态分布检验可用非参数检验之单样本K-S检验解决，方差齐性用F检验法。当然，解决问题的统计方法不唯一，实验的步骤自然不相同，而学生选什么样的统计方法，由问题会联想到何类领域何种方法，教师无法预料，不过教师应鼓励学生多思考多联想多质疑，为实验过程中能提出问题、积极参与讨论做好充分准备。

(三)实验中的合作学习

在现代生活、工作、学习中, 各种方式的交流合作都是必要的, 许多任务不可能由单独的个人完成。因此, 交流与合作意识是现代社会人的一种非常重要的品质。在统计实验过程中，以项目任务实验为驱动，教师鼓励学生自发组队，自由选题，引导学生小组内明确分工，以合作方式完成课题。例如，统计综合实验的数理统计在心理学中的应用，该项目任务涉及调查问卷的设计、问卷调查数据收集、数据文件的整理、运用数理统计知识分析数据、撰写实验/研究报告。要完成一个综合任务，首先要分工合理明确，调研井然有序，充分发挥每个组员在探究活动中的作用，为学生创造讨论交流机会，营造和谐的学习氛围，更好地增强学生的合作精神。在统计实验过程中，教师应该深入小组讨论，及时答疑解惑，引导学生思考、判断、分析。例如，学生在制作调查问卷时，教师应强调调查问卷的信度分析[10]的重要性，但信度分析是难点，其原因是信度分析方法多样灵活，不同领域、不同研究对象、不同总体抽样出的样本数据特征不同，采用的信度法也就不同。如果调查的侧重点是事实性问卷，需要对同一组样本间隔一定时间重复试测，研究试测结果的差异性，那么教师应帮助学生共同分析问卷特点，判断出此类问题应该用重测信度法作信度分析；如果调查方式是同组样本被测两份问卷复本，研究其复本相关系数，则选用的信度分析方法是复本信度法；如果是研究心理、态度、意见等，则可以考虑用折半信度法或者克朗巴哈信度系数法。例如，学生以心理健康为研究内容时，若信度系数过低，则教师应提示学生考虑重新修订调查问卷的量表或增删题项，使其信度系数达到0.8以上。当制定的问卷具备有效性、科学性、合理性时，才能进入下一步统计分析数据环节。整个研究过程，学生积极参与合作，通过讨论与交流解决原有的问题，或许会产生新的问题，教师应及时给予肯定和指导，让每位学生在完成项目任务的过程中体验到自己是学习的主人，在实验过程中有收获有进步。

(四)实验后的交流反思

每组完成实验任务后，教师组织学生开展组间交流、评比。为了获得小组优胜, 每个小组成员会积极深入思考, 竭尽全力完善本组的实验/研究报告，设计出更深刻更全面更优质的报告。在组间交流过程中，学生叙述自己在研究项目中遇到的困难和问题，分享解决问题的方法，共享研究成果。学生在反思交流中取长补短，发散思维，创造出新的设想和构思。例如，方差分析实验引出协方差分析实验，从医学的血清胆固醇研究迁移到脑卒中诱因的研究，分析脑卒中与气温、气压、湿度的关系。相关分析实验的股票市场调研研究，因股票的交叉影响该实验指引学生转向偏相关分析研究。多元回归分析实验在经济管理中的应用，学生集思广益会联想到多元回归在金融风险中的应用，在投资决策中的应用等等。实验后的反思、交流是不可忽略的环节，它能帮助学生加大对统计研究的深度和对统计应用的广度，能很好地帮助学生形成发散思维，更好地培养其创新思维。

(五)实验评价

客观、合理、综合的实验评价是鼓励学生积极参与实验的有力保障，是监督学生自觉参与实验活动的有效途径。统计实验评价不仅仅关注学生的预习笔记、实验报告等静态指标，更应该关注学生的学习变化，充分考虑学生的个体差异，着重评价学生的参与度和进步率。

根据翻转课堂的特点，统计实验评价的量化指标应包括实验前学生自主学习过程中浏览学习材料的内容量、学习的时间长度、自学笔记量、问题记录量、实验中参与讨论次数，实验后反思总结的内容量、研究报告的质量等。评价方式包括学生自评、组内评价、组间评价、教师评价。在评价考核内容里除了考核实验相关操作技能和统计理论应用能力外,还将实验态度、文献查阅能力、团队合作精神等定性指标纳入考察范围。根据笔者多年的统计实验教学经验，制出基于翻转课堂的统计实验评价表，见表1。

表1　基于翻转课堂模式的统计实验评价

四、在统计实验中应用翻转课堂模式应注意的问题

(一)微课视频的制作

制作微课视频有四个要点。1.教学视频要短小精悍，研究表明短于6分钟的视频最吸引人，6～9分钟的视频是观者注意力开始分散的拐点。2.视频应用三个机位录制，教师用“你”而不是“你们”称呼学生，制造“一对一”的感觉。3.教师的授课状态直接影响学生是否愿意继续观看视频，教师越有激情，越能吸引学生。4.讲授的统计实验内容具有可操作性，便于学生预实验。

(二)网络平台的管理

网络学习社区可以借用比较成熟的网站，也可以校企合作建立教育平台，教师应在统计实验前熟悉网络教育平台，充分利用在线功能，比如在线实验任务的布置、在线互动(包括讨论、交流)、在线评阅(包括自评、互评)等。

五、结语

翻转课堂模式是一种更符合学生个性化学习、自主式学习的教学模式，将这种模式运用于统计实验教学，充分利用课堂内外时间，让学生实验前有准备、实验中有想法、实验后有反思，更加有利于培养学生独立思考的能力、交流合作的能力、创新思维的能力，提高统计实验的教学效果和质量。

参考文献：

[1]熊彦.基于建构主义教育思想的统计实验教学改革[J].鄂州大学学报,2012(5):46-48.

[2]卢钰松，韦艳肖.应用型本科院校数理统计教学改革探索[J].教育理论与实践,2014(30):50-51.

[3]韦盛学,欧诗德.普通高校概率论与数理统计教学改革的一些探讨[J].大学教育,2015(2)：132-134.

[4]陈平.任务驱动法在高职统计教学改革的探索与实践[J].广东技术师范学院学报(职业教育),2011(1):96-99.

[5]游华,徐荣聪.概率统计实验课的教学改革初探[J].宁德师专学报(自然科学版),2007(2):51-53.

[6]徐秋艳.统计模拟实验教学改革后的反思[J].统计教育,2004(3):39-40.

[7]贾茗,郑彭丹.独立学院概率论与数理统计的数学实验的教学方法改革与实践[J].电子制作,2015(16):168.