任务驱动－翻转课堂联合教学法的实践探索——以“海洋数据处理与可视化”课程为例

于 潭，唐 议，胡 松，梁 超

1.上海海洋大学 海洋科学学院，上海 201306；2.国家海洋局 第二海洋研究所，浙江 杭州 310012；3.上海第二工业大学 应用艺术设计学院，上海 201209

任务驱动－翻转课堂联合教学法的实践探索
——以“海洋数据处理与可视化”课程为例

于 潭1，2，唐 议1，胡 松1，梁 超3

1.上海海洋大学 海洋科学学院，上海 201306；2.国家海洋局 第二海洋研究所，浙江 杭州 310012；3.上海第二工业大学 应用艺术设计学院，上海 201209

本文主要探讨了如何将“任务驱动”教学法与“翻转课堂”教学法相结合，并且重点介绍了该方法在“海洋数据处理与可视化”这一课程中的教学实践。研究表明，“任务驱动”与“翻转课堂”相结合的教学法实现了学生掌握主动权、讲课时间灵活分配、班级教学个性化等转换，提高了学生的学习和实践能力。

任务驱动；翻转课堂；课程实践；海洋数据处理与可视化

task-driven; flipped classroom; curriculum practice; visualization and processing of ocean data

一、引言

“任务驱动”教学法要求在教学过程中，以富有趣味性、能够激发学生学习动机与好奇心的情景为基础，以与教学内容紧密结合的任务为载体，使学习者在完成特定任务的过程中获得知识与技能的一种教学法[1-2]。翻转课堂是教师创建视频，学生在家中或课外观看视频中教师的讲解，回到课堂上师生面对面交流和完成作业的这样一种教学形态[3]。

“海洋数据处理与可视化”是高校海洋科学、海洋技术等相关专业开设的专业教育限选课，目的是培养和强化海洋学人才读取、处理和分析数据的能力以及绘图能力。“海洋数据处理与可视化”课程要求学生掌握海洋数据的类型和基本的统计理论，并且学会获取和实际使用海洋实测资料、卫星遥感资料和模式资料，能够通过数据处理和可视化进行初步的科学研究。学好该课程对学生顺利进行大学生创新、毕业设计以及将来工作中所需要进行的数据处理、分析和可视化具有非常重要的作用。以往普通的教学方法能实现“教”与“学”，但是学过之后学生就忘了，真正到了用的时候，还是不知道如何学以致用。“任务驱动与翻转课堂相结合的教学法”有助于学生在“学”与“练”中更好地掌握数据处理和可视化的能力，并且针对学生自主学习和探索过程中所遇到的问题，有针对性地在课堂上加以讲解，有的放矢，提高教学的效率和效果。

怎样能够有效地让学生掌握海洋数据处理与可视化的能力是一个非常重要的问题。本文基于上海海洋大学海洋科学专业的“海洋数据处理与可视化”教学实践，通过多元结构学习小组自由组建、针对性任务设定、任务情景导引等任务驱动教学法再结合授课师生互动、课下视频学习、课上学生报告等翻转课堂的手段，探索了任务驱动与翻转课堂相结合的有效教学模式。

二、方案设计

课堂之初，针对了解到的学生学习诉求，给不同的学生安排不同的学习任务，并以此任务贯穿整个学习过程，激发学生的学习兴趣和实践能力。同时，教授学生完成相应任务的方法，根据学生所遇到的困难和反馈意见，进行针对性的讲解。针对个别重要的知识点，拍摄微课上传EOL教学平台供学生学习。在学期末，让学生上台展示完成任务情况。另一方面，为开阔学生视野，培养学生独立思考的能力，我们也尝试组织学生进行课堂讨论，讨论内容既涉及课堂讲授知识又超出教科书范畴。在此基础上，还要求学生利用各种资源查阅资料，整理归纳资料并口头表达出来。这种方式锻炼了学生的能力，成为课堂教学的有效补充和延伸。

为与教学方法进行有效结合，就以授课之初安排的学习任务（大作业）的完成情况作为考核指标，避免了学生死记硬背、会考不会用的局面。同时，把英文论文阅读也纳入期末考核中来，借以提高学生的专业英语水平。

“任务驱动与翻转课堂相结合的教学法”的工作模块及其相关关系如图1所示，在任务驱动模块里面，在教师的指导下，学生自主选择课题，结合课堂进度，利用课堂所学知识进行任务实施，并按照时间节点反馈给任课老师。在翻转课堂模块，根据学生在任务驱动模块中遇到的具体问题进行专题讨论和讲解。同时，将重要的知识点拍摄成微课上传至EOL，以供学生课下自主学习。具体实施过程请见下文介绍。

三、方案实施

1.了解学生的需求

教书育人需要因材施教，需要知道学生想通过课程获得什么知识或技能，需要知道学生选修这门课程的目的是什么。为了了解到这个情况，在课程开始之前，我们针对选课学生做了一次问卷调查。结果见表 1。

表 1 课程前调查问卷情况

图 1 “任务驱动与翻转课堂相结合的教学法”的工作模块及其相关关系

结果表明，绝大多数同学选课目的明确，约有1/3的同学希望学会基本的数据处理方法为将来读研究生打下基础，这也代表了2013级海洋科学专业（海洋环境方向）的本科生的考研意向。另外也约有1/3的同学想学会基本的数据处理方法毕业设计用，这一部分同学讲求实用，希望学了就刚好能用上。有1/5的同学希望所学的方法将来工作能够用得上，另外有15%的同学对本门课程并没有明确的目的。

了解了学生的需求之后，我们就将学生进行分组，并有针对性地设计教学任务。

2.任务驱动与翻转课堂相结合的教学法

学生是课堂教学的主体，教师是教学的主导。多元结构学习小组的组建工作是任务驱动与翻转课堂相结合的教学法最为重要环节之一，因为教学方法成功与否取决于学生能否真正有效地掌握课程知识。我们采用自由组合的原则，适当考虑了小组成员的阅读能力、理解能力、搜索能力、编程能力和分析能力，以保证任务的顺利进行。

针对性任务设定是任务驱动与翻转课堂相结合的教学法任务驱动部分的重要环节[4]，任务设定的好坏直接影响了学习效果。为了让同学们更有兴趣地参与到教学活动中来，我们让同学们自由选择感兴趣的题目，老师根据教学内容，在尊重同学们兴趣点的前提下，对同学们选择的题目进行调整。通过布置大作业的方式，让同学们获取和实际使用海洋实测资料、卫星遥感资料和模式资料，通过数据处理和可视化进行初步的科学研究。这样的实践教学活动，在国外被称为Project（研究项目）。研究项目作为一种理论联系实践的教学方式在国外一流大学的重点课程教学中被普遍采用。它是一个学生或者一组学生在课外完成的一项工作，能够引导学生从理论走向实践，从书本走向实际的科学研究，使得同学能够学以致用。

任务情景导引主要是随着课程的推进，依据某一章节具体讲授的内容，根据同学们选择的题目，指导同学们细化任务，形成阶段性的目标，并跟进考核。同时，根据同学们在做大作业过程中遇到的实际问题或需要用到的方法进行补充讲解或专题讲解，形成良好的师生互动。

这样就有两条线同时推进：授课思路一条线，同学们的大作业一条线，而这两条线同步进行，理论的授课结合了大作业的实践，使得同学们得到充分的练习。同时，大作业中遇到的问题会在授课中进行专题讲解。双管齐下，有助于同学们更好地掌握课程知识。

在任务引导的同时，我们也结合了翻转课堂的手段：针对重点、难点的课程知识，录制成视频，上传到EOL教学平台，供同学们课下自学，并请同学们课上进行讨论，并应用于大作业中。在学期末，请同学们讲解自己大作业的研究过程、研究方法和研究成果，给同学们充分展示自己的机会，增加同学们的成就感和对科学研究的兴趣。

3.教学安排与实践

上海海洋大学海洋科学学院的“海洋数据处理与可视化”共2个学分，32个学时，8周完成。

在第一节课的时候，就以3个人为单位，请同学们自由组合，分好小组，向同学们介绍本门课的目的以及要求，分配好期末考试大作业（分小组完成一个数据处理与可视化小课题），时间安排如下。

第1周：各小组经过讨论，选择一个感兴趣的题目，并将题目提交EOL网站供老师审核题目的可行性。老师在尊重同学们兴趣的前提下对学生的题目提出指导意见。

同时，第1周上课之前，就将课件、课本、参考资料等学习材料上传至EOL网站，供同学们下载预习。

第1周的第1次课（2学时）讲解案例，介绍怎样选取感兴趣的题目、搜索文献和阅读相关知识，以及讲解海洋资料在发展海洋科学中的重要意义；海洋水文资料的基本特点；海洋资料在获取手段和分析技术的发展趋势；海洋资料的分类等。

第1周的第2次课（2学时）讲解数据获取的方法和免费数据常用网站。介绍常用的误差精度概念及近似数的运算；海洋现测资料的质量审查和质量控制；几种新的海洋自记仪器连续观测资料的处理方法和原理；海洋资料处理中使用的内插法等。

第2周：各小组根据自己感兴趣的题目，下载所需要的数据，并将数据下载列表和数据说明上传EOL网站以供老师审核，老师根据学生的题目判断同学们所获取的数据是否有效，并对每一组同学予以重点指导。

同时，第2周的第1次课（2学时）介绍海洋资料的统计特征量，海洋资料的图示方法和频率统计，海洋资料的探索分析等。

第2周的第2次课（2学时）讲解直线拟合（一元线性回归方程），曲线拟合（一元非线性回归方程）等。

重要知识点拍摄成微课上传EOL供学生学习。

第3周：各小组根据自己感兴趣的题目，以及下载的数据，利用第1周教授的数据质量控制方法进行质量控制和初处理，并且利用第2周所教授的统计方法和拟合方法进行数据处理，并在EOL上提交本周分析结果，以供老师审核，老师对学生提交的作业进行评阅并具体指导。

同时，第3周的第1次课（2学时）介绍多项式回归与正交多项式、阶段回归、逐步回归、双重筛选逐步回归、积分回归等。

第3周的第2次课（2学时）讲解主成分的导出和性质等。

重要知识点拍摄成微课上传EOL供学生学习。

第4周：各小组根据自己感兴趣的题目，以及下载的数据，利用第3周教授的回归方法进行回归处理，并在EOL上提交本周分析结果，以供老师审核，老师对学生提交的作业进行评阅并具体指导。

同时，第4周的第1次课（2学时）介绍样本数据的主成分分析等。

第4周的第2次课（2学时）讲解海洋要素场的经验（自然）正交函数分析等。

重要知识点拍摄成微课上传EOL供学生学习。

第5周：各小组根据自己感兴趣的题目，以及下载的数据，利用第4周教授的主成分分析进行数据处理，并在EOL上提交本周分析结果，供老师审核，老师对学生提交的作业进行评阅并具体指导。

同时，第5周的第1次课（2学时）介绍奇异矢量分析及其应用等。

第5周的第2次课（2学时）针对同学们在进行主成分分析处理时所遇到的问题进行专题讨论和辅导。

重要知识点拍摄成微课上传EOL供学生学习。

第6周：各小组根据自己感兴趣的题目，以及下载的数据，利用第5周教授的主成分分析方法进行数据处理，并在EOL上提交本周分析结果，供老师审核，老师对学生提交的作业进行评阅并具体指导。

同时，第6周的第1次课（2学时）介绍功率谱估计有关的傅里叶分析方法等。

第6周的第2次课（2学时）平稳随机过程的数字特征量和功率谱谱参数及其在海洋学研究中的应用等，并针对同学们在进行主成分分析处理时所遇到的问题进行专题讨论和辅导。

重要知识点拍摄成微课上传EOL供学生学习。

第7周：各小组根据自己感兴趣的题目，以及下载的数据，利用第6周教授的傅里叶分析方法进行数据处理和分析，并在EOL上提交本周分析结果，供老师审核。

同时，第7周的第1次课（2学时）介绍海洋时间序列的取样间隔、取样长度和数据窗等。

第7周的第2次课（2学时）讲解用样本序列的有限离散傅里叶变换计算功率谱等并针对同学们在进行主成分分析处理时所遇到的问题进行专题讨论和辅导。

重要知识点拍摄成微课上传EOL供学生学习。

第8周：各小组根据自己感兴趣的题目，以及下载的数据，利用第6周教授的功率谱方法进行数据处理和分析，并在EOL上提交本周分析结果，供老师审核。第8周的第2次课（2学时）各小组展示学习任务（大作业）成果。

同时，第8周的第1次课（2学时）介绍用样本自相关函数估计功率谱等，介绍功率谱的置信区间估计和谱分析中的显著性周期成分的检验方法等。

重要知识点拍摄成微课上传EOL供学生学习。

第8周的第2次课（2学时）各小组展示学习任务（大作业）成果，老师点评。

4.考核

以前传统的考核方式是闭卷笔试，而“海洋数据处理与可视化”中重要知识点的掌握是需要计算机编程和计算的，卷面成绩只能够考核学生理论层面上是否了解和掌握，并不能够真正反映其应用能力。

因此，我们对考核方式也进行了改革。以任务驱动模块当中的任务完成情况作为考核标准，看同学们是否能够利用课堂所学知识计算和分析具体的问题，并且鼓励同学们用课堂上没有讲到的知识和方法进行分析运算。

四、结论与讨论

从课程考核的角度来看，使用传统的教学方法，学生容易在考前临时抱佛脚，考前搏一搏，考后就忘，真正用到时，还是不能利用所学知识，分析具体问题。任务驱动与翻转课堂相结合的教学方法在实践的过程中，同学们能够直接将在课堂上学习的方法应用到自己选择的课题中去，从被动的学习，转变为主动的学习、思考并且提出问题。大大提高了学习的主动性和积极性，提高了学习效率。而同学们所做的课题，其成果也基本上达到了毕业设计对学生的基本要求。同时，我们也鼓励学生在课题的基础上申报大学生创新项目和发表文章。

从课程教学目标来看，通过任务驱动与翻转课堂相结合的教学法在“海洋数据处理与可视化”课程中的教学改革和实践，学生的数据处理和分析的能力得到了锻炼与加强，对知识点的掌握也得到了提高，同时增强了学生的团队合作能力，有助于学生在以后的学习、工作岗位上更好地进行学习和工作。该方法在应用性比较强的课程中能够非常好地发挥作用，值得推广。

总之，任务驱动与翻转课堂相结合的教学法是以学生为本，以激发学生学习兴趣为主导，时刻围绕着学生自主学习和任务进展这条主线进行的教学方法，符合生本教育的教学理论，同时进行了拓展和创新。

在任务驱动与翻转课堂相结合的教学法在“海洋数据处理与可视化”课程中的教学改革和实践中，我们也发现了许多问题，比如课程学时量不足，导致没有足够的时间讲解和练习更多海洋数据处理和分析所必需的方法；学生的数学、物理基础较薄弱，所以在“海洋数据处理与可视化”课程中需要花费大量的时间补充数学物理知识，占用了很多课时量。这些问题，需要跟学院和学校的教务部门讨论之后，适当修订教学计划。

同时，在课程结束之后，我们邀请同学们参加了一个讨论会，有些同学认为学习任务太重了，很吃力，但同时也有的同学认为得到的练习机会还是太少了；有些同学喜欢自选题目的自由，但也有同学茫然不知所措；有些同学喜欢同学们一起协作，但有些同学喜欢独立完成学习任务。因此，针对这些问题，我们提出一些解决方案以供后面的教学实践中进行改进：（1）拟由固定的3人项目小组，改为不多于5人的项目小组。同学们可以根据自己的性格、能力选择小组的人数和成员，可以选择适合自己能力的组合方式，这样能够更好地因材施教。（2）针对题目选择的问题，可以给出几个题目供同学们选择，同时，也鼓励同学们自主选择自己感兴趣的题目。

致谢：感谢中国海洋大学的刘玉光教授提供的帮助和指导，有助于本研究的顺利进行。感谢上海海洋大学2013级海洋科学专业的全体同学对教学实践研究工作的积极配合。

[1] 李秀明，武怀生.“任务驱动”教学法的教学应用——《Word图文混排》教学设计[J].中国电化教育，2007,1(1)：88-90.

[2] 郭绍青.信息技术与课程整合教学法资源库[M].兰州：甘肃音像出版社，2006.

[3] 卢强.翻转课堂的冷思考：实证与反思[J].电化教育研究，2013,8(8)：91-97.

[4] 解书，马云鹏.“任务驱动式”教师高端培训模式的实践探索[J].教育研究，2014(12)：94-100.

G642

A

1006-9372（2017）02-0065-05

2016-06-06。

上海海洋大学085工程海洋专业课程教材建设四级子项目“海洋数据处理与可视化”（A1-2018-15-0002-1）；浙江省博士后科研项目择优资助（BSH1502044）；上海高校青年教师培养资助计划（A1-2035-15-0021-11、ZZegd14015）；上海市青年科技英才扬帆计划（14YF1410300）及物理海洋理论类课程群构建初探（A1-0209-15-0300-19）的研究成果。

于潭，女,讲师,博士，主要从事物理海洋学的教学和研究工作。

投稿网址： www.chinageoeducation.net.cn 联系邮箱：bjb3162@cugb.edu.cn

于潭，唐议，胡松，等.任务驱动－翻转课堂联合教学法的实践探索-以“海洋数据处理与可视化”课程为例[J].中国地质教育，2017，26（2）：65-69.

Title:Study on the Practice of the Task-Driven and Flipped Classroom Combining Teaching Method——Taking the Course of Visualization and Processing of Ocean Data as an Example

Author(s):YU Tan, TANG Yi, HU Song, LIANG Chao