虚拟互动实验在经管类实验翻转课堂教学中的应用

黄姗姗， 张靖炜， 吕文慧， 苏华山， 周海娜， 刘苏淮

(南京财经大学 经济学院， 南京 210023)

0 引 言

在我国经管类教学发展过程中，如何提高教学质量、培养学生综合能力一直是经管类教学改革的目标。我国传统的经管类教学方式以教师讲授为中心，依靠大量数学知识进行理论推导和模型构建，即便配合使用普遍认可的案例法教学，也不能摆脱学生参与率低、被动接受知识的局面。教学改革应当围绕启发学生主动学习新知识这一中心点，从而颠覆传统教学流程。

经济与管理学作为一门社会科学，长期被认为无法像物理、化学等自然科学那样依靠实验来进行分析或检验。但实验经济学的兴起与发展启发我们，经管类教学过程中也可辅以虚拟互动实验。教师在课堂上建立一个可控实验环境来简化复杂的市场环境，学生身临其境地感受并主导市场的运行，在整个实验过程中像一个经济与管理学家一样去发现并总结结论。当他们最终得出与书本上已有的理论相吻合的结论时，自豪感便会激发他们的求知欲。实验结束后，学生们通过对实验数据的处理，充分使用统计分析的方法，增强自身分析问题的能力，加深对理论知识的理解和记忆，进而提升学习效率。

目前，本科经管类课程多是依靠教师的讲解来介绍理论背景与理论知识，不利于提高学生实践能力和创新能力，学生很难具备独立解决问题的能力。同时，本科经济与管理学专业的学生多为文科生，数学基础较理科生稍显不足。而在传统教学中，各种理论的推导和模型的建立过程让学生感到力不从心，经管类教学课堂仿佛变成了单纯的数学学习，不能让学生发现经济与管理学理论本身的真正价值，理解尚且变得困难，更不用说将理论应用于实践。将虚拟互动实验与翻转课堂相结合，可有效弥补传统教学方法的不足，在调动学生学习积极性的基础上提升学生综合能力。

随着无线网络、个人电脑、智能手机及平板电脑的大众化，将虚拟互动实验引入经管类教学的时机日趋成熟。在移动实验平台上，学生可选择使用手机及平板电脑、或笔记本电脑参与课堂实验。灵活直观的教师终端可让老师在较短的时间内设置、运行、监控实验，以及浏览和与学生即时分享实验数据和结果。截至2015年，哈佛、耶鲁、麻省理工、斯坦福、伯克利、纽约大学、加州理工等250多所国外知名大学已采用Moblab 虚拟互动实验于经管类教学中，取得了良好的教学效果。然而，我国目前尚缺乏实验翻转课堂研究。

1 实验翻转课堂的内涵

萨缪尔森和诺德豪斯在1985年出版的《经济学》中写道：发现经济法则的一种可行性方法就是通过可控制的实验，但不幸的是，经济学家不容易控制这些重要的影响因素，因此无法进行类似于化学家或生物学家所做的实验。萨缪尔森承认经济学的实验研究方法的重要性即有效性，但对其可实施性提出质疑。张伯伦于1948年在课堂上以实验方法验证了市场的不完全性；直至2002年，被授予诺贝尔经济学奖的弗农·史密斯不仅在实验领域做出杰出贡献，更是将实验经济学发展成为一个独立的研究学派。随着实验经济学的发展，实验方法也逐渐被采用。21世纪互联网的发展使得网络虚拟实验成为可能，人们可以在世界任何地方有偿或无偿使用网络上的共享实验资源。现已开发使用多种经济与管理学实验平台，其中Moblab、Veconlab、 ComLabGames、Econport都可被应用于实验教学中。

实验翻转课堂借助网络上丰富的实验资源，将教学流程由“先教后学”转变为“先实验后教”，其要点在于颠倒教师和学生的角色，促使浅表学习变为深度学习。通过为学生创造良好的虚拟实验环境,使得学生在“实验游戏”中思考，在“实验游戏”中探索研究，从而激发学生的好奇心和求知欲。启发学生从实验操作中体验市场规则,发展个人对经济与管理系统运行的深层理解和认知，独立思考、探索和发现实际生活中的经济与管理学原理和行为规律，批评性检验探询经济与管理学理论的失效原因并启发新的理论。

1.1 实验教学模式文献综述

季青[1]认为实验教学将虚拟实验和真实实验同时并举,“虚”“实”结合，既能适应信息化社会发展需求，又有利于提高学生的综合素质。张素华等[2]认为实验教学模式的创新改革使学生认识到了实验项目系列化、完整化及数据处理自动化的好处，并大大提高了学生做实验的积极性和主动性，培养了学生解决实际问题的能力。卿春等[3]通过对实验教学方式、实验课程以及综合实践3个方面对实验教学模式进行研究，构建出适应性需求下的高校经济管理类专业实验教学新模式。王丽梅[4]构建了“一中心、两渗透、三提升、四结合”的实验教学模式在高分子化学实验教学中的应用情况,提出了该实验教学模式顺利实施的必要条件。狄海廷等[5]以森林工程国家级虚拟仿真实验教学示范中心为例，阐述了虚拟仿真实验教学模式建设以及资源共享的意义，并对教学资源共享模式进行了分析。戚平等[6]提出了如何根据Peer-Instruction(PI)教学方法的思路，实现一种基于项目学习的立体化实验教学模式，将自主学习、合作学习、探究学习有机结合到实验教学过程。左欣等[7]针对目前研究生实践能力和自主创新能力普遍较弱的情况，通过对实验教学模式进行深入的研究和探索，提出了一种基于CBL和PBL相结合的改进的实验教学模式，使研究生独立研究和设计，进而逐步具备独立完成科研任务和掌握学科前沿的能力。

1.2 翻转课堂模式分类文献综述

张传萍等[8]认为翻转内容设计可以打破教材原有顺序和打破学科分类，实现学科融合；翻转的学习内容可以因材施教，针对每个人提供不同的学习资源，实现个性化掌握学习。容梅等[9]认为翻转课堂属于微创新。翻转课堂是一种适合于有甘愿被占用课余时间的主动学习态度、具备基本自学能力与可观看在线视频的自学设备的学生的学与教模型。李振华[10]研究了基于翻转课堂的微视频网站搜索模式，提出翻转课堂以微视频作为载体来进行教学。项兰[11]认为“翻转课堂”是基于互联网和计算机技术的现代教学模式。杨筠等[12]认为翻转课堂是一种侧重于以学习者为中心的教学模式创新。提供了一个基于修订的布鲁姆目标分类的翻转课堂课前、课中和课后教学设计与评估。徐凯等[13]以新技术、新平台、新环境在教学中的创新应用为切入点，以信息化技术改造传统教学模式作为提高教学质量的主要手段，构建了面向机械制造类课程的分类组合式“翻转课堂”信息化教学基本模式。

2 实验翻转课堂的作用

许多的研究都表明：与传统的讲授-讨论式教育模式相比，虚拟互动实验有助于提高学生的学习兴趣、理论理解程度和课堂成绩[14-19]。Durham等[20]研究表明,参与虚拟互动实验的学生平均比没有参加过实验的学生的初级微观经济学成绩高3.24%，初级宏观经济学成绩则高9.63%之多。Bergstrom等[21]也对虚拟互动实验效果进行检验，并表示不管是对学生还是教师而言，虚拟互动实验会让他们有很愉快的教学体验。

实验翻转课堂的教学理念可以归纳为：以学生为中心，秉承建构主义和启发式教学理念，实现实验教学与系统性知识传授有机组合的创新教学模式。美国学者爱德加﹒戴尔提出的学习金字塔理论(见图1)，即不同的学习方式导致不同的学习结果，越趋向于实际参与的学习，其效果越显著。传统以讲授或示范为主的教学方式皆为被动学习方式，学生参与程度低，学习成果也自然不显著。基于实验翻转课堂本身的性质，学生既是实验的被试对象又是实验行为的研究者，充分保证了学生学习的主动性。学生亲自进行决策主导虚拟市场的运行、分析实验结果，并在相互讨论的过程中立即应用已领悟的知识甚至教授他人，必定是最具效率的学习方法。虚拟互动实验作为翻转课堂的辅助工具，帮助学生学习新知识的同时，还提高了学生的思维能力。在实验过程中，每个学生的决策都由他本人决定，有利于培养学生独立思考和解决问题的能力。

图1 金字塔学习理论

另外，建构主义者认为，知识的获得是学习者在一定情境下通过人际协作实现意义建构的过程。教师通过对教学内容的总结凝练选取有探究价值的问题，利用经济与管理学实验创造一个具备情境、协作、会话等要素的合理学习环境，将学生分配成人数适当的学习小组，并根据问题的难易、类型进行小组内部的协作分工设计。学生之间采用对话、商讨、争论等形式充分论证所研究问题，形成和谐的协作学习模式。在此过程中，有效锻炼学生个体的思维能力、增强其沟通能力。借助虚拟实验的翻转课堂学习模式有利于学生的性格培养，学习能力和团队合作能力的提升。

总之，知识传授通过虚拟互动实验辅助课堂知识传授来完成，知识内化则经过老师的启发式问题与同学之间的研讨协助完成。理论不再是绝对权威而是可被质疑的。教师也不再是唯一的知识载体，教师则是学生学习的设计者、指导者、帮助者以及和学生共同学习的伙伴。在学习、探索、尝试的道路上，虽然充满挑战，但也是激动人心的知识发现的过程。根据英特尔、苹果、微软、思科等公司与英国、美国、新加坡、芬兰、澳大利亚等国家及一些大学联合确定的“21世纪全球标准技能”，其中就要求未来人才能够创造新事物而不是甘于现状；主动发现课题，从各种选项中找出解决方案；能从宏观角度掌握事件过程，从中发现需要改进的地方。“实验翻转课堂”教学模式的设计理念也是为了培养学生具有21世纪的人才所必须具备的自主思考、自主创新和独立判断的能力。

虽然实验翻转课堂重在培养学生主动学习，但教师对实验翻转课堂的有效实施仍然起到决定性作用。Benjamin Bloom从认知领域将知识的领悟程度由低级到高级分为6个层次，即目标分类理论。该目标分类可简单分为2个层级：浅表学习和深度学习。古语有“授之以鱼不如授之以渔”，实验翻转课堂无疑使教师发挥“授之以渔”的作用，帮助学生实现深度学习。教师作为指导者和促进者，能够推动教学流程合理发展，帮助学生联系所学知识点，启发学生更深层次的思考，避免学生进入学习误区。另外，在虚拟实验环节，教师首先应当选择针对性强、优质的实验项目，帮助学生实现学习新知识的目标。在实验过程中，教师更是发挥着维持实验秩序的重要作用。

3 实验翻转课堂的应用

3.1 建立合理的实验翻转课堂教学方案

(1) 科学构建经济与管理学实验体系。将实验应用于教学中，科学构建经济与管理学实验体系尤为重要，因为并不是所有的虚拟实验都会带来良好的教学效果。Durham等[20]测试了8组与资源分配、比较优势、供给需求、边际效应递减、生产与成本、垄断、串谋和公共产品相关的实验，发现只有资源分配、供给需求、串谋和公共产品实验对教学效果具有显著影响，而比较优势和生产与成本实验效果不显著，边际效应递减性实验与垄断实验甚至不如传统讲授-讨论教学方式更有效。他们把差异化的结论归结于实验时间的长短、教学强度、理论难易程度等原因。因此，将恰当的虚拟互动实验与传统授课方式相结合，才能发挥最好的教学效果。应科学严谨地筛选实验项目，结合经济与管理学专业课程结构，提出经济与管理学实验课程设置的整体优化方案，才能以最有效率的方式提高教学水平。

(2) 选择恰当的实验教学手段。依靠计算机网络技术，虚拟实验可在机房进行。对于过程较为繁复的实验来说，机房一次性可允许更多学生参加实验，并且能够使实验井然有序地进行，实验环境也更加纯净。实验数据可由计算机自动记录并绘制成表格，不但节省时间，也可避免人工整理数据时出现类似于数据丢失等偶然事件的发生。事实上，虽然利用计算机网络技术的虚拟实验更有效率，但这并不意味着要完全放弃手工实验模式。手工模式允许实验者随意、快捷地更改实验设计方案，而电脑实验必须通过编程来更改设置，需要很高的技术支持。对于步骤简单且无需很多数据的实验而言，手工方式才是更好的选择。课堂时间有限，而需要学习的内容丰富，因此实验应保持在较短的时间内完成。这样既避免过于冗长复杂的操作给学生带来倦怠感，又能给学生留下更加愉快的体验和清晰的记忆。

(3) 创新制定有效教学方案。实验翻转课堂教学应当遵从先进行实验后讲授理论的模式。若是先讲授后实验，学生在实验时就会有意识地做出有利于验证理论的策略。①这种模式将不能发挥实验的意义，因为经济与管理学实验的研究对象就是人的行为。②这种方法仍然是验证理论式，本质上无异于案例教学等传统方法，学生仍然处于被动接受知识的位置，不能达成翻转课堂的教学目的。另外，先进行实验使学生自主发现经济与管理学原理，并在之后的课堂探讨中得到验证，能够更大限度发挥实验的功效以及提高学生学习兴趣、增强学习能力、激发创新能力的作用。但对于某些复杂理论模型的理解，也可考虑将实验放在理论讲授之后进行，以帮助学生更深入地理解理论内容。

3.2 实验翻转课堂教学程序

经济与管理学实验如同化学、物理实验等自然科学实验一样，需要有实验设计、实验对象和实验设备、实验步骤、数据分析以及实验报告。但经济与管理学实验因其实验对象的特殊性，在实验设计上又有别于化学、物理实验。整体而言，进行实验翻转课堂教学需要如下5步：① 准备实验，设计新实验，筛选优化现有实验根据实验内容，选择有效的实验操作方法归纳实验所需基础设施；② 执行实验，考虑执行实验时的注意事项；③ 分析实验，设计实验讨论问题引导学生发现经济学理论背后的原则机制讲授相关理论；④ 设计新实验，启发学生思考实际生活中的经济现象联系实际改善原有实验再次查验理论的可靠性；⑤ 检验实验教学效果，通过访谈、问卷调查等方法收集数据，检验实验教学效果。

执行实验过程中，应当注意实验是否具有清晰的实验指导语。教师(即操作者)可以向学生大声读出指导语，或者在黑板上突出实验程序中的重点之处。但值得一提的是，在宣读指导语的过程中应当避免出现对学生行为具有一定引导性的语言。经济与管理学实验的对象毕竟是人，所要求的是他们做出出自本意的决策，而一旦出现暗示性语言，学生们便可能揣测教师的意图并按照他们所认为的应该的方向改变自己本来的决策。采取必要的激励措施，如按照学生的表现给予货币、奖品或者学分奖励，可以调动学生的积极性，提升实验的有效性。

秉承建构主义理念，教师以启发式问题引导学生去发现并总结实验背后的市场规律和经济与管理学原理，然后，教师再在理论课的讲授中系统地传授经济与管理学理论知识，此时学生迫切需要被证实他们得出的结论是否与既有理论相吻合，从而有效带动课堂参与积极性并激发学生的求知欲和创新意识。

3.3 实验翻转课堂教学案例

(1) 基于网络实验平台的完全竞争市场实验案例。通过Moblab、Veconlab等实验平台设置竞价市场实验项目来模拟完全竞争市场，由学生分别扮演虚拟商品的供给方和需求方。通过实验让学生们了解在完全竞争市场上，供求双方的自发作用如何影响市场。由计算机将学生随机分配为买家或卖家。每个学生都只知道自己的角色，专注于自己的决策，不得相互交流。学生在计算机上自由给出自己的买价或卖价，同时可看到对方给出的价格，交易是否达成由学生自己决定。计算机记录每一轮每个学生的出价、成交价格、成交数量。每轮交易时间持续3 min，在此期间报价和售价可随时发生变化。交易结束时产生的市场出清价格决定了每个学生的最终交易情况和收益。实验将进行多个周期，最终累计收益由计算机计算并给出。

实验结束后，学生根据计算机给出的实验数据，结合已学习的知识和待学习新知识，就教师所提问题进行分析讨论。例如：① 在竞价市场实验中，市场出清价格和数量是否趋近于供给与需求曲线的交点对应的价格与数量，即完全竞争市场的均衡价格和数量？根据计算机绘制的交易曲线，学生们发现实验最终成交的商品数量趋近于均衡数量，而成交价格也趋近于均衡价格。② 在竞价市场机制下，市场运行是否有效率？学生们讨论后还发现支付意愿较高的买者购买到他想获得的产品，成本较低的卖者也卖出了自己的商品。也就是说，市场运行是有效率的。此时，教师可引申介绍完全竞争市场中的局部均衡理论，从而实现了虚拟互动实验对理论教学的翻转。另外，就供需曲线移动的影响，教师也可先通过实验引导学生发现市场规律，再就这部分理论知识进行讲解。

实验以快速、纯净、贴近实际的形式帮助学生理解许多抽象的概念。学生们通过亲身经历获得与理论一致的结果，有利于知识内化。

(2) 基于手工操作的公共物品实验案例。公共物品由于其受益的非排他性，便会导致“搭便车”行为的出现。在公共物品供给实验中设立两个项目：公共项目和私人项目。投入私人项目的边际收益大于投入公共项目的边际收益；投入私人项目的比例用于表示搭便车行为的严重程度。由指导教师随机分配3～5名学生为一组。实验过程中，每个小组的成员均和原来保持不变。实验将分为3个周期，在每个周期开始时，每个学生拥有25个筹码的初始禀赋，可用来投资私人项目或公共项目。收益的计算方式如下：每个投资私人项目中的筹码价值0.1元，每个投资公共项目中的筹码价值0.05元。学生的收益是0.1×投资在私人项目中的筹码+0.05×投资在公共项目中的筹码。由于投入私人项目的边际收益大于投入公共项目的边际收益，学生更趋向于在公共项目上“搭便车”。

公共物品供给实验设计旨在揭示公共物品中的“搭便车”现象。实验结束后，参加实验的学生通过整理、分析数据发现，学生的平均贡献率呈每轮递减趋势。那么为什么会产生这种结果？学生按小组进行讨论后，最终得出如下结论：投资者(学生)发现依靠其他投资者较高的公共项目投资，自己“搭便车”以获得更高的个人收益。另外，教师可引入了惩罚机制和谈判机制，进而激发学生探究何种机制更为有效地治理公共物品供给中的搭便车问题。

实验结束后，教师带领学生分析实验数据、归纳实验结果。在学生互相协助和教师的点拨中，学生自主完成了对新知识点的感性认识。

4 结 语

以虚拟互动实验的形式进行课前学习能更有效地帮助学生将知识与实际相联系，培养学生的实践与应用能力。在之后的课堂上，教师对相关知识点进行详尽地介绍，帮助学生解析疑难问题，成功完成知识的内化和深度学习的目标。课后，教师可安排学生参与拓展性研究项目，进一步深化学生对知识的理解与应用。总之，实验翻转课堂教学模式设计有效地将“实验-理论-实践”相结合，激发学生带着问题去学习，带着问题去研究，培养了学生分析与解决问题的能力。