謝曉霞，羅鵬飛，張文明

(國防科學技術大學　電子科學與工程學院，湖南　長沙　410073)

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翻轉(zhuǎn)課堂在研究生核心課程中的實證研究

謝曉霞，羅鵬飛，張文明

(國防科學技術大學電子科學與工程學院，湖南長沙410073)

摘要：翻轉(zhuǎn)課堂是教育信息化日趨成熟背景下生發(fā)出來的新興教學方法。將其應用于研究生核心課程中，介紹了翻轉(zhuǎn)課堂實施的背景，教學實踐的具體實施步驟、并對教學效果以及學生的學習感受進行了分析與評價，以期為研究生教育模式的創(chuàng)新提供借鑒。

關鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂；統(tǒng)計信號處理；教學實踐

翻轉(zhuǎn)課堂(Flipped Classroom)，是通過對教師的課堂講授與學生自主學習的顛倒安排，改變傳統(tǒng)教學中的師生角色并對課堂時間的使用進行重新規(guī)劃的新型教學模式，是在信息技術飛速發(fā)展和教育信息化日趨成熟背景下生發(fā)出來的新興教學方法。其所倡導的“以信息技術帶動教學結(jié)構(gòu)變革和學生個性化全面發(fā)展”，與研究生教育改革的核心理念“立足于創(chuàng)新人才培養(yǎng)、一切為了每一位學生發(fā)展”的要義相契合。為此我校在研究生核心課程中積極開展基于MOOC平臺的翻轉(zhuǎn)課堂教學研究與實踐，以期摸索出適合于研究生課程的翻轉(zhuǎn)課堂的教學模式，為研究生教育模式創(chuàng)新提供借鑒。

一、研究背景

目前，國內(nèi)外進行了大量的翻轉(zhuǎn)課堂的實踐研究。美國科羅拉多林肯公園高中的化學老師納森·伯爾曼和亞倫·薩姆斯最早開始了“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學實踐，他們的教學實踐取得了良好的教學效果，并受到了廣泛的關注?，F(xiàn)在這種教學模式正被世界很多學校的教師所接受并逐漸發(fā)展成為教育教學改革的一波新浪潮。國內(nèi)教育工作者對翻轉(zhuǎn)課堂的實踐研究也進行了很多嘗試。張躍國等[1]、桑新民[2]、張金磊[3]等以及鐘曉流[4]等，對翻轉(zhuǎn)課堂做了較為系統(tǒng)的引介或述評。北京師范大學馬秀麟[5]等在大學信息技術公共課教學中開展了翻轉(zhuǎn)課堂的試點研究，并對其教學效果以及對人才培養(yǎng)效果進行了研究。但這些研究和實踐主要集中在中小學以及大學教育的本科階段，鮮有針對研究生課程的教學實踐。

研究生教學更注重對創(chuàng)新能力、協(xié)作能力以及實際應用能力的培養(yǎng)，而且學生類型多，知識背景差別較大，這些都使得在研究生課程中開展翻轉(zhuǎn)課堂的教學實踐有其不同的特點。而且翻轉(zhuǎn)課堂的教學模式將理論學習放在了課前，由學生自主完成，有利于學生進行差異化的學習。課堂則主要用來進行測試、研討，通過學生對教學的積極參與、思考，師生，生生之間頻繁的互動交流來完成對知識的內(nèi)化。這種教學模式正契合了當前研究生教育改革中以學生為本的核心理念。但如何針對研究生的具體情況設計合適的教學過程仍有許多問題需要解決，包括對教學內(nèi)容、教學模式、考核模式的選擇等。為此我們選擇“統(tǒng)計信號處理”課程進行翻轉(zhuǎn)課堂的教學實踐。它是我校信息與通信工程學科的核心課程，是一門理論與實際緊密相連的課程，每年選課人數(shù)多。2003年入選湖南省研究生精品課程，擁有一支具有豐富教學經(jīng)驗的教師隊伍和多年積累的各類教學素材。以這門課程為例開展翻轉(zhuǎn)課堂的教學實踐與研究，即契合課程的教學目標，又具有良好的基礎，而且有一定的代表性，對于其他研究生課程開展翻轉(zhuǎn)課程教學具有較強的借鑒意義。而且目前我校也已建成了與MOOC教學相適應的研討型教學環(huán)境，配置了可自由組合的活動桌椅和自動錄播系統(tǒng)，為開展案例式、研討式和交互式教學提供了良好的技術支持和條件支撐。

二、教學設計

在本門課程中開展翻轉(zhuǎn)課堂教學設計的基本原則是首先保證教學目標達到(甚至超過)原有課程標準；其次建設成本不能太高，堅持自主建設，探索可由教師自己獨立完成的建設模式，方便修改和擴充。邊建設邊開課，根據(jù)教學實踐的情況和學生的反饋及時地進行相應的調(diào)整?；谶@些基本原則，我們從設備配置、教學內(nèi)容、教學過程和考核等幾個方面對翻轉(zhuǎn)課堂的整個過程進行了設計。

(一)設備配置

為了能夠根據(jù)教學需要對視頻內(nèi)容進行及時更新，我們購置了一套教學視頻錄制與編輯設備，由教師自己完成視頻的錄制與后期編輯工作。電腦、觸摸屏、攝像頭、視頻采集卡等硬件設備來完成視頻的錄制，軟件“屏幕錄像專家”來完成電腦屏幕錄制，Adobe_Premiere_Pro_CS4來完成后期的視頻編輯與制作，如表1所示。當然，自制教學視頻對教師的時間和信息技術提出了一定的挑戰(zhàn)，但這樣不僅使教學視頻完全與教師設定的目標和教學內(nèi)容完全吻合，還可以根據(jù)學生的實際情況對視頻內(nèi)容進行及時調(diào)整與更新，更有利于實現(xiàn)差異化教學。

表1　視頻制作配置清單

(二)教學內(nèi)容的模塊化劃分

“統(tǒng)計信號處理”課程涉及參數(shù)估計、最佳濾波和信號檢測三個理論與應用并重的知識模塊，依據(jù)教材并結(jié)合多年的教學實踐，我們將這三個主要模塊的內(nèi)容又各自分為“估計的概念與性能評估”，“ 最小方差無偏估計”“ 最大似然估計”等11個知識模塊，如表2所示。每個模塊又細化為多個知識點，考慮到研究生教育對實際應用能力的培養(yǎng)，還針對對應的知識點加入了很多實踐應用實例，如在“最大似然估計”模塊中，我們將知識點細化為“最大似然估計”、“最大似然估計的漸進特性”“變換參數(shù)的最大似然估計”三個知識點以及“信號處理實例-時延估計”、“多普勒頻率估計”、“基于多普勒測量的定位方法”三個實踐應用實例。然后按照各個知識點和不同的應用實例來進行教學視頻的錄制，確保每個視頻的長度不會太長，針對性更強，利于學生學習。

表2　課程模塊劃分

(三)教學過程的設計

“翻轉(zhuǎn)課堂”中每個教學單元的教學過程包括課前學習和課堂教學兩個階段。

1.課前學習模塊的設計

為保證學習者課外自主學習的有效開展，教師必須預先構(gòu)建完整的學習支持體系。包括教學課件的制作，教學視頻的錄制與編輯，課后習題的選擇、研討題的準備以及相關學習資料的收集整理，然后借助我校的MOOC平臺將相關資料上傳供學生自學。MOOC平臺可提供學生下載文檔、在線觀看視頻、在線交流等功能，并能對學生的課前學習情況進行統(tǒng)計分析。

2.課堂教學環(huán)節(jié)設計

翻轉(zhuǎn)課堂的課堂教學的主要目的是實現(xiàn)知識的內(nèi)化，檢驗學生課前學習知識的情況以及用課前所學知識解決實際問題的能力。所以課堂教學設計了以下幾個模塊：

(1)對學生課前視頻學習情況的檢查。針對這個問題，我們設計了對應的概念測試環(huán)節(jié)(每次10道題)，主要考查學生對每周上線的視頻中基本知識點的掌握情況。以多選題的形式出現(xiàn)，利用課堂15分鐘的時間完成，要求學生當堂提交答案。概念測試采用的是標準的答題紙，然后用光標閱讀器對學生的測試結(jié)果進行統(tǒng)計評價。

(2)一周學習點評。概要回顧一周學習內(nèi)容，點評重點、難點內(nèi)容，對MOOC討論區(qū)學生普遍關注的問題集中解答。教師將需要點評的內(nèi)容，制作成PPT，利用30分鐘左右的時間在課堂上進行統(tǒng)一的講解。

(3)課堂研討。采用基于小組的研討模式。研討內(nèi)容主要包括研討題和部分課后作業(yè)。作業(yè)題主要是鞏固學生對一章知識點的掌握和理解，研討題則是加深學生對本模塊知識點和應用的深入理解。學生按4到6人一組自由成組，推選一名同學擔任小組長，研討題下發(fā)后由小組長進行任務劃分，組內(nèi)每名同學分別針對不同的研討題進行研究。其中分組討論(30分鐘)，各組討論事先擬定的作業(yè)題和研討題，并形成本組對研討題的答案。然后是集中討論(15分鐘)：在教員主持下，由教員隨機抽取各組一名學員回答研討題的答案，其他組可以自由提問?；谛〗M的學習模式有利于學生協(xié)作能力的培養(yǎng)。

(4)自由答疑(45分鐘)。教員在教室答疑。有疑問的學員找教員答疑，其他學員自學。

3.考核

考核是對學生在整個教學過程中學習情況的評定。翻轉(zhuǎn)課堂的教學涉及了課前自學，課堂測試與研討等多個環(huán)節(jié)，簡單的一卷式考核顯然是無法適應這種教學模式。結(jié)合各教學模塊在整個課程教學中所占比重的不同，考核方法設計如下：期終考試(45%)+平時表現(xiàn)(網(wǎng)上表現(xiàn)5%+課堂測試15%+作業(yè)5%+討論15%(小組討論10%+個人發(fā)言5%))(40%)+仿真實驗(15%)。

其中期終考試是以開卷形式完成，考核時間2小時，以百分制評價。網(wǎng)上表現(xiàn)主要根據(jù)MOOC平臺給出的學習者學習情況的量化數(shù)據(jù)來評價。每個教學模塊都會有對應的課堂測試，每次10道題，根據(jù)所有測試的得分情況給出最后的評價。作業(yè)情況根據(jù)學生上交的作業(yè)進行評價。我們制作了一張課堂評分表，其中包括對測試成績、每次課堂研討時各小組的表現(xiàn)情況以及個人發(fā)言情況的統(tǒng)計。每周將課堂評分表及時在MOOC平臺上公布，以備學生隨時掌握自己的學習進展情況。仿真實驗的成績則按照學生提交的仿真實驗報告進行評價。

三、教學實踐的開展

(一)教學基本情況說明

我們在2014、2015年春季學期的“統(tǒng)計信號處理”課程中開展了翻轉(zhuǎn)課堂的教學實踐。2014年由于是第一年開展翻轉(zhuǎn)課堂教學，采用的是邊建設邊開課的模式，教師需要準備大量的課前學習資料，錄制和編輯教學視頻，所以采用的是大班教學模式，集體答疑，統(tǒng)一在大教室開展課堂教學。

在2015年春季開課前期，課程組通過海報等途徑將課程的授課模式，研討模式，教師情況等進行了宣傳。采用小班制教學，將選課學生分為4個班，每個班通過自由組合方式將學生分組，每組一般4到6人；教室則選用我校的研討式教室，桌椅可以自由組合，按4或6人一個小組的模式，圍繞教師擺放，有利于學生與學生之間、小組之間以及與教師之間的交流。

(二)教學過程的開展

教學過程中采用了基于小組的學習，研討式和交互式教學。具體教學過程的開展如圖1所示，分為課前自學和課堂教學兩個階段。

圖1　翻轉(zhuǎn)課堂的教學過程

1.課前自學

課程54個學時，每周上線3個視頻，共計18周。教師首先在網(wǎng)上發(fā)布本周學習任務，然后將教學視頻、多媒體課件、研討題、作業(yè)題以及相關的文獻資料等基礎支撐學習材料放在MOOC學習平臺上供學生自學。學生通過觀看教學視頻，學習各模塊的知識點,并通過實踐應用實例的學習掌握各知識點在實踐應用的基本過程。

在視頻學習過程中，學生遇到各種問題可以通過MOOC平臺的在線交流功能及時的提問，教師會及時地解答，其他同學也可以給出解答。如果學生的回答被教師采納，MOOC平臺會給予適當?shù)募臃帧Ｈ缓髮W生根據(jù)小組任務分工對研討題進行學習、研究。MOOC平臺提供的教學管理、跟蹤統(tǒng)計等功能也讓教師更清楚地掌握學生的學習情況，保證課下學習的效果。

2.課堂教學

利用課堂時間成功實現(xiàn)知識的內(nèi)化，真正提高學生的問題解決能力，是翻轉(zhuǎn)課堂的最終目的。在我們的教學實踐中，首先安排的是課堂測試，考核學生課前自學情況。然后教師將課前自學階段學生提問中一些共性的問題或教師覺得需要做補充講解的一些知識點進行集中講解。然后是學生就研討題開展討論，每組學生對研討題形成一個統(tǒng)一答案，然后推選一個同學進行匯報，其他組的同學如果對答案有異議，可以提出質(zhì)疑和自己的觀點。教師適時的對學生的討論進行引導。討論結(jié)束后，教師對討論的問題進行梳理與總結(jié)，加深學生對問題的理解。顯然，基于小組的學習既有利于協(xié)作能力的培養(yǎng)，又能夠通過相互的交流碰撞出思想的火花，有利于深化對知識的理解。

四、效果分析與評價

經(jīng)過了2014、2015兩個學期的教學實踐，我們按照學生基本情況、教學視頻資源、課堂活動組織、交流與溝通、學習成效以及考核方式評價等多個維度設計了調(diào)查問卷表。對2015年選課的研究生發(fā)放調(diào)查問卷表108份，回收108份有效問卷，通過對調(diào)查問卷進行分析，有以下結(jié)論：

(一)學生基本情況

學生中只有24.5%曾經(jīng)參與過在線學習，大部分同學都是第一次參與在線學習，在線學習讓他們感到新鮮，但相比于傳統(tǒng)教學需要一個適應過程。對于本課程所要求的前修課程中只有53.7%的同學學習過所有課程，說明選修本課程的學生雖然具備了學習本課程的基本知識儲備，但學習基礎還是有一定的差異。

(二)教學視頻資源

每周上線3個教學視頻，視頻長度平均18分鐘左右。50%的學生認為目前每周上線的視頻數(shù)比較合適，90%的同學認為視頻的長度在10～20分鐘比較合適。

(三)課堂活動組織

67.3%的同學認為采用分組學習和研討的教學模式“很有必要，對我有很大幫助”。在課堂教學環(huán)節(jié)中，對學習幫助最大的依次是本周學習點評(62.3%)，分組討論(52.8%)，集體討論(33%)和課堂測試(24.5%)環(huán)節(jié)。

(四)學習感受

學生對“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學模式還是非常認可的，有78%的同學選擇了喜歡和非常喜歡，認為課程教學方式新穎(42.6%)，信息量大(22.2%)，可以與更多同學互動(55.6%)，可重復學習(54.6%)。

對學生個人能力而言，學生認為自主學習能力(80.6%)、協(xié)作能力(57.4%)以及時間管理能力(43%)得到了較大的提升。

但學生還有一個普遍反映就是課業(yè)負擔偏重，97%的同學認為課業(yè)負擔很重或較重，78.5%的同學每周花在本課程上的時間超過4個小時，使得在傳統(tǒng)教學模式和翻轉(zhuǎn)課堂教學模式兩種教學班次做選擇時，仍有50%的同學選擇了傳統(tǒng)教學模式。也就是說學生普遍認為，雖然翻轉(zhuǎn)課堂教學模式教學方式新穎，學生的各方面能力也都得到了一定的提升，但由于需要投入的時間、精力過多，很多同學反映每星期幾乎所有的課余時間都花在了本門課程上，使得學生覺得投入和產(chǎn)出不成正比，于是“累覺不愛”，導致了部分學生最終仍比較趨向于選擇傳統(tǒng)教學模式。還有31.5%的學生覺得自主學習抓不住學習要點，對知識沒有一個整體的把握和清晰的認識，這也是導致他們選擇傳統(tǒng)教學模式的原因之一。也就是說雖然已經(jīng)進入了研究生學習階段，但學生的自主學習能力與熱情仍有待提高。

五、結(jié)論與反思

(一)教師隊伍建設得到了加強

經(jīng)過兩年的翻轉(zhuǎn)課堂的教學實踐，課程的教師隊伍得到了大大充實和加強。參與課程視頻錄制的教師達到十余個，其中多個實踐應用實例的視頻都是多年從事相關科研實踐的教師將科研中的實例直接轉(zhuǎn)化為教學應用案例后完成的錄制。在傳統(tǒng)的教學模式下，這些教師可能沒有時間到課堂上來授課，而在翻轉(zhuǎn)課堂的教學模式下，由于教學內(nèi)容是預先錄制的，所以這些具有豐富科研實踐的專業(yè)教師也可以參與到課程的教學中。多年的相關科研背景的浸潤，使得他們講起相關問題更得心應手，講解課程中的理論知識如何在實際中解決科研問題，會大大提高學生的學習興趣，拓展學生的知識面。

直接參與課程全程教學的教師有7位。首先大家一起就翻轉(zhuǎn)課堂的教學模式的設計進行了多次的討論，確定了一個基本方案，明確了小班制教學的基本思路。并就課程的前期宣傳，分班情況以及課堂教學的基本步驟達成了一致意見，將每周的測試題、研討題的出題任務進行了分工。所有任課教師成立了一個微信群，及時討論測試題、研討題以及課程教學中遇到的各種問題。任課教師定期組織討論，建立良好的溝通機制，共同推進課程建設的良性發(fā)展。

在翻轉(zhuǎn)課堂的實踐過程中，教師最大的感受就是教學準備的工作量大大增加了。在傳統(tǒng)教學模式中，教師只需完成課程的教學，課后作業(yè)的批改即可，而在翻轉(zhuǎn)課堂中教師除了要進行教學視頻的錄制與編輯，教學內(nèi)容的熟悉外，還需搞清楚測試題以及研討題中所涉及的所有問題的來龍去脈。這要求教師既有扎實的本學科的基本知識，還要有廣博的跨學科的知識儲備。同時教師還需具備較強的課堂討論組織和引導能力，從而有效地引領課堂討論活動，對學生的討論結(jié)果進行適時的點評。經(jīng)過了兩年的翻轉(zhuǎn)課堂的教學實踐，教師對教學內(nèi)容的理解更深入了，各方面的能力也都得到了進一步的鍛煉，對研討式教學有了真實的體驗和一定的經(jīng)驗，為課程以后繼續(xù)進行小班制教學儲備了豐富的教師資源。

(二)翻轉(zhuǎn)課堂教學實踐開展中的困惑

學生經(jīng)過了多年傳統(tǒng)教學模式的熏陶，比較習慣于老師上課講授，學生課后完成作業(yè)的模式，雖然已經(jīng)到了研究生學習階段，但這種學習上的惰性仍比較嚴重。翻轉(zhuǎn)課堂的教學模式新穎，多種教學手段綜合運用使學生對所學知識的認識更深入，一開始對學生的吸引力很大，但當學生面對自主學習，研討題的研究，課后作業(yè)以及仿真作業(yè)，還有大量的課外閱讀材料的學習，這些需要占用較多課余時間，需要學生花費大量精力的事情時，部分學生猶豫了，覺得太累，覺得學得

比較費勁，覺得花了很多的時間最終仍然只得到了3個學分，好像有些得不償失。而且因為我校是軍校的特殊原因，我們的MOOC平臺不能連接到民網(wǎng)，使得學生必須到固定場所(圖書館或教研室)才能進行視頻的學習，不能如網(wǎng)易上的視頻公開課一樣高效地利用課余時間，這些都給翻轉(zhuǎn)課堂的學習帶來了一定的困難。

學生課后要看視頻，做作業(yè)，做研討題、仿真題還有課程報告，課上時間則用來做測試、研討，確實大大加大了學生的課業(yè)負擔，這是一個兩難的抉擇。如果采用傳統(tǒng)教學模式，仍是教師滿堂灌，學生的主動性，對所學問題的認識程度，學生之間的協(xié)作學習，學生與教師之間的互動，師生之間思想火花的碰撞等環(huán)節(jié)顯然難以達到滿意的程度?，F(xiàn)代教育改革的方向最終是要讓學生成為學習的主體，積極主動地去學習，去探索新知識，新領域，自主學習能力、協(xié)作學習能力、時間管理能力的培養(yǎng)無疑對學生的成長是大有裨益的。如何在現(xiàn)有體制下，在不給學生增加太重的課業(yè)負擔的前提下，盡可能地將翻轉(zhuǎn)課堂的優(yōu)勢發(fā)揮出來，仍是我們需要積極探索和思考的問題。

參考文獻：

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(責任編輯：胡志剛)

An Empirical Study On the Influence of Flipped Classroom Model on Core Curriculum for Graduate Students

XIE Xiao-xia，LUO Peng-fei，ZHANG Wen-ming

(CollegeofElectronicsScienceandEngineering，NationalUniversityofDefenseTechnology，

Changsha410073，China)

Abstract:Flipped classroom is a new teaching method which has been developed under the maturity of educational informationization.Using this method in the core curriculum for graduate students，we give the background，the specific steps for implementing of flipped classroom，analyze the students’ experience and evaluate the teaching effect，in order to provide references for the innovation of graduate educational mode.

Key words：flipped classroom；statistical signal processing；teaching practice

收稿日期：2015-11-06 基金項目：國防科學技術大學研究生教育教學改革研究重點課題(yjsy2014002)

作者簡介：謝曉霞(1974-)，女，湖南岳陽人。國防科學技術大學電子科學與工程學院副教授，碩士，研究生導師，主要從事信號處理研究。

中圖分類號：G643

文獻標志碼：A

文章編號：1672-8874 (2016) 02-0038-05