實施翻轉課堂
——提升研究生創(chuàng)新與科研能力

陳麗芳，王云，劉盈

(華北理工大學 理學院，河北 唐山 063009)

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實施翻轉課堂
——提升研究生創(chuàng)新與科研能力

陳麗芳，王云，劉盈

(華北理工大學 理學院，河北 唐山 063009)

翻轉課堂；創(chuàng)新思維；科研能力

研究生教育的任務是要培養(yǎng)高素質的創(chuàng)新科技人才，創(chuàng)新是核心，創(chuàng)新思維與科研能力是培養(yǎng)質量的衡量標準。因此,從創(chuàng)新思維訓練和科研能力提升的角度，將翻轉課堂教學法引入“神經網絡及應用”課程中，引導研究生課前自學教學視頻，布置思考問題和任務，課堂抽取任務講解、討論并解決問題。經過兩輪教學實踐表明，翻轉課堂教學法對研究生創(chuàng)新思維訓練和科研能力的提升具有一定的促進作用，可進一步推廣到其他小班教學課程中。

一、引言

近年來，隨著我國研究生教育的迅速擴招，如何保證課堂授課的教學質量、調動研究生的學習積極性、挖掘和培養(yǎng)其創(chuàng)新思維與科研能力，成為各高校提升研究生培養(yǎng)質量的關注點[1]?？蒲心芰ε囵B(yǎng)，是研究生教育的本質，創(chuàng)新思維的訓練、個性的挖掘、激發(fā)創(chuàng)新潛能和智慧是科研能力的前提和基礎，因此，提升研究生創(chuàng)新思維和科研能力是研究生培養(yǎng)的重中之重。

課堂教學在研究生培養(yǎng)過程中是至關重要的一個環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)研究生從事科研工作、申報(參與)科研項目、撰寫學位論文和發(fā)表小論文的基礎。而研究生要在廣泛接受既定知識的基礎上去尋找和創(chuàng)造尚未被認定的知識，因此，課堂教學在引導創(chuàng)造性思維、啟發(fā)學生發(fā)現新知識、新方法方面起到至關重要的作用，絕不能按照傳統(tǒng)的教學模式進行。

翻轉課堂[2](Flipped Classroom)，是一種創(chuàng)新型的教學模式，它采用"顛倒模式"進行教學--讓學生利用業(yè)余時間隨時隨地聽課，在課堂上"做作業(yè)"，進一步消化吸收新的知識。由于顛倒了原來的課堂聽課，課下做作業(yè)模式，因此稱為"翻轉課堂"。在這樣的教學過程中，學生能及時發(fā)現困難、糾正錯誤，教師能更加充分的利用課堂時間，以充沛的精力有針對性的輔導幫助每一位學生，學生之間在課堂上也可以互相幫助，在交流的過程中建立師生情感以及同伴合作能力。

翻轉課堂教學把學生掌握知識的作業(yè)過程，轉變?yōu)檎n堂上交流學習成果、項目協作探究、完成課堂作業(yè)的過程，與研究生教育創(chuàng)新思維和科研能力培養(yǎng)的教學目標非常吻合，尤其適合于小班(研究生課堂一般為6-18人)教學。適應研究生教學改革的潮流，將翻轉課堂引入到研究生教學中，有利于激發(fā)研究生的學習興趣，使他們靈活安排自己的時間，養(yǎng)成勤于思考、批判性思維、創(chuàng)新思維的好習慣，通過查閱文獻完成教師設定問題的過程，提升了研究生的科研能力，從而實現創(chuàng)新能力和綜合素質培養(yǎng)。因此，在講授《神經網絡及應用》課程中，實施翻轉課堂教學模式，使創(chuàng)新思維訓練和科研能力提升貫穿于每一堂課程教學之中。當然，科研能力的培養(yǎng)和創(chuàng)新思維訓練是需要多方面共同努力的，本文只是從課堂教學模式的改變，對創(chuàng)新思維訓練和科研能力培養(yǎng)的作用方面入手，結合自身的課程改革談談個人的理解。

二、創(chuàng)新思維與科研能力

(一)創(chuàng)新思維訓練

"創(chuàng)新思維"是以獨特新穎的方法解決問題的思維過程，它能突破常規(guī)思維的界限，以超常規(guī)或反常規(guī)的方法、視角去思考問題，提出與眾不同的解決方案，從而產生新穎的、獨到的的思維成果[3]。創(chuàng)新思維是人類進步的源泉，每一項發(fā)明創(chuàng)造的背后，都離不開創(chuàng)新思維，而教學工作者同樣需要創(chuàng)新教學模式和教學方法。教無定法，但教可"擇"法，教亦可"創(chuàng)"法。在研究生的教學工作中，作為授課教師要勇于摒棄陳舊的教學模式，啟用適應培養(yǎng)創(chuàng)造思維與科研能力的新教法，并大膽進行教學模式和方法的改革，結合作者的教學經驗，主要在課堂教學中注意下幾點：

第一，打破常規(guī)思維，創(chuàng)設悖逆情境

在教學過程中，勇于突破教學常規(guī)，對已形成定理、算法的知識，運用悖逆法，站在科學家的角度，啟發(fā)研究生打破思維定勢，挖出推理過程中的隱性問題，猜測、推導、反證，啟迪思維，使之得出富于創(chuàng)新的結論，借此訓練研究生的數學創(chuàng)新思維。

第二，補充最新科研成果，交換思維角度，激發(fā)發(fā)散思維

任課教師可以根據自己的研究方向和課程內容，在教學中補充最新的科研成果和新材料，抓住學生對新成果的獵奇心理，引導他們"發(fā)散-集中-再發(fā)散-再集中"，從而逐步激發(fā)研究生學習過程中的創(chuàng)造性發(fā)散思維。

第三，開放引導，交叉融合，激勵學生的靈感迸發(fā)

在教學中，運用推理、歸納、演繹、類比等手段，幫助研究生探索和發(fā)現新規(guī)律。對學習的內容提出反問、假設；或對研究過程進行設問、互換、嫁接、分解、重組，多問"為什么這樣？"，進而實施開放引導，激發(fā)研究生無意識狀態(tài)下的靈感閃現，有助于創(chuàng)造思維的活躍與深化。

總之，課堂教學中，要充分抓住研究生的創(chuàng)新心理需求，激發(fā)創(chuàng)造熱情，訓練其創(chuàng)新思維，塑造其創(chuàng)新精神。同時，作為任課教師，我們要從教學的角度，加強自身創(chuàng)新素質的鍛煉，發(fā)展創(chuàng)造個性，改進教學模式和方法，使教學洋溢著新鮮的氣息，不古板、不沉悶、把學生的創(chuàng)造力最大程度的挖掘出來，使我們培養(yǎng)的研究生成為真正的新世紀創(chuàng)造型科研人才。而翻轉課堂教學法正好適應這一要求，通過任務布置和課堂討論將主動權交還給學生，有利于創(chuàng)新思維的訓練。

(二)科研能力培養(yǎng)

研究生科研能力是指，研究生在各學科領域進行旨在探索真理的普遍理智創(chuàng)造活動所需的能力，主要包括六個基本要素：科研創(chuàng)新能力、問題發(fā)現和問題解決能力、資料搜集和處理能力、邏輯思維能力、口頭和書面表達能力、動手操作能力。[4]

對這六個方面的培養(yǎng)，要從課上課下一齊下手，比如：資料搜集和處理能力，需要在導師的指導下，利用課余時間進行，從查閱的文獻資料中通過粗讀，篩選出對自己有用的文獻，進而保留精讀，這就是一種能力提升；口頭和書面表達能力，在研究生開題、中期、預答辯、答辯四個環(huán)節(jié)能夠得到系統(tǒng)的訓練。

翻轉課堂教學，通過教師課上引導，提升創(chuàng)新思維；而學生課堂講解，可以潛移默化的對書面和口頭表達能力進行提升；通過課堂討論環(huán)節(jié)，鍛煉邏輯思維能力；通過布置仿真實驗，提升動手操作能力。因此，翻轉課堂教學，非常適合研究生階段的課堂授課，根據學科特點，布置任務問題，課下觀看視頻完成問題，課內抽取任務講解并討論(教師引導)，加深對知識的理解。

三、翻轉課堂

(一)翻轉課堂的含義

翻轉課堂最早由美國科羅拉多州的Woodland Park 兩位化學教師于2007年采用。他們使用屏幕捕捉軟件錄制講解和PPT演示幫助學生補課，獲得了很好的效果。翻轉課堂產生后，美國很多學校讓學生回家觀看視頻，上課學生和教師討論解決問題。自此，翻轉課堂成為研究熱點，被大多教師所熟知，成為全球關注的新型的教學模式。

(二)翻轉課堂存在的問題

翻轉課堂存在的問題主要有以下幾個方面[5]：學習環(huán)境是否支持翻轉課堂(上網是否方便)？教師是否勝任(教師的工作量和知識面以及深度都面臨考驗，需要付出更多心血)？學生是否適應(自主學習能力)？考核方式是否跟得上(評價標準的改變)？

因此，目前針對翻轉課堂如何正確運用，以獲得最佳的授課效果是開展該教學法的教師們共同的探討課題。

(三)研究生階段適合翻轉課堂

首先，研究生已經具備自主學習能力，而且研究生階段的學習已經不同于本科階段的學習，更加注重創(chuàng)新思維的培養(yǎng)和科研能力的訓練；其次，研究生人數較少，一般理學院應用數學研究生人數在6-18人之間，這種小班教學非常適合翻轉課堂，能夠照顧到每一位同學，都有發(fā)言和表達的機會；最后，應用數學研究生具有很強的邏輯思維能力，公式推導過程可放在課前完成，節(jié)省了寶貴的課堂時間，能進一步拓展更多的知識。

因此，研究生階段，尤其是針對應用數學研究生，實施翻轉課堂，能夠獲得更多的思維訓練和能力提升。

(四)課程特點適合翻轉課堂

"神經網絡及應用"課程，面向應用數學方向的研究生開設。該課程的特點是：內容多，課時少，理論抽象，實踐性強，概括來講是一門理論與實踐緊密結合的課程，其中包括各種網絡模型的MATLAB編程實現，強調的是學以致用，能將所學知識用于自己的研究方向，解決實際問題。即便是學數學的學生，也很難在理論的講述過程中，真正理解算法計算過程，從而達到知識內化的目的。將翻轉課堂引入神經網絡課程中，讓研究生課前利用業(yè)余時間觀看視頻(可以反復觀看)，對理論知識有一定程度的理解；通過布置小任務，訓練研究生思考解決問題的方法；課上討論每位同學參與其中，從不同角度尋求解決問題的方法，從而達到課下知識傳遞，課上實現知識內化，有助于知識系統(tǒng)的形成、實現創(chuàng)新思維訓練和科研能力培養(yǎng)。將翻轉課堂教學法應用到課程教學中，將會取得非常好的教學效果，達到思維訓練和能力培養(yǎng)的目的。

四、實施翻轉課堂，提升創(chuàng)新思維與科研能力

研究生是科研隊伍的后備軍，應當逐步訓練其科研能力和創(chuàng)新性思維，而教學環(huán)節(jié)是培養(yǎng)這種思維和能力的重要途徑。研究生教學的重心是創(chuàng)新思維訓練，它將對研究生科研能力的發(fā)展及未來獨立的科研工作奠定堅實的基礎。針對這種情況，以14級和15級應用數學專業(yè)碩士生《神經網絡及應用》課程為背景，將翻轉課堂引入研究生教學中。

(一)實施過程

1上傳教學視頻

申請研究生QQ群，按照教學進度，教師課下錄制好相關的教學視頻，借助QQ群，上傳教學視頻，同時布置一定數量的思考題。錄制的教學視頻有明確的知識點：需要掌握的內容，在視頻里一定講解清楚；需要了解的內容，布置學生通過查閱資料輔助理解。該階段重點在于每段視頻的長度、內容把握要合理，大概控制在5-10分鐘左右。從有助于學生理解和掌握的角度入手，創(chuàng)建高質量的視頻是關鍵。學生課下觀看視頻，可以自己掌控時間，不明白的地方能夠反復觀看，揣摩其中的含義，學習方式比較自由。他們也可以根據自己的學習情況來調整學習的速度和進度，在線進行交流，初步實現知識的傳遞。神經網絡課程有各種算法，對每種算法設立一些仿真實現的實例，布置給學生任務并寫出學習報告，達到學生自己動手實踐的效果。

2組織課堂活動

由于研究生人數相對較少，有利于課堂組織，并能夠做到每個人都有發(fā)言的機會。實施過程中，根據學生的研究方向分組，鼓勵他們從自己的研究領域發(fā)現問題，探究討論，并要求每個人都要作匯報。匯報中根據自己的理解講解知識點，并提出自己一些想法，該環(huán)節(jié)能夠培養(yǎng)學生的口頭語言表達能力及創(chuàng)新思維能力。教師根據學生在匯報中出現的問題進行講解和總結，解決學生問題，實現知識的內化，達到構建系統(tǒng)的知識體系及創(chuàng)新思維訓練的目的。通過課堂討論，頭腦風暴，碰撞出許多火花，而這些火花也正是創(chuàng)新思維的體現和靈感的閃現，為將來的小論文撰寫和碩士論文開題打下了良好的基礎。從實施翻轉課堂的過程中，研究生體會到思維碰撞帶來的創(chuàng)新思維，激發(fā)了科研的興趣，增強了自信。

3課后評價及反饋

翻轉課堂結束后，要求學生上交課下觀看視頻完成的作業(yè)(布置任務的解答)，該作業(yè)是打印稿+課堂討論筆記的形式，教師可以通過作業(yè)，發(fā)現哪個環(huán)節(jié)學生課下沒有理解，進而在以后的翻轉中注意強調。

翻轉課堂中，為每位同學錄制了一段講解視頻，并將視頻分享到QQ群里，讓他們通過視頻了解自己口頭表達方面存在的問題，進而注意糾正改進。教師將課堂觀察的問題進行梳理分析，將優(yōu)秀的作品給大家分享，把課堂中的動態(tài)生成的資源和學生作品進行整理，加入到教師課前準備的資源庫中長期保存，以備后續(xù)學生使用。

(二)翻轉課堂效果分析

1課前學習效果

通過課前學習，培養(yǎng)了研究生的自主學習能力，訓練思維習慣，構建知識系統(tǒng)。這一階段有助于問題發(fā)現和問題解決能力的提升、資料搜集和處理能力的提升、邏輯思維能力的訓練、動手操作能力的訓練。

2課上匯報效果

通過課上匯報討論，師生課上交流，培養(yǎng)學生的語言表達能力和創(chuàng)新思維能力，進而使研究生得到科研綜合能力的訓練。有助于口頭和書面表達能力的提升、科研創(chuàng)新能力的提升。由于要上交觀看視頻作業(yè)，需要裝訂打印上交，書面撰寫論文的水平也在潛移默化中得到訓練。

3課后總結效果

結合課堂講解、討論、歸納，完善自己的書面作業(yè)并上交。該階段結合每位同學自身的研究方向，拓展了他們撰寫交叉學科論文的能力。由于本科來自不同的學校，側重專業(yè)有所不同，神經網絡課程學習過程中，對每個人的知識碰觸點是不一樣的，從而激發(fā)的靈感和火花也不同，因此，希望能通過學科的交叉融合，創(chuàng)新出新的想法和靈感，為將來的碩士論文開題提供研究思路。

應用數學碩士生，具有邏輯思維能力強等優(yōu)勢，并且他們具有不同的研究方向(統(tǒng)計方向、運籌方向、計算方向、數據處理方向)，通過翻轉課堂，課下自學，課上討論講解等過程，真正實現了學科交叉融合、創(chuàng)新思維訓練和科研素質培養(yǎng)。

4案例分析

經過兩輪的教學實踐，無論是在小論文撰寫中，還是研究生開題時，均顯現出非常好的效果。13級研究生開題時，學生對資料梳理、創(chuàng)新點碰撞方面明顯欠缺；開題講解答辯的過程也略顯生澀；小論文撰寫數量人均一篇，多數為省級期刊或學報；14級研究生開題時，從資料的整理、開題報告的撰寫、講解、答辯等各個環(huán)節(jié)，均有了明顯的進步，尤其是講解自己的開題思路時，顯示出沉穩(wěn)、思路敏捷的風采，這與課堂多次的練習是分不開的；小論文撰寫的數量和質量有了明顯提升，人均發(fā)表核心期刊1篇，普刊1篇，這與翻轉課堂中對論文撰寫和創(chuàng)新思維開拓的訓練是密不可分的。相信15級研究生開題時會帶給導師們更多的驚喜。

五、結論

將翻轉課堂教學法應用于"神經網絡及應用"課程，探索出研究生教學的一種全新模式，突出研究生批判性思維和創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)，充分體現了以研究生為主體、結合每位同學的研究方向布置不同任務，有利于學生個性化的發(fā)展。該教學法對研究生信息獲取與綜合運用、學科交叉創(chuàng)新思維、批判性思維、語言表達及實際編程仿真等方面進行綜合訓練，符合培養(yǎng)研究生創(chuàng)新思維和科研能力的目標。

[1]梅燕,崔麗.創(chuàng)新思維培養(yǎng)是研究生教育的重要環(huán)節(jié)[J],大學教育,2013(3):9-10.

[2]何朝陽,歐玉芳,曹祁.美國大學翻轉課堂教學模式的啟示[J],高等工程教育研究,2014(2):148-151.

[3]沈海暉.研究生創(chuàng)新能力與創(chuàng)新思維培養(yǎng)的研究[J],江西科技師范大學學報,2014,4(2):79-82.

[4]段麗.研究生科研能力的培養(yǎng)[M].

[5]黃陽,劉見陽,印培培等.翻轉課堂教學模式設計的幾點思考[J],現代教育技術,2014,12(24):100-106.Improvement of Innovation and Scientific Research Ability of Graduate Students by Flipped Classroom

CHEN Li-fang, WANG Yun, LIU Ying

(College of Science, North China University of Science and Technology, Tangshan Hebei 063009, China)

flipped classroom; innovative thinking; ability of scientific research

The basic task of postgraduate education is to cultivate high-quality innovative talents of science and technology. Innovation is the core, innovative thinking and scientific research ability is the measure standard of cultivation quality. Introduce the flipped classroom into Neural Network course so as to training innovative thinking and promoting scientific research ability. Guide the graduate student self-study teaching video before class, assign the homework and problem, report one by one during the class, and discuss, solve problems in the end. Twice teaching practices show that flipped classroom has promoted innovative thinking and scientific research ability of graduate students, which can be further extended to other small-class teaching course.

2095-2708(2016)06-0086-04

G642.0

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