基于翻轉(zhuǎn)課堂理念的數(shù)據(jù)分析課程設(shè)計(jì)研究

李春忠

摘 要： 數(shù)據(jù)分析課程是我校信息與計(jì)算科學(xué)系的必修課程，對(duì)提高學(xué)生的建模能力，提高數(shù)據(jù)分析水平有重要的作用。本文結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂理念，結(jié)合數(shù)據(jù)分析課程的教學(xué)實(shí)際，形成新的教學(xué)模式，從理論和實(shí)踐兩個(gè)方面有效增強(qiáng)數(shù)據(jù)分析課程的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞： 數(shù)據(jù)分析課程 翻轉(zhuǎn)課堂 教學(xué)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)作為信息的主要載體，在當(dāng)今“大數(shù)據(jù)時(shí)代”背景下扮演著重要的角色。對(duì)數(shù)據(jù)的分析和利用已經(jīng)成為每個(gè)行業(yè)重要的生產(chǎn)因素，并廣泛應(yīng)用于各行業(yè)和領(lǐng)域。數(shù)據(jù)分析就是用適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)方法對(duì)收集的資料進(jìn)行詳細(xì)的研究，提取有用的信息并形成結(jié)論，以求最大化地開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)資料的功能與發(fā)揮數(shù)據(jù)的作用。在我校，數(shù)據(jù)分析課程是信息與計(jì)算科學(xué)系的必修課程，對(duì)提高學(xué)生的建模能力及數(shù)據(jù)分析水平有重要的作用。

數(shù)據(jù)分析課程的特點(diǎn)就是要求學(xué)生具備較高的理論基礎(chǔ)水平、綜合應(yīng)用及動(dòng)手能力，還需要學(xué)生掌握必要的分析解釋能力。將理論與實(shí)際案例結(jié)合，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，增加學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐和分析解釋環(huán)節(jié)，是數(shù)據(jù)分析教學(xué)中必須遵循的原則。而翻轉(zhuǎn)課堂正是通過(guò)對(duì)知識(shí)傳授和知識(shí)內(nèi)化兩個(gè)環(huán)節(jié)的顛倒，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)授課內(nèi)容的理解和對(duì)知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)化，也就是理論結(jié)合實(shí)踐的過(guò)程。因此本文針對(duì)數(shù)據(jù)分析課程特點(diǎn)和存在的問(wèn)題，結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)理念，對(duì)數(shù)據(jù)分析課程各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，以期促進(jìn)數(shù)據(jù)分析教學(xué)，使之更好地為專(zhuān)業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)提供服務(wù)。

一、數(shù)據(jù)分析教學(xué)存在的問(wèn)題

1.理論教學(xué)

數(shù)據(jù)分析課程的理論與方法內(nèi)容豐富，涉及面廣，應(yīng)用范圍大。在理論教學(xué)中，學(xué)生學(xué)習(xí)理解掌握理論基礎(chǔ)具有一定的難度。如對(duì)各分析方法的理解掌握，必須建立在良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用所學(xué)數(shù)學(xué)知識(shí)才可以理解各種數(shù)據(jù)分析的理論分析原理。同時(shí)學(xué)生還需要理解掌握各分析方法理論的內(nèi)在聯(lián)系，并把握其不斷發(fā)展的趨勢(shì)，才能真正掌握數(shù)據(jù)分析的理論與方法。我校現(xiàn)在的數(shù)據(jù)分析課程教學(xué)理論課程授課方式單一，傳統(tǒng)教學(xué)方式使學(xué)生只能對(duì)課程方法理論淺嘗輒止，無(wú)法深入了解，綜合運(yùn)用。同時(shí)單一的課堂授課模式無(wú)法對(duì)學(xué)生的掌握程度進(jìn)行有效的評(píng)價(jià)和檢測(cè)。

2.實(shí)踐教學(xué)

數(shù)據(jù)分析課程對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力要求很高。學(xué)生在理解掌握各種分析方法的理論基礎(chǔ)上，需要掌握一定的統(tǒng)計(jì)軟件的使用方法，如SPSS，MATLAB。這需要將理論方法，如復(fù)雜的公式，與實(shí)際軟件使用相結(jié)合。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，要求學(xué)生有較高的計(jì)算機(jī)編程能力，然后結(jié)合數(shù)據(jù)分析的理論方法，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并應(yīng)用于實(shí)踐?，F(xiàn)階段我校數(shù)據(jù)分析課程中，學(xué)生實(shí)踐課時(shí)偏少，而且傳統(tǒng)授課模式讓學(xué)生的學(xué)習(xí)處于被動(dòng)狀態(tài)。實(shí)踐教學(xué)中只能根據(jù)老師和教材的指導(dǎo)，對(duì)課本上的例題程序進(jìn)行練習(xí)，極大地限制學(xué)習(xí)廣度和深度，且無(wú)法有效地將本課程與實(shí)際生活與應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)，從而挫傷學(xué)生學(xué)習(xí)和動(dòng)手的積極性。

3.學(xué)生能力培養(yǎng)

數(shù)據(jù)分析課程對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)體現(xiàn)在綜合運(yùn)用能力和對(duì)結(jié)果的分析解釋能力。理論課程傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)，和實(shí)踐課程拘泥于教材的例題程序的現(xiàn)狀，將數(shù)據(jù)計(jì)算與數(shù)據(jù)分析分割開(kāi)來(lái)，勢(shì)必會(huì)限制學(xué)生綜合運(yùn)用能力和分析解釋能力的發(fā)展，影響學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和課程教學(xué)效果。

二、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)理念

翻轉(zhuǎn)課堂起源于美國(guó)林地公園高中，兩位化學(xué)老師通過(guò)讓學(xué)生在家觀看視頻，課堂進(jìn)行練習(xí)的方式，完全顛覆傳統(tǒng)教學(xué)模式。翻轉(zhuǎn)課堂將傳統(tǒng)教學(xué)模式中知識(shí)傳授和知識(shí)內(nèi)化兩個(gè)階段顛倒過(guò)來(lái)。與傳統(tǒng)授課模式不同的是，知識(shí)傳授不再是完全由課堂中教師的講解完成，而是通過(guò)信息技術(shù)的輔助在課前或課后等業(yè)余時(shí)間完成，同時(shí)知識(shí)的內(nèi)化不再是單一的由課后作業(yè)或者練習(xí)完成，而是通過(guò)在課堂中進(jìn)行疑難解答、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)等方式進(jìn)行。因此，對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法的實(shí)際有效利用可以將大學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)間最大化，并培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、自我約束能力及分工合作能力。

在數(shù)據(jù)分析課程教學(xué)中，學(xué)生可以利用課余時(shí)間，結(jié)合教師提供的數(shù)據(jù)分析每一模塊的課前學(xué)習(xí)材料，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)分析課程基本方法和理論的了解，這樣很好地利用學(xué)生的課余時(shí)間，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)和約束能力。而對(duì)所學(xué)數(shù)據(jù)分析方法的具體應(yīng)用、深入理解及綜合分析等方面，學(xué)生可以通過(guò)課堂的各種活動(dòng)和學(xué)習(xí)方式，以及和教師的及時(shí)溝通，和同學(xué)的合作交流等方式，在知識(shí)內(nèi)化這一環(huán)節(jié)獲得比傳統(tǒng)課堂更好的學(xué)習(xí)效果。

三、翻轉(zhuǎn)課堂在數(shù)據(jù)分析教學(xué)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

近些年國(guó)內(nèi)外很多對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的研究，形成針對(duì)各個(gè)學(xué)科和地區(qū)的教學(xué)模式。如RobertKarplus提出的“探索-解釋-應(yīng)用”三階段學(xué)習(xí)周期，RamseyMusallam提出的“探索-翻轉(zhuǎn)-應(yīng)用”模式，國(guó)內(nèi)南京大學(xué)張金磊等人提出的由課前學(xué)習(xí)和課堂學(xué)習(xí)組成的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式等。

針對(duì)數(shù)據(jù)分析課程學(xué)科特點(diǎn)和本校學(xué)生基礎(chǔ)水平及實(shí)際情況，本研究提出數(shù)據(jù)分析翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)流程：

課前——概念探索→教學(xué)視頻→平臺(tái)交流

課中——問(wèn)題解決（經(jīng)驗(yàn)交流，教師講解）→測(cè)試反饋→項(xiàng)目創(chuàng)建→協(xié)作學(xué)習(xí)及匯報(bào)

課后——平臺(tái)交流，作業(yè)反饋

在課前教學(xué)環(huán)節(jié)中，概念探索是根據(jù)數(shù)據(jù)分析課程的學(xué)科特點(diǎn)設(shè)計(jì)的，由于學(xué)生初次接觸數(shù)據(jù)分析，對(duì)很多基本概念及意義沒(méi)有深入了解，意識(shí)不到社會(huì)意義和實(shí)踐意義，在這一環(huán)節(jié)中學(xué)生可以通過(guò)教師給出的簡(jiǎn)單具體的實(shí)例演示，再加上信息豐富的網(wǎng)站、視頻及博客等手段在教學(xué)交流平臺(tái)上闡述自己對(duì)所學(xué)概念的理解，相互交流，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)概念的初步正確理解。如對(duì)聚類(lèi)分析的理解，學(xué)生可以概念探索這一過(guò)程中通過(guò)具體實(shí)例演示和對(duì)各種信息的閱讀，了解到聚類(lèi)分析作為數(shù)學(xué)工具的基本思想和在現(xiàn)實(shí)生活中的重要意義。

教學(xué)視頻主要是微視頻和幻燈片。對(duì)于教學(xué)視頻的觀看，要求學(xué)生針對(duì)自己的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)有選擇地觀看。教學(xué)視頻中主要針對(duì)本單元學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行講解，同時(shí)還會(huì)提供與本單元學(xué)習(xí)相關(guān)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)理論的教學(xué)內(nèi)容。這種數(shù)學(xué)基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)分析內(nèi)容相結(jié)合的教學(xué)材料可以讓數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不完善的學(xué)生更有效地理解本單元的知識(shí)。在視頻或者課前學(xué)習(xí)資料的制作中，需要結(jié)合每一章節(jié)的實(shí)際，主題突出，簡(jiǎn)短生動(dòng)，而且有效。如在聚類(lèi)這一章節(jié)中，對(duì)于各種聚類(lèi)方法的介紹可以結(jié)合具體的實(shí)例，如與生活密切相關(guān)的人均家庭收入問(wèn)題等，通過(guò)不同方法展示對(duì)比，從而做到對(duì)每一聚類(lèi)方法的理解和融會(huì)貫通。同時(shí)需要介紹相關(guān)的Matlab編程方法，讓學(xué)生結(jié)合理論和實(shí)際，通過(guò)編程過(guò)程實(shí)現(xiàn)對(duì)理論知識(shí)的理解和應(yīng)用。

課前學(xué)習(xí)中，反饋是比較重要的一部分。教師可以通過(guò)平臺(tái)交流得到課前理論學(xué)習(xí)的反饋信息，同時(shí)可以通過(guò)在線(xiàn)學(xué)習(xí)發(fā)布簡(jiǎn)單的作業(yè)練習(xí)，由此獲得課前學(xué)習(xí)的反饋。

課堂教學(xué)仍然是很重要的一環(huán)。課堂上教師首先組織學(xué)生面對(duì)面交流，解決并了解課前學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題，對(duì)普遍性問(wèn)題做詳細(xì)解答。然后經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的例題讓學(xué)生編程實(shí)現(xiàn)，并進(jìn)行相應(yīng)的解釋?zhuān)纱藴y(cè)試學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。這樣教師可以更好地掌握學(xué)生對(duì)每一章節(jié)數(shù)據(jù)分析理論的學(xué)習(xí)效果，以及學(xué)生對(duì)理論的應(yīng)用構(gòu)建能力。在保證學(xué)生對(duì)概念和理論的學(xué)習(xí)后，教師可以提供項(xiàng)目創(chuàng)建的基本信息和參考實(shí)例，如數(shù)學(xué)建模題目等。學(xué)生分組合作交流，選擇自己感興趣的問(wèn)題成立合作組，結(jié)合本章節(jié)內(nèi)容分析解決問(wèn)題，尋找合適的數(shù)據(jù)處理方法，應(yīng)用相關(guān)軟件編程實(shí)現(xiàn)自己的想法，將理論應(yīng)用于實(shí)踐，并進(jìn)行有效的分析，學(xué)生的問(wèn)題解決過(guò)程和討論過(guò)程可以在課下進(jìn)行。在學(xué)生充分準(zhǔn)備后，課堂上進(jìn)行分組匯報(bào)，并進(jìn)行自評(píng)和互評(píng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)理論的應(yīng)用和相互學(xué)習(xí)。

本章節(jié)教學(xué)內(nèi)容結(jié)束后，教師組織學(xué)生在教學(xué)平臺(tái)交流，并展示自己的作業(yè)和反思內(nèi)容，鞏固對(duì)本章節(jié)內(nèi)容的理解。

四、教學(xué)設(shè)計(jì)效果分析

1.符合大學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)

大學(xué)生作為已經(jīng)獨(dú)立的學(xué)習(xí)個(gè)體，擁有獨(dú)立的學(xué)習(xí)和思考能力，同時(shí)具備獨(dú)立學(xué)習(xí)時(shí)間和空間，而傳統(tǒng)教學(xué)方式無(wú)法充分發(fā)展學(xué)生的獨(dú)立學(xué)習(xí)能力，讓學(xué)生的課余學(xué)習(xí)漫無(wú)目的，松散自由，無(wú)法充分利用課余時(shí)間。翻轉(zhuǎn)課堂在數(shù)據(jù)分析課程教學(xué)中的應(yīng)用讓學(xué)生在課余時(shí)間的學(xué)習(xí)有的放矢，通過(guò)學(xué)習(xí)交流平臺(tái)還可以相互交流督促，培養(yǎng)學(xué)生良好的獨(dú)立學(xué)習(xí)和探索學(xué)習(xí)的習(xí)慣。

對(duì)于思想上已經(jīng)獨(dú)立的大學(xué)生來(lái)講，個(gè)性化學(xué)習(xí)更符合學(xué)生的行為習(xí)慣和思想意識(shí)。在數(shù)據(jù)分析課程的學(xué)習(xí)中，學(xué)生可以根據(jù)自己的基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)習(xí)慣及自己的喜好等自由選擇學(xué)習(xí)的材料、時(shí)間和方式，互不打擾，又可以相互交流。如對(duì)概念和理論的理解，學(xué)生可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)資料，也可以選擇圖書(shū)館的書(shū)籍，觀看教學(xué)材料等方式進(jìn)行，每位學(xué)生理解的深度和廣度可能會(huì)有所不同，通過(guò)相互交流和共同知識(shí)構(gòu)建和應(yīng)用又可以相互彌補(bǔ)。這樣的教學(xué)和學(xué)習(xí)方式極大地滿(mǎn)足了不同學(xué)生對(duì)知識(shí)的需求，避免一刀切式教育，可以充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)潛力。

2.增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果

通過(guò)初步的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，接受翻轉(zhuǎn)課堂數(shù)據(jù)分析課程的學(xué)生無(wú)論在理論知識(shí)理解還是實(shí)踐應(yīng)用上都有明顯提高。相對(duì)于傳統(tǒng)課堂中的學(xué)生，在數(shù)據(jù)分析課程結(jié)束后，翻轉(zhuǎn)課堂中的學(xué)生可以較好地闡述相關(guān)理論，通過(guò)Matlab軟件編程實(shí)現(xiàn)對(duì)理論的應(yīng)用，并給出合理的解釋。通過(guò)測(cè)試對(duì)比可以看出，翻轉(zhuǎn)課堂中的學(xué)生理論基礎(chǔ)更加扎實(shí)，編程能力有很大提高。在翻轉(zhuǎn)課堂試行后，學(xué)生在數(shù)學(xué)建模大賽中成績(jī)有明顯進(jìn)步。

3.改善教學(xué)氛圍

在數(shù)據(jù)分析翻轉(zhuǎn)課堂中，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性有很大提高。首先學(xué)生已經(jīng)通過(guò)概念的探索階段對(duì)所要學(xué)習(xí)的知識(shí)有初步了解和認(rèn)識(shí)，能夠較好地意識(shí)到所學(xué)知識(shí)的社會(huì)意義，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣和信心。其次，學(xué)習(xí)方式多樣化，學(xué)生可以充分利用自己喜歡的現(xiàn)代信息設(shè)備，將手機(jī)、平板及電腦等學(xué)生喜愛(ài)的現(xiàn)代化信息設(shè)備變成學(xué)習(xí)的工具。避免學(xué)生與教師之間對(duì)手機(jī)等工具的對(duì)弈，改善學(xué)生將手機(jī)等單純作為娛樂(lè)工具的現(xiàn)象。此外，學(xué)生在交流平臺(tái)上的發(fā)言、總結(jié)和展示不僅樂(lè)意給學(xué)生帶來(lái)成就感，而且可以激發(fā)其他學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，形成你追我趕的學(xué)習(xí)氛圍。

通過(guò)將翻轉(zhuǎn)課堂理念初步運(yùn)用于數(shù)據(jù)分析課堂，發(fā)現(xiàn)這一理念的運(yùn)用可以有效解決目前數(shù)據(jù)分析課程教學(xué)中存在的一些問(wèn)題，將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)密切聯(lián)系起來(lái)，并有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，取得較好的教學(xué)效果。在這一過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂理念的實(shí)施不能拘泥于形式，需要根據(jù)具體問(wèn)題和課程需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。同時(shí)翻轉(zhuǎn)課堂中需要教師付出更多精力進(jìn)行探索，如更合適的教學(xué)資料和課堂活動(dòng)設(shè)計(jì)。總之，翻轉(zhuǎn)課堂理念的實(shí)施帶來(lái)的不僅是教學(xué)形式的變化，更是對(duì)教師工作分工和角色的改變。

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本文系安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)2016年度校級(jí)教研項(xiàng)目“基于翻轉(zhuǎn)課堂理念的數(shù)據(jù)分析課程設(shè)計(jì)研究”（編號(hào)acjyyb2016028）的階段性成果。