基于翻转课堂理念的多元统计分析课程教学设计研究
◎刁心薇1 孙 丞1 魏 菲2 (1.河北工业大学理学院，天津 300401；2.河北工业大学图书馆，天津 300401)
【摘要】 翻转课堂作为一种新型教学模式，实现了传统课堂中知识传授与知识内化两个阶段的颠倒，受到教育届的普遍关注.本文以“主成分分析”为例，给出了多元统计分析课程实施翻转课堂模式的设计策略，提出翻转课堂教学模式应根据教学内容进行有效选取，与传统教学模式相互补充，进一步提高学生对多元统计分析课程的学习效果.最后根据实践教学的反馈，给出多元统计分析课程采取翻转课堂模式的建议.
【关键词】 翻转课堂；多元统计分析；教学设计
一、引 言
多元统计分析属于数理统计的分支学科，以研究多变量多维度社会经济现象的统计规律为目的，是实践中不可缺少的处理多维数据的统计方法，随着大数据时代的来临，它已被广泛应用于自然科学、经济管理和社会科学等多个领域，且发挥着越来越重要的作用.“多元统计分析”是统计学专业的核心课程之一，在其他经济管理类专业课程中的地位也显得日益重要.该课程思想理论抽象而难以理解，教学内容繁杂而广泛，公式推导复杂而深奥，矩阵计算庞大而繁琐，形成了“教师难教，学生难学”的局面.
通过PI实时数据库构建智能感知平台，实时感知生产过程中的数据，并将感知数据进行集中存储，提供给工业软件、大数据分析应用实时和历史数据。基于已有的PI实时数据库系统进行扩容和升级数据系统后，进行数据采集，将以前没有覆盖的实时过程数据，包括设备运行、状态、故障、温度、压力、流量、电、体积、重量等等实时数据进行采集。对新增加的使用RFID技术的感知数据，感知数据存储在各个单元级应用系统里。
面对“多元统计分析”教学中存在的困难，许多学者都提出了教改方案.王继昌[1]基于课程的讲授提出加强实验教学、改革考核方式等改进措施，收到了良好的教学效果.李卫东[2]提出“案例教学法”，探讨了多元统计分析课程中开展案例教学的必要性，并结合教学内容给出了案例分析在教学中的具体应用.但总体来说，目前该课程教学方法还比较单一，常采用传统的“黑板+粉笔”的教学模式，即使使用多媒体教学手段，也大多只停留在多媒体课件的点击和播放，教学方法相对简单，缺乏启发、提问和交流等互动式课堂教学，学生的学习处于被动的状态，学习效率不高，对问题和知识点的理解不够深刻[3][4].因此本文提出将“翻转课堂理念”引入多元统计分析的教学中，将学习的决定权转移给学生，该模式为克服多元统计分析课程的教学瓶颈，提供了一种可能性.
二、翻转课堂教学模式的应用策略
“翻转课堂”打破了传统的学习过程，重新调整课堂内外的时间，将学习的主动权由教师转移给学生[5].其教学思路是将知识点和概念交由学生利用课余时间通过视频讲座、查阅书籍自主学习完成，课堂则变成了教师和学生互动的场所，主要用于答疑解惑、汇报讨论.在这个过程中，教师成为课程的引导者和设计者，提供优质的学习资源，鼓励学生之间协作学习[6].研究表明，翻转课堂模式能够提升学生的学习态度、学习兴趣与学习动机，进而提高学生的学习成绩，促进学生高阶思维能力、创新能力、独立性和创造力的发展[7].因此，我们将该模式引入多元统计分析部分内容的教学中，通过实践总结，本文给出该模式在课程实施中的一些策略.
(一)选择适当的教学内容，录制清晰的教学视频
多元统计分析课程的有些概念抽象而难以理解，基本理论的数学推导复杂而深奥，所以需要根据教学内容，采取不同的教学手段，而不是所有课程统一采用单一的教学方法，因此应首先确定适于采用翻转课堂模式的教学内容.《主成分分析》是多元统计分析的重要内容之一，本章节因内容是固化的规律性讲解，且难度适中，因此本研究以《主成分分析》这一章节为例，采用翻转课堂的教学模式，该章节需要八个课时完成.
对于液体油液的处理，北京地区做得比较好，从十几年前就开始规范管理—处理过程依次为收集、存放、转存、转运、处理。全国范围内，环保局会将所有有资质回收废油液的企业在网上公示，汽修企业可以在其所在地的环保局官方网站查找相关信息，去了解可以与哪些有资质的企业进行废油液回收合作。汽车行业中，液体污染物的处理会产生一定的费用，本着谁制造谁负责的原则，此项费用应该由主机厂负担，但在我国目前无法依此实施，只能对产生废液的终端进行控制。
“主成分分析”这一章节结束之后，我们要求学生以小组为单位，分工合作，利用主成分分析方法对实际问题进行分析.完成数据搜集、软件分析、论文撰写的工作，并于下次课上通过PPT进行汇报，供小组间相互讨论分析.这一作业使得各小组成员均投入到学习之中，调动了学生学习的主观能动性.
(二)布置课下自学环节任务
通过课堂讨论和课下学生的反馈，对于“主成分分析”这一章节，学生们愿意接受这一新型授课模式，由于有了课前自学的基础，重要和困难的知识点通过课堂老师的讲授更容易理解，同时思考过程贯穿于课前自学、课上讨论、课后总结，也使得学生对“主成分分析”的掌握更加深入.
(1)任务不宜过多，要少而精，既能达到理论学习的目的，也不会让学生感到太大的压力，而产生畏难情绪.
(2)结合多元统计分析课程的特点，要注重理论联系实际.任务中除了必要的理论学习外，也要注重案例研究，通过对实际问题的分析思考，加深对所学基本方法的理解，提高分析、解决实际问题的能力.
实现整机闭环测试环境的自动构建，整机智能测试系统需要对测试线把座进行控制，而控制需要动力源来提供支持。智能测试系统对测试把座自动控制的特点是：水平直线移动，移动位移较小。因此，动力源的选择可以采用以下两种方案：1是采用气动系统作为控制源，2是采用伺服电机作为控制源。考虑到测试系统对测试把座的控制数量较多，气阀与伺服电机相比，气阀体积小，布局较为容易。所以采用气动系统作为动力源，较为合理。
睡眠障碍(sleep disorder),指睡眠量不正常,睡眠中,出现异常行为,老年人发病率较高。老年人,长期出现睡眠障碍,会降低其机体功能,对其白天社会功能造成影响,危害其身心健康。如今,老年睡眠障碍患者数量逐年增多,其诊治引起了人们的关注。目前,佐匹克隆与艾司唑仑,是治疗老年睡眠障碍的常用药。在此,我院以100例患者为对象,分为2组,给予不同药治疗,旨在比较佐匹克隆与艾司唑仑治疗老年睡眠障碍的临床疗效。现将研究的相关情况报道如下:
由表中结果可知，冷却时间的延长会导致粉煤灰烧失量变小，其原因可能是随着样品和坩埚放置时间的延长，会吸收空气中的水分从而导致灼烧后样品的称重增加，进而使得计算的烧失量减小与实际值产生一定的偏差，因此样品冷却后应及时对其进行称重，避免吸收水分产生误差。
(2)答疑解惑.根据交流平台收集到的学生的困惑和问题，教师要及时解答，做好指引.对于共性的难点疑点问题，教师要驾驭课堂给予正确引导，使学生在老师的引导下，开阔思维，逐步解决疑惑.对于个性问题，教师则通过“1对1”教学方式，帮助学生正确理解教学内容.
表 1主成分分析任务表
(三)课堂活动的设计
翻转课堂通过将知识传授转移到课前，释放出课堂时间用于学生将知识进行内化，这是对学生学习最有益的改变.在多元统计分析的课堂设计中应注意：
(1)根据学生特点，构建均衡的学习小组协作探究.针对视频教学内容，学生以学习小组为单位进行互助学习，发表意见，互相讨论.这个过程不仅有利于培养学生批判、求异、创新的思维，而且提高了伙伴间的沟通协作能力.协作探究提高了学生的参与度，有助于增强学生的学习效果，促进更好地完成知识内化.
以“主成分分析”课程为例，我们在课程开始前给学生制订了学习任务，具体内容见表1.
(3)布置作业，巩固练习.
经过课下自主学习，课上教师引导，学习小组探究讨论后，教师可布置作业，巩固学习效果.针对多元统计分析课程的特点，我们采用小中大相结合的方式安排，小型作业是指针对性强、学生完成工作量小、较为基本的.中型作业一般是每一章教学内容完成后，布置的具有一定综合性的作业.大型作业是某一阶段的教学完成后，基于现实问题，进行的复杂综合性的工作.
充分挖掘德州市交通、经济与地理区位优势，依托现有农产品批发市场、物流基地和集散中心，与特色农业资源与规模化生产基地衔接，重点打造“一综、一园、多节点”的现代农业物流体系。
(3)建立交流平台，强调疑惑的反馈.例如建立云班课、微助教等形式的交流平台，通过该平台学生可以在线讨论，并将自学中遇到的问题反馈给老师，老师将问题分类整体，在课堂讲授中可以有针对性的处理学生亟待解决的问题，从而提高教学质量.
(四)评价与反思
翻转课堂对多元统计分析课程而言是一种全新的教学模式，反馈、评价与反思在教学中有至关重要的作用，它可以帮助教师确定所选章节是否适合采用翻转课堂的教学模式，及时掌握学生对这种全新的教学模式是否适应，学习效果是否良好，促使教师及时发现问题，随时调整教学策略，提高教学效果.
确定好教学内容后，应录制优质视频，时间不应超过15分钟，控制在10分钟左右较为适宜.视频清晰，声音生动有活力，讲授内容精炼、主题突出，为增加视频的趣味性，在录制过程中可以适当加入一些动画、测试，增强学生的视觉感和参与感，使其全身心投入学习氛围中.以《主成分分析》为例，课前我们将本章内容精心制作为五个视频，分别是：主成分分析的基本原理、总体主成分的求解、总体主成分的性质、样本主成分的导出、计算步骤与实例分析.每部分内容不超过15分钟，并在第一部分基本原理的视频中插入动画，使学生们更好的理解主成分分析的几何意义.
任务的传达应目标明确、重点难点突出，布置时需要注意：
(五)考核方案
根据多元统计分析课程特点，考核方式应不拘一格，除了普遍采用的闭卷考试外，还可根据实际问题，撰写科技论文，根据论文的完成情况，同时应根据学生参与教学活动程度、分享的情况进行综合测评.
三、提高翻转课堂教学效果的建议
通过教学实践发现，多元统计分析的某些章节可以实施翻转课堂模式，但要想使其教学效果优于传统教学模式，必须要求教师和学生完美配合，否则翻转课堂只能成为新型教学模式的代名词，因此学校、教师、学生需要充分做到以下几点：
1.对于学校，应为翻转课堂的实施提供必要的硬件保障和政策倾斜.要保证翻转课堂模式顺利实施，学校不仅应为教师提供录制清晰视频的工具，而且需要为学生提供学习和讨论的场所.同时，可以通过增加工作量的倾斜，激发教师投身翻转课堂教学模式的探索中来.
2.对于教师，应具有丰富的教学经验，能够驾驭课程中的所有内容，并对其进行高度升华.具体应做到：首先，选择适宜采取翻转课堂模式的教学模块，认真撰写教案；其次，录制清晰的教学视频，视频应重点难点突出，符合学生的学情；最后，精心设计课堂教学，对重点、难点问题进行指导，教学过程应具有趣味性.
3.对于学生，应积极参与课堂教学，充分发挥学习的主观能动性.利用好网络教学平台，认真观看视频，完成任务单，深入探究思考，及时进行反馈，为课堂师生的交流讨论做好铺垫.否则，翻转课堂的教学效果将会大打折扣.
翻转课堂模式改变了传统教学中师生的角色，教师由课堂的讲授者变成了学习的设计者，成为课堂的“导演”，教师的能力与才华得到最大限度的释放，而学生成为整个学习过程中的焦点.这一转变对教师和学生均提出了更高的要求，因此为达到更好的教学效果，教师和学生必须通力配合.
普拉提训练法是由德国约瑟夫·普拉提于1926年创立并推广的一种静力性健身运动[9]。最初应用于专业舞蹈团体肌肉训练和医疗康复机构病人痊愈后的机体功能及肌肉力量恢复[10]。随着现代社会健康研究不断深入，普拉提训练适用领域得以扩展，并逐渐应用于孕妇产前训练[11-12]。
四、总 结
本文通过“主成分分析”这一章节的内容，给出了基于翻转课堂模式的教学设计方案，对统计类课程的教学实践具有一定启示和借鉴作用.在多元统计分析课程的教学中，我们应根据不同的内容采用相应的教学模式，使翻转课堂模式与传统模式相互补充，相互促进，发挥学生学习的积极性和主动性，发挥教师的探索和奉献的精神，更好的提高多元统计分析课程的教学效果.
【参考文献】
[1]王继昌.《多元统计分析》课程传统教学的改革与创新[J].中国科教创新导刊，2008(7)：96.
[2]李卫东.多元统计分析课程案例教学探析[J].统计与管理，2016(3)：187-188.
[3]王沛，张玉环.本科生《多元统计分析》课程教学改革研究[J].兰州文理学院学报(自然科学版)，2015(6)：99-103.
[4]刘惠篮，马俊杰.大数据背景下《多元统计分析》课程教学改革的新思路[J].读与写杂志，2018(15)：31.
[5]黄勇鹏.绩效导向的高职类微课资源设计[J].教育与职业，2014(24)：155-157.
[6]林雪燕，潘菊素.基于翻转课堂的混合式教学模式设计与实现[J].中国职业技术教育，2016(2)：15-20.
[7]MasonG， ShumanT，CookK．Comparing theef fectiveness of an inverted classroom to a traditional classroom in an upper-division engineering course [J].IEEE Trans，2013，56(4)：430-435.
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