翻转课堂视角下初中数学网络教学系统设计
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摘 要：传统教学模式中学生学习缺乏主动性，影响了创造性思维和学习能力的培养，而翻转课堂教学模式结合了课堂教学和网络教育的优势，颠倒了教与学的过程，帮助学生更好地自主学习和个性化学习。本文基于翻转课堂教学理念，设计与开发了初中数学网络教学系统，旨在探讨翻转课堂视角下如何使教学活动实现真正翻转，进而提高教学效果和学习质量，为中学数学实施翻转课堂教学提供一定的思路。
中图分类号：TP315 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2016）21-0047-04
一、引言
新课改的实行、网络技术的快速发展都在促使教育模式发生变化。混合学习将传统教学方式的优点和网络学习的优势有效整合，充分发挥了教师引导和监控教学过程的主导作用，也更好地体现了学生作为学习过程主体的主动性[1]。翻转课堂作为一种混合式学习模式，学生可按照自己的节奏和接受能力学习，学习过程中遇到问题能够及时得到教师的个别化指导，使学习变得主动。
2007年美国林地公园高中化学教师乔纳森・伯尔曼等录制课堂教学视频，然后上传到网络，缺课的学生在家观看教师上传的教学视频进行自主学习，在课堂上互动交流解决学习中的疑惑[2]。翻转课堂教学理念应运而生。云计算、平板电脑、电子书包等技术在教育领域的应用使翻转课堂得到进一步推广。国外一些学校也逐渐开始实施翻转课堂教学。目前国内翻转课堂理论方面的研究占大多数，辅助翻转课堂教学的网络教学系统的研究较少。本文从解决初中数学教学中存在的课堂容量大、知识内容多、学生学习比较被动的问题出发，在深入了解翻转课堂教学特点的基础上，设计和开发了初中数学网络教学系统，以此来增强学生学习的自主性和学习中的互动性，进一步改善教学效果，实现真正意义的翻转。
二、翻转课堂概述
1.翻转课堂内涵
钟晓流认为翻转课堂是一种新型教学模式，具体指在信息化环境中，课程教师给学生提供以教学视频为主要形式的学习资源供学生课前观看和学习，在课堂上师生进行作业答疑、交流互动、协作探究[3]。翻转课堂颠倒了教学流程，将知识内化放在课上，在课堂外学习新知识。师生角色也发生转变，翻转课堂中教师主要提供学习指导，学生在教师指导下，可以按自己的节奏和接受能力进行学习。
本文认为应该在翻转课堂课前和课中两阶段的基础上，增加课后复习阶段[4]。学生在课前登录网络教学系统，观看教师提供的教学资源进行学习；课中，教师组织学生讨论交流，初步探讨学习过程中遇到的问题，对于仍未解决的问题采用个性问题个别指导和共性问题集中指导相结合的方式来指导学生，进一步引导学生总结知识，促使深入学习的发生；课后学生多方面反思，不断巩固练习，弥补学习中的不足。
2.翻转课堂教学模式
许多国内外学者结合自己的教学实践深入研究翻转课堂，总结归纳了多种比较典型的翻转课堂教学模型。美国富兰克林学院 Robert Talbert教授曾在“线性代数”这门课程的教学中采用翻转课堂教学模式，总结多年教学经验并提出包含课前和课中两阶段的翻转课堂结构模型[5] 。张金磊等教授在此基础上引入了信息技术和活动学习来更好地支持翻转课堂的实施。本文深入分析了翻转课堂已有的教学模型，结合翻转课堂在教学中的实践，设计了包含课前自学、课中讲解、课后复习三个阶段的翻转课堂结构模式，如图1所示。
（1）课前自学：课前教师通过分析学习者特征和学习内容，明确本节课的教学目标，然后精心制作微视频，上传到网络教学系统供学生课前自学[6]。教师也可以使用网络上已有的适合自己教学内容的优质视频资源。学生课前登录网络教学系统，通过观看教学视频、多媒体课件等资源进行学习，可点击视频中的“暂停键”、“回退键”自定步调和反复观看。遇到问题可以在论坛发帖，和老师同学在线交流。最后通过做课程习题检测自己的学习情况，发现学习中存在的问题，进一步学习和思考。
（2）课中讲解：教师在课堂上依据学生课前自学情况针对性地讲解有关知识。在课堂活动环节组织学生积极交流、协作探究、共同解决疑惑，进而完成知识内化。对于学习中仍存在问题的学生给予个别化指导或者全体指导。
（3）课后复习：课后学生反思自己的知识掌握情况，进一步巩固练习来加深对知识的理解和记忆，对所学内容进行总结和提升。
三、初中数学网络教学系统设计
1.系统需求分析
传统教学模式存在以下问题：（1）学生在学习过程中处于被动地位。教师教授新知识仍采用传统的讲授法，没有在课堂上给予学生自主学习、独立思考的空间及相应的引导。学生大多数时候还是扮演着听众的角色，和老师的交流互动不够。由于中学课时限制和考试要求，初中数学每节课的课容量很大，学习能力较差的学生只能接受一部分知识，课堂中知识掌握效率不高。（2）学生课后学习遇到的问题不能及时解决。学生在课后需要做大量的练习来巩固学过的知识，并且学习过程中遇到问题时得不到及时指导，影响了学生学习的兴趣和信心。课堂中教师以讲授新知识为主，帮助学生答疑解难只能在短暂的课间时间进行，学生的疑惑得不到很好的解决。
为了解决传统教学模式存在的问题，在翻转课堂实施中需要借助网络教学系统来辅助学生进行课前自主学习，遇到问题可以与老师在线讨论。课前，老师需要将课程知识相关的课件、教学视频等上传到该网络教学系统，学生通过在线观看或下载观看完成知识的学习，学习中遇到问题可以和老师通过论坛在线交流，或在课堂活动中面对面交流。所以系统需要设置登录注册、上传下载教学资源、查看相关信息等模块，实现师生在线交流。
2.系统结构
系统分为学生、教师、管理员3个模块，每个模块之间既相互联系又相互独立，各个模块可分为若干部分，系统结构如图2所示。
（1）学生模块
学生在课前借助该网络教学系统自主学习，所以学生模块应设置用户注册登录、新闻公告、课程简介、教师信息和自主学习五方面功能，其中自主学习设置了教学大纲、教学视频、多媒体课件、课程习题、在线交流五部分。
用户注册登录：用户首次使用系统时需要注册，点击注册按钮，输入名字、性别、电子邮箱等信息即可注册。若已有登录系统的账号，可使用账号密码直接登录。登录系统时需从数据库提取用户信息，以此检验用户提交的信息是否和数据库信息一致，不一致则显示登录失败，停留在当前页面。
教师信息：学生想要了解课程教师的相关信息（如教师姓名、毕业院校、联系方式等）时可以点击教师信息模块查看。当学生学习遇到困难时，可通过查看教师信息与其取得联系，在线交流或面对面交流。
教学大纲：学生首先通过教学大纲来了解学习内容的重难点，这样在之后的学习中就能合理分配自己的学习时间。
教学视频：进入系统首页点击导航项“教学视频”，就可以看到一系列的教学视频列表，选择需要的视频点击，既可以在线观看，也可以选择下载再观看。
多媒体课件：点击“多媒体课件”，可以下载所需要的课件。
课程习题：该网络教学系统提供了各个章节的课后练习题，每当学生学完一部分内容时，可以通过课程习题模块进行针对性的在线练习。
在线交流：学生学习过程中遇到问题时可以与老师、同学通过论坛发帖交流沟通，及时解决问题，激发学习兴趣。
（2）教师模块
课程管理：教师需要按照学习进度对教学大纲和课程内容及时更新，进行课程管理。
资源管理：教师需要负责教学资源（如教学视频、教学课件等）的上传和下载，也要保障教学资源可以正常使用。
题库管理：教师需要不断更新题库内容，针对不同学习水平的学生设置不同难度的试题，真正做到因材施教，个别化教学。
论坛管理：教师和学生可以在学习过程中或学习之后通过论坛在线交流，教师要负责帖子发表和帖子回复，对学生提出的问题作出详细的指导和讲解。
（3）管理员模块
信息管理：系统管理员负责师生信息的录入、查询、修改、删除、统计和保存等。
管理体系建设：管理员负责系统管理体系的建设，只有遵守系统建设体系的用户才能进入系统，管理员对不符合规定的用户限制权限，用户不能访问系统。
系统资源配置：包括系统软件、硬件的配置。本系统运行环境为数据库服务器：SQL Server 2005及以上版本；浏览器：IE、UC等兼容；系统：Windows XP及以上版本。
系统维护：系统管理员在系统运行发生故障时对系统进行维护，提高系统性能，进而保证系统正常运行。
3.系统分析图
（1）教师用例图
教师用例图包含登录系统、课程管理、资源管理、题库管理、论坛管理等如图3所示。
（2）顺序图
顺序图是对对象之间的交互进行描述，它表示对象之间消息传递的时间先后顺序。顺序图用二维图表示，其横纵轴分别是交互对象、对象之间发送的消息。学生登录系统，点击进入教学视频界面，选择需要的视频下载。顺序图如图4所示。
四、系统的功能实现
1.主要技术
可以使用VB、C#等通用语言编译运行，适应性强。SQL Server是基于服务器端的中型数据库，具有数据处理效率高、可跨越多种平台使用等优点。该系统采用B/S 模式，开发平台为Microsoft Visual Studio 2010，开发语言为，后台开发数据库为SQL Server2008。
2.系统主要功能模块的详细设计
（1）管理员信息管理模块
该模块包括学生前台显示查看信息内容和列表，后台管理员添加、修改、删除信息，信息类别管理等功能部分。管理信息的界面如图5所示。
（2）教学视频信息管理模块
翻转课堂结构模式中学生学习在课前进行，课前老师需要制作好各节学习内容的视频上传到网络教学系统供学生自学。教学视频必须短小精干，大约十分钟左右，因为中学生注意力分散，持续保持时间较短。学生在学习过程中可以通过暂停键、往返键、快进键来控制学习进度，对于之前学过的内容也可以通过观看视频来重新学习，温故而知新。课前环节的完成为翻转课堂结构模式课中环节的有效展开奠定了基础。该模块设置了管理员添加、修改和删除教学视频及教学视频信息前台显示等功能。教学视频信息显示的界面如图6所示。
（3）论坛管理模块
该模块对翻转课堂结构模式的三大环节都提供了支持。学生在课前自学过程中，遇到不懂的问题可以在论坛发帖，通过和老师同学交流沟通来解决，仍然有疑惑的地方可以在课堂师生互动交流环节请教老师。老师在课前仔细查看论坛中学生互动内容，了解学生的困惑，然后在课堂上详细讲解这些知识点。学生课后也可通过论坛深入交流和学习。该模块设置了师生、回复消息，管理员管理信息等功能。
五、结束语
新课程改革提倡的以“学生”为中心的教学模式要求发挥教师主导作用的同时体现学生主体地位。翻转课堂将知识的传授放在课下，课堂上主要进行知识内化，更加符合学生的学习规律，是先学后教的一种形式，能够提高学生自主学习、独立思考的能力。翻转课堂大范围的推广和实施仍面临很多问题，如对教师而言，开发辅助翻转课堂实施的优质教学资源是个很大挑战，还有如何督促学生课前高效率的自学等。但翻转课堂教学模式必将为教学改革提供新思路和新方向。
参考文献：
[1]何克抗.从Blending Learning看教育技术理论的新发展（上）[J].电化教育研究，2004（3）：1-2.
[2]孙丽梅.翻转课堂教学模式在初中数学教学中的应用研究[D].辽宁：辽宁师范大学，2014.
[3]钟晓流，宋述强，焦丽珍.信息化环境中基于翻转课堂理念的教学设计研究[J].开放教育研究，2013（1）：60-62.
[4]李志河，.高职院校3D Max课程中的翻转课堂教学设计[J].现代教育技术，2014（4）：33-37.
[5]RobertTalbert.Inverting the Linear AlgebraClass-room[EB/OL].http：///dz0rbkpy6tam/inverting the linear algebra classroom.
[6]艾贤明，李媛媛，陈仕品.基于DBR的翻转课堂教学应用研究[J].中国教育信息化，2015（19）：29-31.