PBL教学模式与翻转课堂在环境统计学教学中的应用
温璐+贾志斌+王立新+于瑞宏
[摘 要]环境统计学是一门兼具实用性及科学性的学科。传统的教学模式以教师讲授方式为主向学生传递知识，学生无法真正理解环境统计学中的深奥原理，更无法将所学方法灵活运用于实际问题的解决过程中。基于此，将PBL教学模式与翻转课堂相结合运用于环境统计学教学模式改革中，使得整个教学过程以学生为中心、以问题为中心，能充分激发学生的学习自主性，提高环境统计学的教学效果。在此教学模式下，在ICAD循环推动下，培养学生的探索精神、推理能力及创新精神，从而全面提升学生的综合能力。
[关键词]环境统计学；PBL教学模式；翻转课堂；教学改革
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）05-0015-03
一、关于环境统计学
环境统计学是统计学在环境保护实践和环境科学研究领域的应用，指运用概率论和数理统计等数学的原理、方法，研究环境资料的收集、整理、分析和推断的一门学科。它用数据反映并计量人类活动引起的环境变化和环境变化对人类的影响。在环境学中，统计无处不在，要想不断提高环境学研究水平、剖析环境问题成因、寻求解决环境问题的最佳方案，必须熟练掌握环境统计学的基本原理和方法。由于统计学的内容较为深奥抽象，学生往往对此课程望而生畏。我们尝试引入问题式学习（PBL）教学模式，结合环境统计学课程教学实践，通过翻转课堂教学组织形式对环境统计学的教学过程进行优化，以激发学生的学习兴趣，提高学生对环境统计学的理解和掌握程度。
二、PBL教学模式
PBL教学模式是1969年由美国的神经病学教授Barrows在加拿大麦克马斯特大学提出的，目前已经成为国际上最流行的教学模式之一。与传统教学方法不同，PBL强调以学生的主动学习为主，以问题为基础，通过学习者自主探讨或合作讨论等形式发现问题、解决问题，充分调动学生的主动性和积极性，在发现并解决问题的过程中让学生习得知识和技能。学生运用该教学模式习得的知识是自己构建的，而不是教师讲授的；教师在整个教学环节中仅起到辅助作用，这使得学生能够更加扎实地掌握所学内容。
本文基于PBL教学模式提出了ICAD循环（Identify-Clarify-Analyse-Do），即通过识别问题—澄清问题—分析问题—解决问题，使得学生自身能力得到持续提升，并在整个过程中培养学生的探索精神、推理能力以及创新精神（见图1）。通过不断的ICAD循环，使得学生能够更加透彻的理解问题，锻炼学生自己解决问题的能力。
三、翻转课堂
翻转课堂是一种对知识传授和知识内化的颠倒安排，其理论基础是“掌握学习法”，即学生自行调整节奏来学习。学生学习新知识主要是在课前进行，在课堂上教师通过学生完成的课前练习，评估学生对知识的掌握程度，对课前练习中出现的问题进行总结反馈，加深学生对知识的掌握程度。翻转课堂对传统的教学组织形式进行重新划分，把传统教学在课中完成的新知识讲授翻转到课前，而把原来的课后作业翻转到课中，这样在课堂上能够更有针对性地集中解决学生学习中的问题，实现知识的内化（见图2）。翻转课堂能在课中对学生学习过程的问题对学生进行反馈，围绕问题开展课中讲授，而传统课堂是在课后学生通过作业将知识的掌握程度反馈给教师，教师只能通过批改作业的方式将学生掌握的薄弱环节反馈给学生。因此，翻转课堂还可使得学生更有针对性地对课程的难点、易错点进行深入全面的自主学习。
四、环境统计学授课模式改革的必要性
环境学是研究人类生存的环境质量及其保护与改善的科学。判断环境质量的优劣、分析环境问题的根源、对比环境工程措施的优劣等诸多环境学研究都需要收集有关环境数据，运用恰当的统计分析方法得出正确结论。而环境数据的收集、整理、分析和推断即是环境统计学的主要内容。它作为环境学的一门分支学科，在环境学研究的各个方面都发挥着至关重要的作用。然而，由于环境统计学以概率论、数理统计学为基础，涉及的原理、方法都较为枯燥、难懂，这使得运用传统的教学方法讲授该课程学生无法集中注意力、不能透彻理解课程讲授的内容。鉴于该学科的重要性以及传统讲授方式的弊端，要想使学生真正全面掌握环境统计学中的重要原理及主要方法，其授课模式的改革势在必行。
环境统计学是一门方法学，它不仅仅要求学生理解其中的原理，更重要的是让学生在理解的基础上能够准确运用恰当的统计方法解决环境学中遇到的问题，所以环境统计学本身就是一个以问题为中心的学科。围绕数据分析及处理等问题展开原理及方法学的介绍，特别适用于PBL教学模式。将PBL教学模式运用于环境统计学教学过程，学生可以通过ICAD循环持续提升自身的综合能力。然而PBL教学模式仅提供了教学内容方案，如何合理安排课堂时间，使有限的课堂发挥更加重要的作用，则需要更加清晰地设置课程各环节的任务，运用翻转课堂重组课堂时间。
五、PBL教学模式与翻转课堂在环境统计学教学中的应用
环境统计学是一门交叉学科，通过本课程的学习要求学生能够熟练运用统计学的方法处理环境数据，以解答环境学中的某些科学问题。因此，本课程应设置在大学三年级的第二个学期，在学生积累一定环境科学基础知识的基础上讲授。教师在课程设计时应将PBL教学模式与翻转课堂相结合，充分调动学生学习的积极性，从学生感兴趣的问题出发引导学生习得环境统计学的相关知识。这就要在整个课程设计中体现“以问题为中心、以学生为中心”的原则，充分调动学生的学习自主性，引导学生通过自学习得知识。在课程设计时可将课程分为课前、课中、课后三个阶段，分阶段设置课程任务（见图3）。
（一）课前准备
教师应根据课程要求进行案例设计，如：学生A与学生B在讨论谁的家乡空气质量更好、A市与B市相比自来水水质哪个更优等环境科学研究中常见的问题。在课前将设计好的案例发给学生，让学生们根据自己的兴趣选择案例，从案例中找到问题，并澄清问题，通过文献查阅、咨询等方式找到问题解决的方法。如针对两个城市自来水水质比较的问题，学生应思考对比两城市自来水质需要哪些数据，所需数据如何获取，获取来的数据如何进行分析比较才能够真实反映两者的差别等一系列问题。通过学生自学，使其掌握发现问题、分析问题、解决问题的能力，提升学生的综合能力。
（二）课堂设计
在课堂上，可运用多种形式（如学生讲授式、问题研讨式等）让学生将课前所自学的成果展示出来，介绍各自解决问题的方案。在此过程中，教师应进行适当引导：一方面，在聆听的同时发现学生自学过程中的薄弱环节；另一方面，针对学生学习过程中出现的错误予以及时纠正。在整个课中也必须贯彻“以学生为中心”的原则，教师仅起辅助作用。学生展示学习成果后，教师应根据学生表现予以点评，并应列出本案例所涉及的重要知识点，以方便学生在课后对知识点的内容进行更深入的学习及巩固。
（三）课后巩固
教师应在课后及时对课堂上学生所反映的薄弱环节及易错部分进行总结，梳理课堂中所遇到的知识点、重点、难点、易错点，利用微课等形式将上述内容发给学生，以引导学生课后的深入学习。在课堂成果展示的基础上，学生对案例所涉及的解决方法以及重要知识点等都有了更加深入的认识，在教师所给总结材料的引导下，进一步完善案例的解决方案，并且从案例分析的过程中习得环境统计学的相关知识点。对于难懂的知识点，学生应在课后及时反馈，教师可根据学生课后对知识的掌握程度进行后续安排。针对个别学生可进行单独辅导，而针对普遍存在的问题则应再将问题带入课堂，继续引导学生课前自学，并在课中继续讨论，以使得学生全面掌握该难点。
将PBL教学模式与翻转课堂相结合运用于环境统计学教学过程，能够充分调动学生学习的自主性，使学生习得该课程的内容，让学生获得发现问题、分析问题、解决问题的能力，培养学生的探索精神、自学精神以及创新思维，有助于学生良好学习习惯的养成，对其他课程的学习以及日后从事相关工作等也同样具有重要意义。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 蔡宝森.环境统计[M].武汉：武汉理工大学出版社，2004：2.
[2] 聂庆华，Keith C.C.环境统计学与MATLAB应用[M].北京：高等教育出版社，2010：5.
[3] 彭志行，赵杨，易洪刚，柏建岭，娄冬华，于浩，陈峰.PBL教学模式在医学统计学教学中的应用[J].中国高等医学教育，2010（3）：79-81.
[4] 赵艳霞，李宇鹏，王晓巍.改革统计学教学模式 培养学生实践创新能力[J].中国成人教育，2010（4）：157-158.
[5] 王丽.PBL教学法在社会统计学教学中的应用[J].教育理论与实践，2010（12）：62-63.
[6] 孙蓉，王劲松，孙峰.PBL教学模式在医学统计学教学中应用效果评价[J].中国校外教育，2010（14）：95.
[7] 袁慧，王金权，黄月娥，金岳龙，陈玉娟，姚应水.“案例教学法”在医学统计学教学中的应用研究[J].中华疾病控制杂志，2013（2）：173-175.
[责任编辑：陈 明]
[摘 要]环境统计学是一门兼具实用性及科学性的学科。传统的教学模式以教师讲授方式为主向学生传递知识，学生无法真正理解环境统计学中的深奥原理，更无法将所学方法灵活运用于实际问题的解决过程中。基于此，将PBL教学模式与翻转课堂相结合运用于环境统计学教学模式改革中，使得整个教学过程以学生为中心、以问题为中心，能充分激发学生的学习自主性，提高环境统计学的教学效果。在此教学模式下，在ICAD循环推动下，培养学生的探索精神、推理能力及创新精神，从而全面提升学生的综合能力。
[关键词]环境统计学；PBL教学模式；翻转课堂；教学改革
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）05-0015-03
一、关于环境统计学
环境统计学是统计学在环境保护实践和环境科学研究领域的应用，指运用概率论和数理统计等数学的原理、方法，研究环境资料的收集、整理、分析和推断的一门学科。它用数据反映并计量人类活动引起的环境变化和环境变化对人类的影响。在环境学中，统计无处不在，要想不断提高环境学研究水平、剖析环境问题成因、寻求解决环境问题的最佳方案，必须熟练掌握环境统计学的基本原理和方法。由于统计学的内容较为深奥抽象，学生往往对此课程望而生畏。我们尝试引入问题式学习（PBL）教学模式，结合环境统计学课程教学实践，通过翻转课堂教学组织形式对环境统计学的教学过程进行优化，以激发学生的学习兴趣，提高学生对环境统计学的理解和掌握程度。
二、PBL教学模式
PBL教学模式是1969年由美国的神经病学教授Barrows在加拿大麦克马斯特大学提出的，目前已经成为国际上最流行的教学模式之一。与传统教学方法不同，PBL强调以学生的主动学习为主，以问题为基础，通过学习者自主探讨或合作讨论等形式发现问题、解决问题，充分调动学生的主动性和积极性，在发现并解决问题的过程中让学生习得知识和技能。学生运用该教学模式习得的知识是自己构建的，而不是教师讲授的；教师在整个教学环节中仅起到辅助作用，这使得学生能够更加扎实地掌握所学内容。
本文基于PBL教学模式提出了ICAD循环（Identify-Clarify-Analyse-Do），即通过识别问题—澄清问题—分析问题—解决问题，使得学生自身能力得到持续提升，并在整个过程中培养学生的探索精神、推理能力以及创新精神（见图1）。通过不断的ICAD循环，使得学生能够更加透彻的理解问题，锻炼学生自己解决问题的能力。
三、翻转课堂
翻转课堂是一种对知识传授和知识内化的颠倒安排，其理论基础是“掌握学习法”，即学生自行调整节奏来学习。学生学习新知识主要是在课前进行，在课堂上教师通过学生完成的课前练习，评估学生对知识的掌握程度，对课前练习中出现的问题进行总结反馈，加深学生对知识的掌握程度。翻转课堂对传统的教学组织形式进行重新划分，把传统教学在课中完成的新知识讲授翻转到课前，而把原来的课后作业翻转到课中，这样在课堂上能够更有针对性地集中解决学生学习中的问题，实现知识的内化（见图2）。翻转课堂能在课中对学生学习过程的问题对学生进行反馈，围绕问题开展课中讲授，而传统课堂是在课后学生通过作业将知识的掌握程度反馈给教师，教师只能通过批改作业的方式将学生掌握的薄弱环节反馈给学生。因此，翻转课堂还可使得学生更有针对性地对课程的难点、易错点进行深入全面的自主学习。
四、环境统计学授课模式改革的必要性
环境学是研究人类生存的环境质量及其保护与改善的科学。判断环境质量的优劣、分析环境问题的根源、对比环境工程措施的优劣等诸多环境学研究都需要收集有关环境数据，运用恰当的统计分析方法得出正确结论。而环境数据的收集、整理、分析和推断即是环境统计学的主要内容。它作为环境学的一门分支学科，在环境学研究的各个方面都发挥着至关重要的作用。然而，由于环境统计学以概率论、数理统计学为基础，涉及的原理、方法都较为枯燥、难懂，这使得运用传统的教学方法讲授该课程学生无法集中注意力、不能透彻理解课程讲授的内容。鉴于该学科的重要性以及传统讲授方式的弊端，要想使学生真正全面掌握环境统计学中的重要原理及主要方法，其授课模式的改革势在必行。
环境统计学是一门方法学，它不仅仅要求学生理解其中的原理，更重要的是让学生在理解的基础上能够准确运用恰当的统计方法解决环境学中遇到的问题，所以环境统计学本身就是一个以问题为中心的学科。围绕数据分析及处理等问题展开原理及方法学的介绍，特别适用于PBL教学模式。将PBL教学模式运用于环境统计学教学过程，学生可以通过ICAD循环持续提升自身的综合能力。然而PBL教学模式仅提供了教学内容方案，如何合理安排课堂时间，使有限的课堂发挥更加重要的作用，则需要更加清晰地设置课程各环节的任务，运用翻转课堂重组课堂时间。
五、PBL教学模式与翻转课堂在环境统计学教学中的应用
环境统计学是一门交叉学科，通过本课程的学习要求学生能够熟练运用统计学的方法处理环境数据，以解答环境学中的某些科学问题。因此，本课程应设置在大学三年级的第二个学期，在学生积累一定环境科学基础知识的基础上讲授。教师在课程设计时应将PBL教学模式与翻转课堂相结合，充分调动学生学习的积极性，从学生感兴趣的问题出发引导学生习得环境统计学的相关知识。这就要在整个课程设计中体现“以问题为中心、以学生为中心”的原则，充分调动学生的学习自主性，引导学生通过自学习得知识。在课程设计时可将课程分为课前、课中、课后三个阶段，分阶段设置课程任务（见图3）。
（一）课前准备
教师应根据课程要求进行案例设计，如：学生A与学生B在讨论谁的家乡空气质量更好、A市与B市相比自来水水质哪个更优等环境科学研究中常见的问题。在课前将设计好的案例发给学生，让学生们根据自己的兴趣选择案例，从案例中找到问题，并澄清问题，通过文献查阅、咨询等方式找到问题解决的方法。如针对两个城市自来水水质比较的问题，学生应思考对比两城市自来水质需要哪些数据，所需数据如何获取，获取来的数据如何进行分析比较才能够真实反映两者的差别等一系列问题。通过学生自学，使其掌握发现问题、分析问题、解决问题的能力，提升学生的综合能力。
（二）课堂设计
在课堂上，可运用多种形式（如学生讲授式、问题研讨式等）让学生将课前所自学的成果展示出来，介绍各自解决问题的方案。在此过程中，教师应进行适当引导：一方面，在聆听的同时发现学生自学过程中的薄弱环节；另一方面，针对学生学习过程中出现的错误予以及时纠正。在整个课中也必须贯彻“以学生为中心”的原则，教师仅起辅助作用。学生展示学习成果后，教师应根据学生表现予以点评，并应列出本案例所涉及的重要知识点，以方便学生在课后对知识点的内容进行更深入的学习及巩固。
（三）课后巩固
教师应在课后及时对课堂上学生所反映的薄弱环节及易错部分进行总结，梳理课堂中所遇到的知识点、重点、难点、易错点，利用微课等形式将上述内容发给学生，以引导学生课后的深入学习。在课堂成果展示的基础上，学生对案例所涉及的解决方法以及重要知识点等都有了更加深入的认识，在教师所给总结材料的引导下，进一步完善案例的解决方案，并且从案例分析的过程中习得环境统计学的相关知识点。对于难懂的知识点，学生应在课后及时反馈，教师可根据学生课后对知识的掌握程度进行后续安排。针对个别学生可进行单独辅导，而针对普遍存在的问题则应再将问题带入课堂，继续引导学生课前自学，并在课中继续讨论，以使得学生全面掌握该难点。
将PBL教学模式与翻转课堂相结合运用于环境统计学教学过程，能够充分调动学生学习的自主性，使学生习得该课程的内容，让学生获得发现问题、分析问题、解决问题的能力，培养学生的探索精神、自学精神以及创新思维，有助于学生良好学习习惯的养成，对其他课程的学习以及日后从事相关工作等也同样具有重要意义。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 蔡宝森.环境统计[M].武汉：武汉理工大学出版社，2004：2.
[2] 聂庆华，Keith C.C.环境统计学与MATLAB应用[M].北京：高等教育出版社，2010：5.
[3] 彭志行，赵杨，易洪刚，柏建岭，娄冬华，于浩，陈峰.PBL教学模式在医学统计学教学中的应用[J].中国高等医学教育，2010（3）：79-81.
[4] 赵艳霞，李宇鹏，王晓巍.改革统计学教学模式 培养学生实践创新能力[J].中国成人教育，2010（4）：157-158.
[5] 王丽.PBL教学法在社会统计学教学中的应用[J].教育理论与实践，2010（12）：62-63.
[6] 孙蓉，王劲松，孙峰.PBL教学模式在医学统计学教学中应用效果评价[J].中国校外教育，2010（14）：95.
[7] 袁慧，王金权，黄月娥，金岳龙，陈玉娟，姚应水.“案例教学法”在医学统计学教学中的应用研究[J].中华疾病控制杂志，2013（2）：173-175.
[责任编辑：陈 明]
