大学物理翻转课堂教学效果的准实验研究_『高校教学发展』电子刊物

上海交通大学于2013-2014年开展了“翻转课堂教学试点研究”。本报告为其中一个子课题的研究成果。在这个研究中，采用准实验的研究设计和问卷调查法相结合，探讨了“翻转课堂策略的教学效果”、“学生对翻转课堂策略的适应性和倾向性”等问题。本研究通过对两个大学物理课的平行班分别施以翻转课堂教学和传统讲授教学，对比两个班物理测试的分数。研究发现，采用了翻转课堂教学的班分数提高的幅度显著高于采用传统教学的班，效应量为0.68。问卷调查显示，58%的学生表示“喜欢翻转课堂互动形式的教学”。

一、??? 背景

1.????? 翻转课堂教学的兴起

100多年前杜威提出的“儿童（学生）中心”、“活动中心”和“经验中心”的新三中心的理念一直在持续发挥影响力：越来越多的教师接触、尝试、接受甚至走向信奉这种理念。过去几十年里，很多教育实践者也在此思潮中设计、开发出了种类繁多的新教学方法——小到课堂上花几分钟就很容易实施的“想对说”（think-pair-share），大到需要跨度好多次课的项目式教学（project-based learning）。很多立足对比传统讲授与新教学法的实证研究也在不同程度上支撑了这些新教学法对学生学习的积极作用（Prince，2004）。然而讲授作为久经考验、广受推崇的传统教学方法，依然是全球高等教育界最普遍采用的教学方式（Svinicki和McKeachie, 2011; Lambert, 2012）。究其原因，可能是因为没有任何一种新教学法能够充分完全地替代讲授，所以教师教学实践的改革方向往往也是走向讲授与新教学法的混合。

翻转课堂作为一种新兴的教学模式，为新老教学法的混合提供了新的路径。在这种模式中，学生提前课外观看由教师提供的教学视频或其它形式课程材料，而课堂时间用于活跃学生学习过程，并且提供个性化指导（Hamdan等，2014）。学生在课堂外进行了课程内容的学习，而课堂反而是通过做练习、讨论等学习活动巩固、深入学习，与传统教学的课上讲授，课后作业正好相反，所以得名“翻转”。由于传统的讲授可以以视频的形式得以完整保留供学生观看，而原来用于讲授的课堂时间又可以被新教学法填充，使得翻转学习的模式逻辑上可以同时有力地支撑新老教学方法的实施。而原先两者竞争有限的课堂时间的矛盾却因为教育技术的介入不再成为障碍。

2.????? 问题的提出

目前在高等教育领域，关于翻转课堂对学习成绩的影响的实证研究还很少。其中可能最具有影响力的研究来自于2011年《科学》杂志上的一篇研究报告，加拿大英属哥伦比亚大学的三位教师尝试了翻转教学。沿用严格的统计学理论和方法，对大班教学的大一物理课电磁学部分进行分组比对。评教极好的资深教授进行常规教学，作为控制组。在另一个实验组里，让一个博士后进行翻转教学，要求学生进行课前阅读、课前测验、课堂讨论、小组主动学习、课堂反馈等活动。结果表明在同样的授课内容和目标下，经过一周的翻转教学后，实验组学生在随后的测验中成绩显著高于控制组（Deslauriers等，2011）。

365bet官方网站下载采用邀请和自愿报名的形式，于2013年秋季学期组织了5位一线教师开展“翻转课堂”试点教学研究，以探索“翻转课堂”是否适应学校实际情况的问题。本文是针对其中1位项目教师所教授的大学物理课程进行的翻转课堂教学实验的研究结果进行报告。研究的关注的问题是：

翻转课堂对大学教学是否有效？
学生是否接受翻转课堂教学模式？

二、??? 研究方法

1.????? 实验设计与抽样

准实验模式

研究采用非对等组前后测的准实验研究设计和问卷调查法相结合。实验组和控制组是两个平行教学班，由同一位老师教授同一门课程。在总共16个教学周的32次课（每次2课时）中，前5-6周（11次课）两个班都采用传统的课堂讲授方式，第6-7周的连续2次课（第12-13次课程，共4课时）实验班采用翻转课堂教学方法，控制组仍采用传统讲授。第11和14次课上两个班都当堂进行20分钟的纸笔测试，两个班的测试试卷相同。实验班还在第14次课上匿名填写了一份调查问卷。

实验组与控制组的描述

选取的实验对象是（PH002）大学物理A类(2)课程的2个平行自然班。此类课程是工科类院系的必修专业基础课，面向大学二年级学生开设。

其中A班为实验组，共101个注册学生；B班为控制组，共107个注册学生。两班学生大部分都来自本科二年级，A班二年级学生占98.9%，B班占94.7%，其他学生皆为高年级重修。A班学生的专业主要来自电子信息与电气工程学院，占到83.9%，其余学生来自数学系、生命科学技术学院、致远学院、机械与动力工程学院等；B班学生的专业主要来自机械与动力工程学院，占到70.5%，其余学生来自电子信息与电气工程学院、数学系、物理系、生命科学技术学院、化学化工学院等。A班的授课时间是每周一第1-2节课和每周三第3-4节课；B班的授课时间是每周一第3-4节课和每周三第1-2节课。

两个班学生都是在授课前一个学期末通过教务处的选课平台进行选课，学生选课时看到的两个班信息除了授课时间不同以外，其他包括课程名称、类别、授课教师、教室等信息都完全相同。影响学生在这两个班级之间选择的主要因素推测可能是跟其他选修课程排课时间上的权衡。

教学内容的选择、教师

两个班的授课教师是由同一位资深教师担任，他也是本文的第二作者，拥有32年的大学物理课程授课经验，曾多次获得“最受学生欢迎的教师”、优秀教师奖等荣誉，也是国家级精品课程“大学物理”主讲教师之一。教师在实施本次翻转课堂教学研究之前从未在教学中实际应用过翻转学习的方法。

两个班教学进度完全相同。用于采用翻转课堂教学的第12-13次课覆盖的教学内容为“磁场的高斯定理和安培环路定理”。

伦理

教师在第11次课的结尾部分分别向实验组（A班）和控制组（B班）介绍此研究，强调研究涉及到的前测后测与学生课程成绩无关，征求学生同意。并且作为对控制组的补偿，教师承诺如果教师和实验组的学生都对新教学方法（翻转课堂）感受良好，将在余下的课程教学中对控制组也采用翻转课堂教学。

2.????? 实验处理：翻转课堂实施模式

课前微课的制作与推送

在学期初制定完研究计划后，教师就着手录制用于课前课外学习的教学微课视频，录制工作由教师在办公室独立完成。微课类型为PPT录屏和手写板书，配教师音视频讲授的形式，录制设备包括：笔记本、麦克风、手写板，录屏和后期制作软件采用的的是Camtasia studio 8.0。2次课总共录制的微课数量为6节，累计70分钟，视频长度从6.5分钟到15分钟不等。

微课视频被提前上传到学校校内的文件管理系统，并在翻转课堂开始之前以回家作业的形式向实验组的学生布置。教师同时还在网上提供了PPT课件和往年录制的课堂实录视频作为供学生预习的材料。另外，教师还预留了若干思考问题，要求学生带着问题预习视频内容。

课堂教学活动设计

实验组实施翻转的课堂教学活动以习题练习为主，教师事先准备了一组题目（选择题、填空题、计算题、讨论题），按照难易和复杂程度由浅入深地排列，以PPT的投影的形式当堂逐一呈现。学生需要针对每道题先独立进行求解，然后教师再根据学生解答的情况适当进行解释和总结。

控制组采用的是传统讲授的教学方法，教师先讲解新教学内容（控制组并没有课前获得网上微课视频等教学资料的预习要求和访问方式），再配以适量习题进行讲解。讲授过程中，教师会穿插一些提问，引导学生思考。

实施翻转教学的实验组和沿用传统教学的控制组的教学活动过程都被布置在教室里的2台无人值守的自动摄像机全程记录。教师也在开始上课的导入部分分别向两组学生说明了摄像的研究目的，对保护学生的隐私做出了承诺。事后由研究者进行视频分析，还原实际教学活动的过程如下：

3.????? 教学效果的测量

前后测试卷的编写

前测和后测的试卷是由教师编制的，2份试卷均为包含10个单项选择题的标准化试卷，每道题目答对计1分，答错计0分，满分10分。题目为教师凭借个人经验，在原授课讲义基础上编写而来。为了能检验两组学生实验开始前在物理基础知识和基本技能上的差异，前测选题覆盖的知识点范围适当放大，包括大学电学（学生在先修课程和课程前半阶段中已学过）和较简单的磁学（磁学为开展翻转实验的课时新教授的知识，前测时学生尚未学习，所以题目难度与高中物理相当，起摸底作用）。为了确保测试能准确地测量两个组学生在实施对比的2次课上的学习效果，后测的试题覆盖的知识点限于这2次课的教学内容，没有覆盖课程前半阶段已授的知识内容。

试卷的发放、批阅、分数登录

研究者提前印好了纸质试卷，在课上当堂发放并按时回收。给两组学生用来完成前后测试卷的时间均为20分钟。回收的试卷由1位研究助理（研究生）进行试卷编码、批阅和录入（采用Epidata3.1软件），并在录入完成后由另1为研究助理按5%随机抽样进行二次阅卷和数据校验。

有效样本的界定和初步数据概况

按照同时具备前测和后测成绩的样本作为有效样本的原则，对两组学生进行了筛选，最后筛选出A班（实验组）有效样本为87人，B班为95人。

4.????? 学生态度的测量

问卷的改编

测量实验组学生对翻转教学态度，采用的是问卷调查。问卷的题项是通过文献在Deslauriers等人的问卷（Deslauriers等，2011）基础上翻译和修改而来，量表为李克特5分量表。

问卷的发放、录入

问卷随后测试卷之后当堂发放，只有实验组学生填写了此问卷。回收的问卷同样由1位研究助理（研究生）进行试卷编码和录入（采用Epidata3.1软件），并在录入完成后由另1为研究助理按5%随机抽样进行数据校验。

三、??? 结果

1.????? 翻转课堂教学的效果

实验组和对照组前后测成绩的分布如表1所示：

?	分组	样本数	平均分值	标准差
前测	实验组	87	6.48	1.731
前测	控制组	95	7.47	1.549
后测	实验组	87	7.31	1.535
后测	控制组	95	7.07	1.282
差值[1]	实验组	87	0.83	2.273
差值[1]	控制组	95	-0.40	1.812

表1：实验组和对照组前后测成绩分布

进一步对前后测差值进行独立样本T检验，t(180)=4.044(P <0.01)，差异显著（见表2）。由此推断实验组在后测中的“进步”大于控制组，可以归因为实施翻转课堂教学带来的影响，其效应量（Effect Size）为0.68[2]。

?	方差齐性检验		均数t检验					?
	F	显著性水平	t	自由度	显著性水平 (双侧)	均数差值	均值差标准误	?
								?
差值	2.555	.112	4.044	180	.000	1.228	.304	?

表2：前后测差值的T检验

前测平均分数实验组比控制组低，说明实验组和控制组并不完全对等。这是由于准实验研究设计的局限性造成的，即实验组和控制组不是随机形成的分组。排除课程定位（皆为工科专业二年级专业必修基础课）、教师执教风格（同一教师）、教材（同一教材）、教学方法（实施翻转教学前两个班教学方法都一样）、授课时间（各有一次1-2节课，也各有一次3-4节课）和教学进度（一样）等因素的影响，能够考察到的两组学生主要差别是所属专业的分布不同，这可能是选课时与其他课程排课时间冲突导致的。进而探索不同专业可能给学生带来的差别：两个班中占学生比例最高的专业（机械与动力工程学院和电子信息与电气工程学院）都是学校最热门的专业，生源质量并没有很大的差异。推测导致前测差异的原因可能是由两个班学生本身（如：知识和能力基础、过去1年在校学程体验等）的差异造成的，在本研究范围内无法进一步收集有效地证据解释归因。

2.????? 学生对翻转课堂教学的态度

在对实验组学生进行的问卷调查中，对“我很喜欢这几次翻转课堂互动形式的教学”持同意观点（“完全同意”或“基本同意”）的学生占58%，认为“不同意”或“不太同意”的占19%。

表3：学生对翻转课堂教学的态度（N=92）

完全或基本同意“如果整门课程从头到尾都采用这种互动形式，我相信我会学得更好”的学生占43%，不到一半，但是选择“说不清”的比例达到33%。这与实际学生后测成绩体现出的学习效果并不一致，一种可能的解释是实验组的学生在短短的2次课（4课时）时间里尝试了一种新的学习方式，还不足以帮助他们对学习效果形成准确的预期判断。更多的学生可能在感知上“喜欢这种教学形式”，但不确定“这样会学得更好”。

而完全或基本同意“课前的微课视频对我帮助很大”的学生占39%，同时有43%的学生选择“不清楚”。这个结果可能受到两个因素的影响：一方面，教师提供课前翻转的预习材料除了微课视频之外还有PPT课件和往年课堂实录，这些素材为学生课外的自学提供了多种选择，特别是像PPT课件这样的传统教学资料，可能会削弱微课视频的利用率；另一方面，新录制的微课视频质量上可能存在一些不足（如：有学生课间向教师反映，认为视频中教师语速过于缓慢等），这也在一定程度上可能会降低学生观看微课视频的意愿。

四、??? 结论

1.????? 翻转课堂教学模式对提高学生的成绩有积极的效果

尽管由于准实验研究的局限性，实验组和对照组在前测中没有表现完全对等。但是考虑到在选课分班机制、生源质量、课程在培养方案中的定位、教师、教材、教学方法、授课时间等绝大部分因素上，两个班学生并不存在逻辑上明显的异质性。而前后测的差值上还是能看出实验组相对控制组分数提高显著，效应值达到0.68。可以推断认为实验组相对巨大的“进步”是归因于采用了翻转课堂的教学模式，即采用翻转课堂教学模式对提高学生的成绩有积极的效果。

2.????? 大部分学生对翻转课堂教学模式持正面态度

58%的实验组学生在体验了翻转课堂教学后，表示“喜欢这种教学形式”。可以认为，大部分学生对翻转课堂教学模式持正面态度。但同时也应该注意到，并不是所有的学生都持肯定态度。对不同于以往的教学方式而言，不同学生的接受程度存在差异。

五、??? 讨论

有效的因素分析

如果说，本研究一定程度上回答了翻转课堂教学对学习效果的影响，那么进一步可以探讨“是什么因素决定了翻转学习有效？”这一问题。从理论上，可以有多种推理和假设能够支撑这种教学模式的效果，包括：

主动学习的增加。课堂时间更多地用于解题、练习、同伴学习等主动学习策略，这能够更好地调动学生的参与，这是促进深入、有意义学习的有效途径
课外学习时间的增加。将原先课内教师讲授的内容变成了课外的预习，这可能会变向增加了学生课外学习的时间，这对学习效果的提高也应该有积极的影响

对学生其他方面的影响效果

另外一个角度，翻转课堂教学对学生的影响并不一定局限于学业成绩，后续的研究还可以进一步考察学生在一些其他学习效果（Learning Outcome）上的变化，比如：

对学科、领域的兴趣
问题解决能力、沟通能力等

不同课程内容、教学目标的适用性

最后，高校的专业门类和课程覆盖的内容差别很大，对各类学习效果的目标要求也程度各有不同。对翻转课堂的适用性的探讨还需要更具体地结合学科专业和课程来加以研究。

参考文献

Lambert, C. (2012, March/April). Twilight of the Lecture. Harvard Magazine, 23-27.
Svinicki, M., & McKeachie, W. J. (2011). Teaching tips: Strategies, research, and theory for college and university teachers (13th Ed.). Belmont, CA: Wadsworth.
Prince, M. (2004). Does Active Learning Work? A Review of the Research, Journal of Engineering Education, 229.
Deslauriers, L., Schelew E., & Wieman C. (2011). Improved Learning in a Large-Enrollment Physics Class, Science, 332.
Eric Mazur (1997). Peer Instruction: A User's Manual Series in Educational Innovation. Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ
Hamdan, N., McKnight, P., McKnight, K., & Arfstrom, K. M. (2014). Flipped Learning Network, http://flippedclassroom.org, 获得时间2014年3月

[1] 差值=后测分数-前测分数

[2] Effect Size采用公式，其中X_A为实验组的平均分值、X_B为控制组的平均分值，S_B为控制组的标准差。

作者简介：邢磊，男，365bet官方网站下载助理研究员，研究方向为高校教师教学发展、教育技术；董占海，男，上海交通大学物理与天文系教授，教学研究方向为物理教学。

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