翻轉課堂教學效果的實證對比

宋彩霞， 陳龍猛， 曹美榮

(1.青島農業大學 理學與信息科學學院， 山東 青島 266109； 2. 山東警察學院 公共基礎教研部， 山東 濟南250014)

翻轉課堂教學效果的實證對比

宋彩霞1， 陳龍猛1， 曹美榮2

(1.青島農業大學 理學與信息科學學院， 山東 青島 266109； 2. 山東警察學院 公共基礎教研部， 山東 濟南250014)

為檢驗翻轉課堂教學效果，對其與傳統課堂進行了實證對比研究。采用數字電路作為研究目標，研究內容包括：課程內容涵蓋率、學生成績、學生對翻轉課堂的認識看法。研究發現，比起傳統的授課方式，翻轉課堂可以涵蓋更多的知識面；能提高學生的成績，尤其是在一些設計性問題上；學生對翻轉課堂模式接受很快，發現它是一種令人滿意與有效的方式。

翻轉課堂；深度學習；數字電路

0 引言

翻轉課堂(Flipped Classroom)又名顛倒課堂(Inverted Classroom)是一種新的教學模式，它讓學生在家中或課外預先觀看視頻中教師的講解，把課堂的時間節省出來進行主動的、基于問題的學習，以強化學習內容的吸收[1，2]。目前，國內外許多學者對翻轉課堂進行了相關研究，但主要集中在對翻轉課堂的介紹、教學模式的探究等方面，從實證的角度對比翻轉課堂與傳統課堂的教學效果，研究很少[3]。

本文憑借本校校級精品課程“數字電路與數字邏輯”以及校級教學研究項目“翻轉課堂教學模式的研究與實踐--以《數字電路與數學邏輯》為例”為平臺，積極探索翻轉課堂的教學模式，進行教學實踐研究，并與傳統教學模式進行對比，以期掌握有效進行“翻轉課堂”教學實踐的過程、方法與注意事項，促進課堂教學改革。

1 翻轉課堂的優勢與困惑

在翻轉課堂中，課程內容的傳遞是通過在課外以視頻，幻燈片，電子讀物等方式進行的。課程的內容提前發布在網上，學生在課外通過網上視頻、電子資料等學習新知識，在課上鞏固和融會貫通[4]。這里有四個主要優勢推動著翻轉課堂教學模式的實施：

(1)和基于課前預習，留出了更多的課堂時間進行交互式的教學活動，比如主動的、協作式的、基于問題和基于項目的學習，促進深度學習，在沒有縮減教學內容的基礎上更加鞏固與拓寬了課程內容[5]。

(2)允許教師用各種形式準備課程資料，滿足不同學生的學習方式與喜好。

(3)加快了以教師為中心、知識灌輸為主的傳統的教學模式向以學生為中心的新模式的轉變，讓學校教育更多從靜態知識傳授轉為智能教育[6]。

(4)鼓勵學生自主學習，培養學生承擔學習責任的能力，為以后的智力發展以及工程實踐做準備[6-8]。

在施行翻轉課堂教學模式中，雖然存在上面所說的優勢，但是仍然存在著幾點困惑：

(1)翻轉課堂在初始階段會相當花費時間。就以制作視頻而言，研究者發現，最佳的視頻長度應該控制在15-25分鐘之間，這就需要教師精心組織、裁剪教學內容，使短片深入淺出，饒有趣味，需要教師花費大量的時間進行編輯[9]。此外，教師還必須消耗時間和精力，為課上進行深度學習做準備。

(2)學生在課外觀看視頻時，遇到問題不能及時的與教師溝通，可能會挫傷一些學生學習興趣與自信心。研究者還發現，有一些學生對需要自己負責學習會感到不適應。教師可以通過給他們明確的任務與目標，來改善這種狀態[10]。

(3)翻轉課堂的實施是否適合任何年級課程值得商榷。

本文針對以上問題展開研究。對比兩種教學模式的效果，量化翻轉課堂如何影響教學效果：針對課堂內容的涵蓋率；評估翻轉課堂融合了合作與基于問題的學習方法后，如何影響學生對課程內容的理解、促進深度學習的？翻轉課堂適合“數字電路與數字邏輯”這門課程嗎？翻轉課堂適合什么年級的課堂教學等。

2 傳統課堂與翻轉課堂對比實證分析

“數字電路與數字邏輯”是我校通信工程、電子信息工程、計算機科學與技術專業開設的一門核心專業基礎課。我們在同一學期授課的通信工程與電子信息工程這兩個專業開展了這門課程兩種教學模式的對比研究，共有四個班級參與，其中兩個班級采用傳統的授課模式，另兩個班級采用翻轉課堂的授課模式。相同的教材、相同的作業、在相同的時間采用相同的試卷考試，保證了對比研究的合理性。課程歷時8周，52個學時，包含42個學時的理論和10個學時的實驗，學分為3.5。課程內容主要包括：數值的表示與轉換、邏輯代數基礎、組合邏輯電路以及常用的中規模集成電路MSI(Medium-Scale Integration)、時序邏輯電路以及MSI、脈沖波形的產生與整形、模/數與數/模轉換等。

2.1 傳統的授課模式

電子信息工程專業的學生采用的是傳統的授課方式，共有64名學生。課堂時間，除了每周的小測驗以及期中考試外，都用于授課與解決課本問題。大部分內容是教師在課堂上通過幻燈片與板書兩種方式傳授的。10個學時的實驗是在實驗室的面包板上完成的。學生通過在面包板上做實驗解決實驗指導書上的各種問題。該實驗以小組的形式合作完成。每個小組由2-3名學生組成，實驗內容從驗證性實驗到組合邏輯電路、時序邏輯電路的設計。 解決問題的時間限制在上課期間，在此期間教師給學生提供必要的指導，幫助他們完成設計。

2.2 翻轉課堂授課模式

通信工程專業的學生采用翻轉課堂教學模式進行授課，共有76名學生。翻轉課堂的實施主要采用以下步驟進行：

(1)為提高學生主動學習的興趣，我們在每一章開始之前，會請本校工程專業創新小組成員給學生作報告，這些成員大都參加過全國、省級或者校級的各類電子產品設計比賽，他們用親身經歷介紹運用所學知識解決實際問題的過程，指出設計過程中會用到的課程知識，以此激發了學生對課程的學習興趣。

(2)布置學生在課外時間觀看視頻講座。視頻內容包括教師授課視頻以及動畫演示等。為了提高學習效果，使學生精力集中不被分散，每集視頻的時間控制在15-25分鐘之間。視頻放在學校的精品課程網站上面，學生可以隨時觀看。同時放在網站上面還包括要講解的內容課件、需要進行網上查詢的資料等。學生學習完網上的資料后，會被要求進行一次簡短的課前測試，其成績會反饋給教師，幫助教師獲知學生課前預習情況，為教師準備課堂活動，進行深度學習提供參考。

(3)課堂時間用于解決問題、促進深度學習的。在課堂上教師不再是主角，只是一名幫助者與監督者。學生才是課堂的主角，通過小組合作，討論發言等方式提高學生的參與性，達到知識學習的融會貫通、應用的舉一反三。

(4)課后鞏固：每堂課后，教師選擇一些題目供學生課后或者在網上練習，主要是分析、設計類題目，其目的是讓學生利用本次課內容分析解決問題，以便達到鞏固的目的。教師根據此反饋評估學生對本次課的掌握情況并為下次上課提供參考。

2.3 評價方法

翻轉課堂的有效性通過以下幾個方面的考察來體現：對比授課內容的涵蓋性、小測驗與考試成績、學生對授課、學習與翻轉課堂的看法等。

數據的收集與整理是在課程結束后的學期末進行。采用匿名問卷調查方式，具體調查內容包含：課程的組織、教師對課堂時間的利用、對教學風格的評訴、考試與報告的有效性、學生的個人努力、平均每周拿出多少時間學習這門課程等。

3 翻轉課堂與傳統課堂效果實證對比

3.1 參與者的相似性

參與考察的學生是同一年級的學生，分居電子信息工程專業與通信工程兩個專業?！皵底蛛娐放c數字邏輯”是這兩個專業的核心專業基礎課程，在同一個學期開設。在上這門課之前，兩個專業開設的課程幾乎相同，都是基礎課程。專業背景與學生能力相似。

3.2 內容覆蓋范圍

內容覆蓋范圍是用來對比翻轉課堂與傳統課堂效果的內容之一。用來對比的內容主要包括學生通過學習材料而獲得的知識。在第三個周的時候，翻轉課堂的學生已經超越了傳統課堂的學生。到第8個周末的時候，翻轉課堂已經領先傳統課堂的課程一周時間，并且涵蓋了兩個在傳統課堂中沒有涉及到的題目：多路智能搶答器的設計，交通信號燈的設計。究其原因：①在每一章開始，由高年級學生做的報告激發了學生思考問題、解決實際問題的興趣。②翻轉課堂的學生，在課前會進行測試，這就需要學生查看大量的資料(通過上網與圖書館查找)，因此課程進展更快，涵蓋了更多的知識內容。

3.3 學生測驗與考試成績

平時測驗與期末考試的內容相同，都在同一時間進行。在試卷的最后都會留有兩道選做題，選做題的類型是設計題，涉及到的知識點包含組合邏輯電路、時序邏輯電路的綜合運用。從考試成績來看，翻轉課堂的學生在選做題上的成績明顯好于傳統課堂的學生。從最終的考試成績來看，采用翻轉課堂模式的學生的期中與期末成績平均分比傳統教學班級的學生分別高出6.5分和8.7分。

3.4 學生對翻轉課堂的看法

學生態度調查是從學生主觀角度對翻轉課堂的教學效果進行反饋開始的。針對“我喜歡在課堂上進行互動，而不是一直由教師講課；我們學會了獨立思考與發現問題”等類似問題對學生進行的問卷調查，結果分為5個等級：5代表非常同意，4代表同意，3代表一般，2代表不同意，1代表非常不同意。翻轉課堂的學生給出的分數(平均值是4.78，標準差是0.47)，相比于傳統課堂的學生給出的成績(平均值是4.25，標準差是0.76)要高一些。調查還包括對時間花費的統計，主要是除去課堂時間之外，學生查資料、做作業等花費在課程上面的時間。也分為5個等級(1，<5小時，2，5--6小時，3，7--8小時，4，9--10小時，5，>11小時)。采用翻轉課堂教學模式的學生使用了平均 6.5小時/周，標準差是0.83小時/周；傳統課堂的學生使用了平均8.7小時/周，標準差是0.78小時/周。

在翻轉課堂中，96.7%的學生反映出課堂中設計的項目以及例子有利于理解概念、解決實際問題。在傳統課堂中，83.8%的學生則是希望更多的實驗時間。

其次，調查還包括學生對翻轉課堂的認識，數據顯示了參與翻轉課堂的學生普遍認為新的教學模式需要自律與必須調整以前的學習習慣。到第三周結束后，學生感到翻轉課堂能很好的利用課堂時間，基于問題與項目的討論形式能有效促進深度學習，為以后的工程實踐做了很好的準備。

學生們普遍反映，翻轉課堂的視頻與課堂時間比傳統的課后作業更有利于知識的掌握。隨著課程的進行，學生觀看視頻的次數逐漸上升，在前面四周，平均每個視頻觀看2.53次，到第八周后，平均每個視頻觀看次數達到2.89次。在翻轉課堂剛開始時，觀看視頻時一些學生會感到迷惑，但是逐漸學會調整心態后，學生便非常喜歡了，尤其是可以重播那些開始看不明白的地方。

在期末的討論會中，有學生提到翻轉課堂的教學模式不利于概念很多的課程，因為那些課程在預習時會遇到太多的難以識別的新概念與公式。87.2%的學生認為翻轉課堂的教學模式不適合在大一開設，學生需要時間從傳統被動的學習方式中轉變為主動的學習方式。

調查中從學生那里還收集和整理到翻轉課堂教學模式中，從各種特定活動中獲得的益處與一般性益處分別示于圖1和圖2。

圖1 翻轉課堂中特定活動帶來的獲益效果

圖2 翻轉課堂帶來的一般性獲益效果

4 評價與反思

調查結果澄清了一些有關翻轉課堂模式的迷惑。

(1)翻轉課堂教學模式比傳統課堂教學模式允許教師傳授更多的課程內容。有人會說，傳授更多的內容是因為學生花費在這上面的時間多換來的。從我們的研究中可以看出，翻轉課堂中的學生課外花費的時間(6.5小時/周)明顯少于傳統課堂時間(8.7小時/周)。這個結果表明，翻轉課堂模式結合了主動的、合作的、基于問題、基于項目的先進學習方法，既不會犧牲課程內容的，也不會給學生增加負擔。

(2)從學生的平時測試與考試試卷分析看，采用翻轉課堂教學模式的學生在設計與解決實際問題方面比傳統課堂的學生有明顯優勢。

(3)從調查中可以看出學生需要時間去適應翻轉課堂模式，但是調整的時間很短?；旧?，到第三個周末的時候，學生就能意識到如果課前進行預習準備，在課堂上便會學到更多的知識。這種自我調節的能力，能提高學習效率，是智力開發、促進深度學習的一個重要組成部分，是從事工程實踐的一種必要準備。

(4)研究還發現，面對視頻以及眾多的網絡資源，學生一開始往往不知道如何選擇看那些資料，雖然為了開發學生終身學習技能，為以后的工作打好基礎而需要培養學生查找資料、自學的能力。但是筆者建議在學生剛開始接觸翻轉課堂教學模式的時候，教師需要給出必要的指導，這種指導可以逐漸減少并且最終取消。

(5)翻轉課堂模式實施的初始階段的確需要花費大量的時間去調研,視頻的準備與剪輯也會超過200個小時。此外還需要花費大量時間為課前出測試題、為課堂活動準備問題。然而，一旦課程資料開發出來后，教師在每堂課課前的準備時間就會少于傳統課堂。以后每屆的課程就會節省許多時間，因為視頻與課堂活動可以每年重復使用。

5 結語

本文通過一學期的實踐，對比了翻轉課堂與傳統課堂在“數字電路與數字邏輯”課程教學方面的效果。從授課方式、學生成績、學生評價、教師的認識等多方面展開研究。研究結果是令人鼓舞的。翻轉課堂的概念給基于問題、基于項目的小組協作提供了一種平臺，它不僅可以比傳統課堂傳授更多的知識，而且提高了學生解決問題能力，使學生能更快的適應模式變化，有較高的學習滿意度。翻轉課堂實現了以教師為中心向以學生為中心的方式轉變，鼓勵學生發揮獨立學習能力，這些都為以后的工作實踐打下了良好的基礎。

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An Empirical Study on Effect of Flipped Classroom

SONG Cai-xia1, CHEN Long-meng1, CAO Mei-rong2

(1.CollegeofScienceandInformation,QingdaoAgriculturalUniversity,Qingdao266109,China. 2.DepartmentofPublicbasicteachingresearch,ShandongPoliceCollege,Jinan250014,China)

Taking Digital Circuit course as an example, this paper compares the effect of a flipped classroom to a traditional classroom in three areas: content coverage; student performance; students′ perception of the flipped classroom. The results show that the flipped classroom can cover more content, improve students′ performance, especially on design problem, and then students can adapt quickly this format and find the flipped classroom is an effective and satisfying way of teaching mode.

flipped classroom; deep learning; digital circuit

2016-06-28;

2016-09- 22

教育部在線教育研究中心在線研究基金(全通教育)2017年一般課題“基于信息技術的翻轉課堂教學模式設計研究”(2017YB135)；山東省應用型人才培養特色名校建設工程校級精品課程“數字電路與數字邏輯”(XJP2013032)；青島農業大學校級教學研究項目“翻轉課堂教學模式的研究與實踐--以《數字電路與數字邏輯》為例”(XJG2016056)；青島農業大學實驗技術研究課題(SYJK16-13) 第一作者：宋彩霞(1977-)，女，博士，講師，主要從事車聯網通信、資源分配、計算機和數字電路教學和研究工作, E-mail:cassiesong@mail.dlut.edu.cn

G642

A

1008-0686(2017)03-0035-05