工科大學(xué)物理課堂翻轉(zhuǎn)度的準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究

1、    工科大學(xué)物理課堂翻轉(zhuǎn)度的準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究    摘要：課堂教學(xué)中學(xué)生的參與程度（簡(jiǎn)稱課堂翻轉(zhuǎn)度）的高低直接影響課堂教學(xué)質(zhì)量，是不是課堂的翻轉(zhuǎn)程度越高越好？本文將通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定最佳的課堂翻轉(zhuǎn)程度，包括翻轉(zhuǎn)度的量度及其確定、不同翻轉(zhuǎn)度教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和教學(xué)效果對(duì)比等方面的研究?jī)?nèi)容。關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂，課堂翻轉(zhuǎn)度，教學(xué)效果實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證為了提高教學(xué)質(zhì)量，國(guó)內(nèi)外教育工作者紛紛嘗試各種以學(xué)生為中心的教學(xué)方法，如布魯納（j. bruner）發(fā)現(xiàn)法、戈登（j. j. gordon）創(chuàng)造法、同伴教學(xué)法（peer instruction）、翻轉(zhuǎn)課堂教法等。然而倍受青睞的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模

2、式，從一提出不久就受到了質(zhì)疑。12我們應(yīng)該剖析其中的原委，從學(xué)術(shù)的角度進(jìn)行研究。事實(shí)上美國(guó)學(xué)者boyer很早將教學(xué)方法的重要性上升到了學(xué)術(shù)高度。3我們從2013年開(kāi)始將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法在所擔(dān)任的工科大學(xué)物理上試驗(yàn)，在試驗(yàn)過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)一個(gè)奇怪的現(xiàn)象：學(xué)生一方面非常喜歡翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法，另一方面又強(qiáng)烈要求教師在課堂中多講授。在表面上似乎矛盾的現(xiàn)象背后應(yīng)該存在某種原因，為此我們進(jìn)行了深入的分析研究，形成了一個(gè)初步的想法：傳統(tǒng)的以教師為中心的教學(xué)課堂占用率太高（課堂翻轉(zhuǎn)度太低），而采用完全的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，對(duì)現(xiàn)行體制高等學(xué)校的學(xué)生來(lái)說(shuō)課堂占用率又太低（翻轉(zhuǎn)度太高），應(yīng)該存在一個(gè)適中的翻轉(zhuǎn)度，既能發(fā)揮

3、翻轉(zhuǎn)課堂的優(yōu)勢(shì)，又符合中國(guó)國(guó)情。為了證實(shí)這一想法，我們開(kāi)展了課堂翻轉(zhuǎn)度的實(shí)驗(yàn)研究，研究包括翻轉(zhuǎn)度的量度及其確定、不同翻轉(zhuǎn)度教學(xué)效果的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)等方面的內(nèi)容。一、課堂翻轉(zhuǎn)度的量度及其確定課堂翻轉(zhuǎn)度可采用教師課堂講授時(shí)間所占比例，或?qū)W生課堂互動(dòng)占用時(shí)間比例，其中學(xué)生課堂占用時(shí)間包括學(xué)生提問(wèn)、學(xué)生討論、課堂練習(xí)等時(shí)間。不同的翻轉(zhuǎn)度課外要求相同、課堂上學(xué)習(xí)內(nèi)容和進(jìn)度相同，若教師精講則可留給學(xué)生更多的課堂時(shí)間，翻轉(zhuǎn)度高，相反則翻轉(zhuǎn)度低。為了確定最佳翻轉(zhuǎn)度，我們先對(duì)學(xué)生作了問(wèn)卷調(diào)查，先了解學(xué)生期望的翻轉(zhuǎn)度為多大。問(wèn)卷樣本為兩個(gè)班160個(gè)學(xué)生，問(wèn)卷題目如下：“老師主講時(shí)間設(shè)為x，學(xué)生課堂討論思考跟練等用時(shí)設(shè)為

4、y，則x/y最好為_(kāi) _ _ _ _1）10：0；2）8：2；3）7：3；4）6：4；5）5：5；6）3：7；7）2：8”。問(wèn)卷統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如下：選擇1）7）的學(xué)生比例分別為1%、21%、47%、12%、12%、7%和0。將各選項(xiàng)轉(zhuǎn)化成教師課堂講授占用時(shí)間百分比并繪制曲線，將其稱為學(xué)生期望的翻轉(zhuǎn)度曲線（圖1）。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)清楚表明，學(xué)生期望的課堂時(shí)間分割為：教師占用約為2/3的課堂時(shí)間，而學(xué)生互動(dòng)占用時(shí)間約為1/3，將其稱為“黃金分割a”?！包S金分割b”是指教師講授占用課堂時(shí)間為1/3，學(xué)生2/3。為了進(jìn)一步了解哪些學(xué)生期望低翻轉(zhuǎn)度教學(xué)模式（教師多講），哪些學(xué)生期望高翻轉(zhuǎn)度教學(xué)模式（教師少講），我們又

5、對(duì)問(wèn)卷進(jìn)行了學(xué)生期末考試成績(jī)的配對(duì)分析，確定不同選項(xiàng)對(duì)應(yīng)學(xué)生成績(jī)的分布，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表1。根據(jù)問(wèn)卷調(diào)查數(shù)據(jù)，又將學(xué)生粗分為三類：差等生（不及格）、中等學(xué)生（低于80分）和優(yōu)等生（高于80分），將翻轉(zhuǎn)度粗分為三類：“低翻轉(zhuǎn)度”是指選擇了選項(xiàng)1）和2），“黃金分割a”是指選擇了選項(xiàng)3），“高翻轉(zhuǎn)度”是指選擇了選項(xiàng)4）7）。則學(xué)生期望的翻轉(zhuǎn)度對(duì)學(xué)生等次的分布如表2。配對(duì)調(diào)查問(wèn)卷的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，三類學(xué)生對(duì)翻轉(zhuǎn)度的選擇基本一致，均期望選擇“黃金分割a”，這一課堂分割是否是最佳的，最終需要通過(guò)教學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。教學(xué)實(shí)驗(yàn)研究周期長(zhǎng)、參數(shù)多，實(shí)驗(yàn)次數(shù)有限，由于我們有了對(duì)翻轉(zhuǎn)度的先期預(yù)判，采用優(yōu)選法可有針對(duì)性地選擇

6、翻轉(zhuǎn)度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。具體地說(shuō)，一次實(shí)驗(yàn)的翻轉(zhuǎn)度為“黃金分割a”，另一次實(shí)驗(yàn)為“黃金分割b”。二、“黃金分割a”教學(xué)模式實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)課堂教學(xué)采用“黃金分割a”的實(shí)驗(yàn)在2013年完成。45實(shí)驗(yàn)樣本為兩個(gè)平行班，其中一個(gè)班為95人，取為實(shí)驗(yàn)班，另一個(gè)對(duì)比班為98人，取為控制班。學(xué)習(xí)內(nèi)容為穩(wěn)恒磁場(chǎng)、安培環(huán)路定理及其應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)班采用“黃金分割a”教學(xué)模式教學(xué)，教師占用課堂時(shí)間約為65%，學(xué)生約為35%?？刂瓢嗖捎贸Ｒ?guī)的教師主講方式授課，教師占用課堂時(shí)間大致為95%，學(xué)生大致為5%。兩個(gè)班學(xué)習(xí)進(jìn)度同步，課外學(xué)習(xí)要求一致。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容完成后立即對(duì)兩個(gè)班進(jìn)行了教學(xué)效果測(cè)試。并且對(duì)測(cè)試題目進(jìn)行了難度、區(qū)分度分析，對(duì)測(cè)

7、試成績(jī)進(jìn)行了t檢驗(yàn)，數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。由于實(shí)驗(yàn)班和控制班是兩個(gè)不同的樣本，為了科學(xué)地比較教學(xué)效果，對(duì)兩個(gè)樣本的固有差異進(jìn)行了評(píng)估，對(duì)實(shí)驗(yàn)班和控制班作了樣本異質(zhì)性測(cè)試，測(cè)試成績(jī)?nèi)∑谀┛荚嚦煽?jī)，對(duì)異質(zhì)性測(cè)試題目進(jìn)行了難度、區(qū)分度分析，對(duì)異質(zhì)性測(cè)試成績(jī)進(jìn)行了t檢驗(yàn)，數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，“黃金分割a”的教學(xué)效果稍優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)，將一個(gè)成績(jī)低于平均水平的班變?yōu)樯詢?yōu)于平均水平的班。我們還對(duì)學(xué)生的認(rèn)可度、參與度也進(jìn)行了評(píng)估。三、“黃金分割b”教學(xué)模式實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)“黃金分割b”教學(xué)模式的實(shí)驗(yàn)在2016年完成，本次試驗(yàn)選用了光學(xué)中的雙折射現(xiàn)象作為教學(xué)內(nèi)容，這部分知識(shí)點(diǎn)相對(duì)獨(dú)立、是學(xué)生不太熟悉的選學(xué)內(nèi)容，選擇為實(shí)驗(yàn)

8、內(nèi)容比較理想。樣本為工科大平臺(tái)上的兩個(gè)平行班，實(shí)驗(yàn)班學(xué)生人數(shù)為77人，采用學(xué)生自學(xué)為主的形式，在課堂上用71%以上的時(shí)間現(xiàn)場(chǎng)看教材、網(wǎng)上查找資料學(xué)習(xí)。教師占用課堂15%的時(shí)間精講所學(xué)內(nèi)容，占用5%的時(shí)間總結(jié)，占用了9%的時(shí)間學(xué)生提問(wèn)討論，課堂分割接近“黃金分割b”?？刂瓢酁?6人，采用教師主講的形式，96%時(shí)間教師講授，講授結(jié)束后有兩個(gè)學(xué)生提問(wèn)，大致用時(shí)4%，為傳統(tǒng)教學(xué)模式。課后馬上對(duì)兩個(gè)班進(jìn)行了教學(xué)效果測(cè)試，對(duì)兩個(gè)班也進(jìn)行了樣本差異性評(píng)估，樣本差異測(cè)試題仍然選擇期末考試成績(jī)。對(duì)測(cè)試題的區(qū)分度、難度進(jìn)行了分析，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了t檢驗(yàn)，結(jié)果如表4。樣本異質(zhì)性測(cè)試結(jié)果表明，兩個(gè)樣本在統(tǒng)計(jì)學(xué)上說(shuō)無(wú)明

9、顯差別。而教學(xué)效果測(cè)試結(jié)果表明，兩個(gè)樣本差別明顯。本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，“黃金分割b”的教學(xué)效果明顯優(yōu)于以講授為主的傳統(tǒng)教學(xué)。 四、不同翻轉(zhuǎn)度教學(xué)效果對(duì)比兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用“黃金分割a”和“黃金分割b”兩種教學(xué)模式均優(yōu)于以教師講授為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式，那么“黃金分割a”和“黃金分割b”兩個(gè)模式哪個(gè)教學(xué)效果好？為了比較這兩個(gè)翻轉(zhuǎn)度的教學(xué)效果，需要對(duì)測(cè)試成績(jī)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，基本思想如下：用ue和uc分別表示實(shí)驗(yàn)班和控制班教學(xué)效果測(cè)試成績(jī)，c表示控制班教學(xué)效果測(cè)試成績(jī)的標(biāo)準(zhǔn)方差，則教學(xué)效果效應(yīng)量（effect size）為：es1=（ueuc）/c用le和lc分別表示實(shí)驗(yàn)班和控制班樣本異質(zhì)性

10、測(cè)試成績(jī)，sc表示控制班樣本異質(zhì)性測(cè)試成績(jī)的標(biāo)準(zhǔn)方差，則樣本異質(zhì)性效應(yīng)量為：es2=（lelc）/sc兩個(gè)效應(yīng)量的差值es=es1es2表示扣除了樣本異質(zhì)性的教學(xué)效果差異，可作為度量不同教學(xué)模式教學(xué)效果的標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)。不同教學(xué)模式的數(shù)據(jù)差異如表5，其中傳統(tǒng)模式是自身比較，故第一、三兩列值為零。基于表5可得到兩次教學(xué)實(shí)驗(yàn)的效應(yīng)量（如表6），其中極端模式為讓學(xué)生純粹自習(xí)、教師不做任何形式的參與，可以推斷教學(xué)效果一定不會(huì)比有教師督促下的教學(xué)模式效果好，即es<0.15。效應(yīng)量對(duì)翻轉(zhuǎn)度分布如圖2：傳統(tǒng)模式學(xué)生課堂占用不超過(guò)10%，教師占用大于90%，課堂翻轉(zhuǎn)度最低，橫坐標(biāo)值為0.1，“黃金分割a”

11、、“黃金分割b”和學(xué)生純自學(xué)模式的翻轉(zhuǎn)度越來(lái)越高，橫坐標(biāo)值分別為0.3、0.7和1.0，縱坐標(biāo)為效應(yīng)量es。效應(yīng)量數(shù)據(jù)表明：“黃金分割a”和“黃金分割b”均比傳統(tǒng)教學(xué)模式好，兩者相比“黃金分割a”教學(xué)模式更好。應(yīng)該指出，本實(shí)驗(yàn)是針對(duì)上海交通大學(xué)a類大學(xué)物理課進(jìn)行的，故其結(jié)論只能推廣到同類學(xué)校的同類課程。還應(yīng)該說(shuō)明，教學(xué)質(zhì)量的評(píng)價(jià)是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題，應(yīng)該包括課程、教師和學(xué)生三個(gè)層面的評(píng)價(jià)6，而學(xué)生層面還包括學(xué)生對(duì)課程的興趣（interest）、對(duì)教學(xué)過(guò)程的參與（engagement）、和學(xué)習(xí)的主動(dòng)性（active participation）等不同維度，成績(jī)測(cè)試只是其中的一個(gè)維度?？傊ㄟ^(guò)對(duì)大

12、學(xué)物理的課堂教學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，以教師為中心的教學(xué)模式雖然可使學(xué)習(xí)知識(shí)易化，但因?qū)W生參與度太低，學(xué)生知識(shí)內(nèi)化程度低，教學(xué)效果不是最好。若翻轉(zhuǎn)度太大，因大學(xué)物理中有很多內(nèi)容比較抽象，缺少教師對(duì)知識(shí)的易化環(huán)節(jié)，教學(xué)效果也不是最好。比較好的教學(xué)模式是學(xué)生期望的黃金分割模式，教師占用2/3的課堂時(shí)間講授，留出1/3的時(shí)間供學(xué)生使用。參考文獻(xiàn)：1sandra sanchez-gordon，sergio lujan-mora. moocs gone wild.2014. http：/2icef monitor. are we already entering a post-mooc era？2013. htt

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