工科大學物理課堂翻轉(zhuǎn)度的準實驗研究

1、    工科大學物理課堂翻轉(zhuǎn)度的準實驗研究    摘要：課堂教學中學生的參與程度（簡稱課堂翻轉(zhuǎn)度）的高低直接影響課堂教學質(zhì)量，是不是課堂的翻轉(zhuǎn)程度越高越好？本文將通過實驗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)度教學實驗設計和教學效果對比等方面的研究內(nèi)容。關鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂，課堂翻轉(zhuǎn)度，教學效果實驗驗證為了提高教學質(zhì)量，國內(nèi)外教育工作者紛紛嘗試各種以學生為中心的教學方法，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)課堂教學模

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

3、翻轉(zhuǎn)課堂的優(yōu)勢，又符合中國國情。為了證實這一想法，我們開展了課堂翻轉(zhuǎn)度的實驗研究，研究包括翻轉(zhuǎn)度的量度及其確定、不同翻轉(zhuǎn)度教學效果的實驗檢驗等方面的內(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間所占比例，或?qū)W生課堂互動占用時間比例，其中學生課堂占用時間包括學生提問、學生討論、課堂練習等時間。不同的翻轉(zhuǎn)度課外要求相同、課堂上學習內(nèi)容和進度相同，若教師精講則可留給學生更多的課堂時間，翻轉(zhuǎn)度高，相反則翻轉(zhuǎn)度低。為了確定最佳翻轉(zhuǎn)度，我們先對學生作了問卷調(diào)查，先了解學生期望的翻轉(zhuǎn)度為多大。問卷樣本為兩個班160個學生，問卷題目如下：“老師主講時間設為x，學生課堂討論思考跟練等用時設為

4、y，則x/y最好為_ _ _ _ _1）10：0；2）8：2；3）7：3；4）6：4；5）5：5；6）3：7；7）2：8”。問卷統(tǒng)計數(shù)據(jù)如下：選擇1）7）的學生比例分別為1%、21%、47%、12%、12%、7%和0。將各選項轉(zhuǎn)化成教師課堂講授占用時間百分比并繪制曲線，將其稱為學生期望的翻轉(zhuǎn)度曲線（圖1）。統(tǒng)計數(shù)據(jù)清楚表明，學生期望的課堂時間分割為：教師占用約為2/3的課堂時間，而學生互動占用時間約為1/3，將其稱為“黃金分割a”。“黃金分割b”是指教師講授占用課堂時間為1/3，學生2/3。為了進一步了解哪些學生期望低翻轉(zhuǎn)度教學模式（教師多講），哪些學生期望高翻轉(zhuǎn)度教學模式（教師少講），我們又

5、對問卷進行了學生期末考試成績的配對分析，確定不同選項對應學生成績的分布，統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表1。根據(jù)問卷調(diào)查數(shù)據(jù)，又將學生粗分為三類：差等生（不及格）、中等學生（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1）和2），“黃金分割a”是指選擇了選項3），“高翻轉(zhuǎn)度”是指選擇了選項4）7）。則學生期望的翻轉(zhuǎn)度對學生等次的分布如表2。配對調(diào)查問卷的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，三類學生對翻轉(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，最終需要通過教學實驗來驗證。教學實驗研究周期長、參數(shù)多，實驗次數(shù)有限，由于我們有了對翻轉(zhuǎn)度的先期預判，采用優(yōu)選法可有針對性地選擇

6、翻轉(zhuǎn)度進行實驗。具體地說，一次實驗的翻轉(zhuǎn)度為“黃金分割a”，另一次實驗為“黃金分割b”。二、“黃金分割a”教學模式實驗檢驗課堂教學采用“黃金分割a”的實驗在2013年完成。45實驗樣本為兩個平行班，其中一個班為95人，取為實驗班，另一個對比班為98人，取為控制班。學習內(nèi)容為穩(wěn)恒磁場、安培環(huán)路定理及其應用。實驗班采用“黃金分割a”教學模式教學，教師占用課堂時間約為65%，學生約為35%。控制班采用常規(guī)的教師主講方式授課，教師占用課堂時間大致為95%，學生大致為5%。兩個班學習進度同步，課外學習要求一致。在實驗教學內(nèi)容完成后立即對兩個班進行了教學效果測試。并且對測試題目進行了難度、區(qū)分度分析，對測

7、試成績進行了t檢驗，數(shù)據(jù)見表3。由于實驗班和控制班是兩個不同的樣本，為了科學地比較教學效果，對兩個樣本的固有差異進行了評估，對實驗班和控制班作了樣本異質(zhì)性測試，測試成績?nèi)∑谀┛荚嚦煽?，對異質(zhì)性測試題目進行了難度、區(qū)分度分析，對異質(zhì)性測試成績進行了t檢驗，數(shù)據(jù)見表3。本次實驗結(jié)果說明，“黃金分割a”的教學效果稍優(yōu)于傳統(tǒng)教學，將一個成績低于平均水平的班變?yōu)樯詢?yōu)于平均水平的班。我們還對學生的認可度、參與度也進行了評估。三、“黃金分割b”教學模式實驗檢驗“黃金分割b”教學模式的實驗在2016年完成，本次試驗選用了光學中的雙折射現(xiàn)象作為教學內(nèi)容，這部分知識點相對獨立、是學生不太熟悉的選學內(nèi)容，選擇為實驗

8、內(nèi)容比較理想。樣本為工科大平臺上的兩個平行班，實驗班學生人數(shù)為77人，采用學生自學為主的形式，在課堂上用71%以上的時間現(xiàn)場看教材、網(wǎng)上查找資料學習。教師占用課堂15%的時間精講所學內(nèi)容，占用5%的時間總結(jié)，占用了9%的時間學生提問討論，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%時間教師講授，講授結(jié)束后有兩個學生提問，大致用時4%，為傳統(tǒng)教學模式。課后馬上對兩個班進行了教學效果測試，對兩個班也進行了樣本差異性評估，樣本差異測試題仍然選擇期末考試成績。對測試題的區(qū)分度、難度進行了分析，對測試結(jié)果進行了t檢驗，結(jié)果如表4。樣本異質(zhì)性測試結(jié)果表明，兩個樣本在統(tǒng)計學上說無明

9、顯差別。而教學效果測試結(jié)果表明，兩個樣本差別明顯。本次實驗結(jié)果說明，“黃金分割b”的教學效果明顯優(yōu)于以講授為主的傳統(tǒng)教學。 四、不同翻轉(zhuǎn)度教學效果對比兩次實驗結(jié)果表明，采用“黃金分割a”和“黃金分割b”兩種教學模式均優(yōu)于以教師講授為主的傳統(tǒng)教學模式，那么“黃金分割a”和“黃金分割b”兩個模式哪個教學效果好？為了比較這兩個翻轉(zhuǎn)度的教學效果，需要對測試成績進行標準化處理，基本思想如下：用ue和uc分別表示實驗班和控制班教學效果測試成績，c表示控制班教學效果測試成績的標準方差，則教學效果效應量（effect size）為：es1=（ueuc）/c用le和lc分別表示實驗班和控制班樣本異質(zhì)性

10、測試成績，sc表示控制班樣本異質(zhì)性測試成績的標準方差，則樣本異質(zhì)性效應量為：es2=（lelc）/sc兩個效應量的差值es=es1es2表示扣除了樣本異質(zhì)性的教學效果差異，可作為度量不同教學模式教學效果的標準化參數(shù)。不同教學模式的數(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可得到兩次教學實驗的效應量（如表6），其中極端模式為讓學生純粹自習、教師不做任何形式的參與，可以推斷教學效果一定不會比有教師督促下的教學模式效果好，即es<0.15。效應量對翻轉(zhuǎn)度分布如圖2：傳統(tǒng)模式學生課堂占用不超過10%，教師占用大于90%，課堂翻轉(zhuǎn)度最低，橫坐標值為0.1，“黃金分割a”

11、、“黃金分割b”和學生純自學模式的翻轉(zhuǎn)度越來越高，橫坐標值分別為0.3、0.7和1.0，縱坐標為效應量es。效應量數(shù)據(jù)表明：“黃金分割a”和“黃金分割b”均比傳統(tǒng)教學模式好，兩者相比“黃金分割a”教學模式更好。應該指出，本實驗是針對上海交通大學a類大學物理課進行的，故其結(jié)論只能推廣到同類學校的同類課程。還應該說明，教學質(zhì)量的評價是一個很復雜的問題，應該包括課程、教師和學生三個層面的評價6，而學生層面還包括學生對課程的興趣（interest）、對教學過程的參與（engagement）、和學習的主動性（active participation）等不同維度，成績測試只是其中的一個維度?？傊ㄟ^對大

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

13、p：/3boyer e. l. scholarship reconsidered，priorities of the professoriate the carnegie foundation for the advancement of teachingm. u. s. princeton university press. 1990：1-140.4邢磊，董占海.大學物理翻轉(zhuǎn)課堂教學效果的準實驗研究j.復旦教育論壇，2015，13（1）：24-29.5董占海.大學物理“翻轉(zhuǎn)課堂教學”研究與實踐j.物理與工程，2014（s1）：6-8.6lemos m. s.，queir？s. c.，teixeira p. m.，menezes i. development and validation of a theoretically based，multidimensional qu