翻转课堂教学效果的实证对比

宋彩霞， 陈龙猛， 曹美荣

(1.青岛农业大学 理学与信息科学学院， 山东 青岛 266109； 2. 山东警察学院 公共基础教研部， 山东 济南250014)

翻转课堂教学效果的实证对比

宋彩霞1， 陈龙猛1， 曹美荣2

(1.青岛农业大学 理学与信息科学学院， 山东 青岛 266109； 2. 山东警察学院 公共基础教研部， 山东 济南250014)

为检验翻转课堂教学效果，对其与传统课堂进行了实证对比研究。采用数字电路作为研究目标，研究内容包括：课程内容涵盖率、学生成绩、学生对翻转课堂的认识看法。研究发现，比起传统的授课方式，翻转课堂可以涵盖更多的知识面；能提高学生的成绩，尤其是在一些设计性问题上；学生对翻转课堂模式接受很快，发现它是一种令人满意与有效的方式。

翻转课堂；深度学习；数字电路

0 引言

翻转课堂(Flipped Classroom)又名颠倒课堂(Inverted Classroom)是一种新的教学模式，它让学生在家中或课外预先观看视频中教师的讲解，把课堂的时间节省出来进行主动的、基于问题的学习，以强化学习内容的吸收[1，2]。目前，国内外许多学者对翻转课堂进行了相关研究，但主要集中在对翻转课堂的介绍、教学模式的探究等方面，从实证的角度对比翻转课堂与传统课堂的教学效果，研究很少[3]。

本文凭借本校校级精品课程“数字电路与数字逻辑”以及校级教学研究项目“翻转课堂教学模式的研究与实践--以《数字电路与数学逻辑》为例”为平台，积极探索翻转课堂的教学模式，进行教学实践研究，并与传统教学模式进行对比，以期掌握有效进行“翻转课堂”教学实践的过程、方法与注意事项，促进课堂教学改革。

1 翻转课堂的优势与困惑

在翻转课堂中，课程内容的传递是通过在课外以视频，幻灯片，电子读物等方式进行的。课程的内容提前发布在网上，学生在课外通过网上视频、电子资料等学习新知识，在课上巩固和融会贯通[4]。这里有四个主要优势推动着翻转课堂教学模式的实施：

(1)和基于课前预习，留出了更多的课堂时间进行交互式的教学活动，比如主动的、协作式的、基于问题和基于项目的学习，促进深度学习，在没有缩减教学内容的基础上更加巩固与拓宽了课程内容[5]。

(2)允许教师用各种形式准备课程资料，满足不同学生的学习方式与喜好。

(3)加快了以教师为中心、知识灌输为主的传统的教学模式向以学生为中心的新模式的转变，让学校教育更多从静态知识传授转为智能教育[6]。

(4)鼓励学生自主学习，培养学生承担学习责任的能力，为以后的智力发展以及工程实践做准备[6-8]。

在施行翻转课堂教学模式中，虽然存在上面所说的优势，但是仍然存在着几点困惑：

(1)翻转课堂在初始阶段会相当花费时间。就以制作视频而言，研究者发现，最佳的视频长度应该控制在15-25分钟之间，这就需要教师精心组织、裁剪教学内容，使短片深入浅出，饶有趣味，需要教师花费大量的时间进行编辑[9]。此外，教师还必须消耗时间和精力，为课上进行深度学习做准备。

(2)学生在课外观看视频时，遇到问题不能及时的与教师沟通，可能会挫伤一些学生学习兴趣与自信心。研究者还发现，有一些学生对需要自己负责学习会感到不适应。教师可以通过给他们明确的任务与目标，来改善这种状态[10]。

(3)翻转课堂的实施是否适合任何年级课程值得商榷。

本文针对以上问题展开研究。对比两种教学模式的效果，量化翻转课堂如何影响教学效果：针对课堂内容的涵盖率；评估翻转课堂融合了合作与基于问题的学习方法后，如何影响学生对课程内容的理解、促进深度学习的？翻转课堂适合“数字电路与数字逻辑”这门课程吗？翻转课堂适合什么年级的课堂教学等。

2 传统课堂与翻转课堂对比实证分析

“数字电路与数字逻辑”是我校通信工程、电子信息工程、计算机科学与技术专业开设的一门核心专业基础课。我们在同一学期授课的通信工程与电子信息工程这两个专业开展了这门课程两种教学模式的对比研究，共有四个班级参与，其中两个班级采用传统的授课模式，另两个班级采用翻转课堂的授课模式。相同的教材、相同的作业、在相同的时间采用相同的试卷考试，保证了对比研究的合理性。课程历时8周，52个学时，包含42个学时的理论和10个学时的实验，学分为3.5。课程内容主要包括：数值的表示与转换、逻辑代数基础、组合逻辑电路以及常用的中规模集成电路MSI(Medium-Scale Integration)、时序逻辑电路以及MSI、脉冲波形的产生与整形、模/数与数/模转换等。

2.1 传统的授课模式

电子信息工程专业的学生采用的是传统的授课方式，共有64名学生。课堂时间，除了每周的小测验以及期中考试外，都用于授课与解决课本问题。大部分内容是教师在课堂上通过幻灯片与板书两种方式传授的。10个学时的实验是在实验室的面包板上完成的。学生通过在面包板上做实验解决实验指导书上的各种问题。该实验以小组的形式合作完成。每个小组由2-3名学生组成，实验内容从验证性实验到组合逻辑电路、时序逻辑电路的设计。 解决问题的时间限制在上课期间，在此期间教师给学生提供必要的指导，帮助他们完成设计。

2.2 翻转课堂授课模式

通信工程专业的学生采用翻转课堂教学模式进行授课，共有76名学生。翻转课堂的实施主要采用以下步骤进行：

(1)为提高学生主动学习的兴趣，我们在每一章开始之前，会请本校工程专业创新小组成员给学生作报告，这些成员大都参加过全国、省级或者校级的各类电子产品设计比赛，他们用亲身经历介绍运用所学知识解决实际问题的过程，指出设计过程中会用到的课程知识，以此激发了学生对课程的学习兴趣。

(2)布置学生在课外时间观看视频讲座。视频内容包括教师授课视频以及动画演示等。为了提高学习效果，使学生精力集中不被分散，每集视频的时间控制在15-25分钟之间。视频放在学校的精品课程网站上面，学生可以随时观看。同时放在网站上面还包括要讲解的内容课件、需要进行网上查询的资料等。学生学习完网上的资料后，会被要求进行一次简短的课前测试，其成绩会反馈给教师，帮助教师获知学生课前预习情况，为教师准备课堂活动，进行深度学习提供参考。

(3)课堂时间用于解决问题、促进深度学习的。在课堂上教师不再是主角，只是一名帮助者与监督者。学生才是课堂的主角，通过小组合作，讨论发言等方式提高学生的参与性，达到知识学习的融会贯通、应用的举一反三。

(4)课后巩固：每堂课后，教师选择一些题目供学生课后或者在网上练习，主要是分析、设计类题目，其目的是让学生利用本次课内容分析解决问题，以便达到巩固的目的。教师根据此反馈评估学生对本次课的掌握情况并为下次上课提供参考。

2.3 评价方法

翻转课堂的有效性通过以下几个方面的考察来体现：对比授课内容的涵盖性、小测验与考试成绩、学生对授课、学习与翻转课堂的看法等。

数据的收集与整理是在课程结束后的学期末进行。采用匿名问卷调查方式，具体调查内容包含：课程的组织、教师对课堂时间的利用、对教学风格的评诉、考试与报告的有效性、学生的个人努力、平均每周拿出多少时间学习这门课程等。

3 翻转课堂与传统课堂效果实证对比

3.1 参与者的相似性

参与考察的学生是同一年级的学生，分居电子信息工程专业与通信工程两个专业。“数字电路与数字逻辑”是这两个专业的核心专业基础课程，在同一个学期开设。在上这门课之前，两个专业开设的课程几乎相同，都是基础课程。专业背景与学生能力相似。

3.2 内容覆盖范围

内容覆盖范围是用来对比翻转课堂与传统课堂效果的内容之一。用来对比的内容主要包括学生通过学习材料而获得的知识。在第三个周的时候，翻转课堂的学生已经超越了传统课堂的学生。到第8个周末的时候，翻转课堂已经领先传统课堂的课程一周时间，并且涵盖了两个在传统课堂中没有涉及到的题目：多路智能抢答器的设计，交通信号灯的设计。究其原因：①在每一章开始，由高年级学生做的报告激发了学生思考问题、解决实际问题的兴趣。②翻转课堂的学生，在课前会进行测试，这就需要学生查看大量的资料(通过上网与图书馆查找)，因此课程进展更快，涵盖了更多的知识内容。

3.3 学生测验与考试成绩

平时测验与期末考试的内容相同，都在同一时间进行。在试卷的最后都会留有两道选做题，选做题的类型是设计题，涉及到的知识点包含组合逻辑电路、时序逻辑电路的综合运用。从考试成绩来看，翻转课堂的学生在选做题上的成绩明显好于传统课堂的学生。从最终的考试成绩来看，采用翻转课堂模式的学生的期中与期末成绩平均分比传统教学班级的学生分别高出6.5分和8.7分。

3.4 学生对翻转课堂的看法

学生态度调查是从学生主观角度对翻转课堂的教学效果进行反馈开始的。针对“我喜欢在课堂上进行互动，而不是一直由教师讲课；我们学会了独立思考与发现问题”等类似问题对学生进行的问卷调查，结果分为5个等级：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。翻转课堂的学生给出的分数(平均值是4.78，标准差是0.47)，相比于传统课堂的学生给出的成绩(平均值是4.25，标准差是0.76)要高一些。调查还包括对时间花费的统计，主要是除去课堂时间之外，学生查资料、做作业等花费在课程上面的时间。也分为5个等级(1，<5小时，2，5--6小时，3，7--8小时，4，9--10小时，5，>11小时)。采用翻转课堂教学模式的学生使用了平均 6.5小时/周，标准差是0.83小时/周；传统课堂的学生使用了平均8.7小时/周，标准差是0.78小时/周。

在翻转课堂中，96.7%的学生反映出课堂中设计的项目以及例子有利于理解概念、解决实际问题。在传统课堂中，83.8%的学生则是希望更多的实验时间。

其次，调查还包括学生对翻转课堂的认识，数据显示了参与翻转课堂的学生普遍认为新的教学模式需要自律与必须调整以前的学习习惯。到第三周结束后，学生感到翻转课堂能很好的利用课堂时间，基于问题与项目的讨论形式能有效促进深度学习，为以后的工程实践做了很好的准备。

学生们普遍反映，翻转课堂的视频与课堂时间比传统的课后作业更有利于知识的掌握。随着课程的进行，学生观看视频的次数逐渐上升，在前面四周，平均每个视频观看2.53次，到第八周后，平均每个视频观看次数达到2.89次。在翻转课堂刚开始时，观看视频时一些学生会感到迷惑，但是逐渐学会调整心态后，学生便非常喜欢了，尤其是可以重播那些开始看不明白的地方。

在期末的讨论会中，有学生提到翻转课堂的教学模式不利于概念很多的课程，因为那些课程在预习时会遇到太多的难以识别的新概念与公式。87.2%的学生认为翻转课堂的教学模式不适合在大一开设，学生需要时间从传统被动的学习方式中转变为主动的学习方式。

调查中从学生那里还收集和整理到翻转课堂教学模式中，从各种特定活动中获得的益处与一般性益处分别示于图1和图2。

图1 翻转课堂中特定活动带来的获益效果

图2 翻转课堂带来的一般性获益效果

4 评价与反思

调查结果澄清了一些有关翻转课堂模式的迷惑。

(1)翻转课堂教学模式比传统课堂教学模式允许教师传授更多的课程内容。有人会说，传授更多的内容是因为学生花费在这上面的时间多换来的。从我们的研究中可以看出，翻转课堂中的学生课外花费的时间(6.5小时/周)明显少于传统课堂时间(8.7小时/周)。这个结果表明，翻转课堂模式结合了主动的、合作的、基于问题、基于项目的先进学习方法，既不会牺牲课程内容的，也不会给学生增加负担。

(2)从学生的平时测试与考试试卷分析看，采用翻转课堂教学模式的学生在设计与解决实际问题方面比传统课堂的学生有明显优势。

(3)从调查中可以看出学生需要时间去适应翻转课堂模式，但是调整的时间很短。基本上，到第三个周末的时候，学生就能意识到如果课前进行预习准备，在课堂上便会学到更多的知识。这种自我调节的能力，能提高学习效率，是智力开发、促进深度学习的一个重要组成部分，是从事工程实践的一种必要准备。

(4)研究还发现，面对视频以及众多的网络资源，学生一开始往往不知道如何选择看那些资料，虽然为了开发学生终身学习技能，为以后的工作打好基础而需要培养学生查找资料、自学的能力。但是笔者建议在学生刚开始接触翻转课堂教学模式的时候，教师需要给出必要的指导，这种指导可以逐渐减少并且最终取消。

(5)翻转课堂模式实施的初始阶段的确需要花费大量的时间去调研,视频的准备与剪辑也会超过200个小时。此外还需要花费大量时间为课前出测试题、为课堂活动准备问题。然而，一旦课程资料开发出来后，教师在每堂课课前的准备时间就会少于传统课堂。以后每届的课程就会节省许多时间，因为视频与课堂活动可以每年重复使用。

5 结语

本文通过一学期的实践，对比了翻转课堂与传统课堂在“数字电路与数字逻辑”课程教学方面的效果。从授课方式、学生成绩、学生评价、教师的认识等多方面展开研究。研究结果是令人鼓舞的。翻转课堂的概念给基于问题、基于项目的小组协作提供了一种平台，它不仅可以比传统课堂传授更多的知识，而且提高了学生解决问题能力，使学生能更快的适应模式变化，有较高的学习满意度。翻转课堂实现了以教师为中心向以学生为中心的方式转变，鼓励学生发挥独立学习能力，这些都为以后的工作实践打下了良好的基础。

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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

教育部在线教育研究中心在线研究基金(全通教育)2017年一般课题“基于信息技术的翻转课堂教学模式设计研究”(2017YB135)；山东省应用型人才培养特色名校建设工程校级精品课程“数字电路与数字逻辑”(XJP2013032)；青岛农业大学校级教学研究项目“翻转课堂教学模式的研究与实践--以《数字电路与数字逻辑》为例”(XJG2016056)；青岛农业大学实验技术研究课题(SYJK16-13) 第一作者：宋彩霞(1977-)，女，博士，讲师，主要从事车联网通信、资源分配、计算机和数字电路教学和研究工作, E-mail:cassiesong@mail.dlut.edu.cn

G642

A

1008-0686(2017)03-0035-05