现代信息技术在不同大学课堂教学中的应用探讨

杨彤骥 杨红玉

[摘 要]本研究评测与传统教学相比，翻转课堂对于信息分析与设计（UML）教学的有效性和灵活性，具体包括：学生是如何理解其所学知识的？学生对这门课的感知价值有多少？这门课程的设置是否影响到了学生对此门课的态度？进行此项研究的初始条件是：假设基于翻转课堂的教学有利于学生学习。课题组采用准实验研究设计，使用跨案例比较法对数据进行分析，利用描述性与推断性统计方法确定研究样本的差异大小。结果：信息技术在大学课堂的使用应采取鼓励但审慎的态度，应按实际课程需要来进行安排（如考虑学习科目、学习环境、学生态度与教师的使用技巧等），不应千篇一律地完全鼓励采用，并非任何课程都适合采用信息化教学方法。

[关键词]信息技术;翻转课堂;大学课堂;教学探讨

[中图分类号] G640 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2022）01-0070-06

教育的首要目的是学生的学习。为了最大限度地提高学习效率，大多数教育工作者都希望为学生提供个性化教学，达到此目的需要了解学习个体的能力与需求、易于接受的教育手段，更需要灵活的计划、协同的步骤。个性化教学的目标就是用定制的教学方法取代传统的教学模式，但传统的教室并不能提供类型分化的教学，这使得一些教育工作者开始思考建构一种混合式的学习环境，即将此种理念与信息技术相结合而达到课堂翻转的效果。

翻转课堂与传统课堂先听教师讲课，之后学生做作业不同，它是学生在课前先对学习资料进行自学，之后再听课。课堂时间主要是对学生进行实践训练，有针对性地进行知识答疑或一些高阶思维训练。当然作为一种教学方法，并非翻转课堂的所有方面对我们来说都是新的。例如，在传统的教学方法中，一些教师希望学生在学习新知识前做一些准备工作（如课前已对相关材料进行阅读）。翻转概念的提出极大激发了教师对于教学手段的思考，许多教师认为翻转就是使用各种手段（主要是信息技术）为学生提供尽可能丰富的学习资源。例如，一些传统教科书正在补充互联网资源、视频、虚拟模擬实验等。教师被鼓励使用信息技术或在混合环境中进行教学，然而关于翻转课堂的研究才刚刚开始，一些公开发布的教学方法的使用都是基于某些具体环境的。因此，教师需要知道如何更好地将信息技术与教学过程进行融合，这些技术如何更好地发挥作用，同时还需了解各种翻转方式给我们带来的机遇与挑战有哪些。

本研究的目的就是探讨信息技术对教学效果及翻转课堂的帮助有哪些。我们选择了一门信管系大学入门级课程——信息分析与设计（UML）来研讨信息技术对教学的影响，希望研究成果能起到抛砖引玉的作用，为我国教学方法改革提供一些方向。本研究得到了辽宁工程技术大学首批“金课”项目资助。

一、文献回顾

（一）翻转课堂的概念

翻转课堂并不是一个新的概念，但信息技术、互联网络的发展，计算机、移动设备的广泛使用，使得这一理念近来越来越受到人们的重视。科技的进步使得教师可在网上提供教学视频，并进行在线成绩评估。近些年，国内、国外大量的网上资源开发热潮此起彼伏，如国内的慕课学习社区、中国公开课等，国外著名的在线资源课堂可汗学院（ 见http：//www.khanacademy.org/）等。

像可汗学院这样的翻转课堂资源在成立之初想法是很简单的，学生希望教师提供教学视频资源与其他相关资料，以自身的学习步骤在方便合适的地点，熟悉概念与完成作业，而非传统的教师在课堂上统一组织教学。这样学生既可以专注于其学习需求兴趣点，满足其学习需求，又可以集中精力参加课堂讨论，更不会在课堂上感觉无聊，去花费时间学习他们已经知道的内容。

这种教学方式允许教师以不同方式安排教学时间，如依靠学生提交报告所反映的内容调整授课时间、安排教学重点。当学生依靠自己的能力无法完成某项任务或教师提供的资料不够充分时，学生可选择适时的课堂参与，获得教师帮助，从而节省了那些不需要参与课堂学习的时间。

不同教师有不同实现翻转课堂的方法，但基本理念是相通的。教师的直接讲授与构建性学习思想相结合，有利于实现个性化、差异化的混合型学习。教学活动并不局限于教室，学生可按照自己的学习节奏、根据自己的需求调整学习方向，对自己的学习负责。教师的角色由课堂主导者转变为课程设计者， 同时异步为为学生提供学习资源。

由于缺乏有效的、可操作性较强的模型指导，传统课堂向翻转课堂转变还存在一些困难，但一些较为成功的案例还是为我们提供了翻转课堂的重要特点：（1）学生从被动的听众转变为主动的学习者;（2）信息技术的辅助作用;（3）课堂时间与家庭作业时间的互换，先做作业，之后以流结构提供个性化指导;（4）以现实世界案例为背景传授教学内容;（5）课堂时间用来解决学生特别具有挑战性的问题，或帮助学生提高批判性思维与解决问题的能力。

翻转课堂在实际应用中也遭到一些诟病，一些教师反映给予学生自由时间过多，不利于学习成绩提高;一些专家也指出学生的主要任务是学习，学校应对学习负主要责任而非学生，翻转课堂中的学生自己掌握学习步调、课堂内容、课前自学是不合适的等。

（二）信息技术在翻转课堂中的角色

作为一种教学工具，信息技术可在多方面促进学习。在两个特定教学方面信息技术体现出其价值：一个是教学内容的展示，一个是对教学成果的评估。在此给出一些相关问题的研究背景。

互联网与视频流技术的高速发展大大提高了学生获取信息的能力，他们可以在任何时间、任何地点通过特定指令来访问以往只能从教室里得到的东西。以上信息技术促进了教师对教学工具的优化，学生可在教室以外灵活使用，如计算机模拟。模拟是真实世界的一个表现或模型，当我们对真实世界中的问题无法实际接触或不安全时，模拟的作用就表现出来了。为了将模拟技术应用在教学中，设计者一定要考虑设计指令的教学目的。美国国防部在1997年为模型设计者提供了三种类型的模拟：现场模拟（真人出现在虚拟环境中）、虚拟仿真（真人控制虚拟对象）、构造仿真（真人与虚拟系统实现交互）。除了模拟，设计者需要注意另一个问题，即技术对学习对象的技术保真。保真指模拟与现实世界实际对象或任务的相似程度，如果学习目标需要的是某一具体环境下的性能度，则需要模拟器具备较高的物理保真;如学习目标关注认知感，则模拟器需要高保真认知度。因此，教学过程中模拟成功与否要看学生是否达到了预期的学习效果。

提升学习效果的一个方法是差异化系统教学，其目的是满足不同个体学生的不同需求。个性化教学通常包括识别个体学习者的能力，提供灵活的学习内容、进度，对学习者进行有效指导。事实上，差异化教学并不是一个新的理念，但用信息技术潜能来促进差异化教学却是近些年才出现的研究方向，信息技术的集成可帮助教师为学生进行单独辅导与定制个性化学习流程，课堂外的任务完成也由教师分类完成，评估时教师可有的放矢地针对具体学生的课业弱点、关注方向进行专项辅导。

将信息技术推动的个性化教学变为现实是许多因素共同作用的结果。大部分学校使用的教学软件侧重于内容的传递，并没有真正实现满足学习者个性化需求的目的。大部分学校的计算机基础课程仅仅是为数学课准备的基础练习或应用程序，这些教学软件只是教师教学工作的一个补充，而非启发教师改变教学方式或与学生学习紧密集成。

（三）研究目的與内容

本研究的目的是评测与传统教学相比，翻转课堂对于信息分析与设计基础课（UML）教学的有效性与灵活性。第一个研究问题是：教学方法会影响学习效果吗？第二个研究问题是：相对于传统教学而言学生对翻转课堂的认知度有多少？具体来说包括：（1）学生是如何理解其所学知识的？（2）学生对这门课的感知价值有多少？（3）这门课程的设置是否影响到了学生对于此门课的态度？进行此项研究的初始条件是假设基于翻转课堂的教学有利于学生学习。

二、研究方法

课题组采用准实验研究设计，使用跨案例比较法对数据进行分析，利用描述性与推断性统计方法确定研究样本的差异大小，调研结果作为评估数据的补充以帮助研究人员更好地理解与解释结果。研究数据取自我校工商学院信管系对于信息系统分析类课程信息分析与设计（UML）的教学实际。

（一）教学方法描述

本研究主要对三种教学方式进行评测：（1）传统的大班教学（传统课堂）;（2）使用视频、软件驱动的独立学习（模拟课堂）;（3）技术驱动的独立学习与课堂教学辅助相结合（翻转课堂）。

三种教学方法的相同点：课程全部覆盖UML的功能、特性介绍，包括教材使用、教学大纲、作业与考试。不同点总结见表1。

（二）教学形式与内容

在传统教学方法中，授课是在教室内进行的。而模拟课堂与翻转课堂主要通过视频教学。在传统课堂与翻转课堂中，教师提供相应的学习材料与必要的课后辅导;在模拟课堂中，教师并没有提供相应材料;在翻转课堂中，进行集中教学的互动，学生可选择性地听，这些学生要么带有特定问题，要么需要某些帮助。

（三）成绩评估

三种教学方法均使用自动评分系统计分。此系统由信管系开发，已在传统教学中作为此门课的上机内容。题干设计主要分为两类：第一类主观题，考查软件流程;第二类客观题，考查软件认知。最后的成绩为两类题型的综合。模拟教学方法主要是基于流程给分，学生只有使用教学工具中所教的方法完成工作才能得分;传统课堂与翻转课堂使用结果评分，只要结果正确即可得分，不管学生使用的方法是否为教科书上所讲方法。

（四）学生学习环境

传统课堂与翻转课堂中，学生使用系里开发的UML考试系统做作业与参加测试。虚拟环境下，学生使用UMLLab（UMLLab是一个网上学习、考试系统，主要是Rational公司为UML软件所设计的）在虚拟环境下学习、做作业、参加测试，此时UML软件设计处于虚拟环境下，而非真正的程序软件。

（五）教学流程

三种授课方式都要求学生在完成作业前对教科书（或文字材料）进行阅读。传统教学方式下，教师在课堂上授课，要求学生来上课、听讲座、提问题，在下次课开始前学生在UML软件上完成作业;在虚拟课堂环境下，学生不用参加实际课堂教学，作业完成与测试完全在虚拟环境下进行，除了完成课前阅读外，学生通过视频演示如何使用UML来完成一个任务;在翻转课堂中，学生通过视频阅读材料、学习软件使用，视频中还会提出一些其他指令来启发学生深入思考，学生可有选择地参与实际课堂教学，与教师进行面对面的沟通、答疑。面对三种教学方式，学生可自愿选择，并可自由选择参与的程度，直到最后完成评测。

（六）参与者

本研究的受试者为我校工商学院本科生，时间为2019年上学期，取样时间为5周。学生自愿参与，经过报名审核后最终最确定了301名学生。为了保证评测结果的有效性，并不是所有学生都参与全部调查和评测，表2给出了参与率，其中包括必选课程、可选课程。参与学生中，190人完成了项目研究前、后调查问卷，92人完成了全部5周实验，188人参与了项目研究前、后的测试。

（七）数据收集与分析

对于学生的学习效果，我们采用重复方差分析来明确统计学意义上的显著性。评测数据来自于实验前、后两部分，全部学生都参与实验前测试，实验后测试由传统课堂学生与翻转课堂学生参与。对于模拟教学参与学生，平台系统自带期末测试项目，学生可自愿参与。

实验前、后的问卷调查主要是关于学生的个人体验，如在实验后的调研中会询问学生对这门课的认可度，在课程中学到了多少知识，学些这门课的价值有多少，是否想把这门课推荐给其他学生，是否愿意继续学习关于信息系统分析的其他课程等。根据评估数据类型的不同，我们对应答的不同分布情况或者使用方差分析，或者使用非参数卡方分析。在调研的几周中，学生会被问到花费在不同学习活动中的时间有多少（学习时间、作业时间、与老师沟通获取指导时间），对学习而言以上活动的价值大小多少，为比较各类教学方法优劣，以上数据按教学方法不同被分解。

数据收集方面还有需要改进的地方，如在样本选取上采用资源原则，不能让全部学生参与进来;最终得到的应答率虽可以接受，但只有69%;为了保持结果的有效性，只有完成了全部测评的结果才被分析，即最终呈现的是完整地完成了实验前、后测评的测试样本。

三、结果

（一）学生成绩

本研究采用了3×2混合式设计，采用重复方差分析对教学方法（传统课堂、翻转课堂、模拟课堂）的效果进行实验前、后评测，同时对独立性、正态性、同质性进行了测评，均满足实验要求。教学方法的主要影响效果表现并不显著，F（2，185） = 1.5， p =0.223，表明学生参与实验前后的分数差别不大。但时间影响效果与教学方法交互时间影响效果表现显著，F（1，185） = 731.2，p < 0.001， g2 = 0.80 与 F（2，185） = 3.53， p = 0.031， n2 = 0.04。实验中考试成绩对于所有学生来说提升显著，但相对于传统课堂与翻转课堂，模拟课堂提升较少。

参与三种教学方法实验的学生实验前测试成绩差别不大，对于实验后测试成绩而言，模拟课堂要比翻转课堂、传统课堂低8.5分和5分（见表3）。

（二）学生对课程的感知

表4為实验后学生对整个课程及全体教师的评估结果。对整个课程来说三种教学方法的方差分析对比表现显著，F（2，256） = 10.45， p < 0.001，之后再用杜凯氏法（Tukey's HSD）进行事后比较，发现传统教学与翻转课堂显著性差别不大，但都比模拟课堂表现显著（p < 0.05）。对实施三种教学方法的教师进行的对比，表现也较为显著，F（2，256） =19.57， p < 0.01，之后也用杜凯氏法进行事后比较，结果还是传统教学与翻转课堂显著性差别不大，但都比模拟课堂表现显著（p < 0.05）。

对课堂知识的感知：部分学生认为模拟教学方法下没有学到很多知识，只有63%的学生认为学到了一些知识;传统课堂与翻转课堂学生对学习到多少知识的感知差别不大，超过80%学生认为“强烈同意”或“非常同意”学到了许多知识。调研结果还显示传统课堂、翻转课堂学生相对于模拟课堂学生对课程的价值感受也要高（见表5）。

（三）学生在学习上花费的时间

表6展示了不同教学方法中学生花费的时间对比，总的来说三种方式没有太大差别，模拟课堂学生反映花费在作业上的时间相对较少，F（2，153） = 6.4， p = 0.002，在寻求帮助方面的时间就更少了。大部分学生反映与教师沟通时间每周不到半个小时，翻转课堂、模拟课堂会更少，传统课堂会高一些，但也不到一个小时。

（四）学习活动的价值

表7展示了各种环境下学生对学习活动价值的认可度。调研数据每周获取一次，每个学生做一个平均值，对每个问题的评分答案量级从1（非常无益或极端浪费时间）到6（极其有价值）。我们分别对不同类型的课堂学习方式进行数据采样（如学习、家庭作业、获取帮助等），结果在统计学上表现显著。数据表明，参与模拟课堂的学生反映其课程价值认可度要低于传统课堂与翻转课堂，事实上参与模拟课堂的学生认为此课程非常有价值的还不到10%，而此数据在其他两种教学方式中达到30%。

实验结束后的评估结果也与以上结果相似：参与传统课堂、翻转课堂的学生对教学资料、教学活动的认可度比模拟课堂要高。在回答问题“请对学习资料与教学活动效果评分”中，翻转课堂平均值为7.0，传统课堂平均值为6.9，而模拟课堂只有6.0（这里1表示极端无效，8表示非常有效）。方差分析显示此结果在统计学上表现显著，F（2，256）=12.49，P <0.001。

四、结果讨论

本研究主要探讨信息技术是否可提升教师教学技能，以及翻转课堂（这里以信息分析与设计（UML）课程为例）是否对学生学习更有益处，对研究问题的评估均采用实际调研数据（考试成绩、调查问卷等）。

信息技术的使用丰富了传统课堂、翻转课堂、模拟课堂的教学环境，使教师、学生都节省了一些时间（学生的作业时间变短了）。但在具体使用方面还是出现了一些问题，如学生反映使用模拟软件并不如直接使用实际操作软件直观，部分学生反映宁愿参加传统课堂教学也不选择模拟软件教学，甚至表示如果学院大面积铺开模拟教学（主要针对软件操作课程），他们将不会继续选修计算机信息技术方面的课程，更不会推荐其他同学选修。

以上结果支持Davies 和West （2013）、Koehler和 Mishra （2008）的研究结果，即信息技术在大学课堂的使用应采用鼓励但审慎的态度，应按实际课程需要来进行安排（如考虑学习科目、学习环境、学生态度与教师的使用技巧等），不应千篇一律地完全鼓励采用，并非任何课程都适合采用信息化教学方式。如本研究所选课程信息分析与设计（UMI）为大学信息技术的入门课程，这门课程是面向全校学生开设的，考虑到本门课注重操作的特点，完全在传统课堂环境下授课显然不切实际，因此需要协同授课教师人数与实验室计算机数，同时考虑教学效果与时间伸缩性，采用传统课堂与翻转课堂、情景模拟相结合的授课方式。应该说，从教师角度来讲，模拟课堂更有利于教学，因为使用它不需要在机房安装大量软件，教学指令和课后评估可以通过一个基于互联网的模拟情境进行。

但在实际实施过程中我们看到，虽然模拟课堂具备优势，但从学生学习效果、学习态度、评估成绩等数据来看，这种方法不及传统课堂及翻转课堂效果好。这个问题值得我们分析思考。这种情况产生的原因之一是模拟软件相对于真实软件有局限性，在许多方面模拟软件无法提供真实软件丰富的使用体验，特别是在处理复杂的具体问题方面，当学生作业问题稍微复杂一些，模拟软件就显得捉襟见肘，难以应付。随着学习的深入，学生普遍对模拟软件教学满意度降低，认为模拟课堂教学（特别是信息技术处理软件）效率较低。

与模拟课堂相比，翻转课堂提供了一个更灵活、有效的学习环境。翻转课堂允许学生按照自己的节奏学习课程内容，不要求学生一定要到课堂上课，除非他们需要教师提供更多的材料，使他们能够更好地利用他们的时间和提高他们对课程的认知度。翻转课堂在时间的利用上更加有效，只有那些需要帮助的学生才需要到课堂来。翻转课堂的另一个优势是实现了课程的灵活配置，即可在同一时间安排大量学生对其感兴趣的某一章节进行学习。在对课程整体评估方面，翻转课堂的优势也很明显，学生不但考试成绩较高，对学习环境也很满意，如在软件操作方面，翻转课堂可突破模拟课堂的限制，为学生提供实际软件进行实践。

与传统课堂相比，翻转课堂对教授信息技术实际操作课程方面没有表现出特别的显著性。这个结果有些让人吃惊，我们最初估计翻转课堂在操作类课程中的使用，无论是教学效果还是学生反馈都应远远好于传统课堂，但统计数据指标（学生评价、期末测试、学生推荐等）显示二者并无显著差别。在回答“是否愿意再次选修信息技术方面课程？”时，翻转课堂数据比传统课堂稍高，由此我们看到翻转课堂在大部分情况下与传统课堂差别不大，但在时间灵活度处理方面具有优势，得到部分学生的好评。

我们最初预期与传统课堂相比，翻转课堂在学生对课程的认知度方面要差一些，因为课堂上教师与学生面对面的沟通更易于学生把握课程主旨，构建概念框架，有效组织梳理章节脉络，这方面传统课堂更具有优势。但从统计数据来看，情况并非如此。翻转课堂中教学材料尤其是教学视频的设置大大激发了学生的学习热情。在实际计算机操作类课程授课中，经常出现这种情况：学生的计算机基础不同，教师无法根据每名学生实际情况进行授课，只能照顾大多数，这样就使计算机基础较好的学生觉得教师讲得太慢，浪费时间;而起点较低的学生则认为教师讲得太快，根本跟不上进度。翻转课堂有效地解决了这一问题，学生可根据实际情况调整教学进度，因而这种授课方式受到了绝大多数学生的认可。

总的来说，研究发现就计算机操作类课程来说，翻转课堂、模拟课堂在授课效率、时间灵活性方面要优于传统课堂，当然这些优势是需要成本的（如事先的网络配置，支持软件的购买、安装等）。虽然在灵活度方面模拟课堂处于优势，但在其他方面（如学生满意度、教学效果等），模拟课堂还是不如传统课堂与翻转课堂。

五、研究局限性与未来研究方向

与所有研究类似，本研究也存在一些不足。如在样本数量上，由于采取自愿的方式参与实验，最终只有69%的学生全程参与实验，完成全部数据收集工作的样本就更少了。在样本的选取范围上只选取了我院学生，对其他院系是否有相同结果？对其他课程是否有相同结果？这些都是未来需进一步探究的问题。

[ 参 考 文 献 ]

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[責任编辑：钟 岚]

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