王靜 王笑祎 方曉峰

[摘 要]盡管多媒體在翻轉(zhuǎn)課堂模式中受到褒揚(yáng)，但它在學(xué)習(xí)方面是否有效卻鮮有研究。美國Joseph Chipps教授將學(xué)生分成兩個水平相當(dāng)?shù)陌嗉墝Ρ葴y試了翻轉(zhuǎn)課堂的功效，一個班用傳統(tǒng)教學(xué)方式，另一個班在家通過網(wǎng)站觀看視頻學(xué)習(xí)，然后在課堂上采用小組合作的方式解決問題。結(jié)果表明實驗班成績明顯優(yōu)于對照班。學(xué)生表示翻轉(zhuǎn)課堂可以進(jìn)行個性化學(xué)習(xí)，比傳統(tǒng)課堂得到了更多的支持，而且強(qiáng)調(diào)內(nèi)容和理解。如果能夠得到有效使用，翻轉(zhuǎn)課堂可能會改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式。

[關(guān)鍵詞]翻轉(zhuǎn)課堂;PBL;小組學(xué)習(xí);在線教學(xué)視頻

[中圖分類號] G642.421，O172.2 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）06-0077-04

美國“國家教育進(jìn)展評估機(jī)構(gòu)”的長期趨勢數(shù)據(jù)表明，在1970年至2009年的40年中，盡管一些教育政策在不斷實行，但從高二到高三，學(xué)生的數(shù)學(xué)成績沒有明顯的進(jìn)步。近幾年來，翻轉(zhuǎn)課堂、慕課、微課堂已經(jīng)逐漸成為人們普遍采用的學(xué)習(xí)方式。雖然多媒體在翻轉(zhuǎn)課堂模式中常常受到褒揚(yáng)，但關(guān)于其在學(xué)生學(xué)習(xí)方面是否真正有效，卻一直沒有相關(guān)研究。2009年，曾有人對視頻的有效性進(jìn)行嘗試，但發(fā)現(xiàn)其并沒有改變本科學(xué)生的學(xué)習(xí)技能。美國加州大學(xué)的Joseph Chipps教授于2012年秋季帶領(lǐng)團(tuán)隊，歷時兩年，將他所帶的班級隨機(jī)分為實驗班和對照班，用證據(jù)和事實說話，深入研究了翻轉(zhuǎn)課堂的功效。其中不管是得到的結(jié)論，還是作者的研究方法，都是很有意義和價值的。本文主要介紹Joseph Chipps教授的做法和得到的成果，希望大家能從中受益。

Joseph Chipps所帶班級是格拉納達(dá)山特許高中的跳級生微積分班，學(xué)生成績是全校最高的。一開始，他也是以課堂授課為基礎(chǔ)，學(xué)生在課堂上做筆記，并在晚上布置少量的家庭作業(yè)。授課內(nèi)容是分塊的，每學(xué)完一塊都要考試，家庭作業(yè)按完整性而不是正確性分等級評估。為了鼓勵學(xué)生成為一個獨立的學(xué)習(xí)者，Joseph Chipps設(shè)計了一些新奇的問題，并在教科書后面給出了答案。這種較為傳統(tǒng)的教學(xué)方式的缺點是學(xué)生在課外一旦遇到困難，就跳過問題并等待第二天教師的幫助。這種方式使學(xué)生更依賴教師，將所有責(zé)任推卸給教師的現(xiàn)象就產(chǎn)生了。

另外我們也知道，這種課堂講授方式最大的問題是學(xué)生處于被動角色，除了個別好學(xué)生，大多數(shù)學(xué)生沒有主動思考并參與進(jìn)去。改變這種教師責(zé)任文化的一種方式是“小組問題解決”，即在課堂上允許學(xué)生獨立或以小組方式工作，而教師通過詢問變成了主持人，學(xué)生通過材料和創(chuàng)建他們的框架設(shè)計指導(dǎo)完成問題或?qū)嶒?。但新的問題又來了，50分鐘的課堂時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠教授主題、完成流程類工作。為了讓學(xué)生最大限度地利用好課堂時間，課程必須在課外進(jìn)行。

讓學(xué)生在課外參與教學(xué)的一種方式就是核心課程的在線學(xué)習(xí)環(huán)境，比如可汗學(xué)院。學(xué)生通過觀看一套課程比如代數(shù)（或幾何）的視頻，并完成問題集以檢查理解程度。這種在線環(huán)境也可以和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合。

于是，在2009年春，Joseph Chipps教授帶領(lǐng)一個教學(xué)團(tuán)隊，包括大一新生，設(shè)計了一門課程對學(xué)生進(jìn)行評估，并基于評估數(shù)據(jù)創(chuàng)建了個人學(xué)習(xí)計劃。Joseph Chipps教授認(rèn)為，可汗學(xué)院提供的課程不是基于加州州立標(biāo)準(zhǔn)，或微積分跳級班主題，但它在修復(fù)或補(bǔ)充學(xué)生的預(yù)備微積分課程方面是很優(yōu)秀的，因為它有各種練習(xí)和網(wǎng)上視頻，所以他讓學(xué)生在家看可汗學(xué)院的視頻，課堂上解決問題。但到了2011年秋，他意識到該視頻并不適合他的教學(xué)風(fēng)格，甚至連符號和內(nèi)容的安排處理都不同，而且也找不到其他適合他課堂教學(xué)的視頻，于是他用了一個多學(xué)期的時間自己制作視頻集。視頻熟練地演示了完整的例子，為學(xué)生提供了專家學(xué)者的證明過程。他將其開始應(yīng)用于2012-2013級的學(xué)生中，進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂有效性的實驗。具體過程如下：

一、思路和設(shè)計

在微積分中，通過算法進(jìn)行符號運(yùn)算要比處理潛在的概念和理論相對容易，1680年由萊布尼茲發(fā)明的一套符號系統(tǒng)總結(jié)簡化了基本的推理，學(xué)生只需機(jī)械地操縱符號而不需要理解其中的含義就可以完成像阿基米德、牛頓等天才般的推理。而事實上，微積分有著很強(qiáng)的日常生活的一面，我們將目光集中在分化和整合那些方法，甚至都不關(guān)心那些方法的證明，自然沒有時間去討論潛在的概念。Joseph Chipps解決該問題的方法是讓學(xué)生自己發(fā)明微積分的符號和語言。除了使用概念上的參數(shù)外，Joseph Chipps還引用了歷史和歷史方法，讓學(xué)生理解數(shù)學(xué)作為發(fā)展學(xué)科的本質(zhì)，以及數(shù)學(xué)的角色和社會中的數(shù)學(xué)家。像Bloom等人建議的那樣，對算法和符號的來歷的了解可以幫助師生越過練習(xí)方法，去理解和表達(dá)自己在做什么。

進(jìn)一步，要讓學(xué)生參與到理論的發(fā)展和概念的潛意理解上，Joseph Chipps創(chuàng)建了一個動態(tài)的、集中于問題解決的環(huán)境的課堂教學(xué)模式，即PBL。它是由一系列或一個問題為牽引的探究式學(xué)習(xí)模式，以現(xiàn)實世界中的問題作為起點，獲取整合新的知識。在這種模式中，學(xué)生是自主學(xué)習(xí)并以小組形式進(jìn)行合作學(xué)習(xí)的，教師只充當(dāng)元認(rèn)知的教練。這種模式在1970年至1992年的20多年中，已經(jīng)有人在醫(yī)療教育上將其與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相對比，進(jìn)行了可用性評價研究，發(fā)現(xiàn)它在學(xué)生的項目評估、情緒、上課的出勤率、教師的態(tài)度等方面有著明顯的優(yōu)勢。2012年有人用PBL嘗試數(shù)學(xué)教學(xué)，發(fā)現(xiàn)它在對數(shù)學(xué)思想的更深入理解、對待數(shù)學(xué)的態(tài)度、減少學(xué)生對數(shù)學(xué)的誤解等方面都是很有效的。

為了最大化地發(fā)揮PBL的效能，Joseph Chipps采用了小組學(xué)習(xí)的課堂模式（PBL和社會建構(gòu)主義的混合），其理念是讓學(xué)生參與社會制度、人際關(guān)系等社會問題，通過社會互動獲取、構(gòu)建知識。雖然小組學(xué)習(xí)可以促進(jìn)學(xué)生的技能，發(fā)展思維能力，培養(yǎng)人際關(guān)系，然而這種不統(tǒng)一的方式會使基礎(chǔ)差的學(xué)生更差，加劇兩極分化，破壞學(xué)生關(guān)系。于是又有人做了實驗，對照班是傳統(tǒng)授課并布置個人作業(yè)，實驗班仍是傳統(tǒng)授課，但通過建立一個干預(yù)系統(tǒng)進(jìn)行小組協(xié)作，互相幫助。結(jié)果表明，不管是課堂作業(yè)還是正?？荚?，實驗班都比較好。需要注意的是，這里的前提是課堂上已經(jīng)講授過教學(xué)內(nèi)容。

那么現(xiàn)在的問題是，課堂時間已經(jīng)被PBL社會構(gòu)建占用，作者就需要課堂以外的教學(xué)，那就是教學(xué)視頻，問題是效果如何呢？作者了解到在這方面其實也有人做了實驗，即基于問題的視頻學(xué)習(xí)效果分析，他做了59個基于問題的視頻播客，內(nèi)容覆蓋函數(shù)、方程求解、線性函數(shù)、指數(shù)和對數(shù)函數(shù)、三角函數(shù)5個方面，視頻作為自學(xué)工具，由288個高中生用于預(yù)備微積分知識，用時3周。結(jié)果表明，大部分學(xué)生經(jīng)常使用視頻播客，認(rèn)為它們是有用或非常有用的，是有效的學(xué)習(xí)工具，表示收獲了在預(yù)備微積分概念中重要的知識，打開了一個讓更多人參與和互動的教學(xué)空間，支持學(xué)生更深層次的理解。

至此其實已經(jīng)形成了翻轉(zhuǎn)課堂的格局，其整體思路為：微積分教學(xué)可以讓學(xué)生自己創(chuàng)造微積分的語法而不是僅僅讓學(xué)生做推導(dǎo)練習(xí)，通過這種方式改善提供課程框架的方式。而要實現(xiàn)這個目標(biāo)，學(xué)生要在PBL環(huán)境中一起工作，并通過數(shù)學(xué)問題的結(jié)構(gòu)化幫助學(xué)生構(gòu)建自己的數(shù)學(xué)知識。在課堂之前，學(xué)生在網(wǎng)站上觀看小視頻獲取知識，在課堂上解決問題，教師只提供個別指導(dǎo)。

從上述分析可以看出，作者設(shè)計的翻轉(zhuǎn)課堂的每個方面都是基于進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生的參與度和支持學(xué)生學(xué)習(xí)的目的。小組工作是為了執(zhí)行社會構(gòu)建論，以及提供一個同伴互教和合作創(chuàng)新的媒介。PBL是想以多種有意義的方式向?qū)W生傳授微積分，同時通過語法和符號的探索構(gòu)建理論。而在線教學(xué)視頻的設(shè)計，則是為了讓學(xué)生為第二天的討論做好準(zhǔn)備，讓他們變得更為獨立和足智多謀。

二、 具體實施過程

基于以上設(shè)計思想，Joseph Chipps教授將他所帶的跳級生微積分班72個學(xué)生分成實驗班（33人）和對照班（39人）兩組，分組完全是隨機(jī)的，且兩組的平均分非常接近甚至對照班稍高一點。

具體方式為對照班學(xué)生聽課，記筆記，每天布置5—15個問題在家完成，第二天在課堂一開始首先回顧、綜述前一天的家庭作業(yè)，再講下一個主題。將家庭作業(yè)收集起來，按正確性和完整性定級。當(dāng)然對照班的學(xué)生可以看視頻。實驗班學(xué)生在家看在線視頻，沒有其他家庭作業(yè)，所有視頻都在一個網(wǎng)站上，其設(shè)計形式模擬微積分教材，如圖1所示。按內(nèi)容分段，左側(cè)邊欄是按順序排列的主題，直接鏈接內(nèi)容。視頻按難易程度約為3～13分鐘，網(wǎng)站可以用手機(jī)、平板、計算機(jī)等任何設(shè)備訪問。

與此同時，實驗班的學(xué)生還可以使用Joseph Chipps2012年夏季編譯的學(xué)習(xí)包（數(shù)據(jù)庫），它包含使用PBL意識形態(tài)構(gòu)建的學(xué)習(xí)單，其內(nèi)容來源于公開資源中的問題集，并且與網(wǎng)站視頻相結(jié)合作為學(xué)生的教學(xué)內(nèi)容。在課堂上，因為學(xué)生當(dāng)前的成績和水平都已有所了解，可以安排學(xué)生合理分組，教師幫助學(xué)生可以采用一對一的方式，以保證所有的學(xué)生都能完成工作。

學(xué)習(xí)分成6個專題，每個專題結(jié)束以后兩組學(xué)生同時考試，仍然是之前微積分跳級班考試的標(biāo)準(zhǔn)，6個專題全部完成以后還有一次綜合測試。

每次實驗班學(xué)生看完一個視頻，都要填寫“視頻調(diào)查表”，如表1所示。這個調(diào)查可以確保學(xué)生看視頻，并思考關(guān)于視頻內(nèi)容的問題。

三、數(shù)據(jù)分析

（一）觀看視頻調(diào)查

實驗班學(xué)生被要求每次觀看視頻后填寫調(diào)查表（表1），表2統(tǒng)計的是觀看視頻前后對知識的平均掌握水平。

從結(jié)果來看，學(xué)生進(jìn)步明顯，說明學(xué)生認(rèn)為視頻在增長知識方面非常有效。

（二）單元測試

每個專題之后的單元測試用于考查學(xué)生對微積分的理解，測試被分為用計算器和不用計算器兩部分，每部分又被分成客觀選擇主觀自由解答兩類。表3列出了兩個班每次測試的平均百分比。

結(jié)果表明，實驗班成績明顯優(yōu)于對照班，而且綜合測試成績高出了6個百分點。

再按照學(xué)生的學(xué)習(xí)層次，將學(xué)生分成分為高、中、低三個組，再次統(tǒng)計單元測試成績，結(jié)果如表4至6所示。

對于“低水平組”，對照班在測試1、測試2、測試5和綜合測試中表現(xiàn)更好，但我們也注意到實驗班學(xué)生的平均比從一開始極限與連續(xù)的0.49上升到綜合測試的0.56，說明翻轉(zhuǎn)課堂并沒有阻礙“低水平組”四個學(xué)生的發(fā)展。但是，總體來看實驗組“低水平組”卻沒有優(yōu)于對照班。對于“高水平組”，成績都不相上下。而進(jìn)步最明顯的是“中水平組”的學(xué)生。

在上述成績的對比之下，回頭再來看視頻的問卷。重新按照觀看視頻的完成率[≥90%]、[80?90%]、[≤80%]三個層次計算平均分，如表7所示。

結(jié)果表明完成率[≥90%]的學(xué)生進(jìn)步明顯，而完成率[≤80%]的學(xué)生與對照班相比，平均分差距很大，這說明如果學(xué)生不去觀看視頻，那么翻轉(zhuǎn)課堂還不如傳統(tǒng)課堂有效。

三、翻轉(zhuǎn)課堂調(diào)查

實驗調(diào)查是對實驗班學(xué)生在最后一周進(jìn)行，用于統(tǒng)計學(xué)生對翻轉(zhuǎn)課堂各個組成部分的感受，以及確定在將來的學(xué)習(xí)中學(xué)生是否更喜歡翻轉(zhuǎn)課堂。通過調(diào)查了解到，所有學(xué)生在之前都沒有利用視頻學(xué)習(xí)過，而33人中有24人曾采用過小組學(xué)習(xí)的方式完成作業(yè)。調(diào)查的主要問題如下：

1.在課堂上更喜歡哪種學(xué)習(xí)方式？

33人中有7人表示喜歡自己獨立完成，而26人則表示小組學(xué)習(xí)的方式完成作業(yè)更有效。

2.視頻是否為完成課堂作業(yè)提供了足夠的知識？

有31個學(xué)生回答“是”，2個學(xué)生回答“不”?；卮稹安弧钡膶W(xué)生的理由是視頻與作業(yè)聯(lián)系不夠緊密、不夠充分，以及跟不上，但他們2人只有[76%]、[74%]的視頻觀看完成率，且拒絕小組學(xué)習(xí)，對視頻和教學(xué)內(nèi)容沒有足夠的動機(jī)和興趣。

3.將來是否更喜歡翻轉(zhuǎn)課堂？

33人中有31人回答是肯定的。主要原因有：16人表示課堂可以獲得幫助，加深理解;12人表示有助于獨立學(xué)習(xí)習(xí)慣的養(yǎng)成，可以更加集中于他們需要的問題;2人表示不用做家庭作業(yè)等。如表8所示。

4.翻轉(zhuǎn)課堂中最有效的地方是什么，或者說什么對你的進(jìn)步幫助最大？

學(xué)生的回答可以歸為以下方面：視頻、小組學(xué)習(xí)、課堂參與、有效支持、獨立性、很少的家庭作業(yè)、更強(qiáng)的責(zé)任心，具體分布見表9。

大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為“視頻”是翻轉(zhuǎn)課堂中最有效的，從表9可見，“小組學(xué)習(xí)”和“課堂參與”也獲得了幾乎同樣的認(rèn)可。

5.翻轉(zhuǎn)課堂的哪些方面不如傳統(tǒng)課堂？

同樣，學(xué)生的回答可以歸為以下方面：[①]沒有，翻轉(zhuǎn)課堂的各個方面都優(yōu)于傳統(tǒng)課堂;[②]需要有足夠的動機(jī)觀看視頻;[③]觀看視頻時不能提問;[④]教學(xué)視頻沒有課堂講解深入;[⑤]學(xué)生不做筆記，不能提高記筆記的技能;[⑥]學(xué)生要方便上網(wǎng);[⑦]老師不能在需要時回答自己的疑問;[⑧]小組學(xué)習(xí)。具體分布見表10。

12個學(xué)生認(rèn)為翻轉(zhuǎn)課堂的所有方面都優(yōu)于傳統(tǒng)課堂;還有12人并沒有找出翻轉(zhuǎn)課堂本身的缺陷，只是覺得如果沒有足夠的興趣和動機(jī)，不能觀看視頻的話，傳統(tǒng)課堂會更好些。

最后，作者還從實驗班差、中、好三個層次組隨機(jī)抽取各兩名學(xué)生進(jìn)行采訪，用以統(tǒng)計學(xué)生在兩種教學(xué)模式下的學(xué)習(xí)的責(zé)任感問題。具體不再贅述。

四、結(jié)束語

總體來看，7次測試中有5次的成績，實驗班顯著高于控制班，說明實驗本身沒有影響實驗班“低水平組”（4人）和“高水平組”（5人）學(xué)生的學(xué)習(xí)，而“中水平組”（24人）學(xué)生的成績遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對照班同水平組學(xué)生（29人），可見翻轉(zhuǎn)課堂對于絕大多數(shù)學(xué)生來說是很有效的。而對學(xué)生的調(diào)研也說明絕大多數(shù)學(xué)生更喜歡翻轉(zhuǎn)課堂。

上述結(jié)論對于教育領(lǐng)域有著重要意義。傳統(tǒng)的課堂講授和家庭作業(yè)相結(jié)合的模式常常效果不佳，其實踐總是與支持系統(tǒng)相脫離，學(xué)生不覺得他們應(yīng)該為自己的學(xué)習(xí)負(fù)責(zé)，一旦失敗了，會將責(zé)任推卸給教師。相反，翻轉(zhuǎn)課堂在課前通過視頻為學(xué)生提供了其需要的資源。本次試驗的33個學(xué)生中，有4人觀看視頻沒有超過80%，他們的單元測試成績甚至低于對照班低水平組的學(xué)生，這說明如果學(xué)生在家沒有足夠的動機(jī)觀看視頻，傳統(tǒng)課堂反而更有效些。所以為了使翻轉(zhuǎn)課堂取得成功，課程設(shè)置要旨在鼓勵并使學(xué)生主動在家看視頻。

宏觀方面，優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)方法的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)是學(xué)生學(xué)習(xí)的一種新的趨勢，有待進(jìn)一步研究。對比古板的課堂授課形式，學(xué)生更青睞于能夠親自實踐且靈活多樣的學(xué)習(xí)方式。只要學(xué)生能夠在自學(xué)以后及時受到優(yōu)秀學(xué)習(xí)者的密切支持，能夠以小組形式合作解決問題，學(xué)生就可以自己在家看視頻進(jìn)行學(xué)習(xí)并獲取知識。更新的技術(shù)如MOOC和網(wǎng)上虛擬教室，可以平衡社會經(jīng)濟(jì)和地區(qū)之間在教育方面的差異。與傳統(tǒng)的教學(xué)方法相比，只要學(xué)生能夠獲得一樣的支持和分組合作，這種技術(shù)就可以成為一種更大規(guī)模的學(xué)習(xí)系統(tǒng)。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1]? ?Joseph Chipps.The Effectiveness of Using Online Instructional Videos with Group Problem-Solving to Flip the Calculus Classroom.California State University， Northridge，2014.[EB/OL].http：//www.doc88.com/p-5836376063316.html.

[2] 同濟(jì)大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)系. 高等數(shù)學(xué)[M]（第7版）. 北京：高等教育出版社，2015.

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[5] 梁麗琴，王文科.基于小組合作構(gòu)建代謝網(wǎng)絡(luò)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實踐研究——以《生物化學(xué)》課程中的甘油三酯代謝內(nèi)容為例[J].生命的化學(xué)，2018（4）：654-662.

[責(zé)任編輯：劉鳳華]