郭芳俠 劉 琦 李貴安 王 晅

(陜西師范大學物理學與信息技術學院，陜西 西安 710119)

近兩年來，教育部立足我國“立德樹人”的根本要求，充分借鑒國際課程改革的先進經驗，確立中國學生發(fā)展的“核心素養(yǎng)”，即以“全面發(fā)展的人”為核心，分為“文化基礎、自主發(fā)展和社會參與”3個方面，綜合表現(xiàn)為“人文底蘊、科學精神、學會學習、健康生活、責任擔當、實踐創(chuàng)新”[1]。為了培養(yǎng)“全面發(fā)展的人”，高校傳統(tǒng)的教學模式需要改變[2]，期望在培養(yǎng)學生基礎知識和基本技能的基礎上，加強對學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，特別是科學精神、學會學習、健康生活和實踐創(chuàng)新方面亟待加強。

圖1 中國學生核心素養(yǎng)與確定的研究內容

翻轉課堂作為新型的教學模式，為改進高校教學、培養(yǎng)自主學習能力提供了一條新的途徑[3]。然而，翟雪松、林莉蘭根據國內外相關文獻分析發(fā)現(xiàn)，課程入門相對簡單的公共基礎課程在翻轉課堂模式中的教學效果非常明顯，但對于邏輯推理過程較為復雜、專業(yè)性較強的課程，翻轉課堂的實施就需要進一步的探索和研究[4]。為了研究翻轉課堂在理科專業(yè)課程教學中的應用效果，以及對學習者核心素養(yǎng)的影響，本文依托大學物理學專業(yè)電動力學課程，采用基于Blackboard信息化教學平臺的翻轉課堂教學模式[5]，從綜合素質、科學態(tài)度、網絡學習自我效能感和深度學習4個方面對該模式的教學效果進行實證分析，給高校理科教學改革提供借鑒。

1 研究過程

1.1 依據中國學生核心素養(yǎng)確定研究內容

圖1(左)表示了中國學生核心素養(yǎng)的構成，分為3個方面，綜合表現(xiàn)為6大素養(yǎng)，細化為18個基本要點，結合翻轉課堂教學模式及“電動力學”課程特點，分析認為與課程教學關系密切的素養(yǎng)是“科學精神、學會學習、健康生活和實踐創(chuàng)新”，同時通過理解這4個素養(yǎng)對應的基本要點內涵[1]，確定從綜合素質、科學態(tài)度、網絡學習自我效能感和深度學習4個方面進行教學效果研究。如圖1(右)所示，下方方框中的數字對應于左側核心素養(yǎng)的基本要點，重點考察的序號排在前面。綜合素質量表主要考察學習者勇于探究的精神及樂學善學、自我管理和問題解決的能力；科學態(tài)度量表主要考察學習者的理性思維、批判質疑、勇于探究的精神及問題解決、樂學善學的能力；網絡學習自我效能感量表主要考察學習者的信息意識、技術應用能力、自我管理能力、勤于反思的意識和樂學善學的能力；深度學習量表主要考察學習者批判質疑的精神、勤于反思的意識、信息意識和問題解決的能力。

1.2 概念界定及量表選擇與修訂

綜合素質評價作為教育評價及教育實踐的一方面，是一種“表現(xiàn)性評價”，主要包括道德品質、公民素養(yǎng)、學習能力、交流與合作能力、運動與健康、審美與表現(xiàn)6個方面[6]。研究者對劉靜靜編制的綜合素質量表[7]進行修訂，包括學習興趣、學習能力、合作意識、課堂交流4個維度，共計30個題項，采用李克特五級量表計分方式(下同)。SPSS分析結果顯示，該問卷前測整體Cronbach α為0.873，各維度Cronbach α在0.641至0.759之間，3個月后的的重測問卷整體Cronbach α為0.850，各維度Cronbach α在0.647至0.725之間，內部信度較好；采用KMO和巴特利檢驗進行效度分析，前測KMO值為0.841，后測KMO值為0.813，前、后測巴特利檢驗P值均為0.000，說明變量間相關性很強，因子的相關系數矩陣非單位矩陣，具備較好的信效度。

物理課程作為自然學科領域的重要基礎課程，主要從科學知識、科學方法、科學精神與態(tài)度、科學應用4個方面培養(yǎng)學生終身發(fā)展所需的必需品格與關鍵能力，形成學生的物理學科核心素養(yǎng)[8]。研究采用美國科羅拉多大學開發(fā)的科學態(tài)度量表CLASS(Colorado Learning Attitude about Science Survey)測量學習者的物理科學態(tài)度。CLASS態(tài)度量表具有顯著的學科特點和定量化特點，通過42個問題從8個維度進行測量，分別為: (1)個人興趣; (2)真實世界的聯(lián)系; (3)一般問題的解決; (4)解決問題的信心; (5)解決問題的熟練度; (6)努力程度與成就感; (7)概念理解; (8)概念理解應用[9]。研究結果顯示，科學態(tài)度量表前測整體Cronbach α為0.875，后測整體Cronbach α為0.896；效度分析中前測KMO值為0.839，后測KMO值為0.842，前、后測巴特利檢驗P值均為0.000。

自我效能理論(Self-Efficacy Theory)是班杜拉(Bandura,A.)社會學習理論的核心概念，它是以環(huán)境、行為、人三者間的交互作用闡釋人的行為的理論，其特點是強調主體因素對人的學習的必要性以及潛能開發(fā)的決定性。自我效能感是影響自我調節(jié)學習的重要認知變量[10]。網絡自我效能感(E-LSE)是自我效能感在 e-Learning環(huán)境的延伸與發(fā)展，是計算機自我效能感(CSE)和互聯(lián)網自我效能感(ISE)的糅合與進化，是學習者對網絡學習活動順利進行的能力感知、預測、評估與信念[11]。研究采用謝幼如等編制的網絡學習自我效能感量表測量學習者的自我效能，該量表依據班杜拉的三元交互作用理論，從自我能力感、自我努力感、環(huán)境把握感和行為控制感4個維度構建網絡學習自我效能感(以下簡稱“自我效能感”)的結構，共計20個題項[12]。根據調查結果，問卷前測整體Cronbach α為0.919，后測整體Cronbach α為0.907；效度檢驗中前測KMO值為0.872，后測KMO值為0.846，前、后測巴特利檢驗P值均為0.000。

深度學習是學習者根據自己的學習興趣和需求，在理解的基礎上主動地、批判性地學習新思想和知識，運用多樣化的學習策略來深度加工知識信息，建立多學科知識、多渠道信息、新舊知識信息等之間的聯(lián)系，建構個人知識體系并有效遷移應用到真實情景中來解決復雜問題的學習[13]。研究采用唐金娟編制的網絡環(huán)境下高校大學生深度學習量表[14]，該量表基于布魯姆的教育目標分類、信息素養(yǎng)和認知心理學原理，從信息素養(yǎng)、知識構建、溝通和再加工4個維度測量學習者的網絡學習屬于深度學習還是淺層學習，共計27題項。經分析，該問卷整體Cronbach α為0.888，KMO值為0.774，巴特利檢驗P值為0.000。

1.3 樣本選擇

研究以參與電動力學課程學習的本科三年級學生為對象。由于不同學校學生基礎水平、課程學時存在差異，加之課程實施要依托各校的網絡學習平臺資源，且教師專業(yè)水平和教學技能存在差異，實施細節(jié)和效果也會不同，為了減少影響因素，因此僅選擇同一學校同一教師授課的班級。課程54課時，為增加樣本數量，研究時間跨度為3個學期。對象包括陜西師范大學2013級物理學2班，2014級物理學1班(教改班)、2班、3班和物理創(chuàng)新實驗班，由于我們進行的是后測與前測的縱向整體比較研究，所以學生基礎水平并不影響研究結果。問卷均在教師監(jiān)督下現(xiàn)場發(fā)放、填寫與回收。其中，綜合素質前測發(fā)放問卷262份，回收有效問卷239份，問卷有效率為91.2%，后測發(fā)放問卷252份，回收有效問卷233份，問卷有效率為92.5%；科學態(tài)度前測發(fā)放問卷200份，回收有效問卷183份，問卷有效率為91.5%，后測發(fā)放問卷194份，回收有效問卷171份，問卷有效率為88.1%；自我效能感前測發(fā)放問卷120份，回收有效問卷113份，問卷有效率為94.2%，后測發(fā)放問卷102份，回收有效問卷93份，問卷有效率為91.2%；深度學習發(fā)放問卷110份，回收有效問卷103份，問卷有效率為93.6%。

2 研究結果

2.1 綜合素質、科學態(tài)度、自我效能感描述及前、后測差異分析

1) 綜合素質描述及前、后測差異性檢驗

表1給出了綜合素質前、后測各維度及學習者整體水平的相關數據。結果顯示，綜合素質前、后測各維度平均分值從高到低依次是合作意識、學習能力、課堂交流和學習興趣。

以前、后測為自變量，綜合素質各維度及總體題項均分為因變量，進行秩和檢驗。表1顯示，學習者的學習興趣、學習能力、合作意識和綜合素質總體前、后測之間存在顯著性差異，表現(xiàn)為后測顯著高于前測；男生的學習興趣和學習能力前、后測之間存在顯著性差異，表現(xiàn)為后測顯著高于前測；

表1 綜合素質前測與后測的差異比較

注： 表中“男生”一欄只顯示具有顯著性差異的數據。

女生的綜合素質各維度及總體前、后測之間均不存在顯著性差異(P值均高于0.05)。

2) 科學態(tài)度描述及前、后測差異性檢驗

表2所示為科學態(tài)度的調查結果。結果顯示，科學態(tài)度前測總體的贊同率為53.5%，后測總體的贊同率為55.5%，提高了2%；前、后測各維度贊同率從高到低依次是真實世界的聯(lián)系、努力程度與成就感、概念理解、一般問題的解決、個人興趣、解決問題的信心、概念理解應用、解決問題的熟練度。與前測相比，后測中學習者對個人興趣、真實世界的聯(lián)系、一般問題的解決、努力程度與成就感的贊同率有一定的提高，對解決問題的信心、解決問題的熟練度、概念理解和概念理解應用的贊同率有所下降。

以前、后測為自變量，科學態(tài)度各維度及總體題項均分為因變量，進行秩和檢驗。研究發(fā)現(xiàn)，科學態(tài)度各維度及總體前、后測之間無顯著性差異。

3) 自我效能感描述及前、后測差異性檢驗

表3給出了自我效能感各維度及學習者整體水平的相關數據。從表3可以看出，前測中，自我效能感各維度從高到低依次是行為控制感、自我能力感、自我努力感、環(huán)境把握感；后測中依次是自我能力感、行為控制感、環(huán)境把握感、自我努力感。

以前、后測為自變量，自我效能感各維度及總體題項均分為因變量，進行秩和檢驗。由表3可知，學習者整體及女生的自我能力感、環(huán)境把握感及自我效能感總體前、后測之間存在顯著性差異，表現(xiàn)為后測顯著高于前測；男生的自我效能感各維度及總體前、后測之間均不存在顯著性差異(P值均高于0.05)。

表2 科學態(tài)度前、后測各維度及總體贊同率

表3 自我效能感前測與后測的差異比較

注： 表中“女生”一欄只顯示具有顯著性差異的數據。

4) 深度學習描述

表4給出了網絡環(huán)境下深度學習各維度及學習者整體水平的相關數據。表4顯示，大學生網絡環(huán)境下深度學習總體均值是3.27，標準差是0.437，各維度從高到低依次是信息素養(yǎng)、溝通、再加工和知識構建。

表4 深度學習各維度及總體平均水平

2.2 綜合素質、科學態(tài)度、自我效能感及深度學習的性別差異比較

1) 綜合素質各維度及總體的性別差異比較

以性別為自變量，綜合素質各維度及總體題項均分為因變量，進行秩和檢驗。表5顯示，男、女生在課堂交流維度存在顯著性差異，表現(xiàn)為男生顯著高于女生，其他維度及總體之間均不存在顯著性差異。

2) 科學態(tài)度各維度及總體的性別差異比較

以性別為自變量，科學態(tài)度各維度及總體題項均分為因變量，進行秩和檢驗。表5顯示，男、女生在個人興趣、解決問題的信心、解決問題的熟練度、概念理解應用及總體之間差異極其顯著(P<0.01)，表現(xiàn)為男生顯著高于女生；在一般問題的解決、努力程度與成就感、概念理解之間差異顯著(P<0.05)，表現(xiàn)為男生高于女生；在真實世界的聯(lián)系維度不存在顯著性差異。

3) 自我效能感各維度及總體的性別差異比較

以性別為自變量，自我效能感各維度及總體題項均分為因變量，進行秩和檢驗。表5顯示，男、女生的自我能力感、自我努力感、環(huán)境把握感和總體之間存在顯著性差異，表現(xiàn)為男生顯著高于女生。

4) 網絡環(huán)境下深度學習的性別差異比較

以性別為自變量，網絡環(huán)境下深度學習各維度及總體題項均分為因變量，進行秩和檢驗。結果顯示，男、女生在深度學習各維度及總體之間均不存在顯著性差異(P值均高于0.05)。

2.3 綜合素質、科學態(tài)度及自我效能感的相關性分析

1) 綜合素質、科學態(tài)度、自我效能感與學習成績的相關性分析

利用SPSS中雙變量相關分析綜合素質與學習成績(包括筆試成績和總評成績)的關系，從表6可以看出，學習者整體的筆試成績、總評成績與學習興趣、課堂交流及綜合素質總體在0.05水平上呈顯著正相關；男生的總評成績與學習能力在0.05水平上呈顯著正相關；女生的筆試成績與課堂交流、綜合素質總體在0.05水平上呈顯著正相關，總評成績與學習興趣、課堂交流在0.05水平上呈顯著正相關，與綜合素質總體在0.01水平上呈顯著正相關。

表5 綜合素質、科學態(tài)度、自我效能感的性別差異比較

注： 表中只顯示具有顯著性差異的數據。

表6 綜合素質與學習成績的相關性

注： **在0.01水平(雙側)上顯著相關，*在0.05水平(雙側)上顯著相關。

利用雙變量相關分析科學態(tài)度及自我效能感與學習成績的關系。研究發(fā)現(xiàn)，學習者的筆試成績、總評成績與科學態(tài)度、自我效能感各維度及總體之間均不存在顯著相關性。

2) 綜合素質、科學態(tài)度及自我效能感的相關性分析

以同時參與科學態(tài)度、自我效能感及綜合素質問卷調查的學習者為研究對象，利用雙變量相關分析變量之間的相關關系。從表7可以看出，學習者整體及女生的科學態(tài)度與綜合素質、科學態(tài)度與自我效能感及綜合素質與自我效能感均在0.01水平上呈顯著正相關；男生的科學態(tài)度與綜合素質、綜合素質與自我效能感在0.05水平上呈顯著正相關，科學態(tài)度與自我效能感在0.01水平上呈顯著正相關。

表7 科學態(tài)度、自我效能感及綜合素質的相關性

注： **在0.01水平(雙側)上顯著相關，*在0.05水平(雙側)上顯著相關。

3) 科學態(tài)度高中低組與自我效能感的關系

利用平均數加減一個標準差界定科學態(tài)度高分組、中間組和低分組(高分組1，中間組2，低分組3)，以科學態(tài)度分組水平為自變量，自我效能感各維度及總體題項均分為因變量進行方差分析。表8中F表示組間方差與組內方差的比值，F(xiàn)越大，說明各組平均數的差異就越明顯。表8顯示，科學態(tài)度高分組在自我能力感、自我努力感、環(huán)境把握感及總體上均顯著高于中低分組，中低分組之間無顯著性差異；科學態(tài)度中高分組在行為控制感上顯著高于低分組，中高分組之間無顯著性差異。

4) 科學態(tài)度高中低組與綜合素質的關系

以科學態(tài)度分組水平為自變量，綜合素質各維度及總體題項均分為因變量進行方差分析。表8顯示，科學態(tài)度中高分組在學習興趣上顯著高于低分組，中高分組之間無顯著性差異；科學態(tài)度高分組在學習能力、課堂交流及總體上顯著高于中低分組，且中間組顯著高于低分組；科學態(tài)度高分組在合作意識上顯著高于中低分組，中低分組之間無顯著性差異。

表8 科學態(tài)度高中低組與自我效能感、綜合素質的關系

3 討論與分析

3.1 整體情況

對綜合素質各維度進行比較可以看出，學習者的合作意識和學習能力分值處于中高水平，學習興趣和課堂交流分值處于中低水平。其中，合作意識分值最高，說明學習者在學習過程中能積極參與小組活動并主動承擔一定的責任，團隊協(xié)作意識較強；其次為學習能力，說明大部分學習者能夠通過教師的指導掌握科學的學習方法，積極尋找新舊知識間的聯(lián)系，能夠自主解決學習中遇到的大部分問題。學習興趣和課堂交流分值相對低一些，主要是由于電動力學課程屬于理論物理，具有理論體系完備、抽象難懂、公式推演繁多等特點，教學中涉及到大量的公式推導和復雜的數學計算[15]，部分學習者習慣于被動地接受學習，未完全適應翻轉課堂的學習模式，沒有積極參與到課堂討論和網絡自主學習中去。

科學態(tài)度各維度中真實世界的聯(lián)系、努力程度與成就感、概念理解、一般問題的解決、個人興趣分值處于中高水平，解決問題的信心、概念理解應用及解決問題的熟練度分值處于中低水平，究其原因，主要是由于電動力學課程要求的物理、數學基礎知識較多，學習者從理解課程基本內容到能夠應用知識熟練解決問題還有一段距離，還需付出更多努力；并且大量的公式推導和復雜的數學計算打擊了部分學習者解決問題的信心，容易使其產生畏難心理，從而影響其解決問題的熟練度。

自我效能感各維度分值均處在中低水平。其中，自我能力感和行為控制感均值相對較高，說明學習者使用網絡進行學習的能力判斷與信念較強，能夠根據自己的實際情況制定學習目標，合理安排網絡學習時間，控制自己的網絡學習行為，并取得良好的學習效果。自我努力感和環(huán)境把握感分值相對較低，說明學習者對網絡學習環(huán)境的把握、自我控制和判斷力不高，認為自己在網絡學習過程中容易受到各種網絡信息的干擾，專注程度不高。究其原因，主要是泛濫成災的網絡信息無時無刻地干擾著學習者的網絡學習，部分自我管理能力較差的學習者更容易受到干擾。

研究發(fā)現(xiàn)，大學生網絡環(huán)境下的深度學習總體處于中高水平，說明網絡環(huán)境中，學習者已經逐步從淺層學習過渡到深度學習，學習者不再是單純、被動地記憶和理解所學知識，而是主動地、帶有批判思維地建構知識。其中，信息素養(yǎng)及溝通維度分值較高，說明學習者利用網絡搜索信息的能力較強，且善于在網絡環(huán)境中表達情感、抒發(fā)自我，具有良好的溝通能力。知識構建及再加工維度分值不理想，說明學習者批判性地學習新的知識、發(fā)現(xiàn)新舊知識間的聯(lián)系方面的能力還有待提高，將已有知識遷移到新的情境中進行再加工的能力還需進一步培養(yǎng)和提高。

3.2 翻轉課堂教學模式對綜合素質、科學態(tài)度及自我效能感的影響

(1) 研究發(fā)現(xiàn)，翻轉課堂教學模式能顯著提高學習者的學習興趣、學習能力和合作意識，且男生的學習興趣及學習能力后測顯著高于前測，女生的綜合素質各維度及總體后測分值高于前測，但無顯著性差異；男、女生在課堂交流維度存在顯著性差異，表現(xiàn)為男生顯著高于女生，從側面反映出女生可能對傳統(tǒng)課堂更加依賴，適應新模式比較慢。

(2) 與前測相比，科學態(tài)度后測中學習者對個人興趣、真實世界的聯(lián)系、一般問題的解決、努力程度與成就感的贊同率有一定的提高，對解決問題的信心、解決問題的熟練度、概念理解和概念理解應用的贊同率有所下降。物理科學態(tài)度各維度及總體前、后測之間均無顯著性差異，說明學習者物理科學態(tài)度的形成是一個長期的過程，加之實行翻轉課堂教學的課程極少，短期的培養(yǎng)效果不會很明顯。男生在個人興趣、一般問題的解決、解決問題的信心、解決問題的熟練度、努力程度與成就感、概念理解、概念理解應用及物理科學態(tài)度總體方面顯著優(yōu)于女生，推測其原因，一是與男、女生智力結構的差異有關；二是因為男、女生的物理抽象思維能力存在差異，男生的分析綜合能力和思維的靈活性更好[16]，在物理學習上更容易獲得成就感；三則是與家庭、社會等對不同性別學習者的教育偏向等因素有關。

(3) 翻轉課堂教學模式能顯著提高學習者整體的自我效能感。但就男、女生分別而言, 自我效能感前測分值男生高于女生，且有顯著性差異，表明與女生相比，男生認為自己更能夠應對網絡學習中出現(xiàn)的各種問題，積極地進行自我調節(jié)，自信能更好地完成網絡學習任務。后測男、女生自我效能感總體都有所提高，已無顯著性差異，女生的自我效能感提升較為顯著，說明該教學模式能提高學習者網絡學習的能力與信念，促進學習者對網絡學習任務的把握能力、行為控制能力和判斷力。

(4) 男、女生在網絡環(huán)境下深度學習各維度及總體之間均不存在顯著性差異，說明性別因素對學習者深度學習的影響已逐步削減，不同性別學習者均可在網絡學習環(huán)境中達到深度學習。

3.3 綜合素質、科學態(tài)度及自我效能感的相關性分析

(1) 研究發(fā)現(xiàn)，學習者總體的筆試成績、總評成績與學習興趣、課堂交流及綜合素質總體存在顯著正相關，說明學習者的學習興趣越濃厚，學習能力越強，課堂交流參與度越高，其筆試成績和總評成績就越高。而學習者的物理科學態(tài)度及自我效能感與學習成績的相關性較低。

(2) 學習者整體及男、女生的科學態(tài)度與綜合素質、科學態(tài)度與自我效能感及綜合素質與自我效能感均呈顯著正相關。進一步研究發(fā)現(xiàn)，將科學態(tài)度分為高中低三組后，能更明確地反映出其與自我效能感及綜合素質的關系，科學態(tài)度高分組在自我效能感及綜合素質各維度及總體上得分顯著高于中低分組。

綜上所述，翻轉課堂能顯著提高學習者的綜合素質及自我效能感，對其物理科學態(tài)度的有正面影響，但短期影響較小，且對不同性別學習者的影響程度有差異。學習者的網絡學習總體屬于深度學習，但還有提升空間；學習者的學習成績與綜合素質之間存在顯著相關性，與科學態(tài)度及自我效能感之間相關性較低。學習者的科學態(tài)度、綜合素質及自我效能感之間均呈顯著正相關，且科學態(tài)度高分組在自我效能感、綜合素質各維度及總體上得分顯著高于中低分組。因此在理工科課程中只要根據學生的實際學習需要合理設計，實施以學生為主的翻轉課堂是可行的且有效的?？梢灶A期，如果翻轉課堂全面推開，同時改變現(xiàn)有的評價方式，使學習由被動學習轉向主動探索，將會對學生的學習能力、創(chuàng)新能力、科學態(tài)度等產生更深的影響。