楊昆，夏一行，姚金良，韓建平

(杭州電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，浙江 杭州 310018)

0 引言

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)是本世紀(jì)發(fā)源于美國的一種“學(xué)習(xí)知識在課，外內(nèi)化知識在課堂”的新教學(xué)模式。

近年國內(nèi)出現(xiàn)不少翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)改革樣例。吉林師范大學(xué)的孫崇勇等對高二兩個(gè)班的數(shù)學(xué)課進(jìn)行八周教學(xué)實(shí)驗(yàn)，研究翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式對高中生認(rèn)知負(fù)荷及學(xué)習(xí)成績的影響。胡兵側(cè)重于實(shí)施方案，設(shè)計(jì)了大學(xué)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)中應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂的具體教學(xué)模式，包括學(xué)習(xí)資源庫，學(xué)習(xí)任務(wù)，課堂活動組織。孫丹鳳等在Web 開發(fā)課程中進(jìn)行基于MOOC 的翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)踐，描述了具體教學(xué)組織方式和考核方式，但是對實(shí)施效果僅有簡單的分析。李培設(shè)計(jì)了C 語言實(shí)驗(yàn)課的翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式，闡述課堂設(shè)計(jì)的具體環(huán)節(jié)，給出一整套翻轉(zhuǎn)課的操作實(shí)例，并簡單描述了教學(xué)效果。類似的，多位作者在C 語言程序設(shè)計(jì)課程中進(jìn)行了有關(guān)翻轉(zhuǎn)的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐，并給出了教學(xué)效果的簡單展示。針對本科二年級學(xué)生，張戎等開展了醫(yī)學(xué)微生物學(xué)的六節(jié)課的翻轉(zhuǎn)教學(xué)實(shí)踐，根據(jù)成績和調(diào)查問卷對教學(xué)效果進(jìn)行綜合評估，然而他們的教學(xué)時(shí)間很少，并且問卷表的粒度很粗?？傮w來說，關(guān)于翻轉(zhuǎn)課堂的大部分研究是探索翻轉(zhuǎn)課堂在特定課程中的方案設(shè)計(jì)和具體組織方式；少部分研究通過一些教學(xué)實(shí)驗(yàn)探討翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式對學(xué)生學(xué)習(xí)成績的影響，這部分研究或因受限于實(shí)施時(shí)間短，效果分析不夠深入。綜合來看有關(guān)翻轉(zhuǎn)教學(xué)的研究和認(rèn)識處在比較初級的階段。

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)本身會有一定的局限性，將其引入C 語言程序設(shè)計(jì)的實(shí)際教學(xué)，與課程的匹配度如何還不明確。另外，大學(xué)的C語言程序設(shè)計(jì)課程具有“學(xué)生成分復(fù)雜，基礎(chǔ)差異較大”的特點(diǎn)，翻轉(zhuǎn)教學(xué)的實(shí)際效果到底如何，有必要做進(jìn)一步深入的研究。本文研究高校C 語言程序設(shè)計(jì)的翻轉(zhuǎn)教學(xué)的實(shí)際教學(xué)效果，具有鮮明特色：①覆蓋課程教學(xué)的完整過程；②多層次多角度的分析；③量化的實(shí)際教學(xué)數(shù)據(jù)和定量分析結(jié)果。首先執(zhí)行整個(gè)課程的全周期翻轉(zhuǎn)教學(xué)并收集數(shù)據(jù)，然后從個(gè)體差異的整體分析、教學(xué)效果的量化分析和翻轉(zhuǎn)教學(xué)的階段性分析三個(gè)層次入手，結(jié)合背景差異、課程難度、適應(yīng)度、時(shí)間投入、效果類別、階段性效果等多個(gè)角度分析數(shù)據(jù)。研究結(jié)果揭示翻轉(zhuǎn)教學(xué)實(shí)施過程中有必要考慮學(xué)生的個(gè)性化差異并且根據(jù)課程特點(diǎn)改進(jìn)相應(yīng)的教學(xué)流程。

1 數(shù)據(jù)和方法

以某高校C 語言程序設(shè)計(jì)的三個(gè)隨機(jī)教學(xué)班為研究對象。該課程16周，每周五學(xué)時(shí)（三學(xué)時(shí)課堂教學(xué)二學(xué)時(shí)上機(jī)課），每學(xué)時(shí)45 分鐘。三個(gè)教學(xué)班同一位教師授課，教學(xué)節(jié)奏一致。教學(xué)過程中記錄每位學(xué)生多個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，第14周完成一個(gè)精心設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)情況調(diào)查表，所有數(shù)據(jù)與期末成績合并成原始數(shù)據(jù)。刪除包含較多缺失項(xiàng)的數(shù)據(jù)，校正了學(xué)生疏忽大意導(dǎo)致的“失真”數(shù)據(jù)，最終情況見表1。對數(shù)據(jù)按不同的類別進(jìn)行分類研究，顯著性檢驗(yàn)采用兩樣本t 檢驗(yàn)，顯著性水平為0.05，相關(guān)性分析采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)。

表1 教學(xué)班的基本統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2 結(jié)果和分析

2.1 個(gè)體差異的整體分析

考察班級平均成績，然后按照性別（男/女），以前學(xué)習(xí)過計(jì)算機(jī)編程語言（是/否），經(jīng)歷過翻轉(zhuǎn)教學(xué)（是/否）的類別計(jì)算每個(gè)子類的平均成績，然后對兩個(gè)對應(yīng)類別進(jìn)行兩樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果見表2。成績分析表明班級之間的差異顯著，電子班的成績明顯優(yōu)于另兩個(gè)班級，并且以前是否學(xué)過計(jì)算機(jī)編程語言的對成績有顯著影響，而以前是否經(jīng)歷過翻轉(zhuǎn)課教學(xué)對成績沒有顯著影響。

表2 班集的平均成績和子類別的平均成績

由于課程難度一定程度上反應(yīng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，計(jì)算每位同學(xué)的課程難度打分與最終成績之間的相關(guān)系數(shù)，三個(gè)班級的數(shù)值分別是-0.3813,-0.1072和-0.3257，表明課程難度與成績是負(fù)相關(guān)。課程的班級平均難度和子類別的課程難度平均值及其對應(yīng)的兩樣本t檢驗(yàn)的結(jié)果見表3，揭示以前是否學(xué)過計(jì)算機(jī)編程語言對學(xué)生的課程難度具有顯著的影響。結(jié)果說明學(xué)生的基礎(chǔ)差異影響教學(xué)班的學(xué)習(xí)并增加了教學(xué)復(fù)雜性，最終會影響教學(xué)效果。翻轉(zhuǎn)教學(xué)應(yīng)該如何滿足學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)有待進(jìn)一步深入研究。

表3 教學(xué)班的課程難度打分的平均值和子類的平均值

2.2 翻轉(zhuǎn)教學(xué)效果的量化分析

本文調(diào)查了“C 語言采用翻轉(zhuǎn),使學(xué)習(xí)效果增加了x%，還是減少y%”的問題。翻轉(zhuǎn)教學(xué)對學(xué)習(xí)效果的影響為不變、減少（負(fù)效果）和增加（正效果）的類別的比例和平均成績以及正負(fù)類之間兩樣本t 檢驗(yàn)見表4。結(jié)果顯示，翻轉(zhuǎn)教學(xué)的正效果的學(xué)生平均成績均高于負(fù)效果類別的學(xué)生。盡管實(shí)際教學(xué)中存在無影響和負(fù)效果的學(xué)生，翻轉(zhuǎn)教學(xué)整體上對學(xué)生有正面影響。

表4 翻轉(zhuǎn)教學(xué)對學(xué)習(xí)效果的影響類別的比例和類內(nèi)平均成績及其正負(fù)類之間t檢驗(yàn)P值

課程和學(xué)生之間的橋梁是教學(xué)，課堂中的教學(xué)方式給學(xué)生帶來直接體驗(yàn)。為了更細(xì)致地了解教學(xué)情況，調(diào)查表中設(shè)計(jì)了學(xué)生對課程、教學(xué)模式（即翻轉(zhuǎn)教學(xué)）和結(jié)合教學(xué)模式的課程的適應(yīng)度評價(jià)，三個(gè)班級的適應(yīng)度分位數(shù)圖見圖1。結(jié)果表明，學(xué)生對課程、教學(xué)方式以及結(jié)合教學(xué)方式的課程這三者的感受不一樣。課程、教學(xué)模式和結(jié)合教學(xué)模式的課程適應(yīng)度與成績的相關(guān)系數(shù)見表5，全體學(xué)生的教學(xué)模式適應(yīng)度與成績的相關(guān)性弱于課程適應(yīng)度以及結(jié)合教學(xué)模式的課程適應(yīng)度與成績的相關(guān)性。從班級角度來看，機(jī)械班的適應(yīng)度高于另兩個(gè)班級（圖1），但是其平均成績?nèi)跤诹韮蓚€(gè)班級（表2），說明翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式只是影響成績的一個(gè)重要因素，但不是唯一因素，也不是決定性因素。適應(yīng)度的分析結(jié)果也指出了一個(gè)提高學(xué)習(xí)成績的可能途徑，即增加學(xué)生對于結(jié)合具體教學(xué)模式的課程的適應(yīng)程度，如何實(shí)踐和操作有待進(jìn)一步探討。

圖1 學(xué)生對課程、教學(xué)模式和結(jié)合教學(xué)模式的課程的適應(yīng)度分位數(shù)

表5 課程、教學(xué)模式和結(jié)合教學(xué)模式的課程的適應(yīng)度和成績的相關(guān)性

為了更深入地研究教學(xué)效果，本文分析了翻轉(zhuǎn)教學(xué)對學(xué)生時(shí)間投入的影響，三種影響類型的學(xué)生比例及其平均成績見表6。翻轉(zhuǎn)教學(xué)使大部分學(xué)生增加了學(xué)習(xí)時(shí)間。從三種影響類型的平均成績中可以發(fā)現(xiàn)，時(shí)間投入減少的學(xué)生平均成績最低，時(shí)間投入不變的學(xué)生平均成績居中，時(shí)間投入增加的學(xué)生平均成績最高。結(jié)果說明增加學(xué)習(xí)時(shí)間有助于提高學(xué)習(xí)效果，并揭示一種可能性：翻轉(zhuǎn)教學(xué)可以促進(jìn)學(xué)生增加時(shí)間投入而提高教學(xué)效果。從翻轉(zhuǎn)教學(xué)對學(xué)習(xí)效果和時(shí)間投入的影響看，目前的教學(xué)班中都存在無影響或負(fù)影響的學(xué)生，需要進(jìn)一步的研究來探討究竟什么原因或者什么特點(diǎn)導(dǎo)致這些學(xué)生沒有正向效果。實(shí)際教學(xué)中盡早識別這部分學(xué)生并施加針對性措施是提高翻轉(zhuǎn)教學(xué)質(zhì)量的一個(gè)可能途徑，爭取翻轉(zhuǎn)教學(xué)對所有學(xué)生都能發(fā)揮正向效果。

表6 翻轉(zhuǎn)教學(xué)對時(shí)間投入的影響類別的比例和類內(nèi)平均成績

2.3 翻轉(zhuǎn)教學(xué)的學(xué)習(xí)階段的分析

C 語言課程有個(gè)上機(jī)環(huán)節(jié)，故翻轉(zhuǎn)教學(xué)可以分成四階段：課前學(xué)習(xí)，課堂學(xué)習(xí)，上機(jī)學(xué)習(xí)和課后學(xué)習(xí)。把整個(gè)學(xué)習(xí)效果記為100%，用四階段學(xué)習(xí)效果的占比來研究課程四階段的學(xué)習(xí)效果。因此每個(gè)班級產(chǎn)生一個(gè)矩陣，列為這四個(gè)學(xué)習(xí)階段效果的占比，每個(gè)行向量對應(yīng)一位學(xué)生。為了觀察“相對意義上”最有效和最低效的學(xué)習(xí)階段分別是什么，首先標(biāo)記每行的最大值和最小值的出現(xiàn)位置，然后分析班級的每個(gè)列中最大值和最小值的出現(xiàn)次數(shù)，計(jì)算它們的出現(xiàn)比例，見表7（每個(gè)班級前兩個(gè)最大值加粗標(biāo)記）。從全體學(xué)生的角度看，課前和課后階段最小值的出現(xiàn)比例最高；從四個(gè)階段的最大值比例看上機(jī)階段最佳。除此之外，學(xué)習(xí)效果為零的極端值在四個(gè)階段的累計(jì)次數(shù)機(jī)械是1，0，2，0，通信是11，0，8，1，電子是3，1，2，0。結(jié)果表明，教師主導(dǎo)的課堂和上機(jī)兩個(gè)階段的學(xué)習(xí)效果更好，學(xué)生自己主導(dǎo)的課前和課后兩個(gè)階段效果更差，說明翻轉(zhuǎn)教學(xué)的“學(xué)習(xí)知識在課外”是個(gè)理想化的設(shè)計(jì)，實(shí)際過程中學(xué)生不容易執(zhí)行好。

表7 四個(gè)階段的學(xué)習(xí)效果占比的最大值和最小值的出現(xiàn)比例

四個(gè)學(xué)習(xí)階段中的課堂時(shí)間固定，上機(jī)階段、課前和課后的學(xué)習(xí)時(shí)間自由。為了進(jìn)一步了解時(shí)間自由的三個(gè)階段的學(xué)習(xí)情況，本文收集的學(xué)生時(shí)間投入的分析結(jié)果見圖2。結(jié)果表明，課前階段的學(xué)習(xí)時(shí)間最少，上機(jī)階段投入學(xué)習(xí)時(shí)間最多，并且上機(jī)階段與課前和課后階段的學(xué)習(xí)時(shí)間的差距明顯。分析三個(gè)階段學(xué)習(xí)時(shí)間的總和發(fā)現(xiàn)，超過80%的學(xué)生沒有達(dá)到自己期望的學(xué)習(xí)時(shí)間，并且少部分同學(xué)在上機(jī)階段投入非常多的學(xué)習(xí)時(shí)間使得三個(gè)階段總時(shí)間超過了期望學(xué)習(xí)時(shí)間（即100%）。為了提高教學(xué)效果，可以從“弱點(diǎn)環(huán)節(jié)”課前和課后入手，設(shè)計(jì)更加有針對性的措施以增加學(xué)生的時(shí)間投入。

圖2 課前、課后與上機(jī)階段的學(xué)習(xí)時(shí)間占比百分?jǐn)?shù)的分位數(shù)圖

3 結(jié)束語

本文研究高校C 語言程序設(shè)計(jì)的翻轉(zhuǎn)教學(xué)效果，發(fā)現(xiàn)學(xué)生個(gè)性化差異顯著并影響教學(xué)效果；盡管部分學(xué)生不適應(yīng)，翻轉(zhuǎn)教學(xué)整體上促進(jìn)學(xué)習(xí)效果增加；翻轉(zhuǎn)教學(xué)促進(jìn)了大部分學(xué)生增加學(xué)習(xí)時(shí)間；實(shí)踐中學(xué)生不容易執(zhí)行好“學(xué)習(xí)知識在課外”的翻轉(zhuǎn)理念，自主學(xué)習(xí)能力有待提高。本文的研究或許能為翻轉(zhuǎn)教學(xué)的實(shí)踐提供經(jīng)驗(yàn)積累，為翻轉(zhuǎn)教學(xué)的優(yōu)化和完善提供參考數(shù)據(jù)。后續(xù)工作可以從程序設(shè)計(jì)課程的特點(diǎn)出發(fā)，研究翻轉(zhuǎn)教學(xué)對學(xué)生編程能力的影響，翻轉(zhuǎn)教學(xué)的學(xué)生負(fù)擔(dān)和翻轉(zhuǎn)教學(xué)的學(xué)習(xí)效率等有關(guān)深刻問題。