翻轉課堂教學應用效果的元分析*——基于70篇采用隨機實驗或準實驗的相關研究文獻

寧可為 顧小清 王 煒

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翻轉課堂教學應用效果的元分析*——基于70篇采用隨機實驗或準實驗的相關研究文獻

寧可為1顧小清2王 煒1

（1． 新疆師范大學 教育科學學院，新疆烏魯木齊 830054；2． 華東師范大學 教育信息技術學系，上海 200062）

文章針對翻轉課堂教學應用效果存在的爭議，選取國內外70篇采用隨機實驗或準實驗的相關研究文獻進行了元分析，發現：相較于傳統教學模式，翻轉課堂模式在學習成績、認知技能以及情感態度三個方面均能產生積極的影響；該模式更傾向于被應用在理工科和醫科，且在操作性較強的工科和醫科中的應用效果要優于在抽象邏輯思維能力較強的理科中的應用效果；該模式的應用效果與學習者的年齡段、實驗周期均成正相關。文章對翻轉課堂教學應用效果的元分析，深化了教學模式研究，有助于推動教學改革的發展。

翻轉課堂模式；學習效果；學科；年齡段；實驗周期

一 研究問題的提出

近年來，翻轉課堂模式（Flipped Classroom Model，FCM）成為教育者關注的熱點，越來越多的學校開始研究、實踐這一教學模式。如重慶市江津聚奎中學校、山東省昌樂二中和杜郎口中學[1]相繼開展了FCM的教學實驗并取得良好成效，成為FCM教學實踐的典型案例。一些大學也在課堂教學中應用了FCM，如汪曉東等[2]指出，FCM能提高大學生的學習成績、提升大學生對課程教學的認同度。但也有研究者得出了不同的結論，認為FCM的效果并沒有那么理想。如Atteberry[3]在中學科學課堂分別應用了FCM模式和傳統模式，發現二者沒有明顯區別，并認為“事實上沒有統計學意義的差異，人們同心協力推動FCM，但是沒有什么實質性效果”；Talbert[4]采用FCM進行教學后，認為翻轉模式只適合于理工科和實踐課，對理論課和發散性思維要求較高的課程不太適合，因此還需對它進一步改善。這種爭論讓學術界對FCM產生了質疑，也讓希望從事FCM研究與實踐的教育工作者困惑不已。目前，已有的相關研究文獻對于FCM的效果是否明顯高于傳統教學模式的效果仍沒有得出一致性的結論。有鑒于此，本研究試圖以文獻中的實證數據為依據，采用元分析的方法回答以下問題：①與傳統教學模式相比，FCM是否更有利于提高學習者的學習效果？如果回答是肯定的，那么FCM對學習者的學習效果影響如何？從哪些方面體現？②FCM應用于不同學科時，效果是否相同？③FCM應用于不同年齡段的學習群體時，效果是否相同？④FCM在教學中應用的實驗周期是否會對學習效果產生影響？

二 研究方法

1 研究的檢索和篩選

本研究選取中國知網的《中國學術期刊（網絡版）》數據庫、中國科技期刊數據庫（維普期刊）、萬方數據等作為中文文獻的數據來源；英文文獻的來源則包括IEEE Xplore、ERIC及Web of Science TM核心合集數據庫，并結合“谷歌學術”（Google Scholar）搜索引擎。檢索字段包括“標題”、“摘要”和“關鍵詞”。中文關鍵詞采用“翻轉課堂”、“顛倒課堂”、“反轉教學”、“實驗”，英文則以“Flipped Classroom”、“Inverted Classroom”、“Inverted Teaching”、“Experiment”、“Experimental”為關鍵詞進行檢索。檢索時間是2016年12月31日，檢索時間跨度為2012年至2016年。同時，剔除會議通知、刊物征稿等消息類文獻。

初步檢索的文獻并不能完全符合元分析的要求，因此，本研究進一步設定文獻采樣標準為：①文獻必須是關于FCM效果的研究，且研究結果相互間具有獨立性；②文獻必須采用隨機實驗或準實驗；③文獻中必須有完整的實驗組與控制組的實驗結果；④研究提供了實驗組和對照組的樣本總量Ne、Nc，均值Xe、Xc以及標準差Se、Sc，或是統計檢驗的F值、t值，以計算實驗組與控制組的平均效應值（Effect Size）。當一個研究以多種形式發表時（如學位論文和期刊文章），統一選取發表在期刊上的文獻用于編碼。最終，共有70篇文獻進入元分析的編碼過程。

2 對研究者的特征進行編碼

首先，筆者使用Microsoft Excel 2010電子表格工具，對符合入選標準的文獻以作者信息、發表時間、文獻來源、實驗結果、研究持續時間、學科及實驗樣本量等變量進行特征編碼，制成元分析文獻特征編碼表（如表1所示）。然后，本研究團隊的其他成員獨立閱讀原始研究文獻，并填寫事先準備好的編碼表。最后，由筆者依據原始研究文獻進行反復核查校對，對有異議之處與其他成員共同商討，以確保數據的準確性。總的來看，除個別數據有偏差外，筆者與團隊其他成員各自的編碼幾乎一致。需要注意的是，因為效應值的編碼以獨立樣本為單位，所以在提取實驗結果值時，每個獨立樣本只提取一次。此外，在滿足效應值計算的獨立性前提下，若一篇文獻同時報告了多個獨立樣本，則分別提取，以求盡可能多地利用文獻相關信息。

表1 元分析文獻特征編碼（部分）

注：EG為實驗組，CG為控制組。

3 發表偏倚與同質性檢驗

發表偏倚（Publication Bias）是指由于研究者、審稿者和編輯在選擇論文發表時依賴研究結果的方向與強度所產生的偏差[5]，以及幾乎所有的研究者與編輯都更愿意報道統計檢驗顯著結果的趨向，所以綜述者被限于在發表物中綜合獨立研究結果而有可能導致效應大小的高估計[6]。元分析中的文獻樣本也同樣受到發表偏倚的影響，因此需要對研究樣本進行發表偏倚檢測，以確保樣本存在統計學意義。基于此，本研究采用Begg[7]提出的回歸檢驗方法進行偏倚檢測，在效應值總數量為129個的情況下得出t=0.86，P=0.36＞0.05，由此可以判斷此元分析的相關獨立研究結果存在發表偏倚的可能性很小。另外，對129個效應值進行同質性檢驗，得出Q值為1828.679，I-squared（研究過度分散占總分散的比率）的值是93，表明大約93%的觀察變異是由效應值的真實差異造成的，僅有7%的觀察變異是由隨機誤差導致的。具有相當影響力的《Cochrane系統評價手冊》指出，I-squared＞50%時表明各研究間存在異質性[8]。因此，本元分析在整體效應層面進行數據處理時，采用的是隨機效應模型，效應值的置信區間（CI）為95%。

三 研究結果

1 FCM對學習者學習效果的影響

FCM與傳統教學模式的整體學習效果對比如表2所示。從表2的合并效應值來看，無論是固定效應模型還是隨機效應模型，相關數據一致表明相較于傳統教學模式，FCM對學習者的學習效果有更積極的顯著影響（P＜0.001）。根據前文樣本同質性檢驗結果，本研究選擇隨機效應模型進行分析，得出效應值為0.918。據Jacob[9]對效應值大小的劃分標準，當效應值＝0.2個標準差時，被認為影響較小；當效應值＝0.5個標準差時，被認為有中等影響；當效應值≥0.8個標準差時，被認為影響顯著。可見，FCM對學習者整體學習效果的影響是積極而顯著的。

表2 FCM與傳統教學模式的整體學習效果對比

研究者采用FCM與傳統教學模式進行教學對比研究時，不僅關注其對學習者學習成績和認知技能的影響，而且考慮其對學習者情感態度的影響。在元分析的70篇研究論文中，有66篇以學習者的學習成績（含理論成績、實踐成績、綜合成績）作為研究的因變量；有20篇從創新能力、動手實踐能力等9個方面，考察了FCM對學習者認知技能的影響；有27篇從學習參與度、學習自主性、自我效能感等11個方面，考察了FCM對學習者情感態度的影響。基于此，本研究從學習成績、認知技能以及情感態度三個維度研究了FCM的學習效果，如表3所示。

表3顯示：①學習成績的合并效應值為0.801，達到了統計顯著性（P＜0.001），說明相較于傳統教學模式，FCM對學習者的學習成績有更積極的顯著影響。②認知技能的合并效應值為1.350，達到了統計顯著性（P＜0.001）；9個分項中效應值在0.8及以上的有7個，其中有6個效應值達到了統計顯著性（P＜0.01）；效應值在0.5以下、0.2及以上的有2個，其中有1個達到了統計顯著性（P＜0.05）。可見，大部分實驗結果表明：相較于傳統教學模式，FCM在認知技能培養方面具有明顯優勢。③情感態度的合并效應值為0.855，達到了統計顯著性（P＜0.001）；11個分項中效應值達到0.8以上有5個，且都達到了統計顯著性（P＜0.01）；介于0.5～0.8之間的效應值有2個，且都達到統計顯著性（P＜0.05）；而介于0.2～0.5之間的效應值有2個，且都未達到統計顯著性；效應值在0.2以下的也有2個，且都未達到統計顯著性。綜合來看，大部分實驗結果顯示：FCM的效應值在0.5以上，約有64%的實驗研究支持了這一結論；相較于傳統教學模式，FCM對學習者的情感態度有更積極的顯著影響。

綜上所述，從對學習效果影響的整體趨勢來看，FCM是一種有效的教學模式；其中，FCM在培養學習者的認知技能方面比學習成績和情感態度方面更有優勢、效果也更好。

表3 使用FCM對學習者學習效果影響的研究

注：a表示固定模型，b表示隨機模型；*、**、***分別表示在5%、1%、0.1%水平上顯著；后面各表與此相同。

2 FCM在不同學科的影響效果

FCM在不同學科的影響效果如表4所示。FCM對不同學科影響的效應值大小與學科高度相關，突出表現在醫學、信息技術、現代教育技術、物理、化學、其它學科上，這六類學科效應值均有顯著的正向影響（P＜0.001，E.S.＞0.8）。此外，英語（P＜0.001，E.S.＝0.659）、數學（P＜0.001，E.S.＝0.544），表明FCM在這兩門學科中應用效果有一定程度的影響；生物（P＜0.05，E.S.＝0.267），表明FCM在該學科中應用效果的正向影響較小；而化學（P＜0.05，E.S.＝1.151），標準誤達到0.429，說明部分研究顯示FCM在該學科中應用效果很好，部分顯示應用效果一般，波動性較大，與之相關的研究結論還不太一致。總的來說，FCM在那些操作性較強的醫科和工科（如現代教育技術、信息技術等）中的應用效果，要比在抽象邏輯思維能力較強的理科（如數學、生物等）中的應用效果更好。

表4 FCM在不同學科的影響效果

通過對70篇文獻進行歸類分析，本研究發現FCM主要應用于醫學、信息技術、現代教育技術、英語等學科。其中，醫學類占的比例最大，占26%；其次是信息技術與現代教育技術等工科類，共占21%。此外，英語學科占20%；數學、生物、化學等理科共占12%，尚不足醫學的一半；其它類主要包含人文綜合、心理健康、影視作品賞析等，共占6%。在文科類中，除英語這類注重技能培養的學科外，FCM應用所占的比重相當小。總的來說，從學科性質來講，FCM較多應用于理工科[10]，因為這類課程多數為知識型，知識點明確，容易用視頻展示，只要將概念、公式、原理、實驗過程等講授清楚即可，而需要較強形象思維能力的深層次內容難以翻轉。

3 FCM在不同年齡段的影響效果

本研究將學習者年齡與其受教育程度相結合，分成小學、初中、高中/中職、大學/高職/大專、成人職業培訓等五個階段進行總結，得出FCM在不同年齡段的影響效果，如表5所示。表5顯示，成人職業培訓、大學/高職/大專、高中/中職這三個階段的效應值均在0.8以上，達到了統計顯著性（P＜0.001），且應用效果明顯；小學、初中階段的效應值介于0.5～0.8之間，達到了統計顯著性（P＜0.001），且應用效果有一定程度的影響。

表5 FCM在不同年齡段的影響效果

FCM對學習者學習效果的影響與學習者的年齡成正相關。FCM應用于教學，需要學習者具有良好的自主學習能力和自我監控能力——相對高年級的學習者而言，低年級的學習者意志力、自我控制能力和認知水平普遍較弱；同時，還需要學習者投入大量時間——相較而言，中小學階段的學習者支配時間的自由度很小。此外，中小學階段的學習者還需要家長為其提供良好的學習保障，但現實生活中家長很難保證每天都拿出一定的時間和精力來幫助、監督孩子學習，更何況有些家長并不懂得如何為孩子提供良好的學習保障[11]。

4 FCM在不同實驗周期的影響效果

FCM在不同實驗周期的影響效果如表6所示。表6顯示，效應值的大小與實驗周期高度相關：當FCM應用于教學中，實驗周期大于6個月的效應值（P＜0.001，E.S.＝1.188）最大，其次是1～6個月的效應值（P＜0.001，E.S.＝0.904），1～4周的效應值（P＜0.001，E.S.＝0.814）最小。不難看出，實驗周期長短與學習效果有顯著的相關性。

表6 FCM在不同實驗周期的影響效果

四 小結

本研究采用元分析方法，基于70篇采用隨機實驗或準實驗的相關研究文獻，進行了翻轉課堂教學應用效果的元分析，得出的結論主要如下：

①整體而言，與傳統教學模式相比，FCM更有利于提高學習者的學習效果，且對學習者的學習成績、認知技能以及學習情感態度均能產生積極的影響。②從FCM在不同學科的應用效果與規模來看，FCM應用于操作性較強的醫科、工科比應用于抽象邏輯思維能力較強的理科所產生的效果更好；FCM更傾向于被應用在理工學科和醫科，而在人文社會學科中應用的規模非常小。由此可見，并非所有的學習內容都適合翻轉，這是由學科性質的特征所決定的。③從FCM在不同年齡段的應用情況來看，FCM對學習效果的影響與學習者的年齡成正相關；隨著學習者年齡的增長，學習的自主性、主動性、意志力和控制力不斷增強，能夠取得更好的學習效果。因此，相對于低年齡段而言，FCM在高年齡段的學習效果會更顯著。④從FCM在不同實驗周期的應用效果來看，實驗周期越長，對學習者學習效果的影響越顯著。

從傳統的教學模式轉變為FCM，教師需要時間進行自身教學觀念的轉變；學習者也需要時間去適應FCM，并養成與此相應的學習習慣。后續還需對FCM做進一步研究，使其更切合教與學的需要，從而產生更好的教學應用效果。

[1]許愛紅,劉延梅,劉吉林.農村中學課堂教學模式的重大變革——解讀杜郎口中學“三三六”自主學習模式[J].當代教育科學,2005,(11):18-26.

[2]汪曉東,張晨婧仔.“翻轉課堂”在大學教學中的應用研究——以教育技術學專業英語課程為例[J].現代教育技術,2013,(8):11-16.

[3]Atteberry E. “Flipped classrooms” may not have any impact on learning[OL].

[4]Talbert R. Inverting the linear algebra classroom[J]. Problems, Resources, and Issues in Mathematics Undergraduate Studies, 2014,(5):361-374.

[5]楊揚,沈志超,靳純橋.發表偏倚的原因、后果與預防研究[J].編輯學報,2002,(3):170-172.

[6]彭少麟,鄭鳳英.Meta分析:綜述中的一次大革命[J].生態學雜志,1999,(6):65-70.

[7]Begg C B, Mazumdar M. Operating characteristics of a rank correlation test for publication bias[J]. Biometrics, 1994,(4):1088-1101.

[8]Alderson P, Green S, Higgins J P T. Cochrane reviewers’ handbook 4.2.2[M]. Chichester: The Cochrane Library, 2004:112-113.

[9]Jacob C. A power primer[J]. Psychological Bulletin, 1992,(1):155-159.

[10]張金磊,王穎,張寶輝.翻轉課堂教學模式研究[J].遠程教育雜志,2012,(4):46-51.

[11]劉永琪,胡凡剛.翻轉課堂教學模式的倫理省思[J].遠程教育雜志,2015,(6):78-84.

編輯：小米

The Meta-analysis of the Teaching Effect of the Flipped Classroom ——Based on the 70 Related Research Articles Adopting Random Experiment or Quasi-experiment

NING Ke-wei1GU Xiao-qing2WANG Wei1

For the controversy existing in the teaching effect of flipped classroom, this paper performed a meta-analysis on the 70 related research articles at home and abroad adopting random experiment or quasi-experiment. It was found that the Flipped Classroom Model (FCM) had positive effects on the three aspects of academic performance, cognitive skill and emotional attitude as compared to the traditional teaching model. Meanwhile, this model was more inclined to be applied in the science technology and medicine, and its application effects in the science technology and medicine with strong operability were better than in the science with strong abstract logical thinking ability., In addition, it was found that the application effect of FCM postilvely correlated with the age group of learners, experimental period. .The meta-analysis of the teaching effect of the flipped classroom could deepen the research of teaching model and promote the development of teaching reform.

flipped classroom model; academic performance; subject; age group; experimental period

本文為2016年國家社科教育學重點課題“我國與發達國家的教育信息化比較和推進戰略研究”（項目編號：ACA160012）、新疆維吾爾自治區研究生教育創新計劃科研創新項目“基于深度學習群體知識建構的師生交互研究”（項目編號：XJGR12017103）的階段性研究成果。

寧可為，在讀博士，研究方向為CSCL、教學系統化設計理論與方法，郵箱為ningcoco@126.com。

2017年5月11日

10.3969/j.issn.1009-8097.2018.03.006

G40-057

A

1009—8097（2018）03—0039—07