現代信息技術在不同大學課堂教學中的應用探討

楊彤驥 楊紅玉

[摘 要]本研究評測與傳統教學相比，翻轉課堂對于信息分析與設計（UML）教學的有效性和靈活性，具體包括：學生是如何理解其所學知識的？學生對這門課的感知價值有多少？這門課程的設置是否影響到了學生對此門課的態度？進行此項研究的初始條件是：假設基于翻轉課堂的教學有利于學生學習。課題組采用準實驗研究設計，使用跨案例比較法對數據進行分析，利用描述性與推斷性統計方法確定研究樣本的差異大小。結果：信息技術在大學課堂的使用應采取鼓勵但審慎的態度，應按實際課程需要來進行安排（如考慮學習科目、學習環境、學生態度與教師的使用技巧等），不應千篇一律地完全鼓勵采用，并非任何課程都適合采用信息化教學方法。

[關鍵詞]信息技術;翻轉課堂;大學課堂;教學探討

[中圖分類號] G640 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2022）01-0070-06

教育的首要目的是學生的學習。為了最大限度地提高學習效率，大多數教育工作者都希望為學生提供個性化教學，達到此目的需要了解學習個體的能力與需求、易于接受的教育手段，更需要靈活的計劃、協同的步驟。個性化教學的目標就是用定制的教學方法取代傳統的教學模式，但傳統的教室并不能提供類型分化的教學，這使得一些教育工作者開始思考建構一種混合式的學習環境，即將此種理念與信息技術相結合而達到課堂翻轉的效果。

翻轉課堂與傳統課堂先聽教師講課，之后學生做作業不同，它是學生在課前先對學習資料進行自學，之后再聽課。課堂時間主要是對學生進行實踐訓練，有針對性地進行知識答疑或一些高階思維訓練。當然作為一種教學方法，并非翻轉課堂的所有方面對我們來說都是新的。例如，在傳統的教學方法中，一些教師希望學生在學習新知識前做一些準備工作（如課前已對相關材料進行閱讀）。翻轉概念的提出極大激發了教師對于教學手段的思考，許多教師認為翻轉就是使用各種手段（主要是信息技術）為學生提供盡可能豐富的學習資源。例如，一些傳統教科書正在補充互聯網資源、視頻、虛擬模擬實驗等。教師被鼓勵使用信息技術或在混合環境中進行教學，然而關于翻轉課堂的研究才剛剛開始，一些公開發布的教學方法的使用都是基于某些具體環境的。因此，教師需要知道如何更好地將信息技術與教學過程進行融合，這些技術如何更好地發揮作用，同時還需了解各種翻轉方式給我們帶來的機遇與挑戰有哪些。

本研究的目的就是探討信息技術對教學效果及翻轉課堂的幫助有哪些。我們選擇了一門信管系大學入門級課程——信息分析與設計（UML）來研討信息技術對教學的影響，希望研究成果能起到拋磚引玉的作用，為我國教學方法改革提供一些方向。本研究得到了遼寧工程技術大學首批“金課”項目資助。

一、文獻回顧

（一）翻轉課堂的概念

翻轉課堂并不是一個新的概念，但信息技術、互聯網絡的發展，計算機、移動設備的廣泛使用，使得這一理念近來越來越受到人們的重視。科技的進步使得教師可在網上提供教學視頻，并進行在線成績評估。近些年，國內、國外大量的網上資源開發熱潮此起彼伏，如國內的慕課學習社區、中國公開課等，國外著名的在線資源課堂可汗學院（ 見http：//www.khanacademy.org/）等。

像可汗學院這樣的翻轉課堂資源在成立之初想法是很簡單的，學生希望教師提供教學視頻資源與其他相關資料，以自身的學習步驟在方便合適的地點，熟悉概念與完成作業，而非傳統的教師在課堂上統一組織教學。這樣學生既可以專注于其學習需求興趣點，滿足其學習需求，又可以集中精力參加課堂討論，更不會在課堂上感覺無聊，去花費時間學習他們已經知道的內容。

這種教學方式允許教師以不同方式安排教學時間，如依靠學生提交報告所反映的內容調整授課時間、安排教學重點。當學生依靠自己的能力無法完成某項任務或教師提供的資料不夠充分時，學生可選擇適時的課堂參與，獲得教師幫助，從而節省了那些不需要參與課堂學習的時間。

不同教師有不同實現翻轉課堂的方法，但基本理念是相通的。教師的直接講授與構建性學習思想相結合，有利于實現個性化、差異化的混合型學習。教學活動并不局限于教室，學生可按照自己的學習節奏、根據自己的需求調整學習方向，對自己的學習負責。教師的角色由課堂主導者轉變為課程設計者， 同時異步為為學生提供學習資源。

由于缺乏有效的、可操作性較強的模型指導，傳統課堂向翻轉課堂轉變還存在一些困難，但一些較為成功的案例還是為我們提供了翻轉課堂的重要特點：（1）學生從被動的聽眾轉變為主動的學習者;（2）信息技術的輔助作用;（3）課堂時間與家庭作業時間的互換，先做作業，之后以流結構提供個性化指導;（4）以現實世界案例為背景傳授教學內容;（5）課堂時間用來解決學生特別具有挑戰性的問題，或幫助學生提高批判性思維與解決問題的能力。

翻轉課堂在實際應用中也遭到一些詬病，一些教師反映給予學生自由時間過多，不利于學習成績提高;一些專家也指出學生的主要任務是學習，學校應對學習負主要責任而非學生，翻轉課堂中的學生自己掌握學習步調、課堂內容、課前自學是不合適的等。

（二）信息技術在翻轉課堂中的角色

作為一種教學工具，信息技術可在多方面促進學習。在兩個特定教學方面信息技術體現出其價值：一個是教學內容的展示，一個是對教學成果的評估。在此給出一些相關問題的研究背景。

互聯網與視頻流技術的高速發展大大提高了學生獲取信息的能力，他們可以在任何時間、任何地點通過特定指令來訪問以往只能從教室里得到的東西。以上信息技術促進了教師對教學工具的優化，學生可在教室以外靈活使用，如計算機模擬。模擬是真實世界的一個表現或模型，當我們對真實世界中的問題無法實際接觸或不安全時，模擬的作用就表現出來了。為了將模擬技術應用在教學中，設計者一定要考慮設計指令的教學目的。美國國防部在1997年為模型設計者提供了三種類型的模擬：現場模擬（真人出現在虛擬環境中）、虛擬仿真（真人控制虛擬對象）、構造仿真（真人與虛擬系統實現交互）。除了模擬，設計者需要注意另一個問題，即技術對學習對象的技術保真。保真指模擬與現實世界實際對象或任務的相似程度，如果學習目標需要的是某一具體環境下的性能度，則需要模擬器具備較高的物理保真;如學習目標關注認知感，則模擬器需要高保真認知度。因此，教學過程中模擬成功與否要看學生是否達到了預期的學習效果。

提升學習效果的一個方法是差異化系統教學，其目的是滿足不同個體學生的不同需求。個性化教學通常包括識別個體學習者的能力，提供靈活的學習內容、進度，對學習者進行有效指導。事實上，差異化教學并不是一個新的理念，但用信息技術潛能來促進差異化教學卻是近些年才出現的研究方向，信息技術的集成可幫助教師為學生進行單獨輔導與定制個性化學習流程，課堂外的任務完成也由教師分類完成，評估時教師可有的放矢地針對具體學生的課業弱點、關注方向進行專項輔導。

將信息技術推動的個性化教學變為現實是許多因素共同作用的結果。大部分學校使用的教學軟件側重于內容的傳遞，并沒有真正實現滿足學習者個性化需求的目的。大部分學校的計算機基礎課程僅僅是為數學課準備的基礎練習或應用程序，這些教學軟件只是教師教學工作的一個補充，而非啟發教師改變教學方式或與學生學習緊密集成。

（三）研究目的與內容

本研究的目的是評測與傳統教學相比，翻轉課堂對于信息分析與設計基礎課（UML）教學的有效性與靈活性。第一個研究問題是：教學方法會影響學習效果嗎？第二個研究問題是：相對于傳統教學而言學生對翻轉課堂的認知度有多少？具體來說包括：（1）學生是如何理解其所學知識的？（2）學生對這門課的感知價值有多少？（3）這門課程的設置是否影響到了學生對于此門課的態度？進行此項研究的初始條件是假設基于翻轉課堂的教學有利于學生學習。

二、研究方法

課題組采用準實驗研究設計，使用跨案例比較法對數據進行分析，利用描述性與推斷性統計方法確定研究樣本的差異大小，調研結果作為評估數據的補充以幫助研究人員更好地理解與解釋結果。研究數據取自我校工商學院信管系對于信息系統分析類課程信息分析與設計（UML）的教學實際。

（一）教學方法描述

本研究主要對三種教學方式進行評測：（1）傳統的大班教學（傳統課堂）;（2）使用視頻、軟件驅動的獨立學習（模擬課堂）;（3）技術驅動的獨立學習與課堂教學輔助相結合（翻轉課堂）。

三種教學方法的相同點：課程全部覆蓋UML的功能、特性介紹，包括教材使用、教學大綱、作業與考試。不同點總結見表1。

（二）教學形式與內容

在傳統教學方法中，授課是在教室內進行的。而模擬課堂與翻轉課堂主要通過視頻教學。在傳統課堂與翻轉課堂中，教師提供相應的學習材料與必要的課后輔導;在模擬課堂中，教師并沒有提供相應材料;在翻轉課堂中，進行集中教學的互動，學生可選擇性地聽，這些學生要么帶有特定問題，要么需要某些幫助。

（三）成績評估

三種教學方法均使用自動評分系統計分。此系統由信管系開發，已在傳統教學中作為此門課的上機內容。題干設計主要分為兩類：第一類主觀題，考查軟件流程;第二類客觀題，考查軟件認知。最后的成績為兩類題型的綜合。模擬教學方法主要是基于流程給分，學生只有使用教學工具中所教的方法完成工作才能得分;傳統課堂與翻轉課堂使用結果評分，只要結果正確即可得分，不管學生使用的方法是否為教科書上所講方法。

（四）學生學習環境

傳統課堂與翻轉課堂中，學生使用系里開發的UML考試系統做作業與參加測試。虛擬環境下，學生使用UMLLab（UMLLab是一個網上學習、考試系統，主要是Rational公司為UML軟件所設計的）在虛擬環境下學習、做作業、參加測試，此時UML軟件設計處于虛擬環境下，而非真正的程序軟件。

（五）教學流程

三種授課方式都要求學生在完成作業前對教科書（或文字材料）進行閱讀。傳統教學方式下，教師在課堂上授課，要求學生來上課、聽講座、提問題，在下次課開始前學生在UML軟件上完成作業;在虛擬課堂環境下，學生不用參加實際課堂教學，作業完成與測試完全在虛擬環境下進行，除了完成課前閱讀外，學生通過視頻演示如何使用UML來完成一個任務;在翻轉課堂中，學生通過視頻閱讀材料、學習軟件使用，視頻中還會提出一些其他指令來啟發學生深入思考，學生可有選擇地參與實際課堂教學，與教師進行面對面的溝通、答疑。面對三種教學方式，學生可自愿選擇，并可自由選擇參與的程度，直到最后完成評測。

（六）參與者

本研究的受試者為我校工商學院本科生，時間為2019年上學期，取樣時間為5周。學生自愿參與，經過報名審核后最終最確定了301名學生。為了保證評測結果的有效性，并不是所有學生都參與全部調查和評測，表2給出了參與率，其中包括必選課程、可選課程。參與學生中，190人完成了項目研究前、后調查問卷，92人完成了全部5周實驗，188人參與了項目研究前、后的測試。

（七）數據收集與分析

對于學生的學習效果，我們采用重復方差分析來明確統計學意義上的顯著性。評測數據來自于實驗前、后兩部分，全部學生都參與實驗前測試，實驗后測試由傳統課堂學生與翻轉課堂學生參與。對于模擬教學參與學生，平臺系統自帶期末測試項目，學生可自愿參與。

實驗前、后的問卷調查主要是關于學生的個人體驗，如在實驗后的調研中會詢問學生對這門課的認可度，在課程中學到了多少知識，學些這門課的價值有多少，是否想把這門課推薦給其他學生，是否愿意繼續學習關于信息系統分析的其他課程等。根據評估數據類型的不同，我們對應答的不同分布情況或者使用方差分析，或者使用非參數卡方分析。在調研的幾周中，學生會被問到花費在不同學習活動中的時間有多少（學習時間、作業時間、與老師溝通獲取指導時間），對學習而言以上活動的價值大小多少，為比較各類教學方法優劣，以上數據按教學方法不同被分解。

數據收集方面還有需要改進的地方，如在樣本選取上采用資源原則，不能讓全部學生參與進來;最終得到的應答率雖可以接受，但只有69%;為了保持結果的有效性，只有完成了全部測評的結果才被分析，即最終呈現的是完整地完成了實驗前、后測評的測試樣本。

三、結果

（一）學生成績

本研究采用了3×2混合式設計，采用重復方差分析對教學方法（傳統課堂、翻轉課堂、模擬課堂）的效果進行實驗前、后評測，同時對獨立性、正態性、同質性進行了測評，均滿足實驗要求。教學方法的主要影響效果表現并不顯著，F（2，185） = 1.5， p =0.223，表明學生參與實驗前后的分數差別不大。但時間影響效果與教學方法交互時間影響效果表現顯著，F（1，185） = 731.2，p < 0.001， g2 = 0.80 與 F（2，185） = 3.53， p = 0.031， n2 = 0.04。實驗中考試成績對于所有學生來說提升顯著，但相對于傳統課堂與翻轉課堂，模擬課堂提升較少。

參與三種教學方法實驗的學生實驗前測試成績差別不大，對于實驗后測試成績而言，模擬課堂要比翻轉課堂、傳統課堂低8.5分和5分（見表3）。

（二）學生對課程的感知

表4為實驗后學生對整個課程及全體教師的評估結果。對整個課程來說三種教學方法的方差分析對比表現顯著，F（2，256） = 10.45， p < 0.001，之后再用杜凱氏法（Tukey's HSD）進行事后比較，發現傳統教學與翻轉課堂顯著性差別不大，但都比模擬課堂表現顯著（p < 0.05）。對實施三種教學方法的教師進行的對比，表現也較為顯著，F（2，256） =19.57， p < 0.01，之后也用杜凱氏法進行事后比較，結果還是傳統教學與翻轉課堂顯著性差別不大，但都比模擬課堂表現顯著（p < 0.05）。

對課堂知識的感知：部分學生認為模擬教學方法下沒有學到很多知識，只有63%的學生認為學到了一些知識;傳統課堂與翻轉課堂學生對學習到多少知識的感知差別不大，超過80%學生認為“強烈同意”或“非常同意”學到了許多知識。調研結果還顯示傳統課堂、翻轉課堂學生相對于模擬課堂學生對課程的價值感受也要高（見表5）。

（三）學生在學習上花費的時間

表6展示了不同教學方法中學生花費的時間對比，總的來說三種方式沒有太大差別，模擬課堂學生反映花費在作業上的時間相對較少，F（2，153） = 6.4， p = 0.002，在尋求幫助方面的時間就更少了。大部分學生反映與教師溝通時間每周不到半個小時，翻轉課堂、模擬課堂會更少，傳統課堂會高一些，但也不到一個小時。

（四）學習活動的價值

表7展示了各種環境下學生對學習活動價值的認可度。調研數據每周獲取一次，每個學生做一個平均值，對每個問題的評分答案量級從1（非常無益或極端浪費時間）到6（極其有價值）。我們分別對不同類型的課堂學習方式進行數據采樣（如學習、家庭作業、獲取幫助等），結果在統計學上表現顯著。數據表明，參與模擬課堂的學生反映其課程價值認可度要低于傳統課堂與翻轉課堂，事實上參與模擬課堂的學生認為此課程非常有價值的還不到10%，而此數據在其他兩種教學方式中達到30%。

實驗結束后的評估結果也與以上結果相似：參與傳統課堂、翻轉課堂的學生對教學資料、教學活動的認可度比模擬課堂要高。在回答問題“請對學習資料與教學活動效果評分”中，翻轉課堂平均值為7.0，傳統課堂平均值為6.9，而模擬課堂只有6.0（這里1表示極端無效，8表示非常有效）。方差分析顯示此結果在統計學上表現顯著，F（2，256）=12.49，P <0.001。

四、結果討論

本研究主要探討信息技術是否可提升教師教學技能，以及翻轉課堂（這里以信息分析與設計（UML）課程為例）是否對學生學習更有益處，對研究問題的評估均采用實際調研數據（考試成績、調查問卷等）。

信息技術的使用豐富了傳統課堂、翻轉課堂、模擬課堂的教學環境，使教師、學生都節省了一些時間（學生的作業時間變短了）。但在具體使用方面還是出現了一些問題，如學生反映使用模擬軟件并不如直接使用實際操作軟件直觀，部分學生反映寧愿參加傳統課堂教學也不選擇模擬軟件教學，甚至表示如果學院大面積鋪開模擬教學（主要針對軟件操作課程），他們將不會繼續選修計算機信息技術方面的課程，更不會推薦其他同學選修。

以上結果支持Davies 和West （2013）、Koehler和 Mishra （2008）的研究結果，即信息技術在大學課堂的使用應采用鼓勵但審慎的態度，應按實際課程需要來進行安排（如考慮學習科目、學習環境、學生態度與教師的使用技巧等），不應千篇一律地完全鼓勵采用，并非任何課程都適合采用信息化教學方式。如本研究所選課程信息分析與設計（UMI）為大學信息技術的入門課程，這門課程是面向全校學生開設的，考慮到本門課注重操作的特點，完全在傳統課堂環境下授課顯然不切實際，因此需要協同授課教師人數與實驗室計算機數，同時考慮教學效果與時間伸縮性，采用傳統課堂與翻轉課堂、情景模擬相結合的授課方式。應該說，從教師角度來講，模擬課堂更有利于教學，因為使用它不需要在機房安裝大量軟件，教學指令和課后評估可以通過一個基于互聯網的模擬情境進行。

但在實際實施過程中我們看到，雖然模擬課堂具備優勢，但從學生學習效果、學習態度、評估成績等數據來看，這種方法不及傳統課堂及翻轉課堂效果好。這個問題值得我們分析思考。這種情況產生的原因之一是模擬軟件相對于真實軟件有局限性，在許多方面模擬軟件無法提供真實軟件豐富的使用體驗，特別是在處理復雜的具體問題方面，當學生作業問題稍微復雜一些，模擬軟件就顯得捉襟見肘，難以應付。隨著學習的深入，學生普遍對模擬軟件教學滿意度降低，認為模擬課堂教學（特別是信息技術處理軟件）效率較低。

與模擬課堂相比，翻轉課堂提供了一個更靈活、有效的學習環境。翻轉課堂允許學生按照自己的節奏學習課程內容，不要求學生一定要到課堂上課，除非他們需要教師提供更多的材料，使他們能夠更好地利用他們的時間和提高他們對課程的認知度。翻轉課堂在時間的利用上更加有效，只有那些需要幫助的學生才需要到課堂來。翻轉課堂的另一個優勢是實現了課程的靈活配置，即可在同一時間安排大量學生對其感興趣的某一章節進行學習。在對課程整體評估方面，翻轉課堂的優勢也很明顯，學生不但考試成績較高，對學習環境也很滿意，如在軟件操作方面，翻轉課堂可突破模擬課堂的限制，為學生提供實際軟件進行實踐。

與傳統課堂相比，翻轉課堂對教授信息技術實際操作課程方面沒有表現出特別的顯著性。這個結果有些讓人吃驚，我們最初估計翻轉課堂在操作類課程中的使用，無論是教學效果還是學生反饋都應遠遠好于傳統課堂，但統計數據指標（學生評價、期末測試、學生推薦等）顯示二者并無顯著差別。在回答“是否愿意再次選修信息技術方面課程？”時，翻轉課堂數據比傳統課堂稍高，由此我們看到翻轉課堂在大部分情況下與傳統課堂差別不大，但在時間靈活度處理方面具有優勢，得到部分學生的好評。

我們最初預期與傳統課堂相比，翻轉課堂在學生對課程的認知度方面要差一些，因為課堂上教師與學生面對面的溝通更易于學生把握課程主旨，構建概念框架，有效組織梳理章節脈絡，這方面傳統課堂更具有優勢。但從統計數據來看，情況并非如此。翻轉課堂中教學材料尤其是教學視頻的設置大大激發了學生的學習熱情。在實際計算機操作類課程授課中，經常出現這種情況：學生的計算機基礎不同，教師無法根據每名學生實際情況進行授課，只能照顧大多數，這樣就使計算機基礎較好的學生覺得教師講得太慢，浪費時間;而起點較低的學生則認為教師講得太快，根本跟不上進度。翻轉課堂有效地解決了這一問題，學生可根據實際情況調整教學進度，因而這種授課方式受到了絕大多數學生的認可。

總的來說，研究發現就計算機操作類課程來說，翻轉課堂、模擬課堂在授課效率、時間靈活性方面要優于傳統課堂，當然這些優勢是需要成本的（如事先的網絡配置，支持軟件的購買、安裝等）。雖然在靈活度方面模擬課堂處于優勢，但在其他方面（如學生滿意度、教學效果等），模擬課堂還是不如傳統課堂與翻轉課堂。

五、研究局限性與未來研究方向

與所有研究類似，本研究也存在一些不足。如在樣本數量上，由于采取自愿的方式參與實驗，最終只有69%的學生全程參與實驗，完成全部數據收集工作的樣本就更少了。在樣本的選取范圍上只選取了我院學生，對其他院系是否有相同結果？對其他課程是否有相同結果？這些都是未來需進一步探究的問題。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] Angelini， M.L. Integration of the Pedagogical Models Simulation and Flipped Classroom in Teacher Instruction[J]. SAGE Open，2016（1）：1-8.

[2] Baepler， P.， Walker， J.D. & Driessen， M.? It's not about seat time： Blending， flipping， and efficiency in active learning classrooms[J].Computers & Education， 2014 （9）：227-236.

[3] Bergmann， J. & Sams， A.? Flip Your Classroom： Reach Every Student in Every Class Every Day[J].1th ed.， Copublished by ASCD and ISTE， Eugene， OR： Alexandria， VA ，2012.

[4] Bergmann， J. & Sams， A. Flipped learning： Maximizing face time[J].TD Magazine，2014（2）：28- 31.

[5] Bishop， J.L. & Verleger， M.A. The Flipped classroom： A survey of the research [N].ASEE National Conference Proceedings， Atlanta， GA， 2013-09-18.

[6] Blair， E.， Maharaj， C.， & Primus， S.? Performance and perception in the flipped classroom[J].Education and Information Technologies， 2015（6）：1465-1482.

[7] Cheung， S.? Developing information literacy and critical thinking skills through domain knowledge learning in digital classrooms： An experience of practicing flipped classroom strategy[J]. Computers & Education， 2014（9）：160-173.

[8] Cohen， L.， Manion， L. & Morrison， K. Research Methods in Education[M]. London and New York：6th ed.， Routledge，? 2007.

[9] Coufal， K.? Flipped learning instructional model： perceptions of video delivery to support engagement in eighth grade math（doctoral thesis）[R]. Lamar University， Retrieve of ProQuest， UMI Dissertations Publishing，2014.

[責任編輯：鐘 嵐]

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