翻转课堂教学应用效果的元分析*——基于70篇采用随机实验或准实验的相关研究文献

宁可为 顾小清 王 炜



翻转课堂教学应用效果的元分析*——基于70篇采用随机实验或准实验的相关研究文献

宁可为1顾小清2王 炜1

（1． 新疆师范大学 教育科学学院，新疆乌鲁木齐 830054；2． 华东师范大学 教育信息技术学系，上海 200062）

文章针对翻转课堂教学应用效果存在的争议，选取国内外70篇采用随机实验或准实验的相关研究文献进行了元分析，发现：相较于传统教学模式，翻转课堂模式在学习成绩、认知技能以及情感态度三个方面均能产生积极的影响；该模式更倾向于被应用在理工科和医科，且在操作性较强的工科和医科中的应用效果要优于在抽象逻辑思维能力较强的理科中的应用效果；该模式的应用效果与学习者的年龄段、实验周期均成正相关。文章对翻转课堂教学应用效果的元分析，深化了教学模式研究，有助于推动教学改革的发展。

翻转课堂模式；学习效果；学科；年龄段；实验周期

一 研究问题的提出

近年来，翻转课堂模式（Flipped Classroom Model，FCM）成为教育者关注的热点，越来越多的学校开始研究、实践这一教学模式。如重庆市江津聚奎中学校、山东省昌乐二中和杜郎口中学[1]相继开展了FCM的教学实验并取得良好成效，成为FCM教学实践的典型案例。一些大学也在课堂教学中应用了FCM，如汪晓东等[2]指出，FCM能提高大学生的学习成绩、提升大学生对课程教学的认同度。但也有研究者得出了不同的结论，认为FCM的效果并没有那么理想。如Atteberry[3]在中学科学课堂分别应用了FCM模式和传统模式，发现二者没有明显区别，并认为“事实上没有统计学意义的差异，人们同心协力推动FCM，但是没有什么实质性效果”；Talbert[4]采用FCM进行教学后，认为翻转模式只适合于理工科和实践课，对理论课和发散性思维要求较高的课程不太适合，因此还需对它进一步改善。这种争论让学术界对FCM产生了质疑，也让希望从事FCM研究与实践的教育工作者困惑不已。目前，已有的相关研究文献对于FCM的效果是否明显高于传统教学模式的效果仍没有得出一致性的结论。有鉴于此，本研究试图以文献中的实证数据为依据，采用元分析的方法回答以下问题：①与传统教学模式相比，FCM是否更有利于提高学习者的学习效果？如果回答是肯定的，那么FCM对学习者的学习效果影响如何？从哪些方面体现？②FCM应用于不同学科时，效果是否相同？③FCM应用于不同年龄段的学习群体时，效果是否相同？④FCM在教学中应用的实验周期是否会对学习效果产生影响？

二 研究方法

1 研究的检索和筛选

本研究选取中国知网的《中国学术期刊（网络版）》数据库、中国科技期刊数据库（维普期刊）、万方数据等作为中文文献的数据来源；英文文献的来源则包括IEEE Xplore、ERIC及Web of Science TM核心合集数据库，并结合“谷歌学术”（Google Scholar）搜索引擎。检索字段包括“标题”、“摘要”和“关键词”。中文关键词采用“翻转课堂”、“颠倒课堂”、“反转教学”、“实验”，英文则以“Flipped Classroom”、“Inverted Classroom”、“Inverted Teaching”、“Experiment”、“Experimental”为关键词进行检索。检索时间是2016年12月31日，检索时间跨度为2012年至2016年。同时，剔除会议通知、刊物征稿等消息类文献。

初步检索的文献并不能完全符合元分析的要求，因此，本研究进一步设定文献采样标准为：①文献必须是关于FCM效果的研究，且研究结果相互间具有独立性；②文献必须采用随机实验或准实验；③文献中必须有完整的实验组与控制组的实验结果；④研究提供了实验组和对照组的样本总量Ne、Nc，均值Xe、Xc以及标准差Se、Sc，或是统计检验的F值、t值，以计算实验组与控制组的平均效应值（Effect Size）。当一个研究以多种形式发表时（如学位论文和期刊文章），统一选取发表在期刊上的文献用于编码。最终，共有70篇文献进入元分析的编码过程。

2 对研究者的特征进行编码

首先，笔者使用Microsoft Excel 2010电子表格工具，对符合入选标准的文献以作者信息、发表时间、文献来源、实验结果、研究持续时间、学科及实验样本量等变量进行特征编码，制成元分析文献特征编码表（如表1所示）。然后，本研究团队的其他成员独立阅读原始研究文献，并填写事先准备好的编码表。最后，由笔者依据原始研究文献进行反复核查校对，对有异议之处与其他成员共同商讨，以确保数据的准确性。总的来看，除个别数据有偏差外，笔者与团队其他成员各自的编码几乎一致。需要注意的是，因为效应值的编码以独立样本为单位，所以在提取实验结果值时，每个独立样本只提取一次。此外，在满足效应值计算的独立性前提下，若一篇文献同时报告了多个独立样本，则分别提取，以求尽可能多地利用文献相关信息。

表1 元分析文献特征编码（部分）

注：EG为实验组，CG为控制组。

3 发表偏倚与同质性检验

发表偏倚（Publication Bias）是指由于研究者、审稿者和编辑在选择论文发表时依赖研究结果的方向与强度所产生的偏差[5]，以及几乎所有的研究者与编辑都更愿意报道统计检验显著结果的趋向，所以综述者被限于在发表物中综合独立研究结果而有可能导致效应大小的高估计[6]。元分析中的文献样本也同样受到发表偏倚的影响，因此需要对研究样本进行发表偏倚检测，以确保样本存在统计学意义。基于此，本研究采用Begg[7]提出的回归检验方法进行偏倚检测，在效应值总数量为129个的情况下得出t=0.86，P=0.36＞0.05，由此可以判断此元分析的相关独立研究结果存在发表偏倚的可能性很小。另外，对129个效应值进行同质性检验，得出Q值为1828.679，I-squared（研究过度分散占总分散的比率）的值是93，表明大约93%的观察变异是由效应值的真实差异造成的，仅有7%的观察变异是由随机误差导致的。具有相当影响力的《Cochrane系统评价手册》指出，I-squared＞50%时表明各研究间存在异质性[8]。因此，本元分析在整体效应层面进行数据处理时，采用的是随机效应模型，效应值的置信区间（CI）为95%。

三 研究结果

1 FCM对学习者学习效果的影响

FCM与传统教学模式的整体学习效果对比如表2所示。从表2的合并效应值来看，无论是固定效应模型还是随机效应模型，相关数据一致表明相较于传统教学模式，FCM对学习者的学习效果有更积极的显著影响（P＜0.001）。根据前文样本同质性检验结果，本研究选择随机效应模型进行分析，得出效应值为0.918。据Jacob[9]对效应值大小的划分标准，当效应值＝0.2个标准差时，被认为影响较小；当效应值＝0.5个标准差时，被认为有中等影响；当效应值≥0.8个标准差时，被认为影响显著。可见，FCM对学习者整体学习效果的影响是积极而显著的。

表2 FCM与传统教学模式的整体学习效果对比

研究者采用FCM与传统教学模式进行教学对比研究时，不仅关注其对学习者学习成绩和认知技能的影响，而且考虑其对学习者情感态度的影响。在元分析的70篇研究论文中，有66篇以学习者的学习成绩（含理论成绩、实践成绩、综合成绩）作为研究的因变量；有20篇从创新能力、动手实践能力等9个方面，考察了FCM对学习者认知技能的影响；有27篇从学习参与度、学习自主性、自我效能感等11个方面，考察了FCM对学习者情感态度的影响。基于此，本研究从学习成绩、认知技能以及情感态度三个维度研究了FCM的学习效果，如表3所示。

表3显示：①学习成绩的合并效应值为0.801，达到了统计显著性（P＜0.001），说明相较于传统教学模式，FCM对学习者的学习成绩有更积极的显著影响。②认知技能的合并效应值为1.350，达到了统计显著性（P＜0.001）；9个分项中效应值在0.8及以上的有7个，其中有6个效应值达到了统计显著性（P＜0.01）；效应值在0.5以下、0.2及以上的有2个，其中有1个达到了统计显著性（P＜0.05）。可见，大部分实验结果表明：相较于传统教学模式，FCM在认知技能培养方面具有明显优势。③情感态度的合并效应值为0.855，达到了统计显著性（P＜0.001）；11个分项中效应值达到0.8以上有5个，且都达到了统计显著性（P＜0.01）；介于0.5～0.8之间的效应值有2个，且都达到统计显著性（P＜0.05）；而介于0.2～0.5之间的效应值有2个，且都未达到统计显著性；效应值在0.2以下的也有2个，且都未达到统计显著性。综合来看，大部分实验结果显示：FCM的效应值在0.5以上，约有64%的实验研究支持了这一结论；相较于传统教学模式，FCM对学习者的情感态度有更积极的显著影响。

综上所述，从对学习效果影响的整体趋势来看，FCM是一种有效的教学模式；其中，FCM在培养学习者的认知技能方面比学习成绩和情感态度方面更有优势、效果也更好。

表3 使用FCM对学习者学习效果影响的研究

注：a表示固定模型，b表示随机模型；*、**、***分别表示在5%、1%、0.1%水平上显著；后面各表与此相同。

2 FCM在不同学科的影响效果

FCM在不同学科的影响效果如表4所示。FCM对不同学科影响的效应值大小与学科高度相关，突出表现在医学、信息技术、现代教育技术、物理、化学、其它学科上，这六类学科效应值均有显著的正向影响（P＜0.001，E.S.＞0.8）。此外，英语（P＜0.001，E.S.＝0.659）、数学（P＜0.001，E.S.＝0.544），表明FCM在这两门学科中应用效果有一定程度的影响；生物（P＜0.05，E.S.＝0.267），表明FCM在该学科中应用效果的正向影响较小；而化学（P＜0.05，E.S.＝1.151），标准误达到0.429，说明部分研究显示FCM在该学科中应用效果很好，部分显示应用效果一般，波动性较大，与之相关的研究结论还不太一致。总的来说，FCM在那些操作性较强的医科和工科（如现代教育技术、信息技术等）中的应用效果，要比在抽象逻辑思维能力较强的理科（如数学、生物等）中的应用效果更好。

表4 FCM在不同学科的影响效果

通过对70篇文献进行归类分析，本研究发现FCM主要应用于医学、信息技术、现代教育技术、英语等学科。其中，医学类占的比例最大，占26%；其次是信息技术与现代教育技术等工科类，共占21%。此外，英语学科占20%；数学、生物、化学等理科共占12%，尚不足医学的一半；其它类主要包含人文综合、心理健康、影视作品赏析等，共占6%。在文科类中，除英语这类注重技能培养的学科外，FCM应用所占的比重相当小。总的来说，从学科性质来讲，FCM较多应用于理工科[10]，因为这类课程多数为知识型，知识点明确，容易用视频展示，只要将概念、公式、原理、实验过程等讲授清楚即可，而需要较强形象思维能力的深层次内容难以翻转。

3 FCM在不同年龄段的影响效果

本研究将学习者年龄与其受教育程度相结合，分成小学、初中、高中/中职、大学/高职/大专、成人职业培训等五个阶段进行总结，得出FCM在不同年龄段的影响效果，如表5所示。表5显示，成人职业培训、大学/高职/大专、高中/中职这三个阶段的效应值均在0.8以上，达到了统计显著性（P＜0.001），且应用效果明显；小学、初中阶段的效应值介于0.5～0.8之间，达到了统计显著性（P＜0.001），且应用效果有一定程度的影响。

表5 FCM在不同年龄段的影响效果

FCM对学习者学习效果的影响与学习者的年龄成正相关。FCM应用于教学，需要学习者具有良好的自主学习能力和自我监控能力——相对高年级的学习者而言，低年级的学习者意志力、自我控制能力和认知水平普遍较弱；同时，还需要学习者投入大量时间——相较而言，中小学阶段的学习者支配时间的自由度很小。此外，中小学阶段的学习者还需要家长为其提供良好的学习保障，但现实生活中家长很难保证每天都拿出一定的时间和精力来帮助、监督孩子学习，更何况有些家长并不懂得如何为孩子提供良好的学习保障[11]。

4 FCM在不同实验周期的影响效果

FCM在不同实验周期的影响效果如表6所示。表6显示，效应值的大小与实验周期高度相关：当FCM应用于教学中，实验周期大于6个月的效应值（P＜0.001，E.S.＝1.188）最大，其次是1～6个月的效应值（P＜0.001，E.S.＝0.904），1～4周的效应值（P＜0.001，E.S.＝0.814）最小。不难看出，实验周期长短与学习效果有显著的相关性。

表6 FCM在不同实验周期的影响效果

四 小结

本研究采用元分析方法，基于70篇采用随机实验或准实验的相关研究文献，进行了翻转课堂教学应用效果的元分析，得出的结论主要如下：

①整体而言，与传统教学模式相比，FCM更有利于提高学习者的学习效果，且对学习者的学习成绩、认知技能以及学习情感态度均能产生积极的影响。②从FCM在不同学科的应用效果与规模来看，FCM应用于操作性较强的医科、工科比应用于抽象逻辑思维能力较强的理科所产生的效果更好；FCM更倾向于被应用在理工学科和医科，而在人文社会学科中应用的规模非常小。由此可见，并非所有的学习内容都适合翻转，这是由学科性质的特征所决定的。③从FCM在不同年龄段的应用情况来看，FCM对学习效果的影响与学习者的年龄成正相关；随着学习者年龄的增长，学习的自主性、主动性、意志力和控制力不断增强，能够取得更好的学习效果。因此，相对于低年龄段而言，FCM在高年龄段的学习效果会更显著。④从FCM在不同实验周期的应用效果来看，实验周期越长，对学习者学习效果的影响越显著。

从传统的教学模式转变为FCM，教师需要时间进行自身教学观念的转变；学习者也需要时间去适应FCM，并养成与此相应的学习习惯。后续还需对FCM做进一步研究，使其更切合教与学的需要，从而产生更好的教学应用效果。

[1]许爱红,刘延梅,刘吉林.农村中学课堂教学模式的重大变革——解读杜郎口中学“三三六”自主学习模式[J].当代教育科学,2005,(11):18-26.

[2]汪晓东,张晨婧仔.“翻转课堂”在大学教学中的应用研究——以教育技术学专业英语课程为例[J].现代教育技术,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]杨扬,沈志超,靳纯桥.发表偏倚的原因、后果与预防研究[J].编辑学报,2002,(3):170-172.

[6]彭少麟,郑凤英.Meta分析:综述中的一次大革命[J].生态学杂志,1999,(6):65-70.

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[11]刘永琪,胡凡刚.翻转课堂教学模式的伦理省思[J].远程教育杂志,2015,(6):78-84.

编辑：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

本文为2016年国家社科教育学重点课题“我国与发达国家的教育信息化比较和推进战略研究”（项目编号：ACA160012）、新疆维吾尔自治区研究生教育创新计划科研创新项目“基于深度学习群体知识建构的师生交互研究”（项目编号：XJGR12017103）的阶段性研究成果。

宁可为，在读博士，研究方向为CSCL、教学系统化设计理论与方法，邮箱为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