C语言程序设计的翻转教学效果研究＊

杨昆，夏一行，姚金良，韩建平

(杭州电子科技大学计算机学院，浙江 杭州 310018)

0 引言

翻转课堂教学是本世纪发源于美国的一种“学习知识在课，外内化知识在课堂”的新教学模式。

近年国内出现不少翻转课堂的教学改革样例。吉林师范大学的孙崇勇等对高二两个班的数学课进行八周教学实验，研究翻转教学模式对高中生认知负荷及学习成绩的影响。胡兵侧重于实施方案，设计了大学程序设计基础中应用翻转课堂的具体教学模式，包括学习资源库，学习任务，课堂活动组织。孙丹凤等在Web 开发课程中进行基于MOOC 的翻转课堂实践，描述了具体教学组织方式和考核方式，但是对实施效果仅有简单的分析。李培设计了C 语言实验课的翻转教学模式，阐述课堂设计的具体环节，给出一整套翻转课的操作实例，并简单描述了教学效果。类似的，多位作者在C 语言程序设计课程中进行了有关翻转的教学设计与实践，并给出了教学效果的简单展示。针对本科二年级学生，张戎等开展了医学微生物学的六节课的翻转教学实践，根据成绩和调查问卷对教学效果进行综合评估，然而他们的教学时间很少，并且问卷表的粒度很粗。总体来说，关于翻转课堂的大部分研究是探索翻转课堂在特定课程中的方案设计和具体组织方式；少部分研究通过一些教学实验探讨翻转教学模式对学生学习成绩的影响，这部分研究或因受限于实施时间短，效果分析不够深入。综合来看有关翻转教学的研究和认识处在比较初级的阶段。

翻转课堂教学本身会有一定的局限性，将其引入C 语言程序设计的实际教学，与课程的匹配度如何还不明确。另外，大学的C语言程序设计课程具有“学生成分复杂，基础差异较大”的特点，翻转教学的实际效果到底如何，有必要做进一步深入的研究。本文研究高校C 语言程序设计的翻转教学的实际教学效果，具有鲜明特色：①覆盖课程教学的完整过程；②多层次多角度的分析；③量化的实际教学数据和定量分析结果。首先执行整个课程的全周期翻转教学并收集数据，然后从个体差异的整体分析、教学效果的量化分析和翻转教学的阶段性分析三个层次入手，结合背景差异、课程难度、适应度、时间投入、效果类别、阶段性效果等多个角度分析数据。研究结果揭示翻转教学实施过程中有必要考虑学生的个性化差异并且根据课程特点改进相应的教学流程。

1 数据和方法

以某高校C 语言程序设计的三个随机教学班为研究对象。该课程16周，每周五学时（三学时课堂教学二学时上机课），每学时45 分钟。三个教学班同一位教师授课，教学节奏一致。教学过程中记录每位学生多个时间节点的学习数据，第14周完成一个精心设计的学习情况调查表，所有数据与期末成绩合并成原始数据。删除包含较多缺失项的数据，校正了学生疏忽大意导致的“失真”数据，最终情况见表1。对数据按不同的类别进行分类研究，显著性检验采用两样本t 检验，显著性水平为0.05，相关性分析采用皮尔逊相关系数。

表1 教学班的基本统计结果

2 结果和分析

2.1 个体差异的整体分析

考察班级平均成绩，然后按照性别（男/女），以前学习过计算机编程语言（是/否），经历过翻转教学（是/否）的类别计算每个子类的平均成绩，然后对两个对应类别进行两样本t检验，结果见表2。成绩分析表明班级之间的差异显著，电子班的成绩明显优于另两个班级，并且以前是否学过计算机编程语言的对成绩有显著影响，而以前是否经历过翻转课教学对成绩没有显著影响。

表2 班集的平均成绩和子类别的平均成绩

由于课程难度一定程度上反应了学生的学习基础，计算每位同学的课程难度打分与最终成绩之间的相关系数，三个班级的数值分别是-0.3813,-0.1072和-0.3257，表明课程难度与成绩是负相关。课程的班级平均难度和子类别的课程难度平均值及其对应的两样本t检验的结果见表3，揭示以前是否学过计算机编程语言对学生的课程难度具有显著的影响。结果说明学生的基础差异影响教学班的学习并增加了教学复杂性，最终会影响教学效果。翻转教学应该如何满足学生的个性化学习有待进一步深入研究。

表3 教学班的课程难度打分的平均值和子类的平均值

2.2 翻转教学效果的量化分析

本文调查了“C 语言采用翻转,使学习效果增加了x%，还是减少y%”的问题。翻转教学对学习效果的影响为不变、减少（负效果）和增加（正效果）的类别的比例和平均成绩以及正负类之间两样本t 检验见表4。结果显示，翻转教学的正效果的学生平均成绩均高于负效果类别的学生。尽管实际教学中存在无影响和负效果的学生，翻转教学整体上对学生有正面影响。

表4 翻转教学对学习效果的影响类别的比例和类内平均成绩及其正负类之间t检验P值

课程和学生之间的桥梁是教学，课堂中的教学方式给学生带来直接体验。为了更细致地了解教学情况，调查表中设计了学生对课程、教学模式（即翻转教学）和结合教学模式的课程的适应度评价，三个班级的适应度分位数图见图1。结果表明，学生对课程、教学方式以及结合教学方式的课程这三者的感受不一样。课程、教学模式和结合教学模式的课程适应度与成绩的相关系数见表5，全体学生的教学模式适应度与成绩的相关性弱于课程适应度以及结合教学模式的课程适应度与成绩的相关性。从班级角度来看，机械班的适应度高于另两个班级（图1），但是其平均成绩弱于另两个班级（表2），说明翻转教学模式只是影响成绩的一个重要因素，但不是唯一因素，也不是决定性因素。适应度的分析结果也指出了一个提高学习成绩的可能途径，即增加学生对于结合具体教学模式的课程的适应程度，如何实践和操作有待进一步探讨。

图1 学生对课程、教学模式和结合教学模式的课程的适应度分位数

表5 课程、教学模式和结合教学模式的课程的适应度和成绩的相关性

为了更深入地研究教学效果，本文分析了翻转教学对学生时间投入的影响，三种影响类型的学生比例及其平均成绩见表6。翻转教学使大部分学生增加了学习时间。从三种影响类型的平均成绩中可以发现，时间投入减少的学生平均成绩最低，时间投入不变的学生平均成绩居中，时间投入增加的学生平均成绩最高。结果说明增加学习时间有助于提高学习效果，并揭示一种可能性：翻转教学可以促进学生增加时间投入而提高教学效果。从翻转教学对学习效果和时间投入的影响看，目前的教学班中都存在无影响或负影响的学生，需要进一步的研究来探讨究竟什么原因或者什么特点导致这些学生没有正向效果。实际教学中尽早识别这部分学生并施加针对性措施是提高翻转教学质量的一个可能途径，争取翻转教学对所有学生都能发挥正向效果。

表6 翻转教学对时间投入的影响类别的比例和类内平均成绩

2.3 翻转教学的学习阶段的分析

C 语言课程有个上机环节，故翻转教学可以分成四阶段：课前学习，课堂学习，上机学习和课后学习。把整个学习效果记为100%，用四阶段学习效果的占比来研究课程四阶段的学习效果。因此每个班级产生一个矩阵，列为这四个学习阶段效果的占比，每个行向量对应一位学生。为了观察“相对意义上”最有效和最低效的学习阶段分别是什么，首先标记每行的最大值和最小值的出现位置，然后分析班级的每个列中最大值和最小值的出现次数，计算它们的出现比例，见表7（每个班级前两个最大值加粗标记）。从全体学生的角度看，课前和课后阶段最小值的出现比例最高；从四个阶段的最大值比例看上机阶段最佳。除此之外，学习效果为零的极端值在四个阶段的累计次数机械是1，0，2，0，通信是11，0，8，1，电子是3，1，2，0。结果表明，教师主导的课堂和上机两个阶段的学习效果更好，学生自己主导的课前和课后两个阶段效果更差，说明翻转教学的“学习知识在课外”是个理想化的设计，实际过程中学生不容易执行好。

表7 四个阶段的学习效果占比的最大值和最小值的出现比例

四个学习阶段中的课堂时间固定，上机阶段、课前和课后的学习时间自由。为了进一步了解时间自由的三个阶段的学习情况，本文收集的学生时间投入的分析结果见图2。结果表明，课前阶段的学习时间最少，上机阶段投入学习时间最多，并且上机阶段与课前和课后阶段的学习时间的差距明显。分析三个阶段学习时间的总和发现，超过80%的学生没有达到自己期望的学习时间，并且少部分同学在上机阶段投入非常多的学习时间使得三个阶段总时间超过了期望学习时间（即100%）。为了提高教学效果，可以从“弱点环节”课前和课后入手，设计更加有针对性的措施以增加学生的时间投入。

图2 课前、课后与上机阶段的学习时间占比百分数的分位数图

3 结束语

本文研究高校C 语言程序设计的翻转教学效果，发现学生个性化差异显著并影响教学效果；尽管部分学生不适应，翻转教学整体上促进学习效果增加；翻转教学促进了大部分学生增加学习时间；实践中学生不容易执行好“学习知识在课外”的翻转理念，自主学习能力有待提高。本文的研究或许能为翻转教学的实践提供经验积累，为翻转教学的优化和完善提供参考数据。后续工作可以从程序设计课程的特点出发，研究翻转教学对学生编程能力的影响，翻转教学的学生负担和翻转教学的学习效率等有关深刻问题。