基于ITIAS的翻转课堂教学行为及效果分析
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作者:赵丽 张慧
摘 要：翻转课堂在教学中的实践应用呈现出不同的教学效果，已有研究通过设计与实验，综合多种研究方法，得出翻转课堂的适用范围、操作方式、教学建议等。本研究将翻转课堂教学策略应用到大学生程序性知识的学习中，采用ITIAS（基于信息技术的互动分析编码系统）对课堂教学行为进行分析发现，翻转课堂教学增强了师生互动与技术使用比率，营造了良好的课堂气氛，提升了开放问题的提问比率，有利于培养学生问题意识与解决能力。根据前后数据对比分析发现，翻转课堂教学实施后，学生的作品创新能力得到显著增强，大多数学生具有较强的自主学习能力，学生对学习产生极大的学习兴趣，学生消极的学习态度明显改善。
关键词：ITIAS；翻转课堂；教学行为；教学效果；实录视频；量化分析
翻转课堂作为一种成熟的教学策略已在教学实践中广泛应用，对其教学效果的研究主要采取课堂教学准实验的方法与基于文献的元分析方法等[1-2]。但是对翻转课堂教学效果的评价却不尽相同[3-5]，有研究表明，翻转课堂对学习成绩有中等偏小的积极影响；翻转课堂应用于小规模教学相较于中、大规模教学对学习成绩的影响更为显著[6]。翻转课堂并不适合每一门课程，也并不适合每一类知识的教学；翻转课堂教学对学生的实践类知识学习有较好的促进作用，而对理论类知识学习的影响较小[2]。因此，教师在采取翻转课堂教学策略时，应充分考虑学生的学习状态与学习需求、教学内容的适切性、教师自身的翻转课堂教学设计能力等。聚焦特定学习群体的翻转课堂研究，在多次教学中加以尝试，以形成个性化的翻转课堂教学流程。在教学效果的评价方面，应结合多种评价方式进行综合评价。借鉴已有研究成果，本研究选取实践性较强的程序性知识开展翻转课堂的教学研究，以教学行为分析和学生的学习成果与学习态度等综合评价翻转课堂的教学效果。
一、文献回顾
国内外有关翻转课堂及其教学效果的研究侧重点有所不同，国外主要关注课堂教学应用及其效果研究，而国内不仅开展教学效果的研究，还在翻转课堂的教学模式上进行深入探索。
对程序性知识的研究从知识分类的不同依据入手，对程序性知识的理解可以归结为“如何做”与“动手做”的相关知识。而对课堂教学行为分析，则从分析框架入手，探索教学行为分析的有效维度，国内研究则更能体现本土课堂教学行为的特征。
1．翻转课堂及其教学效果的研究
技术与教育的革新为学生的学习带来新机遇。《2019年地平线报告（高等教育版）》中指出，要加强学生的能力培养和效率提升需与翻转课堂等新技术紧密结合。《2022地平线报告（教与学版）》中也提出混合与在线学习的发展趋势。翻转课堂颠覆了传统课堂的教学模式，将课堂时间进行重新规划，让学生在课堂拥有足够的时间完成知识的内化与迁移。翻转课堂作为一种混合学习方式，不同于在线学习，其主要阵地仍然是实体课堂，因而将翻转课堂视为一种教学策略或方式，相关研究主要集中在教学效果方面。翻转课堂广泛应用于基础教育和高等教育的课堂教学中。Andrew Tawfik等人在问题解决过程中使用翻转课堂[7]，探索如何用视频来支持学生自主W习以解决问题的教学策略并运用于实践教学，培养了学生解决问题的能力，同时提出视频设计中学生自主学习的影响因素。Miaoshan Ni等人将翻转课堂与电子书包的教育功能相结合[8]，构建了基于电子书包的翻转课堂教学模式，并应用于初中数学课堂。结果显示，该模式不仅激发了学生的学习兴趣，而且对学生自主学习、协作学习和问题解决的能力产生积极影响。国内翻转课堂的研究晚于国外，研究方向主要集中在翻转课堂的内涵特点、教学模式、具体实践以及翻转课堂的反思等方面。对翻转课堂的内涵及特点，张金磊等认为翻转课堂将传统教学中课内传授知识、课外内化知识的形式颠倒，真正实现“以学生为中心”的教学理念[9]。
2．程序性知识的相关研究
国外认知心理学家加涅将学生的学习结果分为五种类型：智慧技能、动作技能、言语信息、认知策略以及态度，并对其分别进行详细阐述学生习得的条件[10]，但加涅并没有针对不同类型知识在大脑里是如何表征、存储以及提取进行详细论述，也没有说明技能是如何培养的。20世纪80年代，当代心理学家安德森从信息加工的角度提出新的知识分类观点：知识可分为程序性知识与陈述性知识[11]。陈述性知识是能用语言陈述、个体有意识地提取线索的知识，能够回答“是什么”的问题；而程序性知识是很难用语言陈述、个体不具备有意识地提取线索的知识，能够回答“如何做”的问题[12]。安德森程序性知识的提出，对于指导教学设计具有重要意义。国外专家在相应知识分类研究的基础上，针对不同类型的知识提出了相应的教学策略和教学设计，在评价上也做了较深入的研究，已经积累了一定的研究成果。
国内的相关研究主要集中于程序性知识的理论研究和程序性知识的教学应用研究。其中理论研究包括知识分类研究、程序性知识的教学模式设计。对于知识分类研究，心理学家皮连生将知识分成三种类型，即陈述性知识、程序性知识与策略性知识，并分别论述了其学习特点以及教学设计，同时阐述了程序性知识的三个学习步骤，即知识的习得，知识的巩固与转化以及知识的自动化[13]。国内已有学者针对程序性知识的学习特点进行了相关的教学模式设计。梁平等根据知识的类型以及学与教的维度[14]，构建了广义的知识教学过程模式。曾祥春、杨心德等在程序性知识的学习过程中加入变式练习[15]，构建了程序性知识的学习模式，针对小学数学工程问题设计具体案例。
对于程序性知识的教学应用研究主要集中于不同学科中程序性知识的教学设计以及教学策略研究。许陶春针对地理课程程序性知识的学习特点设计相应的教学策略[16]，并进行具体的教学设计。王海燕等参考已有翻转课堂的模式构建和程序性知识的学习特点分析[17]，构建了程序性知识的教学模式，进行教学实践以及教学效果的分析。
3．课堂教学行为分析相关研究
国外关于课堂教学行为的研究有一个变化的过程。最早是19世纪末克雷兹（Kratz）对教师行为的间接研究，而后国外开始研究教师的教学行为对教学效果的影响，这标志着教师教学研究走向具体化。20世纪80年代中期以后，相关研究学者为了深入探究教师的课堂教学行为，开始转向研究教师的专业化发展。以福勒和鲍恩等人为代表的一些学者开始探究教师专业发展的成长过程与教学效能之间的关系，以霍伊勒为代表的一些学者则把研究视角放在教师教学的专业化程度上[18-19]。自此，基本上从这一角度不断向前推进，研究教师的课堂教学行为。
对于师生互动的分析研究，国外学者主要从理论模式和类别等方面运用多种方法进行了阐释。从师生互动行为理论模式角度上，弗兰德斯（Flanders）和贝尔斯（Bales）运用“社会相互作用模式”，设计了“课堂话语互动分析系统（FIAS）”，用于分析课堂教学中师生言语互动行为[20]。国内学者对于课堂教学行为分析的研究主要采用质性研究方法，量化研究较少。比较有代表性的是顾小清等对已有的课堂教学量化分析工具FIAS进行深入剖析，把改进后的FIAS称为基于信息技术的互动分析编码系统（ITIAS）[21]。赵建华等人则将顾小清教授提出的课堂教学编码体系与交互式电子白板课堂相结合，建立基于交互式电子白板课堂教学的编码方法，并深入分析其教学过程[22]。
在已有研究的基础上，选择程序性知识，采取课堂观察法，对传统演示教学法的课堂与翻转课堂的“课中”环节进行视频编码分析，探索翻转课堂的实际教学情况，包括师生互动情况、课堂气氛、技术使用等，提炼出程序性知识学习的翻转课堂的教学行为特征。而对大学生程序性知识教学的翻转课堂学习效果的研究则以学生的过程性学习表现与多次作品评价为依据，评判翻转课堂的实际教学效果。
二、研究设计
1．研究工具
为了提取程序性知识教学的翻转课堂师生互动行为的特征，本研究采取课堂观察法和基于信息技术的互动分析编码系统（ITIAS）对课堂实录视频进行量化分析[21]。ITIAS主要包括三部分：编码系统、编码标准以及迁移矩阵。对课堂实录视频的处理，ITIAS按照时间顺序，每隔3秒将对应的编码录入表中，再将编码按一定规则填入分析矩阵。将前后两个编码连接起来组成一个“序对”，并在18×18阶矩阵表中的对应位置填入序对的频数。通过后期数据的分析便能得出课堂教学结构、师生互动特征、行为模式以及风格。
本研究采用的学习态度量表、自主学习能力量表以及学生已有知识水平量表，改编自《数学学习量表》和自主学习者的能力、心理和行为量表[23-24]，用于测试翻转课堂教学前学生的学习态度、自主学习能力、已有知识水平，以及翻转课堂教学后学生知识掌握情况、学生学习态度。前后测问卷除了题目顺序和选项顺序不同外，其他内容一致。
2．教学过程设计
本研究的研究对象为某师范大学大三汉语言文学（师范）专业的46名本科生（其中女生40人，男生6人）。研究选取研究对象的公共课程“现代教育技术”中的“数字图像资源的编辑（Photoshop）”（以下简称“Photoshop知识”）这一章节的内容教学开展教学实验。同一任课教师从2019年11月1日到11月22日连续四周完成4次教学。第一次课采用常规的教学模式，即“教师演示操作步骤+学生练习”，其余三次课则采用翻转课堂进行教学，并全程录像。
翻转课堂分为三个阶段。（1）课前（知识的获取）：教师根据课程的学习内容和学生基本情况设计教学、制作教学微视频，并将视频发布到QQ学习平台供学生自主学习，各小组组长汇总成员遇到的问题或困难到平台；（2）课中（知识的内化）：教师收集所有学生的问题，组织和引导学生进行协作学习，加入变式练习，使学生强化知识；（3）课后（知识的迁移）：学生结合课堂所学内容，完成教师布置的作业，如遇到不理解的问题，可反复观看教学微视频或与教师在学习平台上进行交流讨论。
三、数据分析与结果
1．翻转课堂教学行为数据统计与分析
采用ITIAS对录制的4次视频进行人工编码，以时间顺序每隔3秒将对应的编码录入表中，得到相应的教学视频编码。将编码数据填入矩阵时，为了保证每个编码都能够使用两次，本研究将在整堂课编码串的首尾分别添加表示沉寂的编码“13”，将前后两个编码相连构成一个“序对”，得到相应的课堂教学行为分析矩阵（如图1所示，其中左上矩阵为传统课堂教学行为分析矩阵图，其他三个为翻转课堂教学行为分析矩阵图）。
（1）师生互动特征分析
根据计算公式得出各变量在传统课堂与翻转课堂中的比率（见表1），可以l现，翻转课堂中师生言语比率都高于传统课堂，说明在翻转课堂教学中，教师把话语权交给学生，鼓励学生在课堂上积极发言。翻转课堂中教师间接影响和直接影响比率都高于传统课堂，说明教师在翻转课堂教学中更倾向于对学生施加间接影响，来调动学生的学习积极性与主动性。传统课堂的沉寂比率明显高于翻转课堂的沉寂比率，三次翻转课堂的教师提问率较传统课堂有所减少，但从提问开放性问题与封闭性问题的比率来看，在翻转课堂中教师更倾向于对学生提开放性问题，这对鼓励学生发现与思考问题有很大帮助。
在课堂中，师生互动模式一般有两种：一种是由课堂教学行为分析矩阵中（4-4）、（8-4）、（8-8）、（4-8）四个单元格构成的闭环矩形框，称为“教师提问―学生回答―教师再提问”模式（模式1），另一种是由（3-3）、（9-3）、（9-9）、（3-9）四个单元格构成的闭环矩形框，称为“教师采纳意见―学生主动发言―教师再采纳意见”模式（模式2）[25]。从表2中可看出，在传统课堂中两种模式的总次数相当，说明传统课堂属于模式1，这种模式不利于学生独立思考能力的培养；而三次翻转课堂教学中，模式2的次数都高于模式1，并且根据矩阵分析得出三次翻转课堂都属于模式2。因此，翻转课堂在一定程度上能够使师生互动的整体过程发生变化，提高学生学习的积极性与主动性。
（2）技术使用分析
在课堂教学中，信息技术促进师生的交互活动，尤其是对程序性知识的学习，技术的使用显得更为重要。由表3得知，三次翻转课堂的技术使用比率和学生操作技术比率都高于传统课堂，而教师操作技术比率低于传统课堂，说明学生经过课前教学视频的学习，课中把自己的疑惑反馈给教师，教师只需要进行针对性的解答，在这一过程中，教师将课堂的大部分时间都交给学生，学生可进行讨论探究和练习，充分体现了学生的主体地位，有利于培养学生的操作能力和思考能力。
（3）课堂气氛分析
在课堂教学行为分析矩阵中，前3行与前3列相交组合的封闭区域称为“积极格”，能够反映师生互动的情感融洽程度，而第7-8行与第6-7列相组合的封闭区域称为“缺陷格”，反映师生之间互动存在障碍[25]。在传统课堂中，积极格频数为8，缺陷格频数为119，说明在传统课堂中，教师更倾向于对学生施以命令、指示等行为，而较少地进行鼓励或表扬学生。在三次翻转课堂教学中，积极格的记录分别为28，33，28，较传统课堂有明显增加；缺陷格的记录分别为20，22，17，较传统课堂明显减少。由此得出，在翻转课堂中，教师更倾向于对学生施以鼓励或表扬的行为，师生互动环节能够保持比较和谐融洽的良好氛围，教师能赞成、采纳学生的观点与意见，并扩充和完善学生的想法，让所有学生接收到更完整明晰的信息。
2．基于程序性知识学习的翻转课堂教学效果分析
（1）学生作品成绩分析
每次课程结束后，学生按照教师的要求完成课后作业，教师从作品的“创新性（40分）、美观性（30分）、丰富性（20分）和完整性（10分）”四个维度进行作品评价。学生作品的创新性分值为30.46，31.97，32.26，33.74，36.52（如图2所示）。相较于传统课堂，学生在翻转课堂中的作品创新性分值呈逐步上升的趋势，说明学生在进行程序性知识的翻转课堂教学之后，其作品的“创新性”有很大提升，学生的创新能力得到显著增强。学生的总成绩也有较大的提升，说明在进行程序性知识的翻转课堂教学后，大多数学生能够较好地学习和运用“Photoshop知识”，能综合运用所学知识拓展自己的创新思维能力和鉴赏能力。
（2）前、后测问卷数据分析
使用问卷对学生已有知识水平、学习态度与自主学习能力进行前后测。根据信效度检测结果分析，信度系数值为0.962>0.9，说明本问卷数据的信度质量高；KMO值为0.789>0.7，Bartlett球形度检验对应的p值为0<0.05，说明本问卷的效度较好。
对所学知识掌握情况进行前后测对比发现，前测答题数据前5道题的正确率在60%以上，后5道题的正确率在60%以下，整体正确率不到60%，说明学生对Photoshop知识掌握得不够深入。经过一个月的Photoshop知R学习后，10道题中仅有1题正确率低于75%；另外，10道题的正确率均值超过85%，由此说明学生在翻转课堂教学中能够较好地掌握Photoshop知识。
前测中关于学习态度共设计12题，自主学习能力共设计18题，按照“非常符合”“符合”“一般”“不符合”“非常不符合”五种选项，分别记为5，4，3，2，1的分值。根据数据结果分析，关于学习态度调查，除了第5～9题属于消极方面并且平均得分在2分左右以外，其他题目的平均得分都在3.5分以上。有关自主学习能力的调查显示，学生平均得分在3分以上，并且选项集中在“符合（4分）”居多，大多数学生都具有较强的自主学习能力。
后测中学生学习态度的12个题项中有8个题项的后测水平高于前测水平，说明学生在翻转课堂教学后的学习态度有显著的积极变化（如图3所示）。其中，“我非常喜欢这门课程，所以我想进一步了解这个话题”题项差异最大，表明学生对Photoshop学习中的程序性知识具有浓厚的学习兴趣。由此说明在翻转课堂学习过程中，学生的消极学习态度得到明显改善。
四、研究结论与反思建议
通过数据分析，从翻转课堂的教师言语比率、学生言语比率、教师间接影响和直接影响、学生开放性的问题提问的倾向，以及翻转课堂的技术使用比率和学生操作技术比率等均可以看出翻转课堂教学增强了师生互动。师生互动环节能够使课堂保持比较和谐融洽的良好氛围，有利于培养学生的问题意识与解决能力。学生在翻转课堂中的作品创新性分值呈逐步上升的趋势，学生的创新能力得到显著增强。从前后测问卷调查结果分析可知，大多数学生具有较强的自主学习能力，学生对学习产生极大的学习兴趣，消极的学习态度明显改善。
1．增强师生互动，培养学生问题意识与解决能力
通过师生互动特征数据对比分析发现，基于程序性知识教学的翻转课堂能够增强师生互动。相对于陈述性知识和策略性知识，程序性知识具有较强的操作性和实践性，在课堂中表现为师生之间有较多的互动和交流活动。在程序性知识的传统课堂教学中，教师处于课堂的中心，采用“教师操作演示+学生练习”的方式进行教学，将问题解决的步骤序列化、结构化，学生被动地跟着老师进行练习，对程序性知识进行机械训练与模仿。这种学习方式只会让学生机械记忆某种操作及一系列操作的顺序，而在面临突发问题时无法灵活运用知识以解决问题，经常需要求助他人。在课堂教学实践中，经常有学生出现误操作而导致使用某种功能后，并不能出现例题中的理想效果，因此对于程序性知识不宜以被动的方式进行学习，而应该在每一步操作知道“如何做”的基础上，思考为什么这么做、前序操作与后序操作的关系是什么、如果次序混乱会出现什么结果等，这样才能达到真正培养学生问题解决能力的教学要求。
2．改善学生消极学习态度，提升学生创新思维能力
翻转课堂教学方式在课前能让学生充分习得程序性知识的概念和规则部分，在课中通过变式练习使学生不再依赖于陈述化的操作流程，最后能够灵活自如地根据要求完成相关操作。翻转课堂让学生对学习产生极大的学习兴趣，改善了消极学习态度，提升了创新思维能力。在传统课堂中，学生一旦遇到问题，就举手求助，教师立即响应，快速解决问题。由于人数较多，教师一对一指导只限于解决当前遇到的问题，而缺乏对问题的详细分析；学生也乐于快速解决问题，尽快完成任务，坦然接受教师的纠错，缺乏自主探索。翻转课堂教学方式将操作练习置于课前阶段，在课前的自主学习中，学生遇到问题或困难，通过反复观看视频自主解决问题。将一些经过自主探索无法解决的问题，留到课中等待教师的解答。而在课中环节，由于常见的、难度较小的问题已经被学生自主解决，教师可以汇总学生在自主学习阶段遗留的问题，并有充分的时间讲解或开展一对一指导。教师在课中将程序性知识进行深度剖析，探索问题的本质及其解决策略，并适当迁移，帮助学生提升知识应用能力。翻转课堂的教学能够使得学生更加关注“为什么”的问题，从而为进一步的学习成果创新提供可能。
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[基金项目：江苏省高等教育教改研究立项课题“基于教学行为分析的大学生翻转课堂教学效果研究”（2021JSJG028）]
赵 丽，南京师范大学教育科学学院副教授。
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