混合教學(xué)對(duì)促進(jìn)學(xué)習(xí)效果的實(shí)證研究

吳 衡，劉建軍，趙文波

（天水師范學(xué)院 電子信息與電氣工程學(xué)院，馬克思主義學(xué)院，甘肅 天水 741001）

教學(xué)的形式多種多樣，信息化教學(xué)隨著信息技術(shù)的創(chuàng)新不斷升級(jí)和完善。概括起來信息化教學(xué)的發(fā)展分為以下幾個(gè)階段：第一階段，1990年左右，Internet技術(shù)誕生，知識(shí)被互聯(lián)網(wǎng)傳播，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)在時(shí)空上的瞬間跨越。第二階段，2000年左右，基于互聯(lián)網(wǎng)的搜索引擎技術(shù)出現(xiàn)，分布在世界各地網(wǎng)絡(luò)上的知識(shí)被搜索引擎有效的組織和挖掘起來，通過搜索引擎，學(xué)習(xí)過程實(shí)現(xiàn)了精確學(xué)習(xí)、關(guān)聯(lián)學(xué)習(xí)和系統(tǒng)學(xué)習(xí)。第三階段，2010年以后大規(guī)模在線課程（MOOC，慕課）全面爆發(fā)，學(xué)習(xí)進(jìn)入慕課時(shí)代。慕課課程一般由教育機(jī)構(gòu)或?qū)I(yè)團(tuán)體制作，制作過程包括內(nèi)容組織、視頻制作、內(nèi)容發(fā)布和網(wǎng)絡(luò)管理等工作。雖然有的慕課課程需要付費(fèi)，有的免費(fèi)開放，但他們無一例外都通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布。慕課課程的學(xué)習(xí)手段是靈活而多樣的，學(xué)習(xí)終端涵蓋了從智能手表、手機(jī)到智能電視的各種智能信息設(shè)備，學(xué)習(xí)不受時(shí)間、地點(diǎn)、空間的限制，讓知識(shí)學(xué)習(xí)本身成為核心，更有利于學(xué)生學(xué)習(xí)。第四階段，2015年開始，慕課走進(jìn)課堂，以SPOC為代表的傳統(tǒng)教學(xué)與信息化結(jié)合的混合式教學(xué)方式應(yīng)運(yùn)而生，它是慕課與課堂教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，是教育教學(xué)的最新理念和技術(shù)成就，是推動(dòng)高校的教學(xué)方法改革，促進(jìn)教學(xué)水平提升的新的途徑。

一、混合式教學(xué)的發(fā)展脈絡(luò)

混合式教學(xué)由慕課發(fā)展而來，很多地方相似，但也有著本質(zhì)區(qū)別?；旌鲜浇虒W(xué)以傳統(tǒng)課堂授課為基礎(chǔ)，按照授課內(nèi)容的需求，介入慕課技術(shù)并沿用傳統(tǒng)手段，而慕課學(xué)習(xí)完全通過互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)開展，沒有實(shí)體學(xué)校，更不會(huì)與老師面對(duì)面交流?；旌鲜浇虒W(xué)更加強(qiáng)調(diào)教師的課前準(zhǔn)備、課堂教學(xué)和課后答疑，更加突出教師對(duì)教學(xué)內(nèi)容的深度挖掘，更加凸顯教師教學(xué)的重要性。

國內(nèi)流行的慕課教學(xué)網(wǎng)站主要有清華教育在線、安博在線、爾雅課堂、智慧樹等等平臺(tái)。研究這些手段對(duì)學(xué)習(xí)影響的文章有開治中[1]介紹大學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)與網(wǎng)絡(luò)使用的現(xiàn)狀及關(guān)系，羅蓉等人[2]介紹網(wǎng)絡(luò)使用過程的影響，重點(diǎn)介紹網(wǎng)絡(luò)對(duì)學(xué)習(xí)造成的不良影響，高地等人[3]研究了美國使用慕課進(jìn)行在線學(xué)習(xí)的情況，桑新民[4]介紹了慕課在我國的發(fā)展趨勢(shì)和展望。這些文章從不同層次、角度分別研究了混合教學(xué)中的各種手段對(duì)學(xué)習(xí)效果的影響，互有借鑒、各有側(cè)重。本文結(jié)合這些研究取得的成果，通過收集學(xué)習(xí)者在課程學(xué)習(xí)中在線學(xué)習(xí)的時(shí)間和平時(shí)測(cè)試成績，建立數(shù)學(xué)模型，綜合判斷混合教學(xué)對(duì)學(xué)習(xí)效果的影響。

二、混合式教學(xué)的內(nèi)涵

混合教學(xué)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)工具和課程設(shè)計(jì)以課堂教學(xué)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，多方位融合在線學(xué)習(xí)功能?？偟膩碚f，混合教學(xué)由課堂教學(xué)和在線教學(xué)兩部分組成。[5]

在教學(xué)內(nèi)容上，混合式教學(xué)要求教師根據(jù)授課內(nèi)容的特點(diǎn)、難易程度和表現(xiàn)形式來選擇使用課堂教學(xué)或者在線教學(xué)手段，適合在線學(xué)習(xí)的內(nèi)容，制作相關(guān)的媒體材料進(jìn)行在線授課；適合課堂授課的，設(shè)計(jì)課堂教學(xué)方案，進(jìn)行課堂教學(xué)。知識(shí)點(diǎn)是教學(xué)內(nèi)容的最小單位，教師要將每個(gè)講解的主題分解為多個(gè)講授的知識(shí)點(diǎn)，并按照知識(shí)點(diǎn)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)不同的教學(xué)手段。知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)方法可以采用課堂理論講解、分組討論、在線答疑或視頻學(xué)習(xí)等方法。在混合式教學(xué)方法中，一個(gè)完整的教學(xué)主題由多種教學(xué)方法有機(jī)結(jié)合，取長補(bǔ)短，互為搭配，真正達(dá)到提升教學(xué)質(zhì)量的目的。比如：在教授數(shù)據(jù)庫原理的內(nèi)容時(shí)，函數(shù)推導(dǎo)與演算知識(shí)點(diǎn)使用傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，其中難度較大的數(shù)學(xué)公式的演算過程在黑板上推導(dǎo)，更利于學(xué)生記憶和理解，教師可以根據(jù)學(xué)生聽講的反應(yīng)來控制教學(xué)節(jié)奏，隨時(shí)反饋和跟進(jìn)，掌控整個(gè)教學(xué)過程。數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)流的處理和表現(xiàn)，用動(dòng)畫和多媒體來展示更加形象生動(dòng)，易于學(xué)生理解，這部分內(nèi)容就需要教師利用混合式授課，讓學(xué)生在線學(xué)習(xí)，以期達(dá)到更好的效果。

在教學(xué)工具的使用上，混合式教學(xué)需要信息處理技術(shù)深度介入，除課堂教學(xué)使用的傳統(tǒng)多媒體設(shè)備：電腦、投影、白板外，“手機(jī)”在混合式教學(xué)中成為教學(xué)的必不可少的幫手。課上點(diǎn)名、隨堂練習(xí)、作業(yè)回收、資源推送、課上問答和課下答疑等混合式教學(xué)手段都需要手機(jī)來輔助實(shí)現(xiàn)，手機(jī)成為在混合式教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中不可替代的組成部分?；旌鲜浇虒W(xué)的合理應(yīng)用能夠引導(dǎo)學(xué)生在課堂上對(duì)手機(jī)的正確使用。

在教學(xué)備課環(huán)節(jié)，由于多種教學(xué)方法的使用，混合式教學(xué)需要教師投入額外大量的時(shí)間和精力來完成相關(guān)準(zhǔn)備工作。如：在線視頻的設(shè)計(jì)、在線練習(xí)題的撰寫、教學(xué)資源的搜集和推送、在線問題的輔導(dǎo)答疑、討論環(huán)節(jié)的問題設(shè)計(jì)等等。尤其視頻的制作一般還需要專業(yè)團(tuán)隊(duì)的參與，往往還會(huì)產(chǎn)生昂貴的制作費(fèi)用。

三、信息技術(shù)提升混合式教學(xué)效果

課堂網(wǎng)絡(luò)討論功能和在線作業(yè)系統(tǒng)是混合教學(xué)的重要組成部分。網(wǎng)絡(luò)討論可以讓學(xué)生在課后對(duì)教學(xué)內(nèi)容互相討論，討論的熱烈程度反應(yīng)了大家對(duì)知識(shí)點(diǎn)的關(guān)心程度，教師可以通過熱烈程度判斷各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度和難易分布。在線作業(yè)提升了教師的作業(yè)核查效率，讓大量安排作業(yè)并核查成為現(xiàn)實(shí)，高效率地實(shí)現(xiàn)了“學(xué)而時(shí)習(xí)之”。這些智能化的教學(xué)輔助系統(tǒng)讓教師從重復(fù)勞動(dòng)中解脫出來，從而在教學(xué)研究上可以投入更多的時(shí)間和精力。

教案、研案、學(xué)案、作業(yè)等教學(xué)材料的上傳和下載功能，是在線學(xué)習(xí)平臺(tái)的必備功能，視頻播放是混合式教學(xué)的有益補(bǔ)充。一些個(gè)性化的功能，比如學(xué)生在線時(shí)長統(tǒng)計(jì)、瀏覽統(tǒng)計(jì)、點(diǎn)名等功能增加了用戶體驗(yàn)，是吸引學(xué)生學(xué)習(xí)的重要手段。

多媒體學(xué)習(xí)素材是在線學(xué)習(xí)的核心組成部分，視頻是課程內(nèi)容的主要載體，視頻的質(zhì)量起決定了在線課程的整體效果。交互式內(nèi)容是在線學(xué)習(xí)的興趣點(diǎn)，在線考試對(duì)整個(gè)在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)的質(zhì)量起監(jiān)控作用。在線論壇、在線提問功能，這些功能起著教學(xué)輔助作用。

混合式教學(xué)在教學(xué)內(nèi)容制作、教學(xué)工具使用和授課形式等工作上的創(chuàng)新，促進(jìn)了教學(xué)效果的提升。

四、利用數(shù)據(jù)對(duì)混合教學(xué)效果的評(píng)估

學(xué)習(xí)的效果往往與學(xué)習(xí)的時(shí)間成正比，分析學(xué)習(xí)效果的一個(gè)主要途徑就是分析學(xué)習(xí)的時(shí)間，或者說用戶在線的時(shí)間?？荚嚦煽兛梢苑磻?yīng)出學(xué)習(xí)的掌握程度，那么如果將收集到的在線學(xué)習(xí)時(shí)間和考試成績進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析驗(yàn)證，就可以反應(yīng)出混合教學(xué)的學(xué)習(xí)效果。除在線學(xué)習(xí)時(shí)間外，其他對(duì)學(xué)習(xí)效果有影響的因素限于篇幅原因，本文不再討論。

為了實(shí)際檢驗(yàn)混合教學(xué)對(duì)學(xué)習(xí)效果的影響，從2017年開始，作者在教授的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程《數(shù)據(jù)庫原理》授課中引入混合式教學(xué)方法，開展翻轉(zhuǎn)課堂+傳統(tǒng)授課的混合教學(xué)，以項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)化為主線，以在線學(xué)習(xí)為主要手段，利用手機(jī)移動(dòng)APP“藍(lán)墨云班課”開展混合式教學(xué)。該軟件具有文中提到的混合式教學(xué)需要的各種在線教學(xué)手段，如：記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)時(shí)間、測(cè)試成績、點(diǎn)名、作業(yè)完成等功能，并能完整地收集學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的各種真實(shí)數(shù)據(jù)。表1為在“藍(lán)墨云班課”平臺(tái)上進(jìn)行在線期末考試得到的考試成績和平臺(tái)統(tǒng)計(jì)的每個(gè)學(xué)生在線學(xué)習(xí)時(shí)長（小時(shí)）。

首先假設(shè)混合教學(xué)的學(xué)習(xí)時(shí)間和檢測(cè)成績具有一定相關(guān)性，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)的回歸分析方法建立在線學(xué)習(xí)時(shí)間和測(cè)驗(yàn)成績的線性回歸數(shù)學(xué)模型，對(duì)于n組樣本觀測(cè)值

可表示為：

求解以上方程組得的最小二乘估計(jì)為：

為了得到精確的計(jì)算結(jié)果并用圖形說明數(shù)據(jù)關(guān)系，這里采用Scikit-learn]機(jī)器學(xué)習(xí)庫對(duì)該線性模型計(jì)算并畫圖。

表1 “藍(lán)墨云班課”平臺(tái)上進(jìn)行在線期末考試得到的考試成績和平臺(tái)統(tǒng)計(jì)的每個(gè)學(xué)生在線學(xué)習(xí)時(shí)長數(shù)據(jù)表

將收集到的34組真實(shí)數(shù)據(jù)（見表1）帶入Scikitlearn機(jī)器學(xué)習(xí)庫，計(jì)算得到測(cè)試成績和在線學(xué)習(xí)時(shí)間描點(diǎn)以及線性回歸分析之后得到的擬合線如下圖1.

Scikit-learn實(shí)現(xiàn)以上算法的偽代碼如下：data=np.loadtxt('data.csv',delimiter=',')#將數(shù)據(jù)讀入x，y plt.scatter(x,y)#描點(diǎn)module=LinearRegression() #線性回歸module.fit(x,y) #數(shù)據(jù)擬合x2=[[0],[40],[60],[100]] #畫線數(shù)據(jù)y2=module.predict(x2) #畫線數(shù)據(jù)y_pred=module.predict(x) #y的預(yù)測(cè)值plt.plot(x2,y2,color='green') #回歸線print('R**2:',r2_score(y,y_pred)) #驗(yàn)證模型的擬合度

圖1 在線期末成績和在線學(xué)習(xí)時(shí)間進(jìn)行線性回歸分析之后

同時(shí)線性回歸方程的其它參數(shù)以用來進(jìn)行該方程的顯著性檢驗(yàn)。Scikit-learn機(jī)器學(xué)習(xí)庫得到的參數(shù)結(jié)果下所示：

其中R2值用來衡量未來樣本能夠被模型預(yù)測(cè)的程度。能夠得到的最大值為1，但也可能為負(fù)值，因?yàn)槟Ｐ涂赡茌敵鋈魏蔚闹?。建立的?shù)學(xué)模型如果不考慮輸入的范圍將會(huì)得到0值，也就是說R2的值越接近1，那么數(shù)據(jù)之間的關(guān)系越緊密。

R2的表達(dá)式為：

在本例中R2的結(jié)果為0.53（小數(shù)點(diǎn)后2位近似），根據(jù)R2表達(dá)式的含義，可以推導(dǎo)出在混合式教學(xué)下，學(xué)習(xí)成績和在線學(xué)習(xí)時(shí)間具有相關(guān)性，學(xué)習(xí)成績隨著在線學(xué)習(xí)時(shí)間的延長而提高。

五、總結(jié)及以后的工作

本數(shù)據(jù)模型直接證明了混合學(xué)習(xí)與學(xué)習(xí)效果存在關(guān)系，從數(shù)據(jù)展現(xiàn)圖上可以直觀的看出混合學(xué)習(xí)時(shí)間越長取得的成績?cè)胶??？紤]到整個(gè)數(shù)學(xué)模型的R2值為0.53，說明學(xué)習(xí)的效果不僅受到混合學(xué)習(xí)時(shí)間的影響，還受到其他因素的影響，比如混合教學(xué)所使用的素材、傳統(tǒng)課堂教學(xué)的效果、教學(xué)方式、作業(yè)形式等，這也印證了學(xué)習(xí)效果是受多方面因素影響的客觀事實(shí)。分析多方面的影響因素，設(shè)計(jì)更加精密的數(shù)學(xué)模型對(duì)混合教學(xué)效果研究將是今后工作的內(nèi)容。

總之，本文立足于教學(xué)改革的現(xiàn)實(shí)問題，從混合教學(xué)的內(nèi)容、思想、形式、手段上進(jìn)行了深入分析，采集到教學(xué)過程數(shù)據(jù)，并利用機(jī)器學(xué)習(xí)庫進(jìn)行分析，對(duì)混合式教學(xué)進(jìn)行了實(shí)證研究。通過這些分析和數(shù)據(jù)可以得出教師在混合式教學(xué)中的投入和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果呈正比關(guān)系，混合教學(xué)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果具有積極影響。

[1]開治中.大學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)與網(wǎng)絡(luò)使用的現(xiàn)狀及關(guān)系研究[J].中國健康心理學(xué)雜志.2012,(10).

[2]羅蓉,等.大學(xué)生網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)行為偏好、網(wǎng)絡(luò)元認(rèn)知與網(wǎng)絡(luò)成癮的關(guān)系研究[J].心理學(xué)探新,2014,34(5):372-377.

[3]高地,等.美國“慕課”理論研究與實(shí)踐的若干前沿問題[J].高等教育管理,2014,(4):49-54.

[4]桑新民.“慕課”潮流對(duì)大學(xué)影響的深層解讀與未來展望[J].理論視野,2014,(3):12-15.

[5]黃璐,等.翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)面授混合教學(xué)模式研究[J].計(jì)算機(jī)教育,2016,(9):167-170.