互動式翻轉教學於普通物理學⽣學習成效之研究

I

教育部教學實踐研究計畫成果報告

計畫編號：PEE107106

學門分類：工程學門

執行期間：2018/08/01～2019/07/31

互動式翻轉教學於普通物理學生學習成效之研究

(配合課程：普通物理學(一))

計畫主持人：郭馨徽

執行機構及系所：國立高雄大學電機工程學系

繳交報告日期：09/20/2019

(互動式翻轉教學於普通物理學生學習成效之研究)

摘 要

隨著時代的改變，學生學習的方式也和以往有所不同，互動式翻轉教學成為近幾年學校 逐漸推行的教學方式，跳脫了以往講、抄、背的傳統課程學習模式，利用互動式翻轉教學提 高學生自主學習能力。「翻轉教室」乃為本研究計畫的重點，將傳統式教學課堂中所講授的課 程內容，改以事先錄製教學影片，讓學生能在家中或是透過行動上網自學。原本教師在課堂 上的講課時間，轉移到課前學生在家中完成，而之前在家中的作業練習可以移到課堂進行， 有問題隨時向老師提問。本研究計畫以 2018 年秋季入學電機系大一新生修習普通物理學（一） 為研究對象，探討實施互動式翻轉教學對學生學習普通物理的影響。資料收集有：前測和後 測、課堂觀察以及期末問卷等方式。另外，在學期初將全班分為 8 個小組，以小組為單位規 劃設計物理專題實作並於期末時舉辦小型專題展，培養學生溝通協調與「團隊合作」的能力。 實際課堂中採用「雲端即時互動系統」輔助的「互動式教學」，藉由問題的設計，誘發同儕間 的相互討論、促進師生間的互動，進而提升學生學習興趣也能及時掌握學生學習狀況。以期 透過此教學創新研究計畫提升學生自主學習能力，進而提升學習成效，培養學生具備因應未 來變動的永續移動力，提高教育品質。 關鍵詞:互動式教學、翻轉教室、主動式學習、行動式學習、團隊合作

II

Abstract

These days the way students study is different from the past. Interaction design and flipped classrooms are attracting an increasing amount of researches and teachers. Flipped classrooms invert the conventional way we teach. In traditional classrooms, a teacher who knows the contents presents it to students who do not know. A teacher transfers the knowledge to students and assigns the homework. In contrast, students in the flipped classroom have to study on their own (individual learning environment) before coming to class. Teachers can tape lectures in advance, place them online and ask students watching videos before they come to class. Teachers’ roles during the class time change in flipped classrooms. In this study, teaching and learning effectiveness with interaction design and flipped classrooms on Fundamental Physics (I) was investigated. The freshmen of the electrical engineering department in the fall semester (2018) were taken as the research object to explore the teaching and learning effectiveness on Fundamental Physics. Collecting data included pre-test and post-test, classroom observation, and an end-of-semester survey. In addition, to improve students' team work skill the class was divided into 8 groups in the beginning of the semester, and each team needed to come up an idea of its own science project. Project demonstration was held at the end of the semester. Flipped classrooms can be supported by interactive design based on immediate feedback through mobile APP and cloud system such as Zuvio. Students could pay more attention on what teachers instruct through interactive teaching-aided software. The outcome of this study is to expect that students can improve their abilities of self-learning, communication, conception of collaboration, and creativity.

目 錄

摘要……….………..…I Abstract………..…..II 目錄……….………...III 1. 研究動機與目的………1 2. 文獻探討………1 3. 研究方法………2 4. 教學暨研究成果………4 5. 參考文獻………6

1 1. 研究動機與目的 (1) 研究動機 本研究計畫的動機發想主要來自於個人在「普通物理學(一)」的教學現場所面臨之問 題：A. 學生學習興趣低落；B. 學生程度差異性高；C. 無法即時掌握學生學習狀況；D. 被 動式學習。課堂上的教學過程中，無法兼顧所有學生的理解狀況，教學的速度也無法滿足 每一位學生的需求，若學生不習慣提出問題，基本上無法立即得知學生學習狀況與問題癥 結所在，鮮少也不容易與學生在課堂中進行互動。若要能實質改善上述的問題，唯有改變 現行的傳統教學模式。隨著「翻轉學習」思維的提出，這些問題有了改善的機會。由於授 課教師在課堂中的講授多以傳達知識為主，而這類型的知識，不論是經由面對面的講述或 是經由觀看授課教師所錄製的教學影片，其知識吸收的效果並沒有太大的差別；反而透過 觀看影片的學習模式，學生能依據自己的學習狀況，重複觀看或是快速看過已經理解的部 分。而教師能有更充裕的時間在課堂中列舉實例或是討論如何應用所學之觀念、解決學生 在課後作業練習時所遭遇的問題，以及利用「雲端即時互動系統」瞭解學生當下學習狀況， 也能透過課堂上問題的設計誘發同儕間的相互討論。 (2) 研究目的 A. 改善目前教學現場所面臨問題 關於學生程度差異性高的問題，有學生認為教師授課進度過快，同時也有學生希望老 師能加快進度，現行傳統教學模式並無法因應學生個別的需求，然而，本計畫透過「翻 轉教室」讓不同程度的學生可依據自己需要來理解課程內容。實際課堂中採用「雲端 即時互動系統」輔助「互動式教學」，藉由問題的設計，誘發同儕間的相互討論、促 進師生間的互動，進而提升學生學習興趣也能即時掌握學生學習狀況。 B. 提升學生自主學習能力 傳統教師一人在講台上授課的教學現場通常較為沈悶，加上普通物理學(一)的內容 以力學為主，課程內容與高中物理所學同質性高，不容易引起學習興趣，常流於被 動式的學習。為了改善現狀，蒙發改變教學模式的想法，實踐教學創新。在「翻轉 教室」與採用「即時互動系統」輔助的「互動式教學」相互配合之下，同時在班上 設計以團隊為單位的物理專題實作，並於期末時舉辦專題展，透過「團隊合作」培 養學生溝通協調能力並提高其自主學習動力。 2. 文獻探討 「翻轉學習」的概念可由 1956 年由 Bloom 所領導團隊提出的教育目標分類系統 (Taxonomy of Education objective, Handbook1: Cognitive Domain)來解釋，其團隊將認知領 域由最簡單到最複雜，由具體到抽象，分成六個階層，依序為知識(knowledge)、理解 (comprehension)、應用(application)、分析(analysis)、綜合(synthesis)與評鑑(evaluation)，每 一個低階層類別都可視為掌握下一個高階層類別的先決條件。為了因應時代教育理論的 演進，Bloom 教育分類法也在 2001 年出刊修訂版，將原本的六個階層調整為:記憶 (remember)、理解(understand)、應用(apply)、分析(analyze)、評鑑(evaluate)與創造(create)， 如圖一所示。其中，「應用、分析、評鑑和創造」同屬較高層級的學習目標，而這類較高 層級的學習活動，往往需要教師從旁協助，或是透過與同儕之間的互動與討論才能夠進

級則可經由學生在家中自我學習而得。 圖一 2001 年 Bloom 教育分類法 (1) 1990 年提出「翻轉教室」，是以「學生為中心」且顛覆傳統的教學模式，學生在課前先 藉由教學影片進行預習，在實際課堂中師生則進行互動性教學活動，以達到激發學生批 判思考、培養溝通合作與實作創新等能力。[1-3] (2) 翻轉教學的交互式教學方法相較於傳統教學，能有效提高教師教學技巧，學生有效利用 即時互動系統提高學習的集中性和有效性，利用翻轉教育之影像媒體工具更能將抽象概 念具體化。[4] (3) 文獻指出課堂中可以小組方式進行專題討論，包括完成作品或是透過資料蒐集完成報告， 都可以促進學生應用知識、溝通與合作能力的效果。[5]「同儕互評」則是搭配專題實作 的一種學習策略，可以讓學生依據教師制訂的評分標準，練習對同儕及自己的作品進行 評論與評分，對培養學生的批判思考頗具正向效果。[6] 3. 研究方法 (1) 實驗場域描述 本計畫場域為電機系大一「普通物理學(一)」必修課程。普通物理學(一)的內容以力學為 主，課程內容與高中物理所學同質性高，不容易引起學習興趣，常流於被動式的學習。 然而，雖說學生對課程內容熟悉度高，但並未反應在其學習成效上。 (2) 研究對象描述 以本校電機系 107 學年度入學一年級新生為對象。一班為實驗組，另一班班為控制組。 兩班級皆具備高中基礎物理知識且各班級學生乃由學校隨機分配，對實驗組學生進行 「互動式翻轉」普通物理教學，並與控制組「傳統講授」普通物理教學的學習成效進行 比較。 (3) 研究架構 本研究採「準實驗研究法」(quasi-experimental design)，因實驗組與控制組無法以隨機抽 樣方式來決定，必須以現有班級為受測對象(實驗組或控制組)。研究實驗之自變項為「課 程教學方式」：採用「互動式翻轉教學」與傳統教學。依變項為「普通物理學習成效」、

3 「學習動機激發程度」與課堂討論氣氛等。在實驗的過程中，盡量將所有無關變異數控 制到最低程度，實驗組與控制組在教材編列範圍、教學場地、課堂教學時數盡可能保持 一致，探討「互動式翻轉教學」於普通物理學生學習成效之影響。 表一 實驗組與控制組之設計 互動式翻轉教學組（實驗組） 傳統教學組（控制組） (a).授課教師將傳統教學課堂中所講 授的課程內容，改以事先錄製教學影 片，讓學生能在家中或是透過行動上 網自學。原本教師在課堂上的講課時 間，轉移到課前在家中完成，而之前 在家中的作業練習可以移到課程中進 行，有問題可向老師隨時提問。 (b).利用「雲端即時互動系統」規劃課 堂活動，學生彼此相互討論並回答問 題。 授課教師於課堂當中講授課程內容， 採 PPT 搭配板書授課，需於課前製作 PPT。 在結束講授每一章節之後勾選課後作業作 為練習。 (4) 資料蒐集方法與工具 A. 物理學習成效測驗： 此測驗內容主要以普通物理「力學」為主，皆是當學期普通物理所教授的課程範圍， 能充分反應課程內容。在學期第 1 週即兩班共同實施「前測」，並於第 17 週兩班舉行 「後測」，兩次題目相同，測試學生在「互動式翻轉教學」與「傳統授課」之下所學 普通物理力學基本概念。透過「前測」的實施可瞭解兩班學生在未接受課程講授之前 的本質差異性，在進行後續統計分析時的重點會是在「後測平均‒前測平均」的「平 均差異」，以得兩班學生「後測」與「前測」平均分數差異的顯著性。 B. 學習動機調查問卷： 首先依研究目的設定分析架構、決定調查方式與問卷型態訂於學期最後一週實施此問 卷，採 Likert 式衡量法，選項由「非常同意」(5 分)到「非常不同意」(1 分)，調查互 動式翻轉教學引起學生對普通物理的學習熱忱度的聯結性，達到自主學習的效果。 C. 雲端即時互動系統： 在課程進行中，授課教師可藉由雲端即時互動系統(如：Zuvio)設計問題以測驗學生觀 念，或抽點學生回答，學生則可通過手機 APP 介面回答問題進行課堂即時互動，此 雲端即時互動系統還可協助點名、統計學生的出席率，以及知道每個問題中各個選項 填答的學生與人數比例，教師可藉由統計數據知道全班對問題的瞭解與否，判斷是否 需要更進一步的解釋說明。簡易的問題可直接請學生回答，也能訓練學生思考問題與 表達自己想法的能力。 D. 同儕互評： 「同儕互評」搭配專題實作可作為一種學習策略，可以讓學生依據教師制訂的評分標 準，練習對同儕及自己的作品進行評論與評分，對培養學生的批判思考頗具正向效果。 同儕互評可分為「分組互評」與「組內互評」：經由「分組互評」能提高學生聆聽報

由「組內互評」評分項目的設計，包含參與度、貢獻度與執行力等，可降低同組之間 分工不均的狀況，提升同組間的互動性與團隊合作，進而增加專題實作的豐富度與完 整性。 (5) 研究分析方法 A. 物理學習成效測驗： 在學期第 1 週即兩班共同實施「前測」，並於第 17 週兩班舉行「後測」，兩次題目相 同。測試學生在「互動式翻轉教學」與「傳統授課」之下所學普通物理力學基本概念。 因為有前、後測的樣本統計量，並對不同組別的後測平均值進行比較，是以採用「獨 立樣本檢定」方式進行資料處理，彼此關連性如圖二所示。依據統計分析軟體得知其 顯著水準數值大小，在 5%的顯著水準之下，判斷兩班後測平均成績是否有顯著差異。 圖二 獨立樣本檢定分析示意圖 B. 學習動機調查問卷： 依研究目的設定分析架構、決定調查方式與問卷型態，並採 Likert 式衡量法，選項由 「非常同意」(5 分)到「非常不同意」(1 分)。預計採用的統計檢定方法有敘述性統計 (descriptive statistics)如：平均數、標準差與所佔比例等，或是推論統計如獨立樣本 t-檢定。調查互動式翻轉教學引起學生對普通物理學習熱忱的聯結性，達到自主學習的 效果。 4. 教學暨研究成果 (1) 教學過程與成果 藉由設計「物理學習成效測驗」，測驗學生分別於「互動式翻轉教學」與「傳統授課」 之下所學普通物理力學基本概念，同時為了能分析學生基本力學概念之認知與深入進階 瞭解程度，學期成效測驗題目設有低難度與高難度兩種類型。其中，透過「前測」的實 施可瞭解兩組學生在未接受課程講授之前的本質差異性，再以圖二統計方法分析兩班學 生之「後測」與「前測」，在 5%的顯著水準之下，判斷平均成績差異的顯著性。 表二為實驗組與控制組之統計量分析，從前測的分析結果可知在未接受課程講授之前， 控制組的本質略優於實驗組。表三為實驗組與控制組之獨立樣本檢定分析，表三中顯著 性數值(p-value)越小代表差異性越高，「實驗(互動式翻轉教學)組」的學生之「後測」分數 較「前測」分數有顯著進步；而且「實驗(互動式翻轉教學)組」的學生相較於「控制組」 的學生，其「物理學習成效測驗後測」相對於「物理學習成效測驗前測」之進步幅度較 大。從表二與表三的分析結果可說明實施翻轉教學確實能提高學生之學習成效。

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表二 實驗組與控制組之統計量分析結果

表三 實驗組與控制組之獨立樣本檢定分析結果

藉由「學習動機調查問卷」問題設計:「老師這學期所採用之教學模式相較於傳統式教 學更能提高我對這門課的學習興趣」、「老師所拍攝之教學影片對我的普物學習很有幫助」 與「我希望老師下學期能繼續採行此教學模式」，詢問學生對於教師採行此教學模式之接 受度，描述性統計分析平均數為 3.73/5。另外，校內教學意見問卷調查結果平均分數為 4.57/5，反映出學生普遍持正向肯定。 (3) 學生學習回饋 在學期開始的第一堂課即將班上分成 8 個小組，每組成員力求涵蓋各入學級距，同組 之中能力強的學生能輔助學習能力較弱者。平時課程進行以小組為單位進行討論，並規 劃每一小組選定一個物理專題，並於期末進行「同儕互評」搭配專題展作為學習策略。 因此，在 「學習動機調查問卷」問題設計上共有三大面向: A.學習動機、B.同儕合作、 C.學習成效，從這三大面向反映學生之學習回饋，其描述性統計分析如表四所示。從表 四的統計分析結果，學生對於授課老師採行「互動式翻轉教學」模式能有助於提高學習 動機並主動投入學習，也確實提升其學習成效；在同儕合作上也有達成成效，願意主動 分享自己想法與組員互助合作彼此支持鼓勵。 表四 三大面向之統計分析結果 5. 參考文獻 [1] 劉怡甫(2013)．翻轉課堂—落實學生為中心與提升就業 力的教改良方．評鑑雙月刊， 41，31–34。

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