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问题的提出
翻转课堂（又称“颠倒课堂”或“反转课堂”）最早源于美国，科罗拉多州落基山的林地公园高中化学教师乔纳森·伯尔曼（Jon Bergmann）和亚伦·萨姆斯（Aaron Sams）为了解决部分学生缺席课程导致学业跟不上进度的问题，将上课讲授的内容录制下来上传到网上供缺席的学生在家自学，这一教学实践形式在未缺席的学生中间也受到了广泛的欢迎，后来许多教师便开始将这种新的教学模式应用到自己的课堂之中[1]。翻转课堂是在混合式学习环境中，课程教师提供以教学视频为主要形式的学习资源，学生在上课前完成对教学视频等学习资源的观看和学习，师生在课堂上一起完成作业答疑、协作探究和互动交流等活动的一种新型的教学模式[2]。翻转课堂使传统课堂的教学流程发生了颠倒，知识讲授放在课下，知识内化放在课上；师生角色发生了改变，教师由原来知识的传授者变为知识的引导者，学生在学习中由被动地位变成主动地位；学生在课前利用短小精悍的微视频资源提前学习，课堂上在教师的引导下解决问题。翻转课堂教学模式因其关注学生的中心地位、重视课堂教学效率的提升、关注知识内化等先进的教育理念而受到了研究者和实践者的广泛认同。同时，各种形式的开放教育资源如可汗学院、TED、耶鲁大学公开课、MOOC、国家级精品课等推动了翻转课堂的井喷式发展[3]。
无论是在学术研究还是教学实践领域，翻转课堂已经成为国内外教育界关注的热点问题。国内外学者对翻转课堂展开了丰富的研究，主要集中在翻转课堂的内涵、本质、教学模式和设计等方面。同时，国内外教育工作者也在大学、中小学的不同学科上开展了大量的实践研究，国内甚至掀起了翻转课堂的实践热潮，从大学到小学，进行着“微课程”制作的全员培训；一些以“翻转课堂”为主题的教师研修活动更是层出不穷，等等。全国各地翻转课堂热潮的出现，部分原因是地方行政力量的推动，部分原因则是教师盲目使用这种教学模式[4]。这种教学模式到底“效果如何”“适合什么样的教学情境”“是不是适合于所有的学科、学段与知识类型”等问题已经成为当前政策制定者和一线教育工作者迫切需要解答的困惑。针对这一现实问题，本研究采用元分析方法（Meta-Analysis），通过对已有研究的系统定量分析，探究翻转课堂对学生学习效果到底有怎样的影响，对不同学段、不同学科、不同知识类型下学生的学习效果有何影响，从而进一步揭示什么情境下更适合采用翻转课堂教学模式，以期为当前翻转课堂教学模式的应用与进一步发展提供参考。
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文献综述
关于翻转课堂对学生学习效果的影响，当前研究中存在以下三种结论：（1）相比传统课堂教学，翻转课堂教学能够显著提高学生的学习成绩；（2）在概念原理等理论知识的传授上，传统课堂教学效果显著优于翻转课堂；（3）翻转课堂和传统课堂对提高学生的学习成绩无显著差异。
1.翻转课堂显著优于传统课堂
不少学者认为翻转课堂能够显著提高学生的学习效果，并进行了相应的实证研究。Thai等人以本科二年级的“无脊椎动物学”课程为例，进行了实验研究。45名被试随机分配到实验组（23人）与控制组（22人）进行学习，实验结束后，对两组学生的学习效果进行测验，结果表明，采用翻转课堂教学方式的学生测试成绩显著高于传统课堂教学组[5]。Kostaris等人的研究也支持上述观点，研究者选取中学“信息与通信技术”课程进行准实验研究，实验组（23人）和控制组（22人），8周后测试学生对计算机硬件组件和它们之间的相互关系、基本的软件设计原则以及信息处理等知识点的掌握情况，结果表明，翻转课堂能够显著提高学生的学习成绩[6]。国内学者邢磊等人对“大学物理”课程的两个平行班分别施与翻转教学和传统教学，研究发现，采用翻转课堂教学的班级分数提高的幅度显著高于采用传统教学的班级，效应值为0.68[7]。
2.传统课堂显著优于翻转课堂
也有部分学者认为传统课堂在某些知识点的教学上显著优于翻转课堂。国内学者马秀麟等人将翻转课堂教学模式应用于“大学信息技术”课程，测试学生在“计算机常识”“Win应用”“文字处理”和“网络应用”模块的学习成绩，研究发现，在“计算机常识”模块，传统课堂组学生的成绩高于翻转课堂组，说明在强调知识和概念的“计算机常识”模块，传统教学模式的效果优于翻转课堂[8]。同样支持此观点的还有何文涛的研究，他选取河南师范大学软件职业技术学院的两个平行班作为实验班（30人）和控制班（30人），在“C语言程序设计”这门课上开展翻转课堂教学实验研究，测试“C语言知识概念”“分析程序”“调试程序”和“编写程序”模块学生的学习成绩，研究结果表明，在“C语言知识概念”模块，传统课堂组学生的学习成绩高于翻转课堂组，说明在强调概念知识方面，翻转课堂不如传统课堂效果好[9]。国外学者Su-Young等人选取参加“大学生英语语法与写作”两个班的学生为实验对象，其中实验组24人，控制组26人，实验持续15周，期末对两个班学生的考试成绩进行独立样本t检验，研究发现，采用翻转课堂教学组的学生后测成绩低于前测，而传统教学组的学生成绩提高且达到统计意义上的显著水平，说明翻转课堂在“大学英语语法与写作”课程上的整体教学效果不如传统课堂好[10]。
3.翻转课堂和传统课堂无差异
还有部分研究发现二者对学习效果的影响并无显著差异。Dahlke&Ojennus在“大学生物化学”这门课程上，选取两个平行班分别采用翻转课堂教学（25人）和传统课堂教学（29人），期末成绩显示两种教学方式对学生学习成绩的提高并无显著差异[11]。Smallhorn将翻转课堂教学应用于“大学生物”课程之中，选取遗传学、进化和生物多样性这一核心知识点进行讲解，实验结果显示，翻转课堂提高了学生的参与度和积极的学习态度，但是对学习成绩并没有显著提高[12]。Aidinopoulou&Sampson选取49名11岁的学生，将其分为实验组和控制组，讲授历史内容，测试学生的记忆成绩，结论表明，翻转课堂与传统课堂在提高学生对历史内容记忆的成绩上并无差异[13]。
由此可见，对于翻转课堂是否能够显著提高学生的学习成绩这一问题，迄今为止尚未达成统一的结论。鉴于此，本研究试图探究以下问题：与传统教学模式相比，翻转课堂教学是否因其关注知识内化等先进理念而更有助于提高学生的学习效果？如果答案是肯定的，那么有效应用翻转课堂教学的条件有哪些？其影响效果是否在不同学段、不同学科以及不同学习内容上具有同样的适用性？针对以上问题，我们通过查阅检索大量文献，采用元分析方法对国内外37个实验和准实验进行分析探讨，研究了翻转课堂对学生学习效果的整体影响，以及对不同学科、学段以及知识类型学习效果的影响，从而进一步揭示了有效应用翻转课堂教学的条件，并给出了改善翻转课堂应用成效的建议。
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研究方法与过程
元分析（meta-analysis）是由英国教育心理学家Gene V.Glass首次提出的，它是对以往的研究结果进行系统定量综合的统计学方法[14]。对于相同研究主题，由于研究对象、经费、各种环境因素影响以及研究者本身等原因，往往会出现结论不一致的情况，而传统描述性文献综述多是述而不评，不能对这些研究结论进行定量的综合分析[15]。元分析方法则弥补了这一不足之处，它将多个具有相同研究主题的研究进行定量综合分析，其基本流程为：提出问题、全面检索相关研究文献、制定严格的纳入和排除标准、描述基本信息、定量统计分析。鉴于当前翻转课堂与传统课堂对学习效果影响的实证研究较多，且各研究结论不一，故本研究采用元分析方法对其进行定量综合分析。
（一）文献检索与筛选
对于中文文献的检索，选取CNKI全文数据库进行精确检索，主题词设置为“翻转课堂”或“反转课堂”或“颠倒课堂”并含“实证研究”或“实验研究”，出于代表性和可靠性的考虑，期刊来源只选定了核心期刊和CSSCI，包括：《电化教育研究》《远程教育杂志》《开放教育研究》《中国医学教育技术》《复旦教育论坛》《语言教学与研究》等，同时，将检索时间限定为2007年~2017年，共检索到中文文献76篇。对于外文文献的检索，选取Web of Science、Elsevier Science Direct、ERIC、JSTOR这几个主要的数据库进行精确检索，以“flipped classroom”“flipped learning”“inverted classroom”“flipped instruction”并含“learning outcomes”“learning achievement”“academic performance”为主题词进行搜索，检索时间限定为2007年~2017年，共检索到英文文献185篇。
由于检索到的文献并不全部符合要求，需要对文献进行筛选，纳入文献的标准如下：（1）研究为实验研究或者准实验研究，综述性文章及理论性文章被排除；（2）本文研究的是翻转课堂的学习效果，故文章中应报告学习效果指标（学习成绩或作品评价），无学习效果的文章被排除；（3）本文要对比翻转课堂和传统课堂对学习效果的影响，故文献应有实验组和控制组，无对照组的文献被排除；（4）文献中提供了充分的数据能够计算出实验效应值，无法计算出效应值的文献被排除，提供的数据具备以下条件之一即可计算出效应值：（a）实验组和控制组的平均值Mean、标准差SD和样本量N；（b）实验组和控制组的平均值Mean、t值和样本量N；（c）实验组和控制组的平均值Mean、p值和样本量N；（d）实验组与控制组的均值差Difference in means、共同标准差Common SD和样本量N；（5）重复的文献被排除，若同一篇文献在不同的期刊，或以不同形式发表，只取其中之一。样本筛选完成后，共纳入符合标准的文献37篇，其中中文文献14篇，英文文献23篇。
（二）文献编码
文献检索筛选完成之后，为了方便后期进行分析统计以及计算效应值，本文对参与计算的原始文献的各项特征值进行编码，统计了文献作者、年份、学科、样本量、学段和知识类型，原始文献编码信息见表1。本研究将学段分为小学、中学和大学三个阶段；将学科分为文科和理科，对于既不能列为文科又不能列为理科的学科设为其他，如多媒体课件设计与制作、二维动画、网页制作等；将知识类型分为理论类、实践类，理论类大多讲授概念、规则、事实和原理等知识，通过试卷来考查学生对所学知识的掌握程度，试卷由选择、填空、判断、计算和简答等题型构成，题目多为客观题，有明确的答案，而实践类大多讲授技能、经验和操作过程等知识，重在考查学生将所学知识运用到实践中的能力，测试类型一般为作品展示或者上机操作。
表1文献编码信息
注：T代表实验组人数，C代表控制组人数
（三）效应值的计算
效应值是衡量实验效应强度或者变量关联强度的指标，它不受样本容量大小的影响（或者影响很小）[16]。每个研究都可以得出一个或多个独立的效应值，在医学领域中常用RD、OR、RR、RRR、ARR、NNT等作为研究的效应值，而教育学中的效应值按其统计意义可以分成差异类、相关类和组重叠三类，其中差异类效应值一般用于实验研究中比较两组或多组的均值，包括Cohen&apos；s d、Glass&apos；和Hedges&apos；s g。在研究样本量较大的情况下，Cohen&apos；s d值、Glass&apos；值和Hedges&apos；s g值三种效应值几乎没有差别，但是，对于小样本研究，Cohen&apos；s d会严重高估效应值[16]，因此，Hedges和Olkin提出用标准化均数差（d）乘以校正因子（J）来校正d值，这便是Hedges&apos；s g值[17]。由于本研究的样本量和研究数量较小，故采用Hedges&apos；s g（以下简称g值）作为最终效应值。
效应量g值计算步骤为：先计算标准化均数差（d），再乘以校正因子（J），其计算公式如下：
式（2）中，M1为实验组（翻转课堂教学）的平均数，M2为控制组（传统课堂教学）的平均数，S为合并标准差。
式（3）中，n1为实验组样本量，n2为控制组样本量，S1为实验组标准差，S2为控制组标准差，S为合并标准差。
本研究中效应值的计算使用的是Comprehensive Meta-Analysis 2.0软件。
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结果分析与讨论
（一）翻转课堂教学对学习效果的整体影响
37篇文献中有3篇文献同时报告了理论类和实践类的实验结果，对这类研究可以得出两个独立的效应值，因此最终得到40个效应值参与分析，表2显示了各样本的效应值。
根据元分析的统计原理，只有具有较好同质性的资料才能进行合并，因此，需要对多个研究的结果进行异质性检验，以便根据异质性分析结果选择适当的效应模型。当研究的异质性较大时，采用随机效应模型进行分析；当研究的异质性较小时，采用固定效应模型进行分析。
异质性检验常用的方法为Q检验和I2检验。Q检验的检验水准通常设定为=0.10，当p<0.10时，研究间存在异质性。Q统计量的计算公式如下：
式（6）中i为第i个研究的效应值（本研究为g值），i为所有研究的平均效应值，sei为第i个研究的标准误。
I2统计量反映异质性部分在效应值总的变异中所占的比重，I2的取值在0~100之间，I2值越大，异质性越大。当0<I2<40时，存在低度异质性；当40<I2<60时，存在中度异质性；当60<I2<75时，存在较大异质性；当75<I2<100时，存在很大异质性。I2的计算公式如下：
式（7）中，Q为异质性检验的卡方值，K为纳入元分析的研究个数[14]。
表3为37项研究的合并效应值，样本异质性检验结果显示，Q=162.382，P=0.000<0.10，I2=75.983，说明样本间存在较大的异质性，故应选用随机效应模型进行分析。
表3翻转课堂对学生学习效果的影响
从表3的随机效应模型可以看出，翻转课堂的合并效应值为0.373，且达到了统计学显著水平（P<0.001），这说明翻转课堂对学生的学习效果具有正向的积极影响。根据Cohen提出的效应值大小标准，当效应值ES<0.2时，为小效应；当0.2<ES<0.8时，为中等效应，当ES>0.8时，为大效应[18]，由此可见，翻转课堂对提高学生学习效果有中等程度的积极影响。
（二）翻转课堂对不同学段学习效果的影响
为了进一步探究翻转课堂对不同学段学生学习效果的影响，我们将纳入的文献按照学段分为大学、中学和小学三组进行分析，各组合并效应值见表4。大学的合并效应值为0.351，中学为0.471，小学为0.294，且三者的合并效应值均达到统计显著水平，其中大学和中学在0.001水平下显著（P<0.001），小学在0.01水平下显著（P<0.01），说明翻转课堂对三个阶段学生的学习效果都具有中等程度的积极影响，对小学阶段学生的学习效果影响稍弱，其原因可能是由于小学生的自主学习能力还比较弱，在没有教师监督的情况下自觉性较差，无法很好地完成课前知识的学习，导致课上知识内化部分效果较差。从组间效应来看，QBET=1.880，p=0.391>0.05，说明翻转课堂对不同学段学生学习效果的影响不存在显著差异。
表4翻转课堂对不同学段学习效果的影响
（三）翻转课堂对不同学科学习效果的影响
不同学科具有其各自的学科特点，例如理科课程知识点明确，教师往往只需要讲清楚公式的运用、计算过程的推导或者实验流程及原理等，而文科课程涉及的相关知识面较广，往往需要教师通过多种手段来调动学生的情感，引发学生思考，类似网页设计等其他课程则需要学生具备良好的审美能力和创新能力才能做出好的作品。那么翻转课堂是否适应所有学科呢？对不同学科是否有同样的影响呢？为了解决这一问题，本研究将纳入文献分为理科、文科和其他三类，分析结果见表5。理科的合并效应值为0.390，文科为0.278，其他为0.417，三者的合并效应值均达到统计显著水平，其中理科在0.001水平下显著（P<0.001），文科在0.05水平下显著（P<0.05），其他在0.01水平下显著（P<0.01），说明翻转课堂对不同学科均具有中等程度的积极影响。组间效应值QBET=0.694，p=0.707>0.05，说明翻转课堂对不同学科学习效果的影响不存在显著差异。换句话说，虽然不同学科有自己的学科特点，但是翻转课堂对其影响是差不多的。
表5翻转课堂对不同学科学习效果的影响
（四）翻转课堂对不同知识类型学习效果的影响
本研究同时还探讨了翻转课堂对不同知识类型学习效果的影响，分析结果见表6。理论类知识的合并效应值为0.274，实践类知识为0.618，且理论和实践类均在0.001水平下显著（P<0.001）。从组间效应来看，QBET=4.821，p=0.028<0.05，说明翻转课堂对不同知识类型学习效果的影响存在显著性差异，具体来看，翻转课堂对实践操作类课程的学习效果影响更大，对理论类课程的作用较小。进一步分析文献发现，实践类课程大多为作品设计类或者实验探究类，对于这类操作性比较强的课程，需要更多的时间来练习所学知识。传统的教学方式将大量的时间用于课堂理论或操作步骤的讲解，留给学生进行实际操作的时间很少，导致学生没有时间及时的练习从而获得反馈，而翻转课堂将理论知识与操作步骤放在课前，采取任务驱动式教学模式，将课上的时间更多地用于学生进行实践操作、解决疑难、合作交流、小组互评、教师评价等，课上这些活动能够更好地帮助学生认识到自己的不足，从而及时加以改进，提高学习效果。而理论类课程涉及一些基本概念、原理的讲解，这些知识是学习后续课程的基础，翻转课堂对理论类课程学习效果的提升作用不大，原因可能是学生在课前知识学习的时候，没有将基本的概念、原理理解透彻，甚至出现偏差。
（五）发表偏倚检验
偏倚（bias）又称系统误差（systematic error），指的是研究的结果或推论值与真实值之间的偏差。在社会科学研究领域，普遍存在报告偏倚，只有正确的评价了报告偏倚的程度，才能尽可能减小其对元分析结果的影响，因此评价报告偏倚是不可缺少的。由于本研究的样本量较少，故采取定性的漏斗图和定量的Begg&apos；s检验来检测发表偏倚。
漏斗图的特点是比较直观，研究者可以通过目测来判断研究结果是否存在偏倚，但是仅凭研究者的目测可能会存在差异。Begg秩相关法是用秩相关检验定量识别偏倚的办法（简称Begg&apos；s检验），其检验同样适合小样本研究，若Z>1.96，P<0.05，则存在偏倚，若Z<1.96，P>0.05，则不存在偏倚[14]。
从图1可以看出，漏斗图上的点基本围绕合并效应值0.373对称散开，初步显示不存在发表偏倚。Begg&apos；s检验结果显示Z=1.212<1.96，P=0.226>0.05，说明不存在发表偏倚，因此本研究得到的合并效应值是比较稳健的。
图1翻转课堂学习效果漏斗图
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总结
通过以上研究发现，总体上，翻转课堂对提高学生学习效果具有中等程度的积极影响。翻转课堂对不同学段学习效果的影响不存在显著差异，对小学生学习效果的提升稍弱，其可能的解释为小学生年龄小、自制力弱，因此，翻转课堂在小学阶段的设计与实施需要采取更加合理的模式。翻转课堂对不同学科学习效果的影响不存在显著差异，目前，翻转课堂在理科教学上的实践较多，而文科课程较少，这是由于文科课程需要师生之间、生生之间、学生与作者之间发生情感的交流，因此，文科课程实施翻转课堂需要教师进行更加完善的设计，才有助于学生学习效果的提升，这对于文科课程的教师而言也是一个挑战。从知识类型上看，翻转课堂对实践类课程学习效果的提升更大，对理论类课程作用较小，因此，实践操作性较强的课程更加适合采用翻转课堂教学模式。可见，翻转课堂教学并非适用于所有的课程、课堂，不能盲目地应用，而应该根据不同学段学生的特点、不同学科不同知识点的特征等进行科学合理的设计，在具体研究和应用中还应该从以下几个方面着手逐步完善翻转课堂教学。
1.强化学生自主学习能力的培养
翻转课堂对小学阶段学习效果影响不显著，很大程度上是由于小学生的自主学习能力较弱。翻转课堂教学对自主学习能力有着较高的要求，而自主学习能力的培养是一个从自我管理学习能力的训练、学习心理的转变到自主学习行为形成的过程[19]。对于小学阶段的学生而言，其元认知监控能力还不成熟，此时需要教师、家长以及学生的多方参与，提高其自主学习能力。借助智能诊断系统以及课前知识点线上测验，教师可对学生课前知识点的学习情况进行监控和了解，以便在课堂上有针对性地指导和讲解。课前知识点的学习要考虑整体学生的最近发展区，减轻学生的心理负担，让学生获得自我效能感、维持学习动机，促进自主学习行为的形成。
2.实践并研究适合不同学科的翻转模式
就翻转课堂目前的教育实践应用而言，对于数学、物理、化学这类抽象的、逻辑清晰的理科教学，翻转课堂具有较为明显的优势，而语文、历史等文科课程，翻转课堂的实施效果不太明显。其可能的解释为：文科课程更需要通过营造良好的情境，促进学生情感的交流，进行思想的交流碰撞，从而培养学生的人文情怀。在这种情况下，教师可通过设计小组角色扮演、成果展示、学习体会心得交流、采用过程性评价考核等方式，实践并研究针对文科课程的翻转模式，提升文科课程的教学效果。
3.根据知识内容特征进行适宜翻转
尽管翻转课堂对提高学生学习效果具有中等程度的积极影响，但是并非所有课程、所有知识点都适合翻转，在设计翻转时要考虑不同学科、不同知识点的特征进行适宜翻转。例如，不同类型的知识点在设计翻转时应当有所差异，理论类知识课前可以设计更多背景性的先行组织者类的知识，重难点还需要在课堂上进行内化和讲解，而实践类知识则可以将操作性的知识全部安排在课前，课堂上则侧重进行更深层次的技巧的学习，设计有针对性、能够充分发挥学生主观能动性和创造性的探究活动，使翻转课堂教学与知识类型恰当融合。
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作者简介：
李彤彤（1985—），女，山东肥城人。天津师范大学教育科学学院，讲师，博士，主要从事数字化学习环境设计研究。E-mail：sdltt@126.com。
庞丽，天津师范大学教育科学学院。
王志军，天津师范大学教育科学学院。
基金项目：国家社会科学基金教育学一般课题“信息化教育资源优化设计的语言工具：‘多媒体画面语言学’创新性理论与应用研究”（项目编号：BCA170079）。
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