Clicker 在创建互动课堂和研究性教学中的应用 www.bjtu.edu.cn

北京交通大学 理学院 蔡天芳

教育信息化在宏观层面上 (音视频远程教学、在线教学、在线离线辅导、网络化教学管理等 )已经发挥了重要的作用并已相当成熟了，而在微观层面，例如课堂教学还只停留在 PPT 、动画等多媒体利用等低层次的应用。

教育技术的新的一种手段 -----课堂应答系统（ CRS） 1

课堂应答系统 Classroom Response System /Voting machine/Clicker 是一套多媒体互动教学方法。教师可以从大班学生回答问题的即时反馈信息（而不是个别提问学生的反馈信息）了解学生的学习状态，以便更好地进行师生互动，以及调整教学状态 .

CRS 的硬件和软件

①存储的数据既包含个体信息，又包含群体信息； ②比试卷测试反馈更及时；③比个别提问更高效；④比考试成绩包含的信息更丰富。

示例：

CRS 为互动课堂、同侪教学（ Peer instruction) 提供技术支持课堂应答系统 (CRS) 的发展在国外已经超过十年，大量的文献报道了结合 Clicker 的课堂教学对学生学习的热情、对知识的理解和掌握以及学生建构新知识之后的成就感都产生了正面的影响。为什么只是单纯地使用这样一个应答系统，就可以提高学生的学习成就呢？这其中最为关键的是：遵循探究式教学策略设计好的应答问题，为学生自主探索知识提供了可以讨论探索的平台。 每一个问题对学生而言都是一个小小的探索过程

课堂应答系统（ CRS）在国外课堂教学中的应用及发展历史2

在美国，包括哈佛大学、西北大学、俄亥俄州立大学、普渡大学、华盛顿大学等世界一流大学在内，已经超过 7 百所大学以及为数众多的中小学在教室中使用 CRS 系统，普遍提升教学品质与学习效率。

OSU 的课堂应答系统研究——题目开发过程A.三题序列（ easy-hard-hard ） 小题热身 － 难题挑战 －学生讨论－ 老师讲解 － 难题检验B.四题以上序列 (rapid-fire)

难度适中，紧靠概念，随时讨论，老师讲解， 多重检验

7

OSU 的课堂应答系统研究——效果评估的几种方式①期末考试

效果直观，节约时间②检验工具评估（ FCI,MBT,BEMA 国外物理教育研究中非常流行的工具）有针对性检验工具的开发

③学生自我评估• 增加学生对研究的参与度

①学生对课堂应答系统的态度调查（赞同度从－ 2到＋ 2 ）

Statement Average

“I like using voting machines.” +1.51“Voting machines helped me understand lectures better.” +1.38

“I would recommend using voting machines in all future introductory physics courses.”

+1.36

“I will avoid classes using voting machines in the future.” -1.30

OSU 研究成果：

②使用 clicker 与使用传统教学法学生成绩增长的对比：

Normalized GainsNon-Clicker 20~25%Clicker 29~40%

xy

xxy

xyxxy

yx0

01),( g

测评工具： FCI,BEMA ，学生参加前测 pre-test,后测（ Post-test)

学生人数： N=2000

测量周期：三个学期

归一化增益定义 Normalized Gains ：x,y分别代表前测与后测的分值百分比

QUESTIONS Clicker section

Non-clicker section Scaled gain

Fall(20 questions)

14.43 12.80 23%

Winter (16 questions)

10.82 8.96 26%

Spring(19 questions)

11.90 9.82 23%

correctnonclickrquestionstotalcorrectnonclickrcorrectclickrgainscaled

测评工具：统一的期末考试中选择题部分的分数。学生参加统一的期末考试，比较得分率。学生人数： N=2000

测量周期：三个学期

Gai n f or f emal e and mal e students

02468

1012

1 2 3 4 5 6

Femal eMal e

Fall Winter Spring Fall Winter Spring

CRS class Non-CRS class

“matched” M F

CRS 271 46

Non-CRS 300 67

③Clicker 对男女生的帮助程度不同

此图说明三个问题：1. Clicker 在总体上对学生有帮助。2. Clicker 对男女生的帮助程度不同，对女生的帮助效果总体上来说比对男生的帮助效果要明显；在非 CRS班级，女生的表现总体来说略逊于男生，而在 CRS 班级，女生和男生的表现基本持平。3. Clicker 在不同班级起到的效果不同，如秋季学期，对男生女生都有显著帮助，而春季学期只对女生有显著帮助。这可能与教授的个人风格、交流习惯有关系。在国外女生的物理成绩普遍相对男生比较低，因此由于 clicker 的使用可以更好地帮助学起来比较困难的女生，这在美国引起广泛的重视。

北交大学首次将Clicker 引入互动课堂的教学研究3

实验班级学生背景：有多少学生，学生的层次如何，多少考分，那些地区的考生等等（说明分级情况）教学策略：如何利用 clicker 充分体现互动，如何充分利用调动学生的积极性。细致到：每堂课用还是偶尔用？内容完成后用还是边讲边用等等构建题库方法论：基于国内外教学内容的不同，教学目标的不同，对 CRS题库的构建的方法，设计策略也应有所不同。借鉴N.W.Reay, Pengfei Li, Lei Bao等提出的试题设计方法重新构建适合国情的新的设计原则。学生接受的程度：展示学生态度表，以及学生感言教学成效：以某系列的题目学生课堂反馈答题的结果展示数据图，以及评价体系的结果，期末结果

①学生对课堂应答系统的态度调查（ 2009 年春季）教学成效：

B 班学生评价 非常赞同 赞同 中立 不赞同 非常不赞同我喜欢用 Clicker 44% 20% 25% 9% 2%

Clicker能帮助我更好地理解课堂内容 39% 21% 25% 13% 2%

我会推荐别的同学和老师在将来在物理课堂中使用 Clicker

25& 33% 20% 16% 6%

②使用 clicker 与使用传统教学法学生成绩增长的对比：测评工具： BEMA ，学生参加前测 pre-test, 后测（ Post-test)测量周期：一个学期对比班级： 2009 年春季 B 班（使用 clicker)

2007 年春季 A 班（传统教学方法）教师：同一人。

Teacher Class Tool Number Normalize Gain

Cai No-clicker BEMA 88 21.74%Cai clicker BEMA 97 26.19%

测评工具：统一的期末考试中选择题部分的分数。学生参加统一的期末考试，比较得分率。测量周期：一个学期对比班级： 2009 年春季 B 班（使用 clicker)

2009 年春季 B 班（传统教学方法）教师：不同的两个人。Teacher Class Tool Number MEAN Scaled GainYang NO-clicker 期末统一试卷 120 55.98 Cai Clicker 期末统一试卷 126 59.95 9.02%

接下来我们可以细致分析一下，互动课堂，学生使用clicker学习，到底对那些学生人群更有效呢？

思考一：在这样的互动课堂中，该教学方法对哪些程度的学生人群会最有效？我们可以猜测一下：A.程度非常差的学生；B.程度比较差的学生；C.程度中等的学生；D.程度较好的学生；E.程度非常好的学生；F.A,B

G.B,C,D

H.以上都不对 已投票： 00%0%0%0%0%0%0%0%

A B C D E F G H

25.93%

38.29% 38.55%

28%

35%33%

0%2%4%6%8%

10%12%14%16%18%20%22%24%26%28%30%32%34%36%38%40%42%44%46%

pre<30分 pre=30-39分 pre=40-44分

clicker班级归一化增益 NO-clicker班级归一化增益

在学生前测分在 40-44 分段，即学生程度属于比较差的这一阶段采用互动教学法比传统教学法学生的成绩增益高了近 6个百分点。我们预测对于程度再高一点的学生可能该教学法更加有效。

N=17人N=22人

N=48人N=68人 N=68人

N=36人

0.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.500.550.600.650.70

pre<30分 pre=30-39分 pre=40-44分

Clicker班级前测均分 clicker班后测均分

No-clicker班级前测均分 No-clicker班级后测均分

就两个 B班总体而言，采用互动教学法比采用传统教学法学生的成绩增益高了近 3个百分点。我们相信随着实践经验的积累，我们会有更好的成绩！

思考 2 ：课堂上学生使用 Clicker 的程度是不同的，有的学生利用它回答问题多，有的少。按照学生的使用率我们可以得到一个正态分布如图所示。我们可以猜测一下： clicker 的使用率对学生成绩增长A.有正影响B.有负影响C.没有影响

已投票： 0

0%0%0%

1 2 3

Cl i cker使用率人数分布

0.00%

5.00%

10.00%

15.00%

20.00%

25.00%

0.00%

10.00%

20.00%

30.00%

40.00%

50.00%

60.00%

70.00%

Clicker 使用率的人数百分比分布Clicker 使用率对学生成绩归一化增益的影响

前测（ pre-test)----学校统一分级试卷后测 (post-test)-----学校统一期末试卷 人数 百分比 Pre-

Mean Post-Mean N-Gainclicker使用率 <10% 0 0.00% 0clicker使用率 10%-20% 1 0.79% 0clicker使用率 20%-30% 8 6.35% 35.75 48.13 19.26%clicker使用率 30%-40% 12 9.52% 36.83 43.42 10.42%clicker使用率 40%-50% 15 11.90% 36.40 53.73 27.25%clicker使用率 50%-60% 21 16.67% 36.19 56.24 31.42%clicker使用率 60%-70% 23 18.25% 37.04 61.74 39.23%clicker使用率 70%-80% 27 21.43% 37.63 68.59 49.64%clicker使用率 80%-90% 16 12.70% 37.38 68.13 49.10%clicker使用率 90%-100% 3 2.38% 40.00 78.00 63.33%

总计 126 37.00 59.95 36.43%

有 23 个人在一个学期里使用clicker 的程度约为 60%-70% ，意即，如果一个学期有 100 个概念题，他们参与回答了 60-70 题

这 23 人在前测考试中的平均分为 37.04 分这 23 人在后测考试中的平均分为 61.74 分

相关系数 =0.96---两者有高相关度！

人数 百分比 Pre-Mean Post-Mean N-Gain

clicker使用率 <10% 0 0.00% 0clicker使用率 10%-20% 1 0.79% 0clicker使用率 20%-30% 8 6.35% 35.75 48.13 19.26%clicker使用率 30%-40% 12 9.52% 36.83 43.42 10.42%clicker使用率 40%-50% 15 11.90% 36.40 53.73 27.25%clicker使用率 50%-60% 21 16.67% 36.19 56.24 31.42%clicker使用率 60%-70% 23 18.25% 37.04 61.74 39.23%clicker使用率 70%-80% 27 21.43% 37.63 68.59 49.64%clicker使用率 80%-90% 16 12.70% 37.38 68.13 49.10%clicker使用率 90%-100% 3 2.38% 40.00 78.00 63.33%

总计 126 37.00 59.95 36.43%

相关系数 =0.96-------clicker 的使用率与学生成绩的归一化增长有高相关度！

思考 3 ：国外的研究表明： Clicker 对男女生的帮助程度不同，对女生的帮助效果总体上来说比对男生的帮助效果要明显 .我们可以猜测一下：对中国的学生会是怎样呢？A.clicker 对男女生的帮助程度相同B.和国外一样：对女生的帮助效果总体上来说比对男生的帮助效果要明显 .

C.与国外正好相反：对男生的帮助效果总体上来说比对女生的帮助效果要明显 .已投票： 0

0%0%0%

1 2 3

35.72%37.86%

27.53%

40.65%

0%

4%

8%12%

16%

20%

24%28%

32%

36%

40%44%

48%

Male Female

cl i cker班级男女生成绩归一化增益

No- cl i cker班级男女生成绩增长

初步数据表明： Clicker 对男女生的帮助程度不同，与国外相反，对男生的帮助效果总体上来说比对女生的帮助效果要明显 .

Thank you!