同伴教學(xué)法在物理教學(xué)中的研究與應(yīng)用

馮麗霞　馮秀梅

[摘要]本文首先介紹了同伴教學(xué)法，而后結(jié)合自身教學(xué)經(jīng)歷闡明其教育意義和對(duì)學(xué)生的促進(jìn)作用。并綜述了PI教學(xué)法的應(yīng)用狀況和相關(guān)研究成果。

[關(guān)鍵詞]同伴教學(xué)法 物理教學(xué) 傳統(tǒng)教學(xué)法

[中圖分類號(hào)]G424 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1005-5843（2013）04-0139-03

[作者簡(jiǎn)介]馮麗霞，馮秀梅，華中師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（湖北武漢430079）

教育研究表明，教學(xué)方法和教學(xué)模式改革比教學(xué)內(nèi)容改革對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)有更重要的意義，而且合作、互動(dòng)的學(xué)習(xí)方式對(duì)建構(gòu)知識(shí)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力非常有效。為促進(jìn)學(xué)生有效地學(xué)習(xí)，教育研究者設(shè)計(jì)出了許多合作、互動(dòng)的教學(xué)方法。在我國(guó)很多高等學(xué)校的課堂教學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)中都包含合作和互動(dòng)的內(nèi)容，許多教師也意識(shí)到課堂互動(dòng)和學(xué)生之間的合作學(xué)習(xí)在建構(gòu)知識(shí)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力方面的積極作用。但是，目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)基礎(chǔ)課還是以講授為主，其原因是這些課程一般都是學(xué)生人數(shù)在60以上的大班課程，合作、互動(dòng)的教學(xué)方法在這樣的大班課堂教學(xué)過(guò)程中似乎很難找到真正有效的實(shí)施策略。因此，教師需要一個(gè)輔助系統(tǒng)來(lái)提高學(xué)識(shí)，同時(shí)提供更好的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，以在大班課堂教學(xué)中實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、師生互動(dòng)、生生互動(dòng)的教學(xué)目的。

一、同伴教學(xué)法簡(jiǎn)介

同伴教學(xué)（Peer Instruction，以下簡(jiǎn)稱PI）是由哈佛大學(xué)著名教授馬祖爾（Eric Mazur）創(chuàng)立的，使用專門設(shè)計(jì)的用于揭示學(xué)生錯(cuò)誤概念和引導(dǎo)學(xué)生深入探究的概念測(cè)試題，借助計(jì)算機(jī)投票系統(tǒng)，組織大班課堂教學(xué)，變傳統(tǒng)單一的講授為基于問(wèn)題的自主學(xué)習(xí)和協(xié)作探究的教學(xué)方法。它有效地改變了傳統(tǒng)課堂教學(xué)手段、教學(xué)模式，在大班課堂教學(xué)中營(yíng)造一個(gè)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、生生互動(dòng)、師生互動(dòng)的教學(xué)環(huán)境。

哈佛大學(xué)PI教學(xué)法的提出、實(shí)踐、改進(jìn)和得出初步研究結(jié)論歷經(jīng)了十年之久，后續(xù)研究一直在持續(xù)進(jìn)行。哈佛大學(xué)PI教學(xué)法研究在十年間三次獲得美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金的支持，相關(guān)研究的文章：Farewell，lecture發(fā)表在《科學(xué)》（science）雜志的教育論壇欄目上，引起世界的廣泛關(guān)注。對(duì)PI教學(xué)的系統(tǒng)總結(jié)工作《同伴教學(xué)法——大學(xué)物理教學(xué)指南》（Peer Instruction-A User's Manual）已經(jīng)出版發(fā)行，并在2011年由機(jī)械工業(yè)出版社組織翻譯出版。

傳統(tǒng)講授式教學(xué)法通常以教科書(shū)或教師教案的內(nèi)容順序組織一節(jié)課的教學(xué)，課后讓學(xué)生進(jìn)行復(fù)習(xí)和練習(xí)。而PI教學(xué)法則首先要求學(xué)生在上課前預(yù)習(xí)，回答兩個(gè)與預(yù)習(xí)內(nèi)容有關(guān)的問(wèn)題，并指出自己認(rèn)為難以理解的部分。然后在正式上課時(shí)將一節(jié)課（以一個(gè)半小時(shí)計(jì)）分成幾個(gè)小單元，每個(gè)單元圍繞一個(gè)關(guān)鍵物理概念進(jìn)行設(shè)計(jì)，教師在對(duì)關(guān)鍵概念進(jìn)行精要闡述后，給出一個(gè)個(gè)概念測(cè)試題，并以此為核心組織教學(xué)。概念測(cè)試題是專門為課程設(shè)計(jì)的、用于揭示學(xué)生的錯(cuò)誤概念和引導(dǎo)學(xué)生深入探究的測(cè)試題，一般是多項(xiàng)選擇題和判斷題。這些概念測(cè)試題主要針對(duì)單個(gè)概念，不依靠公式即可解，有適當(dāng)?shù)亩囗?xiàng)選擇的答案，題意明確，難度適中。

二、同伴教學(xué)法流程

概念測(cè)試題教學(xué)常規(guī)時(shí)間安排如下：（1）提出問(wèn)題1分鐘；（2）給時(shí)間讓學(xué)生思考1分鐘；（3）學(xué)生提交自己的答案（任選的）；（4）學(xué)生說(shuō)服同伴（同伴教學(xué)法）1-2分鐘；（5）學(xué)生提交修改的答案（任選的）；（6）反饋給教師：答案的得分情況；（7）講解正確答案2分多鐘。概念測(cè)試題教學(xué)在同伴教學(xué)中大約占用了課堂教學(xué)時(shí)間的1/3。下面應(yīng)用一個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明如何實(shí)施同伴教學(xué)。

例：一個(gè)恒定的力作用于初始靜止在氣墊導(dǎo)軌的小車上。小車和導(dǎo)軌之間的摩擦力忽略不計(jì)。力作用了一段時(shí)間后，小車得到一個(gè)確定的最終速度。問(wèn)：如果改用一半大小的作用力施加在該小車上，為了達(dá)到相同大小的最終速度，這個(gè)力作用在小車的時(shí)間相當(dāng)于原先作用時(shí)間的多少？（1）4倍長(zhǎng)；（2）2倍長(zhǎng)；（3）相同長(zhǎng)；（4）一半長(zhǎng)；（5）1/4長(zhǎng)。選項(xiàng)（2）是正確的。討論之前（之后）的回答統(tǒng)計(jì)：（1）16%（5%），（2）65%（83%），（3）19%（12%）。討論之前（之后）的確定度統(tǒng)計(jì)，相當(dāng)確信：50%（71%）；不十分確信：43%（25%）；僅僅猜測(cè)：7%（4%）。

這道題是選自馬祖爾教授的《同伴教學(xué)法——大學(xué)物理教學(xué)指南》的教學(xué)案例，這是在教師定義了力和質(zhì)量的概念、簡(jiǎn)述了牛頓第二定律后，為了檢測(cè)學(xué)生對(duì)力、加速度和速度之間的關(guān)系是否已經(jīng)清楚而設(shè)計(jì)的。討論之前有65%的同學(xué)理解錯(cuò)誤，這時(shí)需要學(xué)生同伴討論。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)研究表明，當(dāng)錯(cuò)誤的概率在30-70%時(shí)進(jìn)行同伴討論，教學(xué)效果最好，“說(shuō)服同伴”的討論增加了回答正確的人數(shù)，并且增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)自己答案的自信心。但仍有近20%的人在經(jīng)過(guò)討論之后給出了錯(cuò)誤的答案，這需要教師花些時(shí)間來(lái)討論正確答案。馬祖爾教授強(qiáng)調(diào)：在解釋這個(gè)問(wèn)題時(shí)要避免運(yùn)用公式。他的論述如下：力引起了加速度，加速度表明在給定的時(shí)間間隔內(nèi)物體的速度增加多少。因此，如果力只有原先的一半大小，則加速度只有原先的一半大小，這樣，需要作用2倍的時(shí)間來(lái)給小車增加相同的速度。

在這個(gè)過(guò)程中，首先應(yīng)給出一些時(shí)間讓學(xué)生自己思考作答，然后要求他們和同伴討論自己的答案，讓學(xué)生在與同伴的辯論中思考問(wèn)題。同時(shí)，學(xué)生討論前后的作答情況也為師生提供了一個(gè)有效的評(píng)價(jià)學(xué)生理解概念的方法。

三、PI教學(xué)法所取得的成果

1.PI教學(xué)法讓學(xué)生在交互中學(xué)習(xí)

PI教學(xué)法強(qiáng)調(diào)理解，讓學(xué)生積極地參與到教學(xué)過(guò)程中，使物理課更容易被學(xué)生所接受。目前，美國(guó)至少有50位教師已經(jīng)嘗試了同伴教學(xué)法，他們來(lái)自各種不同的學(xué)校：高中、社區(qū)學(xué)院、大的和小的公立學(xué)校等，這些人都報(bào)告了學(xué)生在成績(jī)和理解上的進(jìn)步。PI教學(xué)法堅(jiān)持以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的教學(xué)理念，教師在教學(xué)中精講教學(xué)內(nèi)容中的重點(diǎn)、難點(diǎn)、疑點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)，啟迪學(xué)生的思維，營(yíng)造一個(gè)師生互動(dòng)、生生互動(dòng)和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、引導(dǎo)學(xué)生探究的學(xué)習(xí)環(huán)境。教學(xué)從學(xué)生現(xiàn)有的發(fā)展水平出發(fā)，通過(guò)一些影響學(xué)生認(rèn)知能力的問(wèn)題——概念測(cè)試題不斷激發(fā)他們的主動(dòng)性，引導(dǎo)學(xué)生之間的合作學(xué)習(xí)，獲得新的認(rèn)識(shí)和產(chǎn)生新的思想，達(dá)成思維、情感與意志的和諧發(fā)展。在全世界有許多學(xué)校和教師在不同課程中用PI教學(xué)法。在對(duì)使用這一教學(xué)模式的教師調(diào)查中，有80%的教師表示這個(gè)方法很成功，超過(guò)92%的教師表示會(huì)繼續(xù)改進(jìn)和使用這一方法。

2.PI教學(xué)法在促進(jìn)學(xué)生理解上的作用

哈佛大學(xué)對(duì)PI教學(xué)法的研究表明：PI教學(xué)法在促進(jìn)學(xué)生深入理解物理概念和提高物理計(jì)算能力方面優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)方法。哈佛大學(xué)在大學(xué)物理課程中使用PI教學(xué)法并進(jìn)行了十多年的教學(xué)實(shí)踐，同時(shí)對(duì)這一教學(xué)法進(jìn)行了科學(xué)研究。研究中使用標(biāo)準(zhǔn)化的評(píng)價(jià)工具FCI（Force Concept Inventory）和MBT（Mechanics Baseline）將PI教學(xué)法與傳統(tǒng)教學(xué)法進(jìn)行科學(xué)比較。哈佛大學(xué)的研究數(shù)據(jù)表明：在物理概念的理解、物理定性分析和定量計(jì)算幾個(gè)方面，PI教學(xué)法均優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)法。2000年哈佛大學(xué)Mazur研究組對(duì)在全世界使用PI教學(xué)法的教師進(jìn)行大規(guī)模調(diào)查所獲得的數(shù)據(jù)中，有108名物理教師表示定量測(cè)量過(guò)PI教學(xué)法的有效性，其中81%使用評(píng)價(jià)工具FCI評(píng)價(jià)他們的課程，有11個(gè)學(xué)院和大學(xué)提供了他們的數(shù)據(jù)，共涉及30門課程，匯總數(shù)據(jù)結(jié)果也支持上述結(jié)論。

3.PI教學(xué)法減少了男女生學(xué)習(xí)差異

哈佛大學(xué)Mazur研究組研究了這個(gè)教學(xué)方法在減少物理學(xué)習(xí)中性別差異的作用，研究數(shù)據(jù)表明：PI教學(xué)法構(gòu)建的學(xué)習(xí)環(huán)境對(duì)男生和女生的物理學(xué)習(xí)都有很好的促進(jìn)作用，但女生獲益更多，使用PI教學(xué)法的物理課程，在課程結(jié)束時(shí)男女生學(xué)習(xí)差異比課程開(kāi)始時(shí)減少了。許多研究表明：女生科學(xué)課程分?jǐn)?shù)低于男生，物理課程學(xué)習(xí)中存在男女差異。從1980年起，國(guó)際上開(kāi)始有減少科學(xué)課程學(xué)習(xí)中性別差異的教學(xué)研究，有研究認(rèn)為，女生在互動(dòng)教學(xué)、沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)的氛圍和強(qiáng)調(diào)概念的課程中會(huì)獲益更多，因?yàn)榕敢庠谟懻撝杏谜Z(yǔ)言表達(dá)想法。PI教學(xué)法中討論環(huán)節(jié)正好給了學(xué)生互動(dòng)和解釋觀點(diǎn)的機(jī)會(huì)，適合女生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)。

4.PI教學(xué)法對(duì)學(xué)生其他方面的促進(jìn)作用

文獻(xiàn)調(diào)查結(jié)果表明，PI教學(xué)法應(yīng)用于不同的課程對(duì)學(xué)生的促進(jìn)作用結(jié)果如下：增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能和自信心；促進(jìn)批判性思維、問(wèn)題解決和決策能力的生成及分享經(jīng)驗(yàn)；降低學(xué)習(xí)焦慮；互動(dòng)教學(xué)有利于知識(shí)保持和記憶；提倡從同伴中學(xué)習(xí)，每一個(gè)學(xué)生都是學(xué)習(xí)的主動(dòng)者，學(xué)生在同伴中進(jìn)行意義建構(gòu)、進(jìn)行自我反思，在認(rèn)知和能力方面得到發(fā)展；強(qiáng)調(diào)同伴之間的合作和交流，不僅能促進(jìn)學(xué)生的情感和社會(huì)性的發(fā)展，也能增進(jìn)學(xué)生之間的友誼，從而形成良好的學(xué)校文化；以學(xué)生為中心，教師是學(xué)習(xí)的促進(jìn)者，學(xué)生在沒(méi)有壓力的學(xué)習(xí)環(huán)境中學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)更加主動(dòng)，學(xué)習(xí)積極性更高。

四、實(shí)施PI教學(xué)法的有效措施

1.激勵(lì)學(xué)生課前預(yù)習(xí)

課前閱讀是課前預(yù)習(xí)所必需的，因?yàn)閷W(xué)生不是很重視，所以需通過(guò)一些激勵(lì)機(jī)制來(lái)促使其完成閱讀作業(yè)，比如記分的閱讀小測(cè)驗(yàn)。為了確定學(xué)生確實(shí)做了課前閱讀作業(yè)，每次課開(kāi)始時(shí)都會(huì)有一個(gè)3—4題的閱讀小測(cè)驗(yàn)，運(yùn)用電子形式和紙質(zhì)形式。通過(guò)這些閱讀小測(cè)驗(yàn)，學(xué)生在滿100分的期末成績(jī)之外還可以獲得額外加分。閱讀小測(cè)試是自我監(jiān)控的，一般允許學(xué)生在開(kāi)課前的20分鐘到開(kāi)課后的5分鐘之內(nèi)的任何時(shí)間內(nèi)進(jìn)行測(cè)試。為了打消學(xué)生在測(cè)驗(yàn)中的合作想法，要將他們的評(píng)分拉開(kāi)，同時(shí)要制定一定的標(biāo)準(zhǔn)以使平均分為6分（滿分為10分），這樣在期末成績(jī)之外還可以獲得最高10分的額外加分。額外加分的總體影響是很小的，然而學(xué)生樂(lè)于運(yùn)用這個(gè)機(jī)會(huì)來(lái)獲得一些額外的分?jǐn)?shù)，這樣就可以營(yíng)造一個(gè)學(xué)生能夠自我學(xué)習(xí)的環(huán)境。引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)的另一個(gè)策略是在學(xué)期一開(kāi)始就給出一份課前閱讀作業(yè)清單，然后反復(fù)強(qiáng)調(diào)清單上所有內(nèi)容都是他們應(yīng)該掌握的（即使是教師在課堂上沒(méi)有講到的部分）。為了強(qiáng)化這一點(diǎn)，教師將選擇列在清單中但在課堂上跳過(guò)的問(wèn)題中的一個(gè)作為期末考試題。

2.采用量化工具評(píng)估PI教學(xué)法

在美國(guó)大學(xué)物理教學(xué)中，一般采用的量化測(cè)量工具包括力的概念調(diào)查（FCI）和力學(xué)基準(zhǔn)測(cè)試（MB），電磁學(xué)概念測(cè)試（BEMA）和學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及態(tài)度測(cè)試（CLASS）。理論上來(lái)說(shuō)這樣的測(cè)試要做兩次：一次是在運(yùn)用傳統(tǒng)教學(xué)方法的學(xué)期中，一次是在實(shí)施同伴教學(xué)法的學(xué)期中。通過(guò)這些評(píng)估工具可以評(píng)價(jià)新教學(xué)方法的有效性，也可以為新教學(xué)方法的改進(jìn)提供依據(jù)。

3.解決落后傳統(tǒng)進(jìn)度問(wèn)題的方法

在實(shí)施同伴教學(xué)法初期要花相當(dāng)多的時(shí)間和精力來(lái)告訴學(xué)生我將在課堂上做些什么以及我為什么要這么做。如果某一次課比計(jì)劃慢很多，教師要跳過(guò)一些不重要的部分，這部分的學(xué)識(shí)就依靠以下三個(gè)途徑來(lái)完成：（1）學(xué)生的課前閱讀；（2）每周的討論環(huán)節(jié)；（3）課后作業(yè)涵蓋這部分內(nèi)容。在某些情況下，教師要利用下次課的部分時(shí)間來(lái)強(qiáng)調(diào)一些重點(diǎn)，并做一次額外的概念測(cè)試。有時(shí)課比預(yù)期進(jìn)行得快，學(xué)生就能提前下課，大家都很開(kāi)心。盡管課程表安排得比較緊湊，但不乏有松懈之處，要求教師在其中安排一次復(fù)習(xí)課予以彌補(bǔ)。

4.改變課程的評(píng)價(jià)內(nèi)容

讓學(xué)生接受一種新的教學(xué)方法最好的方法之一就是通過(guò)考試來(lái)反映這門課程的價(jià)值體系和目標(biāo)?？荚嚨脑囶}中有一半是概念性的且是課堂上提出的和閱讀測(cè)驗(yàn)中的問(wèn)題，這些問(wèn)題或許顯得很簡(jiǎn)單，但是學(xué)生通常會(huì)發(fā)現(xiàn)他們比標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試題要難。于是在進(jìn)行了第一次考試后不久，學(xué)生開(kāi)始體會(huì)到課堂測(cè)試題的價(jià)值，這樣漸漸地學(xué)生上課的注意力會(huì)更加集中。

5.完整地采用新的教學(xué)方式

由于不可能繼續(xù)在課堂上講解所有的課程內(nèi)容，還要花時(shí)間做課堂測(cè)試和討論，這就要求實(shí)施同伴教學(xué)法的教師完整地采用新的教學(xué)方式，因?yàn)樽邆鹘y(tǒng)教學(xué)方式和交互式教學(xué)方式之間的中間路線只能招致學(xué)生的抱怨。如果繼續(xù)像從前一樣講課，就等于告訴學(xué)生不必?fù)?dān)心課前閱讀，所有的課程內(nèi)容都將在課堂上講解。同時(shí)，傳統(tǒng)的講課方式將只剩下一點(diǎn)時(shí)間來(lái)做零星的一兩道測(cè)試題，而且被這些題目所占用的額外時(shí)間將最終導(dǎo)致你落后于進(jìn)度表。這將形成人們非常不愿意看到的情形：除了不做課前閱讀作業(yè)之外，學(xué)生將開(kāi)始把課堂測(cè)試看作一個(gè)討厭的東西——看成是傳統(tǒng)講課的附加物，而不是替代品。

五、PI教學(xué)法的前景與展望

PI教學(xué)法最先應(yīng)用于哈佛大學(xué)基礎(chǔ)物理課程中，20多年來(lái)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于世界許多國(guó)家和地區(qū)，成千上萬(wàn)不同學(xué)科領(lǐng)域的教師在課堂上采用了這一方法，取得了很大的成功。借助于課堂回饋系統(tǒng)支持，PI教學(xué)很容易成功，我國(guó)已經(jīng)有北京師范大學(xué)、上海同濟(jì)大學(xué)、中山大學(xué)、華中師范大學(xué)等高校使用這個(gè)方法。但也面臨一些如互動(dòng)問(wèn)題的設(shè)計(jì)要求較高、課堂討論時(shí)間把握較難等問(wèn)題。雖然在當(dāng)前國(guó)內(nèi)應(yīng)試教育背景下PI教學(xué)法并沒(méi)有得到所有教學(xué)人士特別是基礎(chǔ)教育的認(rèn)同，實(shí)施起來(lái)也會(huì)遇到很大阻力，但它將引領(lǐng)一場(chǎng)教學(xué)改革，提出一種以生為本的教學(xué)理念，最終會(huì)為滿懷教育熱情的教師所采用。

（責(zé)任編輯：趙淑梅）