PI教學(xué)法在理工類院校大學(xué)物理課堂中應(yīng)用的研究

[摘 要]大學(xué)物理是理工類院校開設(shè)的一門必修課，以大班教學(xué)為主。為更好的提高大班制教學(xué)的效果，PI（Peer Instruction）教學(xué)法構(gòu)建了以自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)的新型教學(xué)模式，從而有效的提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性及教師的教學(xué)質(zhì)量。本文介紹了PI教學(xué)法的發(fā)展和內(nèi)涵，并對(duì)其在大學(xué)物理課堂教學(xué)中的應(yīng)用和拓展進(jìn)行了分析與研究。

[關(guān)鍵詞]PI教學(xué)法；理工類院校；大學(xué)物理

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2018）07-0020-03

隨著我國高等教育的大眾化甚至普及化，高校要全面提升人才培養(yǎng)質(zhì)量，加強(qiáng)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，教學(xué)改革勢在必行，作為培養(yǎng)應(yīng)用與創(chuàng)新人才的重要基地，理工類院校教學(xué)改革也在不斷深入。物理作為理工類本科院校的一門必修課，基本上采取的是大班制的教學(xué)形式，每個(gè)教學(xué)班級(jí)少則幾十人，多則上百人一起上課，如何提高這種大班制課堂的教學(xué)效果是教師面臨的首要問題，能否提高這種大班制教學(xué)的教學(xué)效果是用來衡量教學(xué)改革是否成功的關(guān)鍵。近年來，研究性教學(xué)、課堂反轉(zhuǎn)教學(xué)、微課、MOOC（大規(guī)模在線開放課程）、SPOC（小眾在線課程）、JiTT（及時(shí)教學(xué)法）等一些新的教學(xué)模式在各高校不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的同時(shí)同地的以教為主的教學(xué)模式也逐漸被改變，構(gòu)建新的大學(xué)物理課堂教學(xué)模式是提高本科教學(xué)質(zhì)量與學(xué)生學(xué)習(xí)效果的必然趨勢。但同時(shí)新的模式也或多或少的出現(xiàn)一些弊端，如在進(jìn)行MOOC教學(xué)的過程中，“人機(jī)互動(dòng)”缺少必要的師生情感交流、MOOC平臺(tái)適時(shí)監(jiān)控學(xué)生學(xué)習(xí)效果也有待加強(qiáng)等[1]。

在大班教學(xué)過程當(dāng)中，要真正做到正確的引導(dǎo)學(xué)生參與教學(xué)過程，需要不斷更新教學(xué)理念與技術(shù)手段，要改變由于長期的傳統(tǒng)教育形成的教學(xué)手段單一、學(xué)生參與度低、學(xué)習(xí)積極性差等一系列難以改變的行為習(xí)慣。真正做到以學(xué)生為中心、以學(xué)習(xí)為中心、以教師為主導(dǎo)，并非簡單的轉(zhuǎn)換一下教學(xué)方式或加強(qiáng)一些課堂的互動(dòng)，無論是學(xué)生，還是教師，都面臨諸多挑戰(zhàn)。為了更好的解決這一難題，PI教學(xué)法（同伴教學(xué)法）應(yīng)運(yùn)而生，借助于PI教學(xué)法可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生在課堂上自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、生生互動(dòng)、師生互動(dòng)，使問題在學(xué)生中引起共鳴，強(qiáng)調(diào)信息的再塑造，有效的提高了學(xué)生的主動(dòng)性與創(chuàng)新能力，加深了學(xué)生對(duì)物理概念的理解，提高了教育教學(xué)質(zhì)量。PI教學(xué)法現(xiàn)已在世界各國和地區(qū)高校逐步展開，并從大學(xué)物理課堂慢慢滲透到其他各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，且已取得了可喜的進(jìn)步。

一、PI教學(xué)法的內(nèi)涵

當(dāng)前理工類院校教學(xué)改革的發(fā)展趨勢，基本上是關(guān)于如何讓學(xué)生從灌輸式學(xué)習(xí)到自主型學(xué)習(xí)（from Transmission to Construction）教學(xué)方法的改革，各高校的教學(xué)改革進(jìn)行得如火如荼，對(duì)教學(xué)的討論一直從未止步，“為什么教”、“怎樣教”、“教什么”成為教改的重心。雖然各項(xiàng)目的學(xué)生群體不同，學(xué)習(xí)階段和學(xué)習(xí)目標(biāo)也各異，但是這些改革有一條一致的主線，就是把傳統(tǒng)的、以知識(shí)為核心的教育方式，改變?yōu)椤叭灰惑w”的教學(xué)方式，即價(jià)值塑造、能力培養(yǎng)、知識(shí)獲取[2]。PI教學(xué)法所注重的并非是學(xué)生對(duì)知識(shí)的機(jī)械記憶，而是側(cè)重對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，讓學(xué)生參與教學(xué)過程，通過讓學(xué)生變被動(dòng)為主動(dòng)的學(xué)習(xí)方式，有效的提高他們學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性，從而提高自身的學(xué)習(xí)能力，這也是PI教學(xué)法的重要內(nèi)涵所在。PI教學(xué)法也符合當(dāng)今各高校教學(xué)改革中所提倡的“三位一體”教學(xué)理念中的能力培養(yǎng)要求。能夠培養(yǎng)出具有創(chuàng)造性精神、創(chuàng)造性思維、創(chuàng)造性能力的人才是高校培養(yǎng)目標(biāo)之一，而能力培養(yǎng)是創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的前提和基礎(chǔ)。

PI教學(xué)法也能培養(yǎng)學(xué)生批判性思維的能力。批判性思維是創(chuàng)新思維的一個(gè)重要前提，批判性思維被普遍確立為教育特別是高等教育的目標(biāo)之一，這不僅是課程改革的需要，也是激發(fā)學(xué)生疑惑、激活學(xué)生思維的重要方式。批判性思維本身就是對(duì)傳統(tǒng)的一味接受式教育的一種挑戰(zhàn)，批判性思維通常對(duì)被接受的結(jié)論提出懷疑和挑戰(zhàn)，同時(shí)，批判性思維運(yùn)用創(chuàng)造性的方式對(duì)疑問給出新的解析，不是否定一切的既有結(jié)論，而是能夠判斷哪個(gè)更具有說服力。PI教學(xué)法把學(xué)習(xí)的主體交給學(xué)生，每個(gè)學(xué)生通過自己的獨(dú)立思考，對(duì)某一個(gè)物理概念的理解或物理問題的解決都有一個(gè)自己的觀點(diǎn)，在與同組的其他人進(jìn)行討論的過程中，需要說明自己觀點(diǎn)的正確性，同時(shí)還要對(duì)來自同組學(xué)生的批評(píng)或建議進(jìn)行解釋，通過思辨得出小組一致認(rèn)可的結(jié)論，并能夠有理有據(jù)的闡述自己的觀點(diǎn)，這樣可以有效的培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維能力。而所謂的創(chuàng)新能力，也主要是指發(fā)現(xiàn)新問題、找出新方法、得出新理論的能力。所以，在很大程度上，批判性思維與創(chuàng)新思維是一致的，兩者相輔相成，共同促進(jìn)社會(huì)的進(jìn)步。

二、PI教學(xué)法在物理教學(xué)中的應(yīng)用

對(duì)于側(cè)重于創(chuàng)新與應(yīng)用的理工類院校而言，大學(xué)物理的聽眾群與之前相比較，發(fā)生了很大的變化，選擇物理課程作為必修課的學(xué)生數(shù)量激增，對(duì)象群體的變化使得院校對(duì)物理不得不實(shí)施大班制教學(xué)。與此同時(shí)，這一變化也給大學(xué)物理的教學(xué)帶來了很大的挑戰(zhàn)，由于上課人數(shù)多，空間大，在課堂紀(jì)律、學(xué)習(xí)動(dòng)力及作業(yè)批改等方面就會(huì)出現(xiàn)種種問題。不可否認(rèn)傳統(tǒng)的教學(xué)方式取得了一定的成就，但也必須承認(rèn)，這種傳統(tǒng)的教學(xué)方法致使多數(shù)學(xué)生的潛能沒有得到充分的發(fā)揮和挖掘。PI教學(xué)法的教學(xué)目標(biāo)是激勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)[3]，這種教學(xué)法是由全球高等教育Minerva獎(jiǎng)獲得者，美國光學(xué)學(xué)會(huì)主席，哈佛大學(xué)著名教授Mazur于1991年創(chuàng)立，PI教學(xué)法變傳統(tǒng)的以講授為主的課堂模式為基于問題的自主學(xué)習(xí)和合作研究，有力的改變了傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式。經(jīng)過20多年的發(fā)展和完善，這種教學(xué)法取得了很大的成功，不光在物理課堂，越來越多的不同學(xué)科領(lǐng)域的教師在課堂上也采用了這一方法?，F(xiàn)在高校大學(xué)物理的教學(xué)主要目標(biāo)之一，就是通過教師的不斷的引導(dǎo)、鼓勵(lì)和啟發(fā)等，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。在此，自主學(xué)習(xí)是一個(gè)相對(duì)概念，既不同于積極主動(dòng)學(xué)習(xí)，也有異于絕對(duì)獨(dú)立的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力是指在教師的指導(dǎo)下，能夠?qū)ψ约旱膶W(xué)習(xí)進(jìn)行有效的自我調(diào)控。培養(yǎng)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的知識(shí)得出獨(dú)立的結(jié)論，這也體現(xiàn)對(duì)學(xué)生而言“好學(xué)”比“學(xué)好”更重要，對(duì)教師而言“育人”比“育才”更根本的現(xiàn)代教育理念，這正是PI教學(xué)法所追求的價(jià)值所在。

（一）課前精心備課

Mazur教授研究發(fā)明的PI教學(xué)方法改革了傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，遵循“question-think-poll-discuss-repoll-explain”的教學(xué)思路。這種教學(xué)模式重視對(duì)物理概念的測試，并為每一個(gè)關(guān)鍵概念設(shè)計(jì)了一些概念測試題，只有對(duì)概念有著深刻的理解，才能進(jìn)一步的掌握物理定理及其應(yīng)用。為了取得新的教學(xué)模式的理想效果，教師的首要任務(wù)是根據(jù)課堂內(nèi)容找出其中的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，在設(shè)計(jì)課堂教學(xué)時(shí)對(duì)每一個(gè)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)所花的時(shí)間確定不少于15分鐘，其中講解和概念測試約各占一半的時(shí)間。所以，在運(yùn)用PI教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)的準(zhǔn)備過程當(dāng)中，首先要做的是根據(jù)教學(xué)大綱和教學(xué)目標(biāo)的要求，理清教學(xué)思路與實(shí)施步驟，篩選出必然涉及的知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)知識(shí)點(diǎn)整理出講課的綱要。以《物理學(xué)》（第六版）下冊(cè)第十章1、2節(jié)為例，這一部分是關(guān)于波動(dòng)的基本知識(shí)講解，也是這一章的基礎(chǔ)，根據(jù)PI教學(xué)法的基本要求，以授課時(shí)長為90分鐘（兩課時(shí)）為例，可制訂其框架結(jié)構(gòu)如下：

1.描述機(jī)械波的概念：橫波、縱波、波長、周期、頻率、波速、線、波面、波前。

2.波函數(shù)及其物理意義。

對(duì)知識(shí)點(diǎn)所涉及的每個(gè)關(guān)鍵概念選取較多的概念測試題，為了體現(xiàn)PI教學(xué)法更好的反饋效果，概念測試題的選取要遵循以下原則：唯一性、題意明確、可多項(xiàng)選擇、不用公式推理即可解答。如果題目中是針對(duì)多個(gè)概念而不是一個(gè)概念的測試，教師就難以了解錯(cuò)誤出在哪一個(gè)概念，如果題目通過機(jī)械式的公式推導(dǎo)得出，也不能反映出學(xué)生對(duì)概念的真實(shí)理解水平。理工類專業(yè)在進(jìn)行大學(xué)物理教學(xué)時(shí)是以教學(xué)班級(jí)為單位的，教師在上課前，按照學(xué)生在教室的座次分成數(shù)個(gè)學(xué)習(xí)小組，每個(gè)小組約5～10個(gè)人，可以以同一個(gè)寢室的學(xué)生作為一個(gè)小組，因?yàn)檫@樣小組成員之間接觸的機(jī)會(huì)多，有利于問題的討論和解決。

（二）規(guī)劃課堂教學(xué)

PI教學(xué)法是基于學(xué)生在有效預(yù)習(xí)的前提下進(jìn)行的，以概念為中心組織教學(xué)，其基本目標(biāo)是在課堂上利用學(xué)生的互動(dòng)，使他們把注意力集中在學(xué)習(xí)本質(zhì)概念上，以提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。PI教學(xué)法不同于傳統(tǒng)教學(xué)對(duì)課本和講義中各個(gè)層次和細(xì)節(jié)的介紹，它是由許多關(guān)于關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)的簡短講授構(gòu)成，每個(gè)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)跟有一個(gè)概念測試——關(guān)于所討論的知識(shí)點(diǎn)的概念性小題目。利用PI教學(xué)法進(jìn)行授課，是基于學(xué)生在進(jìn)行有效的預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，給他們一些時(shí)間簡述答案；然后要求他們和同伴討論自己的答案，這個(gè)過程一是促進(jìn)學(xué)生在不斷推進(jìn)的辯論中思考問題，二是提供給學(xué)生（也提供給教師）一個(gè)方法來評(píng)價(jià)他們對(duì)概念的理解[4]。傳統(tǒng)的教育模式從根本上講不利于培養(yǎng)創(chuàng)造性精神、創(chuàng)造性思維和創(chuàng)造性能力。PI教學(xué)法在進(jìn)行課堂教學(xué)時(shí)要求學(xué)生針對(duì)之前布置的問題給出經(jīng)過思考后的個(gè)人答案，接著按照事先劃分好的學(xué)習(xí)小組進(jìn)行討論，每個(gè)人可以充分的自由的發(fā)表自己的觀點(diǎn)，同時(shí)自己又是小組討論的對(duì)象；然后再次給出小組討論后的個(gè)人答案，這當(dāng)中要想把自己的結(jié)論作為小組的結(jié)論，就必須用充分的理由在邏輯上說服同組的其他人，實(shí)質(zhì)上這個(gè)過程是一個(gè)觀點(diǎn)重塑的過程；最后教師根據(jù)討論得出的結(jié)論的實(shí)際情況進(jìn)行合理引導(dǎo)，得出正確的結(jié)論。

需要說明的是，在進(jìn)行PI教學(xué)的過程當(dāng)中，所有的學(xué)生都參與概念題目測試環(huán)節(jié)，具體包括問題思考、發(fā)送答案、小組討論、重塑結(jié)論、解釋點(diǎn)評(píng)等環(huán)節(jié)，特別是小組討論環(huán)節(jié)的存在，很大程度上提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，更加激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣，從而創(chuàng)造更優(yōu)的學(xué)習(xí)氛圍。在對(duì)知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)結(jié)束后進(jìn)行概念測試時(shí)，若學(xué)生所給出的答案的正確率小于30%，說明大部分學(xué)生對(duì)此部分的概念掌握情況較差，教師就應(yīng)該放慢速度、仔細(xì)講解，直至達(dá)到教學(xué)目標(biāo)；若學(xué)生所給出的答案的正確率在30%～70%之間，就繼續(xù)安排學(xué)生進(jìn)分組討論，各自論述自己的結(jié)論并能夠用足夠的令人信服的理由和證據(jù)闡述自己的結(jié)論的正確性，同時(shí)也指出別人結(jié)論的不足之處。教師在學(xué)生討論的過程中應(yīng)適當(dāng)加以引導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生最終得出正確結(jié)論，這種方法得出的結(jié)論不管對(duì)自己還是對(duì)對(duì)方都有深刻的印象和理解，往往比傳統(tǒng)的教師和盤托出式的給出結(jié)論效果要好得多，因?yàn)槭谥贼~，不如授之以漁。若學(xué)生所給出的答案的正確率大于70%，則說明學(xué)生對(duì)這部分的概念基本掌握，教師可以大致講一下重點(diǎn)和難點(diǎn)后，進(jìn)行下一部分的學(xué)習(xí)。

（三）轉(zhuǎn)變考核方式

與傳統(tǒng)的以考試為主的考核方式相比較，PI教學(xué)法在考核方式上更注重對(duì)過程的考核，而非用一張考卷評(píng)價(jià)學(xué)生一學(xué)期的學(xué)習(xí)成果。首先要增加平時(shí)成績所占比重，一般情況下要至少提高到40%左右，平時(shí)成績主要來源于課堂表現(xiàn)及課下參與和討論等情況，如學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)探究能力、課堂參與程度、解決實(shí)際問題的情況等都作為綜合評(píng)價(jià)的重要因素；作為教師，在給予學(xué)生課堂表現(xiàn)分?jǐn)?shù)的時(shí)候，要以激勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)為目標(biāo)，以激發(fā)他們對(duì)所給出的概念問題進(jìn)行積極討論與爭辯為目的，而非完全根據(jù)學(xué)生所給出答案的正誤作為評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。所以，無論學(xué)生的答案是否正確，只要積極參與就可以獲得滿意的分?jǐn)?shù)，這就避免了學(xué)生為了得到高分而抄襲或者勉強(qiáng)同意別人答案或保持沉默不語的現(xiàn)象發(fā)生，教師從而可以客觀準(zhǔn)確的了解到學(xué)生實(shí)際掌握所教知識(shí)的情況。另外的60%為考試成績，將對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)一門課程的考核方式由期末一次終結(jié)性考試轉(zhuǎn)化為多次過程性考核，加大學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的多次考核所占總成績的比重，每一章的測試和期終測試根據(jù)考試大綱的要求各占一定權(quán)重，考試題型包括概念測試題和標(biāo)準(zhǔn)的課本題目兩種。在教學(xué)過程中重視對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)，讓學(xué)生真正了解自己的學(xué)習(xí)情況，主動(dòng)的參與每一項(xiàng)學(xué)習(xí)活動(dòng)，這樣從源頭上就杜絕了“平時(shí)不努力，考試抱佛腳”的僥幸思想，學(xué)生通過點(diǎn)滴的累積和個(gè)人的努力來不斷提升自身的學(xué)習(xí)能力與文化素養(yǎng)。

三、PI教學(xué)法機(jī)遇與挑戰(zhàn)

PI教學(xué)法在大學(xué)物理課堂中的應(yīng)用，可以激發(fā)學(xué)生思維，提高教學(xué)實(shí)效[5]，主要體現(xiàn)在能夠有效的加深學(xué)生對(duì)物理原理，特別是物理概念的理解與掌握，而且還能夠助力學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力和學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)。與此同時(shí)，學(xué)生的獨(dú)立思考和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力也得到了進(jìn)一步的加強(qiáng)和鍛煉。實(shí)踐也表明，PI教學(xué)法明顯的促進(jìn)了學(xué)生成績及對(duì)課程滿意度的提高[6]。PI教學(xué)的應(yīng)用，還可以有效促進(jìn)高校大班制課堂教學(xué)效率的提高，給學(xué)生平時(shí)成績的評(píng)定提供了有力的科學(xué)依據(jù)。但是，現(xiàn)在大多高校的實(shí)際情況表明，在大學(xué)物理課堂中有效的實(shí)施PI教學(xué)法也面臨著一些挑戰(zhàn)。目前大部分高校教師教學(xué)科研任務(wù)比較繁重，而且教學(xué)大綱與課時(shí)安排也是在傳統(tǒng)教學(xué)法的基礎(chǔ)上形成的，如果每一次課都按照PI教學(xué)法組織，一方面需要花費(fèi)教師更多的精力與時(shí)間投入，另一方面由于受到課時(shí)的限制，也極易造成不能按時(shí)完成教學(xué)任務(wù)的后果，導(dǎo)致教學(xué)事故的發(fā)生。對(duì)于學(xué)生而言，若采用這種方法，需要更多的自習(xí)甚至課余時(shí)間用于概念的學(xué)習(xí)與研究作為保證，而往往擺在他們面前的必修課、選修課、興趣小組、社團(tuán)活動(dòng)，等等，都需要他們花時(shí)間去參加，在這種情況下，如果強(qiáng)行要求很難達(dá)到預(yù)想的效果。PI教學(xué)法注重的是能力的培養(yǎng)，而非單純的追求考試高分，中美高等教育對(duì)教學(xué)效果的考核方式主要的不同點(diǎn)之一是前者注重對(duì)知識(shí)的累積和灌輸，并把考試特別是期末考試作為評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的標(biāo)準(zhǔn)；后者是注重對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的理解能力和獨(dú)創(chuàng)能力的判斷，這種教育不是鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行機(jī)械的記憶，而是鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。高等教育的目的是能夠培養(yǎng)出社會(huì)所需要的人才，社會(huì)的發(fā)展需要人才的支撐，需要各個(gè)領(lǐng)域的人才對(duì)該領(lǐng)域不斷的創(chuàng)新與發(fā)展，而決定創(chuàng)新與發(fā)展的關(guān)鍵因素是能力，而不是分?jǐn)?shù)。一種新的教學(xué)方法能夠完全被大部分高校接受需要經(jīng)得起時(shí)間的考驗(yàn)，PI教學(xué)法也不例外。我們必須看到，PI教學(xué)法在國際教育領(lǐng)域正受到越來越多的青睞，甚至深受師生的追捧，這種教學(xué)法雖然在我國高校中還未得到廣泛認(rèn)可，但是相信在深化教學(xué)改革、努力培養(yǎng)高校學(xué)生創(chuàng)新能力的大背景下，PI教學(xué)法會(huì)在越來越多的高校中開展，在提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)各專業(yè)領(lǐng)域中的自主創(chuàng)新型人才等方面發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

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[責(zé)任編輯：鐘 嵐]