地方高?！洞髮W(xué)物理》課程同伴教學(xué)法試題庫的建立與應(yīng)用

吳 英，吳 波，萬 猛，黃啟洪，孫 斌

（遵義師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院，貴州 遵義 563006）

哈佛大學(xué)著名教授愛瑞克·馬佐（Eric Mazur）創(chuàng)立的同伴教學(xué)法（Peer Instruction）最先應(yīng)用于哈佛大學(xué)基礎(chǔ)物理課程[1,2]。課前學(xué)生自學(xué)，課堂上借助概念測試題引導(dǎo)學(xué)生互動(dòng)、合作學(xué)習(xí)和關(guān)注概念的實(shí)質(zhì)是同伴教學(xué)法的主要特點(diǎn)[3]。地方高校大學(xué)物理教學(xué)面臨教學(xué)內(nèi)容多、學(xué)時(shí)少的現(xiàn)狀，加之學(xué)生普遍存在物理基礎(chǔ)薄弱，自學(xué)能力不強(qiáng)，教育背景存在差異，教師普遍采用單一的講授式教學(xué)方法，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，教學(xué)質(zhì)量不高[4,5]。將同伴教學(xué)法應(yīng)用于大學(xué)物理教學(xué)，有利于促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度的正向發(fā)展，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的參與度，促進(jìn)學(xué)生物理基礎(chǔ)概念的學(xué)習(xí)，提高大學(xué)生獨(dú)立思考和解決問題的能力，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力[6-10]。建立“大學(xué)物理網(wǎng)絡(luò)試題庫”是一種現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合的全新教學(xué)方法[11]，也是地方高校開展同伴教學(xué)法的重要手段。教師利用學(xué)習(xí)通平臺(tái)建立調(diào)查問卷、閱讀測試題、概念測試題、作業(yè)、期中考試和期末考試等試題庫，學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)試題庫實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)效果的評價(jià)[12]，從而實(shí)現(xiàn)鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)，提高大學(xué)物理教學(xué)質(zhì)量的目的。

一、調(diào)查問卷引導(dǎo)學(xué)生端正學(xué)習(xí)態(tài)度

課程教學(xué)實(shí)施前需安排課前引言環(huán)節(jié)[1,13]，對學(xué)生進(jìn)行教學(xué)前的動(dòng)員，讓學(xué)生做好同伴教學(xué)法的準(zhǔn)備[8]。首先，教師帶領(lǐng)全體學(xué)生學(xué)習(xí)新教學(xué)大綱，讓學(xué)生明確課程的性質(zhì)和作用、課程的教學(xué)課時(shí)、課程內(nèi)容、考核成績的構(gòu)成；然后教師發(fā)布第一次調(diào)查問卷，了解授課班級學(xué)生高考數(shù)學(xué)、理綜成績以及高中物理的選修情況，對同伴教學(xué)法和學(xué)習(xí)通平臺(tái)的了解情況，對專業(yè)的認(rèn)同程度，理工科學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理重要性和必要性的認(rèn)識情況。在學(xué)期中，教師第二次發(fā)布調(diào)查問卷，了解學(xué)生對閱讀測試題、概念測試題內(nèi)容和發(fā)布時(shí)間的意見和建議、學(xué)生自主學(xué)習(xí)的自我評價(jià)情況[14]、小組合作學(xué)習(xí)參與度和自我評價(jià)情況，為教師及時(shí)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度和教學(xué)方式提供反饋信息，同時(shí)讓學(xué)生對自己半學(xué)期的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評價(jià)、總結(jié)和反思，為下半學(xué)期的學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。期末，教師第三次發(fā)布調(diào)查問卷，對全學(xué)期同伴教學(xué)法的教學(xué)情況進(jìn)行總結(jié)。重點(diǎn)了解學(xué)生對同伴教學(xué)法的認(rèn)同程度（如表1 對電子專業(yè)兩個(gè)班的問卷調(diào)查）和教學(xué)建議，同伴教學(xué)法是否促進(jìn)了學(xué)生對概念、定理、定律的理解和掌握，是否提高了學(xué)生之間的合作和交流能力，學(xué)生在學(xué)習(xí)中是否獲得了快樂[3]。

表1 學(xué)生對小組討論合作學(xué)習(xí)的認(rèn)同

二、閱讀測試題引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)

課前預(yù)習(xí)是有效實(shí)施同伴教學(xué)法必不可少的環(huán)節(jié)。課前預(yù)習(xí)能讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，了解課程中新的概念和術(shù)語，糾正以前的錯(cuò)誤概念，從多角度思考學(xué)習(xí)的內(nèi)容，為學(xué)習(xí)新知識搭建橋梁[15]。為了在課堂上有效實(shí)施同伴互教，必須要求學(xué)生課前自學(xué)。只有課前準(zhǔn)備充分，課堂上才能有效參與討論[1]。因此教師需要設(shè)計(jì)閱讀測試題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)和自主學(xué)習(xí)。閱讀測試題一方面在于引導(dǎo)學(xué)生課前的自主學(xué)習(xí)，預(yù)習(xí)即將講授的課程內(nèi)容；另一方面也是檢測學(xué)生課前預(yù)習(xí)的主動(dòng)性和自主學(xué)習(xí)的能力。閱讀測試題的設(shè)計(jì)可以根據(jù)測試的目的分為三類。第一類閱讀測試題要關(guān)注教材中新的概念及其關(guān)系以及實(shí)驗(yàn)、圖表和公式的解釋，涉及面要足夠廣，學(xué)生通過回答問題完成對課程基本內(nèi)容的建構(gòu)，獲得對教材內(nèi)容的整體感受[3]。如：閱讀測試題《氣體的基本性質(zhì)》，根據(jù)教材的內(nèi)容共設(shè)計(jì)了五個(gè)測試題，涉及氣體動(dòng)理論、理想氣體、溫度和熱力學(xué)第零定律、理想氣體的內(nèi)能、麥克斯韋速率分布律和三個(gè)特征速率，五個(gè)測試題涵蓋了教學(xué)大綱要求的整章內(nèi)容；第二類閱讀測試題是檢測學(xué)生對中學(xué)已學(xué)概念的掌握程度，找到中學(xué)知識與大學(xué)知識的銜接點(diǎn)，既可作為新課引入的引言，也可避免中學(xué)知識的簡單重復(fù)，避免學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)感覺枯燥乏味[16]。如閱讀測試題《牛頓運(yùn)動(dòng)定律和力》，只包括教學(xué)大綱中《質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)》這章的動(dòng)力學(xué)部分。學(xué)生在中學(xué)已經(jīng)學(xué)過了牛頓運(yùn)動(dòng)三定律，且是中學(xué)的教學(xué)重點(diǎn)，通過閱讀測試題可以檢測學(xué)生對牛頓運(yùn)動(dòng)三定律的掌握程度，讓學(xué)生在復(fù)習(xí)已學(xué)過知識點(diǎn)的同時(shí)，明白大學(xué)階段對牛頓運(yùn)動(dòng)三定律要有更高層次的理解和掌握。題目涉及牛頓運(yùn)動(dòng)三定律的內(nèi)容、慣性定理、沖量和動(dòng)量、力的定義、摩擦力、引力和重力、支持力。第三類閱讀測試題針對整個(gè)章節(jié)的內(nèi)容較多，學(xué)生自學(xué)有一定的難度，因此閱讀測試題只針對該章某一節(jié)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如閱讀測試題《電場線和高斯定理》為本章第四節(jié)內(nèi)容，題目只涉及電場線和電通量，引導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)電場線和電通量的概念，而關(guān)于高斯定理的教學(xué)，教學(xué)設(shè)計(jì)為計(jì)算穿過閉合曲面的電通量，教師在引導(dǎo)學(xué)生熟練掌握計(jì)算各種情況下穿過閉合曲面的電通量的過程中，循序漸進(jìn)地理解高斯定理，為下一步高斯定理的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

學(xué)生閱讀測試題測試的結(jié)果為教師確定教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)指明了方向，也為教師進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)提供了準(zhǔn)繩，所以閱讀測試題也要根據(jù)測試內(nèi)容的不同，采用不同的發(fā)布時(shí)間。第一類測試題涉及一章內(nèi)容，開課前三天發(fā)布，引導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)，了解整個(gè)章節(jié)大致的框架和內(nèi)容結(jié)構(gòu)。第二類測試題可以在課前十分鐘進(jìn)行測試，檢查學(xué)生預(yù)習(xí)的情況。第三類測試題涉及教材某一節(jié)內(nèi)容，開課前一天晚上發(fā)布，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真閱讀教材，提前告訴學(xué)生老師授課的思路，以及本章節(jié)要求學(xué)生掌握的重點(diǎn)概念和知識點(diǎn)。

三、概念測試題引導(dǎo)學(xué)生合作學(xué)習(xí)

通過課前閱讀測試題的測試，既達(dá)到讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)的目的，又讓教師了解了學(xué)生對中學(xué)相關(guān)知識和自學(xué)知識的掌握情況，為課堂概念測試題的設(shè)計(jì)和發(fā)布打下了基礎(chǔ)。開發(fā)出好的概念測試題，實(shí)現(xiàn)學(xué)生在課堂上的深度思考和同學(xué)間的有效討論是同伴教學(xué)法獲得成功的重要因素[3]。教師在概念測試題的選擇上可以參考國外的范例，但又必須了解學(xué)情，根據(jù)授課對象的特點(diǎn)設(shè)計(jì)出一套適合課程的概念測試題[17]。根據(jù)授課對象的知識結(jié)構(gòu)設(shè)置難易程度適中的概念測試題，可以有效檢測學(xué)生對物理概念的掌握程度，激發(fā)學(xué)生自主與合作學(xué)習(xí)的積極性，提高課堂效率和教學(xué)效果[3]。概念測試題可以來源于《同伴教學(xué)法-大學(xué)物理教學(xué)指南》，也可以是教師以往出的考試題目、布置的作業(yè)和練習(xí)，但具體針對某個(gè)概念，教師必須根據(jù)知識點(diǎn)的難易程度、學(xué)生的實(shí)際情況和學(xué)習(xí)能力來設(shè)計(jì)概念測試題。概念測試題還需和閱讀測試題納入一個(gè)整體來進(jìn)行設(shè)計(jì)。概念測試題也可以分為三類。第一類概念測試題主要針對中學(xué)階段教師講解比較細(xì)致的章節(jié)和學(xué)生可以通過自學(xué)掌握的知識點(diǎn)，并直接進(jìn)行測試。學(xué)生學(xué)過的概念，有可能仍然為迷離概念[18]，教師可以根據(jù)測試情況對知識點(diǎn)進(jìn)行查缺補(bǔ)漏。例如《電場線》，教師在閱讀測試題（如圖1）中已經(jīng)引導(dǎo)學(xué)生再次復(fù)習(xí)了電場線的基本性質(zhì)，通過發(fā)布如圖2 的概念測試題，問：圖2 所示的四種電場分布，假定沒有電荷，哪張圖的電場線是合理的？測試題測試學(xué)生通過小組合作學(xué)習(xí)是否真正掌握了電場線的性質(zhì)，通過測試結(jié)果教師可以判斷學(xué)生是否已經(jīng)掌握了電場線的概念，從而決定是否再詳細(xì)講解。第二類概念測試題主要針對學(xué)生中學(xué)沒有學(xué)過的概念，但與中學(xué)知識有銜接，同時(shí)這個(gè)概念的理解對下一步教學(xué)內(nèi)容的講解起著至關(guān)重要的作用，教師必須根據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況重點(diǎn)講解。如“電通量”這個(gè)概念，閱讀測試題（如圖3）引導(dǎo)學(xué)生將穿過某個(gè)面的電場線的條數(shù)概念化為電通量。課堂上教師引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)、理解電通量的計(jì)算公式，發(fā)布概念測試題（如圖4），測試學(xué)生對電通量的掌握程度。測試后進(jìn)行講解，再讓學(xué)生小組討論半徑為R 的球面內(nèi)放置一電量為q的點(diǎn)電荷時(shí)通過球面的電通量，繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生小組討論、計(jì)算各種情況下穿過閉合曲面的電通量，從而獲得靜電場的高斯定理。第三類概念測試題主要針對學(xué)生自學(xué)存在困難的知識點(diǎn)或概念，如“畢奧-莎伐爾定律”，閱讀測試題僅僅涉及了安培分子電流假說、畢奧-莎伐爾定律產(chǎn)生的歷史、電流元的概念、學(xué)習(xí)定律的意義(如圖5)。學(xué)生在自學(xué)的過程中對公式本身的理解只要求掌握叉積，會(huì)判斷磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，但怎樣利用畢奧-莎伐爾定律計(jì)算電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度，學(xué)生自學(xué)難度較大，需要教師通過例題講解，讓學(xué)生逐步掌握計(jì)算方法后再發(fā)布概念測試題（如圖6），通過小組合作學(xué)習(xí)討論，使學(xué)生進(jìn)一步掌握運(yùn)用畢奧-莎伐爾定律計(jì)算電流產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度的方法。

圖1 電場線閱讀測試題及測試結(jié)果

圖2 電場線概念測試題

圖3 電通量閱讀測試題及測試結(jié)果

圖4 電通量概念測試題

圖5 畢奧-莎伐爾定律閱讀測試題

圖6 畢奧-莎伐爾定律概念測試題

四、及時(shí)更新試題庫，提高教學(xué)評價(jià)質(zhì)量

利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)加強(qiáng)試題庫建設(shè)，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，可以促進(jìn)高校的教學(xué)改革和教學(xué)質(zhì)量的提升[19,20]。大學(xué)物理課程采用同伴教學(xué)法，題庫作為教學(xué)的重要組成部分，在實(shí)際教學(xué)過程中發(fā)揮了重要作用。題庫中問卷調(diào)查、閱讀測試題、概念測試題、作業(yè)、期中考試在學(xué)生成績評定時(shí)所占的比例分別是5%、10%、10%、5%和10%，加上小組合作學(xué)習(xí)評價(jià)占10%（學(xué)生自評占20%，互評占40%，教師評價(jià)占40%），在日常教學(xué)中完成過程性評價(jià)，期末考試完成終結(jié)性評價(jià)，在學(xué)生自我評價(jià)和教師評價(jià)的過程中不斷提高教學(xué)質(zhì)量。將21 級電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)兩個(gè)班作為實(shí)驗(yàn)班和對照班進(jìn)行對比教學(xué)。通過課前調(diào)查問卷，兩個(gè)班學(xué)生高考成績總分、數(shù)學(xué)成績、理科綜合成績及高中物理選修情況大體一致。在大學(xué)物理Ⅰ的教學(xué)過程中，電子（2）班作為實(shí)驗(yàn)班采用同伴教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)，期末考試卷面平均分高于采用傳統(tǒng)教學(xué)法的對照班（電子（1）班）2.33分，高分段人數(shù)增加（如圖7）。

圖7 大學(xué)物理Ⅰ實(shí)驗(yàn)班、對照班卷面成績對比圖

在大學(xué)物理Ⅱ的教學(xué)中，教師總結(jié)第一個(gè)學(xué)期的教學(xué)情況，不斷更新、完善試題庫，并根據(jù)學(xué)生的答題情況不斷進(jìn)行調(diào)整，使試題庫更加適應(yīng)同伴教學(xué)法在大學(xué)物理教學(xué)中的運(yùn)用[21]。大學(xué)物理Ⅱ的期末考試卷面成績顯示，采用同伴教學(xué)法的電子（1）班平均分高于采用傳統(tǒng)教學(xué)法的電子（2）班4.07 分，高分?jǐn)?shù)段人數(shù)增加不多，但低分段人數(shù)明顯減少，中間分?jǐn)?shù)段人數(shù)明顯增加，學(xué)生整體成績明顯提高，說明經(jīng)過優(yōu)化的同伴教學(xué)法更能提高學(xué)生的整體成績（如圖8）。在今后的教學(xué)中，教師還需建立和更新與不同理工科專業(yè)相適應(yīng)的“大學(xué)物理同伴教學(xué)網(wǎng)絡(luò)試題庫”，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，從而更有效地開展大學(xué)物理教學(xué)和評價(jià)，提高大學(xué)物理的學(xué)習(xí)效率和教學(xué)質(zhì)量。

圖8 大學(xué)物理Ⅱ?qū)嶒?yàn)班、對照班卷面成績對比圖