例析同伴教學法在“大學物理學”課程教學中的運用

姜玉梅 談穎

摘要：同伴教學法是師生互動合作的教學方法，其主要分為三個部分：閱讀測試題、概念測試題和學生自主討論環(huán)節(jié)。本文論述了同伴教學法在揚州大學“大學物理學”課程中的應用，結(jié)合具體教學案例，分析同伴教學法在國內(nèi)大學實施后的成果。表明同伴教學法在中國大學實施時需要修改，從而適應中國大學的教學模式。修改后的同伴教學法可以促進學生學習能力的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：同伴教學法;大學物理學;課程教學

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）18-0144-02

《大學物理學》是所有理工科學生的必修科目，但是多年的大學物理教學內(nèi)容經(jīng)典、層次單一、方法古板，許多高校教師參照多年前的教學課件，在教學這樣的大環(huán)境下，無法激發(fā)學生的學習熱情，導致學生學習不主動，物理概念掌握不牢固。上世紀末，美國哈佛大學教授Eric Mazur創(chuàng)立了同伴教學法（Peer-Instruction，簡稱PI）[1]，該方法要求學生自主學習，培養(yǎng)學生合作學習意識，共同解決實際問題，有效地改變傳統(tǒng)教學模式。本文就同伴教學法在揚州大學“大學物理學”課程教學中的運用進行研究。

一、PI教學法

同伴教學法（Peer Instruction）[2]是哈佛大學教授Eric Mazur基于合作學習理論設計的適合大學課堂教學的合作學習的一種教學方法。與傳統(tǒng)教學法不同的是：同伴教學法要求學生課前自主預習，完成課前測試，教師結(jié)合學生課前測的反饋，將一節(jié)課分為幾個知識點進行講解，再針對每個知識點設計概念測試題，隨堂測試，運用交互式課堂反饋系統(tǒng)，教師及時知曉學生討論前后給出答案的正確率，確定課程步伐、組織課程教學，幫助學生完善物理知識結(jié)構(gòu)[3]。從2013年9月，我們利用手機終端智慧課堂反饋軟件構(gòu)建了大學物理課程的課堂互動教學模式，改善Eric Mazur的同伴教學法，使其適合中國大學的教學模式。

二、適合揚州大學的PI教學模式

（一）問題引路，自主探究

我們從2012年開始準備適合中國大學物理課堂的PI創(chuàng)新教學模式課程教學資源。2013年9月，PI教學法正式在揚州大學物理課程中實踐，選取光信息科學與技術(shù)專業(yè)（50人）為實驗班，使用同伴教學法。起初，完全按照Eric Mazur的同伴教學法實施，一個月后，很多問題被暴露出來：（1）學生預習不充分。課后完成的閱讀測試題答案出現(xiàn)抄襲、不思考隨便選的現(xiàn)象，嚴重影響教師對知識點講解的把握。（2）概念測試題的選擇前討論和選擇后討論占用課堂的一半時間，導致教學任務無法按時完成，學生和教師都深感疲憊。（3）學生的反饋。作業(yè)計算題解題能力明顯比傳統(tǒng)教學法的班級要差，主要體現(xiàn)在解題思路混亂，只會基本公式的羅列，而不會運用到解題中。所以需要對PI教學法進行修改：（1）要求學生在課前完成預習報告，為課堂上閱讀題和有效討論做準備。在課堂教學中改變了按教學課件順序講授的模式，將一節(jié)課分成幾個知識點，每個知識點圍繞一個核心概念，利用閱讀測試題組織教學。（2）閱讀測試題專門為課程設計，用于探查學生學習能力和引導學生深入探究，根據(jù)前人的研究成果[4]，概念測試題討論后的正確率明顯高于討論前的正確率，所以我們?nèi)∠x擇前討論，節(jié)省課堂時間。一般形式為多項選擇題，但是由于手機終端智慧課堂反饋軟件的限制，目前都設定為單選。（3）增添預習報告，閱讀測試的作用可充分發(fā)揮，教師可有效分配每個知識點的講解時間。取消概念題的選擇前討論也節(jié)省了不上課堂時間，從而可以分配足夠的時間講解物理概念的應用，提高學生對實際問題的解決能力。本文選取“狹義相對論基本原理與時空的相對性”一節(jié)為例，進行具體講解。該節(jié)內(nèi)容分為兩大部分，一是狹義相對論基本原理，二是時空的相對性，所以閱讀測試題為：

1.下列幾種說法：（1）所有慣性系對一切物理規(guī)律都是等價的。（2）真空中，光的速度與光的頻率、光源的運動狀態(tài)無關(guān)。（3）在任何慣性系中，光在真空中沿任何方向的傳播速度都相同。其中正確的是（ ?）。A.只有（1）（2）是正確的;B.只有（1）（3）是正確的;C.只有（2）（3）是正確的;D.三種說法都正確。選項D是正確的。答案統(tǒng)計：A.0%，B.8.1%，C.40.8%，D.51.0%。該題是依據(jù)毛駿健主編的《大學物理學》自編的閱讀題。學生學習牛頓的絕對時空觀、伽利略變換和邁克爾孫-莫雷實驗之后，對絕對時空觀產(chǎn)生困惑，引出相對時空觀的探索。該題檢測學生對狹義相對論的預習情況。狹義相對論認為：物體所具有的一些物理量可以因所選參考系的不同而不同，但它們在不同的參考系中所遵從的物理規(guī)律卻是相同的，即（1）（2）都是正確的。光速不變原理認為：在不同的慣性參考系中，真空中的光速是相同的。即光在真空中沿任何方向的傳播速度也是相同的，故（3）也正確。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，學生對（1）這個選項困惑較大，講解知識點時，應在狹義相對論這個知識點上給以充分解釋。（3）選項是所有學生都認可的，說明學生已經(jīng)掌握光速不變原理，講課時，為了知識的完整性，不能完全忽略，但也無須多花時間。

2.下列哪種現(xiàn)象不屬于狹義相對論效應。（ ?）A.時間延緩;B.同時相對性;C.長度的伸長;D.長度的收縮。選項D不屬于狹義相對論。答案統(tǒng)計：B.4%，C.96%。該題主要是對時空相對性基本概念的考查，數(shù)據(jù)表明學生對時空相對性的了解不僅限于它可分為時間、空間兩大類，還自學了時間延緩和長度收縮的現(xiàn)象，但是該題無法檢測時間延緩和長度收縮的原因理解，所以上課時可直接從其公式推導開始講解。

（二）課堂互動，合作學習

在知識點講解之后，我們要進行概念題測試，根據(jù)教本內(nèi)容編排概念題，主要針對閱讀測試題易錯概念，不依靠公式即可解，難度適中，題意明確，并且有適當多項選擇的答案。我們在實施Eric Mazur的同伴教學法時，根據(jù)前人研究[4]，討論后的答案正確率比討論前明顯提高，為了節(jié)省課堂時間，我們省略了討論前選擇，只需要提交討論后的答案。例如在狹義相對論一節(jié)中，根據(jù)閱讀測試題數(shù)據(jù)表明，學生對“狹義相對論基本原理”這一知識點掌握牢固，所以無須在概念題中重復測試，“時空相對性”知識點中缺少時間延緩和長度收縮理解的考查，教師就此知識點進行大概10分鐘的基礎(chǔ)講解后，出示概念測試題如下。

靜止參考系S中有一尺子沿x方向放置不動，運動參考系S'沿x軸運動，S、S'的坐標軸平行。在不同參考系測量尺子的長度時必須注意（ ?）。A.S'與S中的觀察者可以不同時地去測量尺子兩端的坐標;B.S'中的觀察者可以不同時，但S中的觀察者必須同時去測量尺子兩端的坐標;C.S'中的觀察者必須同時，但S中的觀察者可以不同時去測量尺子兩端的坐標;D.S'與S中的觀察者都必須同時去測量尺子兩端的坐。該題選自歷年大學物理習題冊，可以算是老題新做。正確答案為C，正確率81.6%，剩下18.4%都是選了B，表明學生在“同時的相對性”這一知識點上存在錯誤概念，即使這題的討論后正確率已經(jīng)大于70%，按照Eric的同伴教學法，原則上是不用教師講解，直接進入下一個課題，但是在實踐中，我們發(fā)現(xiàn)學生討論后，有些同學仍然會堅持自己的錯誤概念，兩個慣性系完全理解顛倒，說明學生沒有完全掌握這個知識點，還是需要教師講解，我們針對每組學生討論時的錯誤觀點逐個擊破，讓學生更好、更牢固地掌握物理概念。該例說明教師運用PI教學時，不能只看數(shù)據(jù)結(jié)果，而是要參與到學生討論中，師生互動，更容易把握學生學習動態(tài)，有助于教學相長。

三、PI教學法在學習能力培養(yǎng)方面的作用

在一學年的同伴教學法實踐中，隨機抽取一個組（四個同學）的概念測試題成績進行統(tǒng)計，實驗班隨機抽取的一組同學第二學期的概念測試題成績相比于第一學期是明顯提高的，最高增長率達到25.6%，最低增長率也有7.7%。學生在相互討論中，觀點不同時，會互相說服對方，有時會在正確概念上達成一致，有時也會適得其反，但不管小組概念題正確率如何，這種學習方法都有效激發(fā)了學生的學習興趣，在互相說服的過程中需要查閱資料，詢問老師，導致更多學習行為和時間投入。

綜上所述，同伴教學法改變了傳統(tǒng)單一的“教師講，學生聽”的傳授模式，在揚州大學運用后，鼓勵學生自主學習，讓學生學會合作學習，教會學生如何去闡述自己的觀點，有利于學生自主學習能力、概念理解能力和相互交流能力的全面發(fā)展。

參考文獻：

[1]張萍.Eric Mazur.Peer-Instruction-哈佛大學物理課程教學新方法[J].中國大學教學，2010，（8）.

[2]Eric，Mazur.同伴教學法-大學物理教學指南[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

[3]趙郁聰，陳滿儒.雙語教學引入Peer-Instruction教學方法的實踐[J].中國校外教育下旬刊，2011，（9）.

[4]張萍.同伴教學法在大學物理課程中的應用[J].物理與工程，2012，22（1）：41-43.