莫文玲，劉濤，李瑞強

（華北理工大學 以升創(chuàng)新教育基地，河北 唐山 063009）

大學物理作為工科專業(yè)人才培養(yǎng)方案中的一門重要基礎(chǔ)課程，在培養(yǎng)創(chuàng)新人才方面起著重要作用［1］。多年來，我國大學物理課程一直采用“傳授―接受”式的教學模式。其基本流程是：激發(fā)學習動機－復習舊課－講授新知識－鞏固運用－檢查評價。顯然，傳統(tǒng)的教學模式已不適應培養(yǎng)創(chuàng)新人才的要求。近年來教育工作者做了很多探索性工作，提出了許多新的教學模式［2，3］，如：探究式物理教學、培訓式物理教學等，且已被證明優(yōu)于傳統(tǒng)的物理教學模式，但大多本質(zhì)上仍屬于以教師為中心的教學模式。此類模式的優(yōu)點是有利于教師主導作用的發(fā)揮，有利于教師對課堂教學的組織、管理與控制。其缺點是忽視了學生的主動性、創(chuàng)造性，把學生當作灌輸?shù)膶ο?、外部刺激的接受器，沒有把學生的認知主體作用體現(xiàn)出來。大多學生逐漸養(yǎng)成了一種不愛問不想問“為什么”、也不知道要問“為什么”的麻木習慣。致使學生的發(fā)散性思維、逆向性思維被束縛，敢于沖破傳統(tǒng)的新思想、新觀念被扼殺，作為認知主體的學生其主動性無從發(fā)揮。

最近幾年，德國教師正嘗試以“討論班”形式授課，即由學生自己查閱資料、尋找器材，并輪流安排和主持課堂教學。在美國哈佛大學正在進行各種嘗試并取得非常好的效果［4］，其中物理學教授Eric Mazur等人借助課堂表決器（Clicker），進行一種結(jié)合實時式教學和同輩教學（Peer Instruction，PI）的交互式教學模式改革，有效地提高了學生的課堂積極性和學習成效。與此同時我國很多同行院校也在努力進行探索研究，如北京師范大學［3，5］、北京交通大學、浙江大學、上海同濟大學、中山大學、華中師范大學等等。

構(gòu)建特色大學物理教學模式是加強本科教學、提高本科教學質(zhì)量和教學水平的重要內(nèi)容。本文作者認為，現(xiàn)今大學物理教學由傳統(tǒng)的教學模式轉(zhuǎn)變成以教為導、以學為主，在教師指導下學生研究式自主學習的模式勢在必行，這是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的必要條件。本文在培養(yǎng)創(chuàng)新人才的目標下，借鑒實時式教學和PI教學法的先進理念，針對我校學生素質(zhì)的實際情況，從教學內(nèi)容、教學方法、考核評價等方面大膽改革我?，F(xiàn)有大學物理教學模式，以實現(xiàn)喚起學生學習興趣、培育學生創(chuàng)新精神、培養(yǎng)和鍛煉學生主動學習能力，創(chuàng)新思維能力和工程實踐能力的目的。

一、PI教學法及優(yōu)點

（一）PI教學法

美國哈佛大學Eric Mazur教授創(chuàng)立了PI教學法，并對該方法進行了實踐和改進，取得了顯著的教學成果［6，7］。PI教學法的具體實施方法如圖1 所示。此過程也是我校的PI互動教學的課堂部分的大致框架。

圖1 我校實施的PI教學法的流程圖

（二）PI教學法的優(yōu)點

PI教學法將有利于學生的基礎(chǔ)知識、基礎(chǔ)技能的理解和掌握，有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識以及“發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題、解決問題”的能力，促進學生養(yǎng)成科學地、有效地自主學習的習慣。

二、基于我?？陀^實際的PI互動教學模式的建立

（一）基于PI教學法的互動教學

根據(jù)我校的實際情況，我們制定了如下具體實施方案：

課前互動：通過課前閱讀指定的大概20分鐘的內(nèi)容，讓學生對上課內(nèi)容先有粗略的了解之后，在課堂上回答1～3個問題，教師統(tǒng)計學生的反饋情況，實時了解學生對知識的理解程度，更準確地把握學生真正的問題及困難，適當?shù)匕才耪n程內(nèi)容，由此避免了當前物理教學普遍存在的“內(nèi)容面面俱到，導致學生厭煩”的問題。

課堂互動：此課堂時間可分成幾個小節(jié)，每小節(jié)開始一段時間，由老師重點講主干內(nèi)容，特別是針對學生課前閱讀時所反映的難點。之后，教師給定幾個根據(jù)歷年教學經(jīng)驗而確定的概念性試題。借助課堂應答系統(tǒng)的發(fā)送設(shè)備學生發(fā)送答案，借助課堂應答系統(tǒng)的接收設(shè)備和課堂多媒體設(shè)備實時地接受學生答案（通常有4－5個選項）并直接地將答案的分布情況以柱狀圖的形式展示出來。如果正確率適中，則讓學生相互之間展開討論、交流。學生需要向周圍同學或小組成員闡述自己的觀點，并且嘗試說服對方或者接受對方的觀點。教師在學生間走動，聆聽學生的討論，并適時給出一些建議加以引導。討論完成后，再次要求學生重新發(fā)送答案、教師統(tǒng)計，這一次的正確率通常會很高。最后教師梳理最佳思路并進行針對性講解。在此過程中，學生會不斷反思自己的理解，澄清錯誤的想法。這樣一來，課堂教學對學生而言不再是無聊的被灌輸?shù)倪^程，反而變成一個必須全心參與、并與自己切身相關(guān)的歷程，也使得學習的過程變得更有趣、更有意義；與此同時，教師的角色也發(fā)生了轉(zhuǎn)變，再也不是信息的傳遞者，而是過程的參與者，他需要觀察和聆聽學生的問題、把握學生的思維脈絡，實時了解學生對所學概念的理解、掌握情況，準確有效地提供協(xié)助，同時有利于教師實時地調(diào)整接下來的教學內(nèi)容。從而實現(xiàn)了課堂教學的實質(zhì)性的“互動”。

課后互動：通過教學輔助論壇的形式構(gòu)建師生交流平臺，目的是提高學生參與課后復習的積極性，幫助學生“溫故知新”。

考核互動：為了達到更理想的教學效果，我們還對課程的考核方式進行了大膽的嘗試，建立“半開卷”期末考核與“參與式”平時考核相結(jié)合的考核評價體系：（a）“半開卷”期末考核占總成績的50%，具體實施方案為：考試前兩周，發(fā)給每位學生一張A4紙（稱為半開卷紙），允許學生寫上公式、知識點等任何其認為在考試時需要參考的信息，考試時帶入考場，在交卷時，此半開卷紙需按要求粘貼在試卷指定的位置上，將作為卷面打分的一部分，老師可根據(jù)半開卷紙上學生總結(jié)信息的系統(tǒng)性、條理性給予評價打分，占卷面成績的20%。以此種形式督促同學考前認真復習，將所學知識加以系統(tǒng)歸納、整理和提煉，使所學知識系統(tǒng)化、條理化，將學生從機械的公式記憶與數(shù)學推導中解放出來，使學生能將精力集中在將所學知識和思想方法的歸納綜合運用上，引導學生注重創(chuàng)新意識與思維能力的訓練。此外，試卷也由“知識再現(xiàn)型”題目的考查轉(zhuǎn)變?yōu)閭?cè)重知識的綜合應用和創(chuàng)新能力的題目的考查，籍此充分發(fā)揮數(shù)理基礎(chǔ)課程啟迪心智的作用；（b）“參與式”平時考核占總成績的50%，主要是借助課堂應答系統(tǒng)和教輔論壇中的軟件程序記錄學生參與課堂互動的次數(shù)及正確率、課下參與討論情況等信息，并通過換算公式得到平時成績。這樣一來，學生就會積極參與到每次師生互動活動中來，從而提高學生對所學知識的吸收效率。

（二）具有自我知識產(chǎn)權(quán)的課堂應答系統(tǒng)（CRS）的建立

雖然在實施教改的初期階段，我們購買了成型的課堂應答系統(tǒng)（Classroom Responding System，CRS），但是使用過程中，我們發(fā)現(xiàn)仍然存在很多方面的欠缺，不符合我校師生的需要，而這些問題若由生產(chǎn)商來解決，成本過高而且周期太長，同時也不利于教學法的推廣。故此我們開發(fā)了具有自我知識產(chǎn)權(quán)的課堂應答系統(tǒng)，這套系統(tǒng)已經(jīng)很好的運行在大學物理課堂上，由于去除了使用者與開發(fā)者的交流障礙，使得設(shè)備能更好的服務于課堂教學和課后教學總結(jié)。圖2和圖3是基于短信平臺的課堂應答系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架和實現(xiàn)效果。

圖2 基于短信平臺的課堂應答系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

圖3 軟件界面截圖

（三）內(nèi)容豐富的概念性試題庫的建立

概念性試題（Concept Tests）是交互式教學的關(guān)鍵，其設(shè)計的好壞決定能否引發(fā)學生的思考及討論，進而影響PI互動教學的成效。因此，建立適合我校學生且數(shù)量豐富的題庫是必要的，但很難以一人之力達成。由于以問題為基礎(chǔ)的教學方法很多，因此相關(guān)的網(wǎng)絡資源也相當豐富。本項目通過多種方式來逐漸建立豐富的概念性試題庫，總結(jié)起來主要有以下幾個來源：（a）參考哈弗大學Mazur教授出版的《Peer Instruction》［6］及其翻譯版《同伴教學法》［8］；（b）國外大學物理教材習題；（c）我校教師多年來的實踐思考和以往編寫的試題集精選；（d）網(wǎng)上搜集相關(guān)文獻［7，9］；（e）同行交流分享。此外，豐富的題庫還應與前沿問題緊密結(jié)合，如電磁斗篷、液晶結(jié)構(gòu)、超導、太陽能電池、生物計算、大型強子對撞機、核聚變、量子密約、宇宙大爆炸等方面的問題，這類問題，不僅能使學生開闊視域，還能使學生認清科技前沿與基礎(chǔ)知識的關(guān)系，提高學習興趣。

三、實施PI互動教學取得的效果

PI教學法的成功運用，帶來了明顯的教學效果，具體表現(xiàn)如下：

（一）增強了學生對課程重點和難點的理解與吸收

學生在討論過程中產(chǎn)生的分歧會使他們懷疑個人看法的正確性，從而尋求更多的信息，對個人知識和結(jié)論進行重新組織，促進對物理概念更深刻的理解與掌握；同時在學生相互質(zhì)疑和解釋彼此結(jié)論的過程中能產(chǎn)生高質(zhì)量決策、更高的推理水平、更多的新思想和新方法，以及更好的知識遷移。老師通過聆聽學生的討論，能及時發(fā)現(xiàn)學生中存在的錯誤概念，有的可能是以前我們的教學經(jīng)驗中沒有的，有些錯誤概念甚至也廣泛地存在于教師中。

（二）學習成績的提高

為了考察PI教學法的實施效果，本文作者借助課堂應答系統(tǒng)記錄了學生針對某些概念測試題討論前（Before）后（After）的投票結(jié)果，圖4展示了針對力學部分的課堂概念測試題在討論前后學生投票的正確率。由此圖可以非常明顯的看出，學生簡短討論對于知識吸收的幫助，此外，為了驗證PI互動教學的實施效果，基于國際標準知識測試題目“力的概念清查”（Force Concept inspect，F(xiàn)CI）［10］和“力學基準測試”（Mechanics Baseline Test，MBT），我們采用了PI互動教學實施前測試（簡稱前測）與PI互動教學實施后再次測試（簡稱后測）的檢驗手段，進行了檢驗，結(jié)果如表1所示。需要說明的是，兩年中所采用的測試題目是不一樣的，其原因是，在前測中學生的普遍成績偏高，不利于后面的教學，學生容易產(chǎn)生松弛懈怠的心理，同時也造成數(shù)了據(jù)結(jié)果區(qū)分度不明顯，所以第二年我們采用難度較大的MBT試題。由表1可見，實施PI互動教學的班級擁有更好的表現(xiàn)。

表1 實施PI互動教學以來前測與后測中的學生得分平均值

（三）出勤率和學習興趣的提高

運用PI互動教學后，我們發(fā)現(xiàn)，不僅學生的出勤率提高了，課堂注意力也更加集中，尤其是在討論時，學生更集中注意力、更活躍、更積極思考發(fā)表見解。我們還發(fā)現(xiàn)，課堂討論無形中帶動了課前與課后的學習，無形中拓展了學習的空間和時間，彌補了課上討論所花費的時間，。表2是實施PI互動教學對出勤率和學習興趣的影響的統(tǒng)計結(jié)果。

表2 實施PI互動教學對出勤率和學習興趣的影響

（四）教師的收獲

在實施PI互動教學時，教師確實獲得了很多的益處：（a）教師可實時了解學生的理解情況，能更好地引導學生學習；；（b）教師可更多投入研究教學、設(shè)計教學，教學本身就是一種科研，每一堂課均有教學研究的數(shù)據(jù)成果；（c）激發(fā)學生參與教學，讓課堂教學更有效，讓任課教師更有成就感；（d）教師觀念發(fā)生了實質(zhì)的轉(zhuǎn)變：由教“書”到教“學”。重要的不是教師教授了什么，而是學習者學到了什么、怎么學到的，教師的作用不再是將知識和技能傳授給學習者，而是幫助學習者將其轉(zhuǎn)化為自己的知識和技能，并學會如何轉(zhuǎn)化。

四、結(jié)語

PI教學法已經(jīng)被世界各國不同學科領(lǐng)域的教師認識和接受，并在課堂教學中應用。借助于各類課堂回饋系統(tǒng)支持，PI教學確實取得了不錯的成績。但也面臨一些如互動問題的設(shè)計要求較高、課堂討論時間把握較難等問題。不過，我們相信它必將引領(lǐng)一場以生為本的教學改革。在廣大同行的共同努力下，一定會取得更好的教學效果。

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［3］張萍，等．基于同伴教學法的多元化評價模式研究——以大學物理課程為例［J］．中國大學教學，2013（09）：60－62．

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