易明芳,李 娟
(安慶師范大學數(shù)理學院 安徽安慶 246133)
教育部高等學校物理學與天文學教學指導(dǎo)委員會在《理工科類大學物理課程教學基本要求》中明確給出了大學物理的地位、作用和任務(wù):“以物理學基礎(chǔ)為內(nèi)容的大學物理課程,是高等學校理工科各專業(yè)學生的一門重要的通識性必修基礎(chǔ)課,該課程所教授的基本理論和基本方法是構(gòu)成學生科學素養(yǎng)的重要組成部分,是一個科學工作者和工程技術(shù)人員所必備的”[1]。它在學生的科學世界觀的養(yǎng)成、培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力及創(chuàng)新意識等方面具有其他課程不能替代的重要作用。因此,高校理科工科各專業(yè)都開設(shè)了大學物理這門課程。根據(jù)各專業(yè)的特點,不同專業(yè)對所開設(shè)的大學物理課程的課程目標有所不同,但整個課程的理論體系基本是一樣的。對于大學物理課程的學習,很多同學有非常強的“挫敗感”,普遍反映“一聽就懂,一做就錯”,學習大學物理自信心倍受打擊[2]。那么問題的癥結(jié)在什么地方呢?學生的考試結(jié)果表明:填空題得分率很低,對于10分的填空題、判斷題和選擇題,其平均得分分別為3~4分、6~7分和5~6分,證明題得分率也不高,約45%左右,計算題得分率較高,一般得分率在70%~80%。分析其原因,填空題和證明題,需要同學掌握扎實的物理概念及物理邏輯,這兩類題的得分率相對較低,說明學生對于物理概念和物理理論沒有真正理解透;對于判斷和選擇題,因有解題技巧,其得分率相比填空題來說要稍高一些;而計算題,同學能記住物理理論的數(shù)學公式,正確代入數(shù)據(jù)計算,相應(yīng)的得分率就較高,這一結(jié)果與馬祖爾的研究結(jié)論相符[2]。對于一般本科高校的學生來說,計算的準確性差也是學生的一個弱點。此外,高校的擴招,在校生規(guī)模變大,班級人數(shù)增加,這導(dǎo)致課堂互動難度變大,如何以學生為中心、充分發(fā)揮學生的學習主動性和能動性,從而提高大學物理的教學效果,就成為大學物理任課教師的重要研究課題之一。為此,學者們提出了諸如“同伴教學法”[2-5]、任務(wù)驅(qū)動法[6]、思維導(dǎo)圖法[7]等各種教學方法。隨著信息技術(shù)的發(fā)展,老師們又提出“線上線下混合教學模式”[8-9]、“智慧教學”[10]、“基于雨課堂的分層次教學法”[11]等。特別是2020年年初新冠肺炎爆發(fā),各高校都開啟了線上教學模式,從而順利完成教學任務(wù),由此又激起新一輪的教學改革探討,特別是基于信息技術(shù)的線上線下混合式智慧教學成為熱門話題[12-15],對于大學物理課程也不例外。無論采用哪種教學方法或教學模式,根本目的是要解決在課時少、內(nèi)容多的背景下,如何提高學生的學習積極性和參與度,從而實現(xiàn)大學物理的教學目標和任務(wù)。不同專業(yè),對大學物理的內(nèi)容要求不一樣,但基本涵蓋力學、熱學、光學、電磁學、原子分子物理及近代物理的部分內(nèi)容,所涉及的知識點多、面廣、跨度大,同時,課時還在壓縮,為了更好地完成教學任務(wù),提高教學效果,同伴教學法(Peer Instruction,PI)是一個很好的選擇,其教學效果得到了廣大教師和學生的認可[5,16-20]。本文結(jié)合前人的研究,詳細討論同伴教學法的理論基礎(chǔ),結(jié)合當前智慧教學環(huán)境,優(yōu)化大學物理課程同伴教學法,以期達到更好的教學效果。
同伴教學法是由哈佛的著名教授Eric Mazur 在20 世紀90 年代對本科生講授大學物理課程時提出的一種教學方法,它是針對大學物理課程教學中“學生有可能只需通過記憶運算法則就能很好地解決傳統(tǒng)計算題而不是理解其中的物理知識,以及由此而可能給任課老師以誤導(dǎo),認為自己學生的學習效果很好”[2]而設(shè)計的一種教學模式。運用“同伴教學法”可以讓學生把注意力集中在學習本質(zhì)概念而又不影響解題能力[2],其基本過程如圖1所示。
根據(jù)后現(xiàn)代教育理論,教學的目的是在教學過程中注重基礎(chǔ)性和全面性,培養(yǎng)學生的獨立性、自主性、創(chuàng)新性及綜合能力,從而使其在將來能科學地認識他們所生活的世界,并能推動這個世界的進步和發(fā)展,使之更加美好[21]。由此可以看出,同伴教學是一個非常適合的手段。從圖1可以看出,同伴教學是一個開放的系統(tǒng),其中涉及兩個主體:教師和學生,在整個過程中,通過布置一定的任務(wù),有效地促進了學生主動參與到教學過程中,實現(xiàn)了以學生為中心、教師為主導(dǎo)的目的。在同伴討論環(huán)節(jié),先掌握概念的學生需要用正確的語言把他所理解的知識表達給其他同學,讓他們能夠理解,從而實現(xiàn)了有效應(yīng)用;每個同學都要發(fā)言,所以都需要獨立思考;在他們討論交流的過程中,會出現(xiàn)思想的碰撞,從而會出現(xiàn)一些新想法,有利于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
圖1 同伴教學的實施過程指南
從心理學角度看,學習可分為“有意義學習和機械學習”兩種,關(guān)于學習的類型有“符號表征學習、概念學習、命題學習、知識應(yīng)用、問題解決”等5種。有意義的學習是指能夠?qū)W習的新知識與原有的認知結(jié)構(gòu)的舊知識建立關(guān)聯(lián),從而形成新的認知結(jié)構(gòu)[22]。同伴教學,教師對表征知識點的相關(guān)符號、概念進行講解,讓學生進行必要的討論,使其能根據(jù)自己的理解,用自己的語言表達出來。某學生可能會出錯,這時其他同學發(fā)表不同見解,或老師適時加入討論,加以引導(dǎo),從而使全體學生獲得對所學新知識的正確認知。這一討論過程,就是學生利用舊的認識來構(gòu)建新的認知過程。在同伴教學的課后環(huán)節(jié)(如圖1所示),教師會給學生布置適當?shù)母拍铑}和計算證明題,讓學生應(yīng)用所學新的概念,用相關(guān)符號來表達某一規(guī)律,解決有關(guān)問題,完成一個“有意義的學習”過程。這一過程也符合“建構(gòu)主義教育”理論的范示。建構(gòu)主義教育理論指出,學習過程除了涉及信息的輸入、復(fù)制和提取,還涉及學生所學新知識與其已掌握的舊知識之間、以及學生與環(huán)境之間的交互,從而達到重構(gòu)知識的目的。同伴教學的過程就是一個知識構(gòu)建的過程。另外,美國學者埃德加·戴爾的金字塔學習理論(如圖2所示)也提示:學生通過單一聽課、閱讀,學習效果差,而與視聽結(jié)合或通過演示,學習效果有所提高,這些都屬被動學習;而如果在學習過程中,對所學的知識進行討論,或加以實踐,乃至把所學的知識教給他人,則學習效果就大大提高,這些討論、實踐、講授的過程是一個主動學習過程,是一個知識內(nèi)化并外顯的過程。根據(jù)圖1所示的同伴教學過程,學生參與到整個學習過程,有獨立學習過程(如課前閱讀,課后測試),有聽的過程(老師講解),有合作學習、討論的過程(如課堂討論),還有實踐的過程(概念測試,考試等)。在整個學習過程中,學生多感觀參與到學習活動過程,通過讀、聽、問、討論、實踐等環(huán)節(jié),將所學知識進行內(nèi)化、糾錯,從而相較于傳統(tǒng)教學活動,理解透徹,同伴教學效果提升明顯[2,16,18-19]。
圖2 學習金字塔理論
從社會學角度看,人們通常愿意聽取背景相仿的同伴的意見和建議[21]。在同伴教學過程中,同伴討論環(huán)節(jié),同學們身份相同、學識文化背景相近,他們有共同的語言、興趣愛好,就某個問題討論時,他們之間沒有交流障礙,有時能更有效地把相關(guān)知識解釋給彼此。這一方面是因為對于新學的概念,學生能意識到弄懂這個概念存在哪些難點,另一方面,教師因多次持續(xù)地講授這些知識,概念上的難點似乎消失了。
此外,同伴教學也體現(xiàn)了系統(tǒng)科學的“反饋原理”。系統(tǒng)科學認為“任何系統(tǒng)只有通過反饋信息,才能實現(xiàn)有效的控制,從而達到目的”。在同伴教學活動中,“教師-學生”是一個開放的系統(tǒng),教師通過課堂講授,向?qū)W生輸出信息,同學們接收到信息,通過同學之間的討論形成反饋信息回到教師這一端,如果反饋是正確的則進行下一個知識點,否則根據(jù)錯誤性質(zhì)教師進一步闡述相關(guān)知識點。這是第一層的反饋。如果把學生作為系統(tǒng)的輸入端,教師這邊即為信息反饋端,對學生輸入的信息(課前、課中、課后)給予及時有效的反饋,使學生知道自己對知識掌握的狀態(tài),對錯的知識能及時予以糾正,從而形成正反饋效果,使“教師-學生”這個系統(tǒng)得到有效控制,提升教學效果。
總之,教育學、心理學、社會學及系統(tǒng)科學等理論很好地支持了“同伴教學”的科學性、有效性,當然,還可以找到其他的理論支撐,比如傳播學理論[18],這里不再細述。已有文獻的實踐結(jié)果表明“同伴教學”效果非常好[2,16,18-19]。當然,要達到理想的教學效果,更重要的是在實施過程中,要講求方案的科學和效率的提高?!巴榻虒W”從提出到現(xiàn)在,已經(jīng)過去近20年了,教學手段和教學平臺都得到了很大發(fā)展和提高,特別是信息技術(shù)的發(fā)展,為開展同伴教學提供了更有效的技術(shù)手段,特別是2020年初新冠疫情導(dǎo)致線下教學無法開展,線上教學很好地解決了此問題。受此啟發(fā),在恢復(fù)正常教學后,結(jié)合線上教學平臺的優(yōu)勢,提出優(yōu)化同伴教學方案,以期達到更好的教學效果。
同伴教學法涉及課前、課堂及課后3個環(huán)節(jié),如圖1所示。課前,根據(jù)即將要學習的知識點,布置學生提前閱讀課本中相關(guān)的內(nèi)容。此目的是讓學生在課前做一部分工作,以減少課堂講授任務(wù),因而有必要對其閱讀效果進行檢查。課中,即課堂教學活動安排,這是重點,根據(jù)圖1,教師將所授課程分解成幾個關(guān)鍵知識點,先對第一個知識點講授(7~10)min;之后給出一個概念性小題目1 min,讓學生思考1 min,學生提交答案(任選)或說服同伴(同伴教學)用時(1~2)min,學生提交修改答案(任選),反饋給教師,教師根據(jù)得分情況決定下一步操作,講解正確答案(用時2 min多),這個過程總用時約(5~8)min。在這個過程中,學生第一次回答正確率如果低于40%,那么,這個知識點就需要進一步細化,進行更深入地講解;如果正確率在40%~80%,則只需讓同學們相互討論,讓他們自己得出正確結(jié)論;如果正確率在80%以上,那么教師給出正確答案后,即可進入下一個知識點的講解。課后這一環(huán)節(jié),適當布置家庭作業(yè)或考試。
通過以上對同伴教學法實施過程的簡要介紹,我們會發(fā)現(xiàn)其中涉及以下幾個具體問題:1)課前閱讀小測的時間安排及結(jié)果反饋應(yīng)用問題;2)同伴討論過程中答題結(jié)果的及時統(tǒng)計與反饋;3)如何有效組織討論的問題;4)如何在提高學生對物理概念理解的基礎(chǔ)上,不影響其對計算題和證明題等傳統(tǒng)題的解題能力培養(yǎng);5)學時有限與內(nèi)容多的矛盾。要解決以上問題,關(guān)鍵在兩個方面:保證所有學生的有效參與和教、學的及時反饋與應(yīng)用。信息技術(shù)的發(fā)展崔生了教學理念智慧化與教學技術(shù)的智能化,即有了智慧教育的概念[11,23-24],相應(yīng)地出現(xiàn)了大量的智慧教學平臺,如愛課程(中國大學MOOC)學堂在線、學銀在線、超星爾雅網(wǎng)絡(luò)通識課平臺、雨課堂、騰訊課堂、騰訊會議等等。這些教學平臺有的提供了大量的教學資源,有的提供了在線互動功能,特別是新冠疫情特殊背景下很好地解決了不能線下授課的難題?;诖?,線上線下混合教學模式被提出來[8]。因此,利用這些智慧教學平臺,對在大學物理中實施同伴教學進行優(yōu)化,促使學生全體參與和提高教、學效率。下面具體從以下幾個方面進行優(yōu)化。
以電子、信息類相關(guān)專業(yè)的大學物理為例,我們所用教材為馬文蔚的“物理學”第6版,分上、下兩冊,各8章內(nèi)容,一學期51學時,一學年共102學時。按傳統(tǒng)的線下教學模式,要完整完成全書的16章內(nèi)容,是不可能的,因此只有舍棄書中打“*”部分的內(nèi)容,讓學生自學,但學生基本都不會去自學,因此,一學年下來,學生能在腦海里建立一個比較完整的物理知識體系就很困難,這樣不利于其后面專業(yè)知識的學習?,F(xiàn)在有了智慧教學平臺,又有教學效果較好的同伴教學模式,因此,我們擬結(jié)合雨課堂、MOOC、騰訊會議等智慧平臺進行大學物理同伴教學設(shè)計。但一相情愿不會取得良好的教學效果,因此,有必要在實施同伴教學前進行動員,讓學生知道我們的教學安排、他們需要做些什么及如何進行成績評定。當初Eric Mazur也安排了課前引言環(huán)節(jié)[2],他是在第1天開課時進行動員的。結(jié)合我們的實際,我們利用騰訊會議,在開課前幾天,組織一次班級動員會議,這樣不占用有限的課堂時間。在會議上,突出以下內(nèi)容:(1)本學期總的學習任務(wù)、教材及參考書,(2)課情分析(任務(wù)重,課時少),(3)介紹同伴教學模式,(4)給出同伴教學的具體方法和步驟,(5)同伴教學每個環(huán)節(jié)學生的具體任務(wù)、要求,(6)課業(yè)成績的評定規(guī)則,(7)智慧平臺的介紹。通過這個動員會議,讓學生知道本課程的總體安排、他們的任務(wù)及學習成績的評定規(guī)則,并初步熟悉學習任務(wù)的接受、學習結(jié)果的反饋及交流討論的具體途徑、操作方法等,從而達到激發(fā)學生興趣、讓學生做好后期配合學習的目的。
同伴教學的課前預(yù)習非常重要,它決定后期授課的進度和效果。為使后面同伴教學活動能順利有效開展,必須要強化課前預(yù)習這一環(huán)節(jié),讓每一位同學都要完成這一任務(wù)。Eric Mazur 的做法是把整個學期的課前閱讀任務(wù)作業(yè)日程表發(fā)給學生,然后每次課前20 min 到開課后5 min,讓學生完成3~4題的閱讀小測[2]。這樣做有一個好處是,讓學生提前知道整個教學活動的安排,缺點是對后面課程的進度把控要非常嚴格,對學生的要求比較高。另外,檢查課前預(yù)習的課前小測安排在課前20 min到開課后5 min這段時間不利于授課重點的調(diào)整。因此,對這一環(huán)節(jié)進行適當調(diào)整和優(yōu)化。在課前動員會上把本學期的教學日歷發(fā)給學生,讓學生清楚本學期總體的學習任務(wù)及大致進度的安排。然后,在每次課前1周,將具體的預(yù)習任務(wù)布置下去(亦可在每次課后馬上進行下次授課預(yù)習任務(wù)的布置)。布置預(yù)習閱讀任務(wù)時,不能太泛,帶著具體的任務(wù),否則效果不佳[16]。布置預(yù)習任務(wù)時,閱讀教材是必須的,有的可以配以大學MOOC上的相關(guān)章節(jié)。例如,大學物理第1次課(3個課時)安排“緒論”和第1章“質(zhì)點運動學”中“質(zhì)點運動的描述”這一節(jié)內(nèi)容。帶著以下問題閱讀課本1~12頁的內(nèi)容(教材:馬文蔚的《物理學》上冊,參考書:張漢壯的《力學》):
(1)物理學的研究對象、方法,物理學的分支,物理學的應(yīng)用(簡要的預(yù)習報告);
(2)本節(jié)要掌握的基本概念:參考系、坐標系、質(zhì)點、位置矢量r=xi+yj+zk、運動方程r(t)=x(t)i+y(t)j+z(t)k、參數(shù)方程x=x(t),y=y(t),z=z(t)、軌跡方程f(x,y,z)=0、位移Δr、路程s、速度(包括瞬時v和平均)、加速度(包括瞬時a和平均)。
然后通過雨課堂發(fā)送3~5題預(yù)習測試題(亦可以直接用文獻[2]中的測試題,或教材后面的選擇題,這里就不具體列出)。為了便于對習題進行統(tǒng)計分析,從而精確安排課上的重點講解內(nèi)容,預(yù)習小測題以選擇題為主,這樣雨課堂就可以自動進行統(tǒng)計,提高效率。
根據(jù)課前預(yù)習的反饋情況,適當調(diào)整課堂講課的內(nèi)容及重點,具體實施過程如圖1所示。在課堂講解過程中,對課堂內(nèi)容的組織和安排非常重要。講課的方法,可以根據(jù)課堂內(nèi)容靈活安排,比如演示法、對比法等。Eric Mazur[2]當時提出同伴教學法時,信息技術(shù)還不夠發(fā)達,小測或課堂討論結(jié)果的反饋采取舉手、課后統(tǒng)計表或一種稱為“課堂會談”的計算機響應(yīng)系統(tǒng)。前兩個方法效率低,后一個方法投入成本高。而隨著信息技術(shù)的發(fā)展,智慧教學系統(tǒng)已走進課堂,教學手段已多樣化。因此,為了高效完成教學任務(wù),我們借助現(xiàn)代多媒體技術(shù)和雨課堂、微信群或QQ群等智慧平臺開展智慧課堂教學。根據(jù)預(yù)習情況,做好課件,每一個概念之后跟一道概念測試題,題型可以是選擇題,也可以是簡答或判斷題。需要注意的是,課件內(nèi)容要精煉,配以動畫,適當融合相關(guān)的音像教學資料。上課時,開啟雨課堂授課,這樣即可以隨機點名,又可以借助雨課堂答題系統(tǒng)自動統(tǒng)計答題結(jié)果,以便根據(jù)圖1安排課程進度,從而提高上課的效率。線下授課時,注意配合板書上課,切不可只放PPT。課中,根據(jù)測試題的答題情況組織課堂討論。仍以“質(zhì)點運動的描述”為例,講完位矢和位移后,給出以下測試題:“|Δr|和Δ |r|有什么區(qū)別?”。一般同學們知道二者有區(qū)別,但在具體分析是什么區(qū)別時,會出現(xiàn)問題,這時讓同學們自己討論,并要求他們以圖示的方式表達出來,如圖3所示,這樣,讓他們加深對位矢和位移這一對概念的理解。
圖3 |Δr|和Δ|r|的區(qū)別
組織課堂討論時,需注意:1)為了有效開展討論,對全班同學進行合理分組非常重要。解志秀[3]對此問題進行過問卷調(diào)查,學生反映的結(jié)果表明:在分組時,注意將成績好、中、差的同學進行合理搭配,不要把成績好的同學全放一組,也不要將成績差的同學全放一組,每一組里既要有成績好的同學,也要有成績差一些的同學,這樣有利于提高討論效果;小組最好不要全為男同學或全為女同學,這樣可以充分發(fā)揮男同學思維活躍、女同學思維細致的優(yōu)點。此外,小組人數(shù)不宜過多,5個左右為宜。2)課堂測試題的難度要比課前測試大一些,針對性更強一些。3)課堂反饋途徑借助雨課堂發(fā)布測試題,時時查看測試結(jié)果,控制討論進程。
從前面的討論可以看出,在同伴課堂教學中,概念測試占用課堂時間約1/3,這樣就會導(dǎo)致以下問題:教師講課的時間變少了,而大學物理的知識點本來就很多,這樣就不能做到所有知識點全部覆蓋。因為課堂重點放在對物理概念的理解上,有關(guān)物理的解題技巧和方法的講解就減少了。Eric Mazur[2]的做法是,把大量的學習任務(wù)放到學生肩上,比如通過課前閱讀,一些學生已經(jīng)會了的概念課上就不再講,課上只重點講學生沒有掌握的概念;學生的解題技巧與方法則通過習題課和家庭作業(yè)來訓(xùn)練。我們之前的做法是,每次課后給學生留下3~4題家庭作業(yè)(以計算證明題為主),每一章上完,進行一次綜合性的單元測試?,F(xiàn)可以通過雨課堂平臺發(fā)布作業(yè),或進行單元測試,客觀題自動批改統(tǒng)計成績,主觀題批改過也可以自動統(tǒng)計成績。試題的分析則可以通過騰訊會議直播講解,這樣不受空間限制,也可以錄播,學生隨時可以查看。通過這些措施,可以訓(xùn)練學生應(yīng)用所學物理概念解決物理問題的能力。應(yīng)用智慧平臺,學生遇到的或教師給予解決的問題能夠得到及時反饋,這樣有利于解決學生的困惑,形成正反饋效果,從而提高學習效率。
同伴教學法的教學如何,很大程度上依賴于學生的配合,從課前的閱讀預(yù)習、課堂上的小組充分討論、到課后作業(yè)及單元測試的完成,每個環(huán)節(jié)都需學生的認真參與和任務(wù)的高質(zhì)量完成。因此,對學生學習成效的考核,就不能以學期末的一次考試來評價,更應(yīng)注意過程考核。Eric Mazur[2]為了激勵學生完成課前閱讀任務(wù),采取在期末給學生額外加分的方法。大學物理課程任務(wù)重,課時相對不足,一般又是大班教學,因此,為了提高教學質(zhì)量,必須激發(fā)學生的主動學習情緒,考核就是一種激勵手段。通常大學物理的成績評價是平時占20%,實驗占20%或30%,期末占60%或50%。同伴教學過程中采用了雨課堂教學,每一個環(huán)節(jié)都有跡可循,學生的學習成效有據(jù)可查,為過程評價提供了便利。對課程的評價應(yīng)將重點放在平時的學習過程,因此建議將期末考試成績占考核的比例定在50%,平時成績定在30%,實驗成績占20%。課前動員時,要把課程的評價方式告訴同學們,引起他們的重視。平時成績來自于學習過程中的每一個環(huán)節(jié),比例又較高,因此學生會更加重視。相應(yīng)地,平時努力,到期末時,學生的成績也不會太差,整體學習效果自然得到提高。
綜上所述,本文根據(jù)大學物理教學的實際需求,結(jié)合新冠疫情期間線上教學情況及同伴教學模式的優(yōu)勢,提出基于智慧平臺的同伴教學模式。先從教育學、心理學、社會學、系統(tǒng)科學等方面系統(tǒng)分析了同伴教學法之所以有效的理論依據(jù),針對傳統(tǒng)同伴教學的各個環(huán)節(jié),結(jié)合雨課堂、QQ群、愛課程(中國大學MOOC)等智慧教學平臺和手段,對課前動員、課前預(yù)習、課堂討論、課后作業(yè)及課程考核等環(huán)節(jié)提出了優(yōu)化設(shè)計方案。這種教學方法在物理概念教學、創(chuàng)新思維培養(yǎng)、學習興趣的激發(fā)、提高學生發(fā)現(xiàn)問題并且解決問題的能力、團隊協(xié)作能力等方面都有積極作用,有利于提升大學物理課程的教學質(zhì)量。初步教學效果得到了改善,學生教學評價較好,但還有待于進一步提高和完善,特別是教學效果的評價還沒有系統(tǒng)開展,教學資料還不完善,后面將結(jié)合之前的教學經(jīng)驗,繼續(xù)在物理學專業(yè)課上推廣實施基于智慧平臺的同伴教學模式,系統(tǒng)建成同伴教學的教學資源,研究同伴教學的評價理論體系,從而形成一個完整的基于智慧教學背景下的同伴教學理論與實踐體系。