同伴教學法在物理教學中的研究與應用

馮麗霞　馮秀梅

[摘要]本文首先介紹了同伴教學法，而后結合自身教學經歷闡明其教育意義和對學生的促進作用。并綜述了PI教學法的應用狀況和相關研究成果。

[關鍵詞]同伴教學法 物理教學 傳統教學法

[中圖分類號]G424 [文獻標識碼]A [文章編號]1005-5843（2013）04-0139-03

[作者簡介]馮麗霞，馮秀梅，華中師范大學物理科學與技術學院（湖北武漢430079）

教育研究表明，教學方法和教學模式改革比教學內容改革對學生的培養有更重要的意義，而且合作、互動的學習方式對建構知識和培養學生的創新能力非常有效。為促進學生有效地學習，教育研究者設計出了許多合作、互動的教學方法。在我國很多高等學校的課堂教學評價指標中都包含合作和互動的內容，許多教師也意識到課堂互動和學生之間的合作學習在建構知識和培養學生的創新能力方面的積極作用。但是，目前國內大多數基礎課還是以講授為主，其原因是這些課程一般都是學生人數在60以上的大班課程，合作、互動的教學方法在這樣的大班課堂教學過程中似乎很難找到真正有效的實施策略。因此，教師需要一個輔助系統來提高學識，同時提供更好的教學經驗，以在大班課堂教學中實現學生自主學習、合作學習、師生互動、生生互動的教學目的。

一、同伴教學法簡介

同伴教學（Peer Instruction，以下簡稱PI）是由哈佛大學著名教授馬祖爾（Eric Mazur）創立的，使用專門設計的用于揭示學生錯誤概念和引導學生深入探究的概念測試題，借助計算機投票系統，組織大班課堂教學，變傳統單一的講授為基于問題的自主學習和協作探究的教學方法。它有效地改變了傳統課堂教學手段、教學模式，在大班課堂教學中營造一個學生自主學習、合作學習、生生互動、師生互動的教學環境。

哈佛大學PI教學法的提出、實踐、改進和得出初步研究結論歷經了十年之久，后續研究一直在持續進行。哈佛大學PI教學法研究在十年間三次獲得美國國家科學基金的支持，相關研究的文章：Farewell，lecture發表在《科學》（science）雜志的教育論壇欄目上，引起世界的廣泛關注。對PI教學的系統總結工作《同伴教學法——大學物理教學指南》（Peer Instruction-A User's Manual）已經出版發行，并在2011年由機械工業出版社組織翻譯出版。

傳統講授式教學法通常以教科書或教師教案的內容順序組織一節課的教學，課后讓學生進行復習和練習。而PI教學法則首先要求學生在上課前預習，回答兩個與預習內容有關的問題，并指出自己認為難以理解的部分。然后在正式上課時將一節課（以一個半小時計）分成幾個小單元，每個單元圍繞一個關鍵物理概念進行設計，教師在對關鍵概念進行精要闡述后，給出一個個概念測試題，并以此為核心組織教學。概念測試題是專門為課程設計的、用于揭示學生的錯誤概念和引導學生深入探究的測試題，一般是多項選擇題和判斷題。這些概念測試題主要針對單個概念，不依靠公式即可解，有適當的多項選擇的答案，題意明確，難度適中。

二、同伴教學法流程

概念測試題教學常規時間安排如下：（1）提出問題1分鐘；（2）給時間讓學生思考1分鐘；（3）學生提交自己的答案（任選的）；（4）學生說服同伴（同伴教學法）1-2分鐘；（5）學生提交修改的答案（任選的）；（6）反饋給教師：答案的得分情況；（7）講解正確答案2分多鐘。概念測試題教學在同伴教學中大約占用了課堂教學時間的1/3。下面應用一個實例來說明如何實施同伴教學。

例：一個恒定的力作用于初始靜止在氣墊導軌的小車上。小車和導軌之間的摩擦力忽略不計。力作用了一段時間后，小車得到一個確定的最終速度。問：如果改用一半大小的作用力施加在該小車上，為了達到相同大小的最終速度，這個力作用在小車的時間相當于原先作用時間的多少？（1）4倍長；（2）2倍長；（3）相同長；（4）一半長；（5）1/4長。選項（2）是正確的。討論之前（之后）的回答統計：（1）16%（5%），（2）65%（83%），（3）19%（12%）。討論之前（之后）的確定度統計，相當確信：50%（71%）；不十分確信：43%（25%）；僅僅猜測：7%（4%）。

這道題是選自馬祖爾教授的《同伴教學法——大學物理教學指南》的教學案例，這是在教師定義了力和質量的概念、簡述了牛頓第二定律后，為了檢測學生對力、加速度和速度之間的關系是否已經清楚而設計的。討論之前有65%的同學理解錯誤，這時需要學生同伴討論。統計數據研究表明，當錯誤的概率在30-70%時進行同伴討論，教學效果最好，“說服同伴”的討論增加了回答正確的人數，并且增強了學生對自己答案的自信心。但仍有近20%的人在經過討論之后給出了錯誤的答案，這需要教師花些時間來討論正確答案。馬祖爾教授強調：在解釋這個問題時要避免運用公式。他的論述如下：力引起了加速度，加速度表明在給定的時間間隔內物體的速度增加多少。因此，如果力只有原先的一半大小，則加速度只有原先的一半大小，這樣，需要作用2倍的時間來給小車增加相同的速度。

在這個過程中，首先應給出一些時間讓學生自己思考作答，然后要求他們和同伴討論自己的答案，讓學生在與同伴的辯論中思考問題。同時，學生討論前后的作答情況也為師生提供了一個有效的評價學生理解概念的方法。

三、PI教學法所取得的成果

1.PI教學法讓學生在交互中學習

PI教學法強調理解，讓學生積極地參與到教學過程中，使物理課更容易被學生所接受。目前，美國至少有50位教師已經嘗試了同伴教學法，他們來自各種不同的學校：高中、社區學院、大的和小的公立學校等，這些人都報告了學生在成績和理解上的進步。PI教學法堅持以學生為主體、教師為主導的教學理念，教師在教學中精講教學內容中的重點、難點、疑點和關鍵點，啟迪學生的思維，營造一個師生互動、生生互動和激發學生學習興趣、引導學生探究的學習環境。教學從學生現有的發展水平出發，通過一些影響學生認知能力的問題——概念測試題不斷激發他們的主動性，引導學生之間的合作學習，獲得新的認識和產生新的思想，達成思維、情感與意志的和諧發展。在全世界有許多學校和教師在不同課程中用PI教學法。在對使用這一教學模式的教師調查中，有80%的教師表示這個方法很成功，超過92%的教師表示會繼續改進和使用這一方法。

2.PI教學法在促進學生理解上的作用

哈佛大學對PI教學法的研究表明：PI教學法在促進學生深入理解物理概念和提高物理計算能力方面優于傳統教學方法。哈佛大學在大學物理課程中使用PI教學法并進行了十多年的教學實踐，同時對這一教學法進行了科學研究。研究中使用標準化的評價工具FCI（Force Concept Inventory）和MBT（Mechanics Baseline）將PI教學法與傳統教學法進行科學比較。哈佛大學的研究數據表明：在物理概念的理解、物理定性分析和定量計算幾個方面，PI教學法均優于傳統教學法。2000年哈佛大學Mazur研究組對在全世界使用PI教學法的教師進行大規模調查所獲得的數據中，有108名物理教師表示定量測量過PI教學法的有效性，其中81%使用評價工具FCI評價他們的課程，有11個學院和大學提供了他們的數據，共涉及30門課程，匯總數據結果也支持上述結論。

3.PI教學法減少了男女生學習差異

哈佛大學Mazur研究組研究了這個教學方法在減少物理學習中性別差異的作用，研究數據表明：PI教學法構建的學習環境對男生和女生的物理學習都有很好的促進作用，但女生獲益更多，使用PI教學法的物理課程，在課程結束時男女生學習差異比課程開始時減少了。許多研究表明：女生科學課程分數低于男生，物理課程學習中存在男女差異。從1980年起，國際上開始有減少科學課程學習中性別差異的教學研究，有研究認為，女生在互動教學、沒有競爭的氛圍和強調概念的課程中會獲益更多，因為女生更愿意在討論中用語言表達想法。PI教學法中討論環節正好給了學生互動和解釋觀點的機會，適合女生的學習特點。

4.PI教學法對學生其他方面的促進作用

文獻調查結果表明，PI教學法應用于不同的課程對學生的促進作用結果如下：增強學生的學習潛能和自信心；促進批判性思維、問題解決和決策能力的生成及分享經驗；降低學習焦慮；互動教學有利于知識保持和記憶；提倡從同伴中學習，每一個學生都是學習的主動者，學生在同伴中進行意義建構、進行自我反思，在認知和能力方面得到發展；強調同伴之間的合作和交流，不僅能促進學生的情感和社會性的發展，也能增進學生之間的友誼，從而形成良好的學校文化；以學生為中心，教師是學習的促進者，學生在沒有壓力的學習環境中學習，學習更加主動，學習積極性更高。

四、實施PI教學法的有效措施

1.激勵學生課前預習

課前閱讀是課前預習所必需的，因為學生不是很重視，所以需通過一些激勵機制來促使其完成閱讀作業，比如記分的閱讀小測驗。為了確定學生確實做了課前閱讀作業，每次課開始時都會有一個3—4題的閱讀小測驗，運用電子形式和紙質形式。通過這些閱讀小測驗，學生在滿100分的期末成績之外還可以獲得額外加分。閱讀小測試是自我監控的，一般允許學生在開課前的20分鐘到開課后的5分鐘之內的任何時間內進行測試。為了打消學生在測驗中的合作想法，要將他們的評分拉開，同時要制定一定的標準以使平均分為6分（滿分為10分），這樣在期末成績之外還可以獲得最高10分的額外加分。額外加分的總體影響是很小的，然而學生樂于運用這個機會來獲得一些額外的分數，這樣就可以營造一個學生能夠自我學習的環境。引導學生進行課前預習的另一個策略是在學期一開始就給出一份課前閱讀作業清單，然后反復強調清單上所有內容都是他們應該掌握的（即使是教師在課堂上沒有講到的部分）。為了強化這一點，教師將選擇列在清單中但在課堂上跳過的問題中的一個作為期末考試題。

2.采用量化工具評估PI教學法

在美國大學物理教學中，一般采用的量化測量工具包括力的概念調查（FCI）和力學基準測試（MB），電磁學概念測試（BEMA）和學生學習興趣及態度測試（CLASS）。理論上來說這樣的測試要做兩次：一次是在運用傳統教學方法的學期中，一次是在實施同伴教學法的學期中。通過這些評估工具可以評價新教學方法的有效性，也可以為新教學方法的改進提供依據。

3.解決落后傳統進度問題的方法

在實施同伴教學法初期要花相當多的時間和精力來告訴學生我將在課堂上做些什么以及我為什么要這么做。如果某一次課比計劃慢很多，教師要跳過一些不重要的部分，這部分的學識就依靠以下三個途徑來完成：（1）學生的課前閱讀；（2）每周的討論環節；（3）課后作業涵蓋這部分內容。在某些情況下，教師要利用下次課的部分時間來強調一些重點，并做一次額外的概念測試。有時課比預期進行得快，學生就能提前下課，大家都很開心。盡管課程表安排得比較緊湊，但不乏有松懈之處，要求教師在其中安排一次復習課予以彌補。

4.改變課程的評價內容

讓學生接受一種新的教學方法最好的方法之一就是通過考試來反映這門課程的價值體系和目標?？荚嚨脑囶}中有一半是概念性的且是課堂上提出的和閱讀測驗中的問題，這些問題或許顯得很簡單，但是學生通常會發現他們比標準的測試題要難。于是在進行了第一次考試后不久，學生開始體會到課堂測試題的價值，這樣漸漸地學生上課的注意力會更加集中。

5.完整地采用新的教學方式

由于不可能繼續在課堂上講解所有的課程內容，還要花時間做課堂測試和討論，這就要求實施同伴教學法的教師完整地采用新的教學方式，因為走傳統教學方式和交互式教學方式之間的中間路線只能招致學生的抱怨。如果繼續像從前一樣講課，就等于告訴學生不必擔心課前閱讀，所有的課程內容都將在課堂上講解。同時，傳統的講課方式將只剩下一點時間來做零星的一兩道測試題，而且被這些題目所占用的額外時間將最終導致你落后于進度表。這將形成人們非常不愿意看到的情形：除了不做課前閱讀作業之外，學生將開始把課堂測試看作一個討厭的東西——看成是傳統講課的附加物，而不是替代品。

五、PI教學法的前景與展望

PI教學法最先應用于哈佛大學基礎物理課程中，20多年來已經廣泛應用于世界許多國家和地區，成千上萬不同學科領域的教師在課堂上采用了這一方法，取得了很大的成功。借助于課堂回饋系統支持，PI教學很容易成功，我國已經有北京師范大學、上海同濟大學、中山大學、華中師范大學等高校使用這個方法。但也面臨一些如互動問題的設計要求較高、課堂討論時間把握較難等問題。雖然在當前國內應試教育背景下PI教學法并沒有得到所有教學人士特別是基礎教育的認同，實施起來也會遇到很大阻力，但它將引領一場教學改革，提出一種以生為本的教學理念，最終會為滿懷教育熱情的教師所采用。

（責任編輯：趙淑梅）