課堂討論與同伴學習在工程材料基礎課程教學的應用及效果評價

孫巧艷　王繼平　王紅潔　高義民

摘要：為了激發學生的學習興趣，提高教學效果，在工程材料基礎課程中采用課堂討論和同伴學習的教學方式，并對不同教學方式的效果進行評價。課堂討論使學生更能參與學習過程，增加其學習主動性。同伴教學由學生課前預習、觀看教師上課視頻、自學、同桌討論結合等多種方式混合，也增加了學習的主動性，學習效果良好。

關鍵詞：課堂討論；同伴教學；效果評價；工程材料

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）17-0175-03

一、引言

課堂教學是高等教育的關鍵環節，每一位學生在課堂上獲得基礎理論與專業知識。在校大學生至少有50%的有效學習時間是在課堂上度過的。課堂教學的質量、教學效果對高校人才培養起到關鍵的作用。根據上一輪教育部本科教育評估的結果來看，我國大學課堂教學狀況更多的仍是“以教師為中心“，學生聽講情況不容樂觀，師生互動不足，學生學習興趣不濃[1]。教育學家指出教是手段，不是目的，學生學習才是目的。如何提高學生在課堂教學的主動性？只有盡可能地讓學生參與到課堂教學中，其學習興趣才能激發出來。在發揮學生學習主動性方面，課堂討論和同伴學習已成為學生自主學習的典型教學方式。實踐證明這兩種教學方式具有良好的效果，得到了教師與學生的正面評價。

“工程材料基礎”課程是西安交通大學材料科學與工程學院為本校機械、能動、航空航天、化工裝備等專業開設材料基礎課程，每年大約有1000名本科生學習該課程。工程材料基礎課程有五十多年的歷史，經過幾代人的建設，目前“工程材料基礎”是國家精品課程（2009）、國家精品資源共享課程（2013），同時也是擁有12位主講教師的穩定的課程團隊（課程組）。從2014年開始，課程主講教師開始探索課堂教學方式的改革。經過2014—2015年連續兩年在不同教師的班級開展教學方式的學習效果的對比研究。每學期在最后一次課進行了10分鐘的測試，測試題針對我們采用的不同課堂教學模式的知識內容設計，題型為選擇題。學生獨立完成測試，不能看書或者筆記、不能討論，主要檢測學生掌握情況，測試卷不記名。統計學生答題正確率以及人數比例等，對課堂討論型、同伴學習型等不同教學方式同傳統教學的效果進行對比，為課堂教學模式選擇與設計提供有益的參考依據。

二、課堂討論教學及其在工程材料基礎課程的應用與效果

討論法教學歷史悠久。兩千多年前孔子與弟子的對于理想與志向的討論打動了無數人，孔子對其弟子的理想和志向逐一評價，充分展現出討論法的奧妙與魅力。課堂討論是一種師生、生生互動性比較強的授課形式。持有不同觀點的學生通過相互討論、與教師的討論，達到對知識的深度理解和融會貫通的目的，在這個過程中學生學習的主動性被充分激發和調動。課堂討論被多數教師重視，文獻[2]從心理學角度論述了課堂討論的十大心理學原則，指出有效的課堂討論應該具有生成性和探索性；文獻[3-6]從課堂討論的選題、組織以及討論中的注意事項方面論述了如何組織好課堂討論。這些研究成果也充分表明課堂討論的重要性。隨著近代工業的發展，對技術型人才的大量需求，大學采用班級制，集中授課，達到培養人才的高效率。班級制授課的優點有目共睹，但是其缺點是人數過多（比如大班授課），不容易采用討論法授課。教師一般采用一人講課全班聽課的形式，在這種教學方式下如果教師不注意引導學生自主學習，導致學生積極性下降，學習效果不高。

一個人獲得知識與經驗的規律表明，在獲得知識和經驗過程中參與程度越高，印象越深刻，記憶時間越長。最高層次是親自動手與參與，終生牢記。比如我們親自參與的一些活動和經歷，一生就不會忘記；其次是經歷了艱辛的思考后豁然開朗而得到的知識和經驗，也會難以忘記；再次就是別人告訴自己，除非特別有意義的事情，否則很可能轉眼就忘記。“以教師為中心”教學就是教師在課堂上將知識點告訴學生，學生被動接受，有可能轉身忘記。盡管課程時間與學生精力的限制，不可能每一個知識點都設計實驗讓學生動手實踐，但是我們可以增加學生思考的途徑從而加深其對所學知識的印象。

工程材料基礎課程的碳鋼是重要章節，其中Fe-Fe3C相圖、碳鋼的選擇與應用等知識都是重點與難點。如何提高學生的學習效果呢？在本章學習結束后設計了課堂討論，主要針對課堂上講到的碳鋼及其應用。選擇低碳鋼和高碳鋼、中碳鋼，對應的零件分別是汽車車身、手工銼刀，學生相對來講比較熟悉。具體過程如下：教師通過PPT展示汽車車身的加工過程，其中重要的是經過冷沖壓變形。教師強調冷變形是塑性變形過程，需要金屬具有良好的塑性。主講教師逐一講解這幾個零件的加工、使用性能要求，然后讓學生選擇材料。在課堂上使用了彩色A、B、C、D選項紙，學生選擇自己認為正確的答案，教師很容易判斷學生是否掌握了知識。對于選擇了正確答案的學生，教師還可以讓學生解釋原因，加深學生的印象。如果學生選擇答案錯誤，教師則重新講解該知識點，讓學生重新選擇，直到學生理解為止。對于選擇正確答案的學生，需要解釋理由，這時出現的情況就是盡管答案選擇正確，學生理解有問題，教師引導其他學生補充正確的理解，直到學生掌握和理解了相關知識點為止。

經過這樣的課堂討論，學生的學習效果到底如何呢？我們在最后一次課針對碳鋼應用設計了2道題進行測試，并對比了兩種教學方式的效果。對于不同教師，結果顯示經過課堂討論的班級學生對知識掌握情況顯著好于未經過課堂討論的班級，經過課堂討論的班級的2道題回答正確的學生比例高出未經討論的班級約38%，如圖1（a）。對于相同教師，統計結果表明經過課堂討論學生掌握情況顯著改進，相對于未經過課堂討論的班級，經過課堂討論后學生對2道測試題回答正確的比例提高21%，如圖1（b）所示。以上的研究結果表明課堂討論這種學習方式增加學生在課堂的參與程度，都可以顯著提高了學生的學習效果。

三、同伴教學在工程材料基礎課程教學的應用及其效果

上世紀80年代風靡歐美的同伴互助學習（Peer Assistant learning，PAL）或者同伴教學（Peer Instruction，PI）有助于班級制課堂教學中學生學習的主動性，對于增強課堂師生互動、生生互動起到促進作用，因此受到教師的高度關注。哈佛大學著名教授Eric Mazur創立的同伴教學法（Peer Instruction，簡稱PI ）旨在引導學生自主探究、合作學習、強調學生的學習主動性，成為自主學習互動教學的典范[7，8]。“三人行，必有我師”即是同伴學習的映照。與課堂討論不同的是同伴學習的生生互動較為活躍，同伴相互討論，達到對問題的正確認識。同伴教學不僅提高了學生學習效果，也增加了學生之間的交流和合作，對學生的鍛煉是多方面的。

國內已在大學物理、計算機基礎課等課程采用了同伴教學方式，結果表明采用課堂應答系統的同伴教學可以激發學生學習主動性與興趣，提高學習效果。同時也給出了同伴互助的教學與學習模式，提高了學生的學習效果[8-10]。已有的研究指出同伴學習作為一種有效的同學之間相互促進的自主學習方式，其對學生學習的促進作用是顯而易見。可見，同伴學習對于教學質量的提高的正面作用得到了不同課程的肯定。

在工程材料基礎課程教學中，同伴教學的實施過程為以下幾個步驟：教師布置學習任務；學生課前學習；課堂測試；同伴討論；理解掌握。本次同伴學習主講教師選擇難易適度的“低合金高強度鋼“作為同伴學習的內容。我們提供了多種學習途徑，可以通過觀看事先錄制好的教學視頻，或者看書自學。課堂上教師根據知識點設置檢測問題，學生當堂回答。對于回答錯誤較多的題目，教師讓同桌學生相互討論，組成學習互助組，再次選擇，直到80%以上的學生回答正確，才可以進入下一個問題的測試與學習。作為對照組的傳統教學，即是主講教師在課堂上講解知識點（不采用同伴教學這種方式）。在學期最后一次課，讓學生回答事先設計5道題目，以檢測學生的學習效果。主要檢測學生對知識點掌握良好的情況（5道測試題回答正確4道及以上的學生人數與比例）。

2014、2015年的統計結果如圖2所示，數據表明PI教學的學生學習效果好于傳統教學。對于不同教師，PI教學的學生對知識點掌握良好的比例高出傳統教學12%，如圖2（a）所示。對于相同教師，PI教學的學生對知識點掌握良好的比例高出傳統教學的14%。平均來講，PI教學學生學習效果高于傳統教學約10%。

四、結論

在工程材料基礎課程教學中探索了課堂討論、同伴教學等學生參與程度高的教學方式，并通過連續兩屆學生學習的效果檢測和統計，對比了課堂討論、同伴教學的對學生學習效果的影響。結果表明：課堂討論和同伴教學都能提高學生學習效果，課堂討論的效果更為顯著。

參考文獻：

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