PI教學法在理工類院校大學物理課堂中應用的研究

[摘 要]大學物理是理工類院校開設的一門必修課，以大班教學為主。為更好的提高大班制教學的效果，PI（Peer Instruction）教學法構建了以自主學習、合作學習為基礎的新型教學模式，從而有效的提高了學生的學習主動性及教師的教學質量。本文介紹了PI教學法的發展和內涵，并對其在大學物理課堂教學中的應用和拓展進行了分析與研究。

[關鍵詞]PI教學法；理工類院校；大學物理

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）07-0020-03

隨著我國高等教育的大眾化甚至普及化，高校要全面提升人才培養質量，加強創新型人才的培養，教學改革勢在必行，作為培養應用與創新人才的重要基地，理工類院校教學改革也在不斷深入。物理作為理工類本科院校的一門必修課，基本上采取的是大班制的教學形式，每個教學班級少則幾十人，多則上百人一起上課，如何提高這種大班制課堂的教學效果是教師面臨的首要問題，能否提高這種大班制教學的教學效果是用來衡量教學改革是否成功的關鍵。近年來，研究性教學、課堂反轉教學、微課、MOOC（大規模在線開放課程）、SPOC（小眾在線課程）、JiTT（及時教學法）等一些新的教學模式在各高校不斷涌現，傳統的同時同地的以教為主的教學模式也逐漸被改變，構建新的大學物理課堂教學模式是提高本科教學質量與學生學習效果的必然趨勢。但同時新的模式也或多或少的出現一些弊端，如在進行MOOC教學的過程中，“人機互動”缺少必要的師生情感交流、MOOC平臺適時監控學生學習效果也有待加強等[1]。

在大班教學過程當中，要真正做到正確的引導學生參與教學過程，需要不斷更新教學理念與技術手段，要改變由于長期的傳統教育形成的教學手段單一、學生參與度低、學習積極性差等一系列難以改變的行為習慣。真正做到以學生為中心、以學習為中心、以教師為主導，并非簡單的轉換一下教學方式或加強一些課堂的互動，無論是學生，還是教師，都面臨諸多挑戰。為了更好的解決這一難題，PI教學法（同伴教學法）應運而生，借助于PI教學法可以實現學生在課堂上自主學習、合作學習、生生互動、師生互動，使問題在學生中引起共鳴，強調信息的再塑造，有效的提高了學生的主動性與創新能力，加深了學生對物理概念的理解，提高了教育教學質量。PI教學法現已在世界各國和地區高校逐步展開，并從大學物理課堂慢慢滲透到其他各個學科領域，且已取得了可喜的進步。

一、PI教學法的內涵

當前理工類院校教學改革的發展趨勢，基本上是關于如何讓學生從灌輸式學習到自主型學習（from Transmission to Construction）教學方法的改革，各高校的教學改革進行得如火如荼，對教學的討論一直從未止步，“為什么教”、“怎樣教”、“教什么”成為教改的重心。雖然各項目的學生群體不同，學習階段和學習目標也各異，但是這些改革有一條一致的主線，就是把傳統的、以知識為核心的教育方式，改變為“三位一體”的教學方式，即價值塑造、能力培養、知識獲取[2]。PI教學法所注重的并非是學生對知識的機械記憶，而是側重對學生自主學習能力的培養，讓學生參與教學過程，通過讓學生變被動為主動的學習方式，有效的提高他們學習的積極性與主動性，從而提高自身的學習能力，這也是PI教學法的重要內涵所在。PI教學法也符合當今各高校教學改革中所提倡的“三位一體”教學理念中的能力培養要求。能夠培養出具有創造性精神、創造性思維、創造性能力的人才是高校培養目標之一，而能力培養是創新型人才培養的前提和基礎。

PI教學法也能培養學生批判性思維的能力。批判性思維是創新思維的一個重要前提，批判性思維被普遍確立為教育特別是高等教育的目標之一，這不僅是課程改革的需要，也是激發學生疑惑、激活學生思維的重要方式。批判性思維本身就是對傳統的一味接受式教育的一種挑戰，批判性思維通常對被接受的結論提出懷疑和挑戰，同時，批判性思維運用創造性的方式對疑問給出新的解析，不是否定一切的既有結論，而是能夠判斷哪個更具有說服力。PI教學法把學習的主體交給學生，每個學生通過自己的獨立思考，對某一個物理概念的理解或物理問題的解決都有一個自己的觀點，在與同組的其他人進行討論的過程中，需要說明自己觀點的正確性，同時還要對來自同組學生的批評或建議進行解釋，通過思辨得出小組一致認可的結論，并能夠有理有據的闡述自己的觀點，這樣可以有效的培養學生的批判性思維能力。而所謂的創新能力，也主要是指發現新問題、找出新方法、得出新理論的能力。所以，在很大程度上，批判性思維與創新思維是一致的，兩者相輔相成，共同促進社會的進步。

二、PI教學法在物理教學中的應用

對于側重于創新與應用的理工類院校而言，大學物理的聽眾群與之前相比較，發生了很大的變化，選擇物理課程作為必修課的學生數量激增，對象群體的變化使得院校對物理不得不實施大班制教學。與此同時，這一變化也給大學物理的教學帶來了很大的挑戰，由于上課人數多，空間大，在課堂紀律、學習動力及作業批改等方面就會出現種種問題。不可否認傳統的教學方式取得了一定的成就，但也必須承認，這種傳統的教學方法致使多數學生的潛能沒有得到充分的發揮和挖掘。PI教學法的教學目標是激勵學生自主學習和合作學習[3]，這種教學法是由全球高等教育Minerva獎獲得者，美國光學學會主席，哈佛大學著名教授Mazur于1991年創立，PI教學法變傳統的以講授為主的課堂模式為基于問題的自主學習和合作研究，有力的改變了傳統的課堂教學模式。經過20多年的發展和完善，這種教學法取得了很大的成功，不光在物理課堂，越來越多的不同學科領域的教師在課堂上也采用了這一方法。現在高校大學物理的教學主要目標之一，就是通過教師的不斷的引導、鼓勵和啟發等，提高學生自主學習的能力。在此，自主學習是一個相對概念，既不同于積極主動學習，也有異于絕對獨立的學習，培養學生自主學習的能力是指在教師的指導下，能夠對自己的學習進行有效的自我調控。培養學生對學習的知識得出獨立的結論，這也體現對學生而言“好學”比“學好”更重要，對教師而言“育人”比“育才”更根本的現代教育理念，這正是PI教學法所追求的價值所在。

（一）課前精心備課

Mazur教授研究發明的PI教學方法改革了傳統課堂教學模式，遵循“question-think-poll-discuss-repoll-explain”的教學思路。這種教學模式重視對物理概念的測試，并為每一個關鍵概念設計了一些概念測試題，只有對概念有著深刻的理解，才能進一步的掌握物理定理及其應用。為了取得新的教學模式的理想效果，教師的首要任務是根據課堂內容找出其中的關鍵知識點，在設計課堂教學時對每一個關鍵知識點所花的時間確定不少于15分鐘，其中講解和概念測試約各占一半的時間。所以，在運用PI教學法進行教學的準備過程當中，首先要做的是根據教學大綱和教學目標的要求，理清教學思路與實施步驟，篩選出必然涉及的知識點，根據知識點整理出講課的綱要。以《物理學》（第六版）下冊第十章1、2節為例，這一部分是關于波動的基本知識講解，也是這一章的基礎，根據PI教學法的基本要求，以授課時長為90分鐘（兩課時）為例，可制訂其框架結構如下：

1.描述機械波的概念：橫波、縱波、波長、周期、頻率、波速、線、波面、波前。

2.波函數及其物理意義。

對知識點所涉及的每個關鍵概念選取較多的概念測試題，為了體現PI教學法更好的反饋效果，概念測試題的選取要遵循以下原則：唯一性、題意明確、可多項選擇、不用公式推理即可解答。如果題目中是針對多個概念而不是一個概念的測試，教師就難以了解錯誤出在哪一個概念，如果題目通過機械式的公式推導得出，也不能反映出學生對概念的真實理解水平。理工類專業在進行大學物理教學時是以教學班級為單位的，教師在上課前，按照學生在教室的座次分成數個學習小組，每個小組約5～10個人，可以以同一個寢室的學生作為一個小組，因為這樣小組成員之間接觸的機會多，有利于問題的討論和解決。

（二）規劃課堂教學

PI教學法是基于學生在有效預習的前提下進行的，以概念為中心組織教學，其基本目標是在課堂上利用學生的互動，使他們把注意力集中在學習本質概念上，以提高學習的主動性。PI教學法不同于傳統教學對課本和講義中各個層次和細節的介紹，它是由許多關于關鍵知識點的簡短講授構成，每個關鍵知識點跟有一個概念測試——關于所討論的知識點的概念性小題目。利用PI教學法進行授課，是基于學生在進行有效的預習的基礎上，給他們一些時間簡述答案；然后要求他們和同伴討論自己的答案，這個過程一是促進學生在不斷推進的辯論中思考問題，二是提供給學生（也提供給教師）一個方法來評價他們對概念的理解[4]。傳統的教育模式從根本上講不利于培養創造性精神、創造性思維和創造性能力。PI教學法在進行課堂教學時要求學生針對之前布置的問題給出經過思考后的個人答案，接著按照事先劃分好的學習小組進行討論，每個人可以充分的自由的發表自己的觀點，同時自己又是小組討論的對象；然后再次給出小組討論后的個人答案，這當中要想把自己的結論作為小組的結論，就必須用充分的理由在邏輯上說服同組的其他人，實質上這個過程是一個觀點重塑的過程；最后教師根據討論得出的結論的實際情況進行合理引導，得出正確的結論。

需要說明的是，在進行PI教學的過程當中，所有的學生都參與概念題目測試環節，具體包括問題思考、發送答案、小組討論、重塑結論、解釋點評等環節，特別是小組討論環節的存在，很大程度上提高了學生的學習積極性和主動性，更加激發學習的興趣，從而創造更優的學習氛圍。在對知識點學習結束后進行概念測試時，若學生所給出的答案的正確率小于30%，說明大部分學生對此部分的概念掌握情況較差，教師就應該放慢速度、仔細講解，直至達到教學目標；若學生所給出的答案的正確率在30%～70%之間，就繼續安排學生進分組討論，各自論述自己的結論并能夠用足夠的令人信服的理由和證據闡述自己的結論的正確性，同時也指出別人結論的不足之處。教師在學生討論的過程中應適當加以引導，引導學生最終得出正確結論，這種方法得出的結論不管對自己還是對對方都有深刻的印象和理解，往往比傳統的教師和盤托出式的給出結論效果要好得多，因為授之以魚，不如授之以漁。若學生所給出的答案的正確率大于70%，則說明學生對這部分的概念基本掌握，教師可以大致講一下重點和難點后，進行下一部分的學習。

（三）轉變考核方式

與傳統的以考試為主的考核方式相比較，PI教學法在考核方式上更注重對過程的考核，而非用一張考卷評價學生一學期的學習成果。首先要增加平時成績所占比重，一般情況下要至少提高到40%左右，平時成績主要來源于課堂表現及課下參與和討論等情況，如學生的物理實驗探究能力、課堂參與程度、解決實際問題的情況等都作為綜合評價的重要因素；作為教師，在給予學生課堂表現分數的時候，要以激勵學生自主學習為目標，以激發他們對所給出的概念問題進行積極討論與爭辯為目的，而非完全根據學生所給出答案的正誤作為評價的標準。所以，無論學生的答案是否正確，只要積極參與就可以獲得滿意的分數，這就避免了學生為了得到高分而抄襲或者勉強同意別人答案或保持沉默不語的現象發生，教師從而可以客觀準確的了解到學生實際掌握所教知識的情況。另外的60%為考試成績，將對學生學習一門課程的考核方式由期末一次終結性考試轉化為多次過程性考核，加大學生在學習過程中的多次考核所占總成績的比重，每一章的測試和期終測試根據考試大綱的要求各占一定權重，考試題型包括概念測試題和標準的課本題目兩種。在教學過程中重視對學生能力的培養，讓學生真正了解自己的學習情況，主動的參與每一項學習活動，這樣從源頭上就杜絕了“平時不努力，考試抱佛腳”的僥幸思想，學生通過點滴的累積和個人的努力來不斷提升自身的學習能力與文化素養。

三、PI教學法機遇與挑戰

PI教學法在大學物理課堂中的應用，可以激發學生思維，提高教學實效[5]，主要體現在能夠有效的加深學生對物理原理，特別是物理概念的理解與掌握，而且還能夠助力學生自主學習的能力和學習興趣的培養。與此同時，學生的獨立思考和團隊協作的能力也得到了進一步的加強和鍛煉。實踐也表明，PI教學法明顯的促進了學生成績及對課程滿意度的提高[6]。PI教學的應用，還可以有效促進高校大班制課堂教學效率的提高，給學生平時成績的評定提供了有力的科學依據。但是，現在大多高校的實際情況表明，在大學物理課堂中有效的實施PI教學法也面臨著一些挑戰。目前大部分高校教師教學科研任務比較繁重，而且教學大綱與課時安排也是在傳統教學法的基礎上形成的，如果每一次課都按照PI教學法組織，一方面需要花費教師更多的精力與時間投入，另一方面由于受到課時的限制，也極易造成不能按時完成教學任務的后果，導致教學事故的發生。對于學生而言，若采用這種方法，需要更多的自習甚至課余時間用于概念的學習與研究作為保證，而往往擺在他們面前的必修課、選修課、興趣小組、社團活動，等等，都需要他們花時間去參加，在這種情況下，如果強行要求很難達到預想的效果。PI教學法注重的是能力的培養，而非單純的追求考試高分，中美高等教育對教學效果的考核方式主要的不同點之一是前者注重對知識的累積和灌輸，并把考試特別是期末考試作為評價學生學習效果的標準；后者是注重對所學知識點的理解能力和獨創能力的判斷，這種教育不是鼓勵學生對知識點進行機械的記憶，而是鼓勵學生對知識的理解及創新能力的培養。高等教育的目的是能夠培養出社會所需要的人才，社會的發展需要人才的支撐，需要各個領域的人才對該領域不斷的創新與發展，而決定創新與發展的關鍵因素是能力，而不是分數。一種新的教學方法能夠完全被大部分高校接受需要經得起時間的考驗，PI教學法也不例外。我們必須看到，PI教學法在國際教育領域正受到越來越多的青睞，甚至深受師生的追捧，這種教學法雖然在我國高校中還未得到廣泛認可，但是相信在深化教學改革、努力培養高校學生創新能力的大背景下，PI教學法會在越來越多的高校中開展，在提高教學質量、培養各專業領域中的自主創新型人才等方面發揮其應有的作用。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 馮圖，王麗霞. 應用型本科高校慕課建設SWOT分析[J]. 大學教育，2017（1）：22-24.

[2] 錢穎一. 大學的改革（第一卷·學校篇）[M]. 北京：中信出版社，2016.

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

[4] 埃里克.馬祖爾，著.朱敏，陳險峰，譯. 同伴教學法：大學物理教學指南[M]. 北京：機械工業出版社，2011.

[5] 張玉強，崔燁. 應用型本科院校大學物理教學改革探究[J]. 大學教育，2016（12）：126-128.

[6] 潘江洪，李廷會. 同伴教學法對課堂期望的影響[J]. 物理與工程，2014（3）：51-55.

[責任編輯：鐘 嵐]