同伴教學（Peer—Instruction）模式下水利工程地質教學改革探索

王濤 榮冠 何遠 褚存 王穗豐

摘要：工程地質課程具有綜合性、理論性和實踐性強的特點，復雜的工程問題與地質問題交織，使學生對問題的理解只能停留在表面上。水利工程地質，作為水利水電工程專業一門重要的專業基礎課程，主要還是以傳授知識為主要特征的“講授法”教學模式。在這種教學模式下，很多學生覺得課程內容繁雜、枯燥，概念抽象，只有死記硬背，培養學生觀察現象、發現問題和解決問題能力的愿望難以實現。同伴教學（Peer-Instruction，簡稱PI）堅持“以學生為學習主體、以教師為引導者”的教學理念，改變了傳統的課堂教學模式。結果表明，PI教學理念下的水利工程地質教學改革初見成效，使學生獲得地質知識的同時，增強了學習的積極主動性，也提高了教師的教學研究水平。

關鍵詞：同伴教學方法；工程地質；實踐教學；課堂教學

中圖分類號：G6420文獻標志碼：A文章編號：10052909（2018）03011606一、水利工程地質課程背景

武漢大學開設的水利工程地質課程是一門重要的專業基礎課。其授課對象涉及水利水電工程、治河防洪工程、農田水利工程、水文水資源工程、土木工程等相關專業。其教學質量將直接關系到學生后期的學習和研究。工程地質學是調查、研究、解決與各種工程活動有關的地質問題的科學，是以地學學科的理論為基礎，應用數學、力學的知識和工程學科的技術與方法來解決工程規劃、設計、施工和運行有關的地質問題，是地質學的一個分支。課程中研究、討論的各種工程地質問題都圍繞工程地質條件來進行，因此，綜合性、理論性和實踐性是這門課程的突出特點，要學好這門課程，學生應學會主動思考、主動學習，并親自動手去野外實踐與考察。工程地質教學采用的還是以傳授知識為主要特征的“講授法”教學模式，這種“填鴨式”教學模式難以培養學生觀察現象、發現問題和解決問題的能力，無法達到大學生綜合素質的培養要求。

學生從這種“填鴨式”的教學模式下得不到太大收獲，純粹依靠死記硬背的學習方法或通過教師照本宣科的講授也難以給學生留下深刻的印象，獲得的知識很快就會忘記。即使學生最喜歡的野外實習環節，也是教師沿著實習路線講自己的，學生走馬觀花，野外實習淪為“走過場”，學生的學習依然處于被動地位。之前，提出過一些教學模式，并進行了教學改革實踐，如，通過立體化研究型教學模式進行水利工程地質野外實踐，培養學生的觀察能力、分析能力、實踐能力和團隊合作能力，使學生初步具備地質思維。這一教學模式雖然取得一定效果，但并未形成完整的教學理論，也未與國際先進教學理念接軌。哈佛大學教授Eric Mazur創立了一種同伴教學法（Peer Instruction，簡稱PI），強調學習的主動性，引導學生自主探究、合作學習，在國內外一些高校中深受學生歡迎并成為自主學習和互動教學的典范。武漢大學工程地質PI教學模式受其啟發，同時也吸收了國內外其他專家的優秀教學理論成果。

二、傳統“講授法”教學模式的局限性

教學模式是在一定教學理論指導下建立的較為穩定的教學活動結構框架和活動程序。作為結構框架突出了教學模式從宏觀上把握教學活動整體及各要素之間內部關系的作用，作為活動程序則突出了教學模式的有序性和可操作性。教學模式是一定的教學理論或教學思想的反映，是一定理論指導下的教學行為規范。

高等建筑教育2018年第27卷第4期

王濤，等同伴教學（Peer-Instruction）模式下水利工程地質教學改革探索

傳統的“講授法”教學模式源于赫爾巴特的四段教學法，后來由蘇聯凱洛夫等人改造后傳入中國，在中國廣為流傳，很多教師在教學中習慣性地運用這種方法。該模式強調教師的指導作用，認為教學是教師到學生的一種單向傳遞過程，學生在短時間內接收大量的信息，培養學生的紀律性。但是學生對接收的信息很難真正理解，培養過于單一化、模式化，不利于培養學生的創新思維和解決實際問題的能力。這種過去慣用的教學方法已漸漸不能適應當今的教學要求[1]。

三、 Peer-Instruction 的主要教學理念及研究現狀

講授式教學法一般按課本和教案來組織教學，課后學生針對課上的內容進行復習和練習。而PI教學法全然不同于傳統教學方法，注重發揮學生自主性，讓學生課前預習和思考相關內容，課上的教學內容以一個概念為一個單元設計，教師在短時間內講完一個單元后給出相關的概念測試題，并以此為核心組織教學。經過獨立的思考和自主學習，學生將個人的答案發送給教師。在指定時間內收集到所有學生的答案后，進行匯總和批改，將信息及時反饋給學生。根據學生的討論情況和反饋信息決定是否對知識點重新講解，教學模式見圖1。在傳統教學方法中，教師在課后通過批改作業、試卷等方式獲取學生對概念理解的信息，而PI教學中教師可即時掌握學生對概念的理解程度，提高了上課質量和教學效率。

從PI教學方法的提出、實踐、改進到得出初步結論已歷經了十年之久。PI教學方法在全世界范圍內的不同課程中已投入使用[2]。國內張萍等[2-4]、王祖源等[5]、莫文玲等[6]在大學物理課程教學中引入PI教學法，幫助學生更好地理解物理概念；張妙靜等[7]則指出PI教學法在國內高等院校物理教學中的實施面臨著課前預習效果差，高校課程評價標準單一等困難；孫巧艷等[8]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；劉艷[9]運用同伴教學法進行了數字電子技術實驗教學的課程改革，發現同伴教學法對培養學生的批判性思維能力、學習能力和實踐創新能力有良好效果；黃樺[10]整合PI和JiTT兩種教學模式，對其教育意義進行了剖析，闡述了核心教學工具和實施步驟，對教學案例實踐的成效進行了深入研究；朱凌云[1]發現在大學英語精讀教學中，同伴教學可激發學生的認知潛力，發揮教師的主導作用，從而實現教與學的互動；梁紅[11]在PI教學理念指導下，以問題為導向精心設計教學互動，以能力為標準改革評價方法，對國際商務談判雙語教學方式改革進行了有益探索；劉程程[12]等結合口腔醫學的專業特點，對同伴教學法應用于口腔醫學教學的必要性和可行性進行了深入的分析，并嘗試建立基于同伴教學法的新型口腔醫學教學模式；蔣一平[13]通過對國外高校圖書館PI教學的實踐梳理，發現圖書館PI教學主要包含同伴咨詢與同伴培訓兩項內容，并歷經了同伴指導到同伴學習的階段性轉變。

心理學家讓·皮亞杰（Jean Piaget）的認知發展理論為同伴教育的研究提供了理論基礎，他提出發生認識論，堅持從內因和外因相互作用的觀點來研究兒童的認知發展[13]。斯騰伯格（Sternberg）和卡茨（Katz）等人則強調了在建構認知結構過程中個體主動性的關鍵作用[14]。維果斯基（Vygotsky）指出，學習的本質特征在于激發、形成尚未成熟的心理機能， 而不在于“訓練、強化”已形成的心理機能。研究發現，小朋友互相間更容易形成合作關系，而很少與有權威的成人進行協商、理論或談判，同時還發現交往同伴的能力在很大程度上影響學習成績 [13]。

1946年，美國學習專家愛德加·戴爾（Edgar Dale）提出了學習金字塔理論[15]。該理論表明最有效率的留存知識的方法不是用耳朵去聽別人講這些知識，而是自己講給別人聽（圖2）。美國教育家希爾伯曼（Silberman）在《積極學習》中論證了課堂相互學習的意義[16]。通過在同伴之間合作、交流、討論，并以事實依據說服對方認同自己的學習過程更有助于掌握學習內容，這一點教育家們早已論述過。同伴間的相互討論有助于理解所學內容，且留存率非常高。教育學家論述的事實依據為PI教學法的實施提供了理論支持。同伴教學法的教學理念完全秉承此前教育學家提出的教學理念，即學生先獨立思考，再交流討論，在討論過程中說服對方同意自己的觀點，最后總結正確答案（圖2）[17]。

同伴教學法堅持“以學生為主體、以教師為引導”的教學理念，其教學內容分成多個單元，每個單元都由關鍵知識點的簡短講授和有針對性的測試構成。在課程教學中教師講解完一個單元中的關鍵知識點后，要求學生在獨立思考的基礎上完成相應測試。根據測試結果，組織討論，讓學生再次確定答案，教師可依據最后答案的正確率對下一步教學計劃做出安排。這種教學方法能培養學生思辨能力，及時測評他們對概念的掌握程度。

四、 Peer-Instruction教學模式在水利工程地質課程中的應用

（一）課前預習

工程地質同伴教學法以教師設計的地質概念相關問題為出發點，從課前預習開始推行。學生圍繞教師布置的預習任務展開課前學習，通過學校圖書館的各種數據庫收集相關文獻。由于課前的學習時間相對比較自由，要求學生有高度的自覺性，逐漸培養自主學習的習慣。課前任務主要以學生為單位，在條件允許的情況下，學生也可分組自由討論。

（二）課堂同伴教學

工程地質課堂教學內容主要包括巖石及其工程地質性質、地質構造、水流的地質作用、巖體的工程地質研究、壩基巖體穩定性的工程地質分析、邊坡巖體穩定問題、水工地下洞室圍巖穩定問題，還包括礦物與巖石的室內實驗教學。課堂主要教學流程為：教師提出基本問題，學生分組分析、討論或實驗，學生分組回答，教師對學生的回答進行總結并提出新的問題[18-19]。

首先，教師對主要內容講解后，提出問題，引導學生通過自由討論解決問題。在這一過程中教師可傾聽不同小組的討論，并對其進行必要的指導。當各小組討論結束，教師可有針對性地講解討論中的難點和重點，最后再提出更進一步的概念應用問題，重復上一個環節。

小組形成一致答案后進行總結，然后回答教師提出的問題，并對結果給出合理解釋。教師對結果給予及時反饋，然后再次對教師的反饋意見開展組間討論。對于一個知識點，當絕大部分學生能正確理解后，再進行下一個問題的討論與學習。學生在課后對教師提出的問題進行反思，并將尚未解決的問題作為課后作業。

（三） 野外實習分組教學

工程地質野外實習一直以來都是工程地質課程中非常重要的教學環節[20]。實習地點位于湖北省秭歸縣，距武漢500 km，距三峽大壩1 km。外業部分3天，內業部分2天。實習前分好實習小組，一般5人一組，全部實習內容均按照小組進行（圖3）。秭歸地質外業教學部分包括地質基礎教學內容、工程地質現象與地質災害治理工程教學，內業教學部分主要是地質圖件的繪制和地質實習報告的撰寫。

實習前需要做好下列準備工作：檢查野外實習用品（地質錘、放大鏡、小刀、鉛筆、GPS、測距儀和望遠鏡）；檢查羅盤，校正磁偏角；熟悉地形圖，了解區域地質背景情況。

實習中，在教師引導下，以小組為單位開展工作，學習內容包括辨識地形圖及位置定點，巖層產狀的測量，礦物與巖石的肉眼鑒定、描述與命名，繪制地質信手剖面和實測地質剖面圖，構造地質現象的觀察、測量和描述，水文地質現象的觀察和調查，地質災害現象的觀察和調查，水利水電工程實例的考察。學生需要及時整理當天收集的資料、清繪圖件，每天作實習小結，預習第二天的實習內容。

繪制工程地質剖面圖和編寫實習報告階段是為培養學生整理歸納和綜合分析實際調查資料的能力，應仔細觀察，尊重事實，各抒己見。

討論

學生的實習成績從5個方面加以考評，均按照小組評定，包括野外紀律、野外紀錄、操作技能、實習報告、面試。

五、結語

通過問卷調查，93.5%的學生表示很感興趣，認為該教學方法新穎，課堂教學和野外實習教學均有很好的效果，89.5%的學生認為PI教學模式改變了過去被動學習的心態，并可推廣到相關課程的教學中。在工程地質PI教學模式下，通過一系列的課堂和實習教學實踐，培養了學生地質專業思維能力、觀察能力、對比分析能力和團隊協作能力，更重要的是提高了教師的教學能力。另外，為檢驗PI教學在實習教學中的效果，基于地質現場教學題庫采用面試和筆試對學生進行了測試。結果表明，實施PI教學以后，測試成績約提高15%。工程地質PI教學模式目前還處于探索階段，缺乏足夠的統計數據來進一步量化分析和論證，將PI教學法引入水利工程地質課程的思路和方法，可供從事工程地質教育的相關人員參考，以期提高工程地質教學質量，培養具有創新意識、創新能力和創業精神的工程地質人才。

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