莫文玲，劉濤，李瑞強(qiáng)

（華北理工大學(xué) 以升創(chuàng)新教育基地，河北 唐山 063009）

大學(xué)物理作為工科專業(yè)人才培養(yǎng)方案中的一門重要基礎(chǔ)課程，在培養(yǎng)創(chuàng)新人才方面起著重要作用［1］。多年來，我國大學(xué)物理課程一直采用“傳授―接受”式的教學(xué)模式。其基本流程是：激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)－復(fù)習(xí)舊課－講授新知識(shí)－鞏固運(yùn)用－檢查評(píng)價(jià)。顯然，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已不適應(yīng)培養(yǎng)創(chuàng)新人才的要求。近年來教育工作者做了很多探索性工作，提出了許多新的教學(xué)模式［2，3］，如：探究式物理教學(xué)、培訓(xùn)式物理教學(xué)等，且已被證明優(yōu)于傳統(tǒng)的物理教學(xué)模式，但大多本質(zhì)上仍屬于以教師為中心的教學(xué)模式。此類模式的優(yōu)點(diǎn)是有利于教師主導(dǎo)作用的發(fā)揮，有利于教師對(duì)課堂教學(xué)的組織、管理與控制。其缺點(diǎn)是忽視了學(xué)生的主動(dòng)性、創(chuàng)造性，把學(xué)生當(dāng)作灌輸?shù)膶?duì)象、外部刺激的接受器，沒有把學(xué)生的認(rèn)知主體作用體現(xiàn)出來。大多學(xué)生逐漸養(yǎng)成了一種不愛問不想問“為什么”、也不知道要問“為什么”的麻木習(xí)慣。致使學(xué)生的發(fā)散性思維、逆向性思維被束縛，敢于沖破傳統(tǒng)的新思想、新觀念被扼殺，作為認(rèn)知主體的學(xué)生其主動(dòng)性無從發(fā)揮。

最近幾年，德國教師正嘗試以“討論班”形式授課，即由學(xué)生自己查閱資料、尋找器材，并輪流安排和主持課堂教學(xué)。在美國哈佛大學(xué)正在進(jìn)行各種嘗試并取得非常好的效果［4］，其中物理學(xué)教授Eric Mazur等人借助課堂表決器（Clicker），進(jìn)行一種結(jié)合實(shí)時(shí)式教學(xué)和同輩教學(xué)（Peer Instruction，PI）的交互式教學(xué)模式改革，有效地提高了學(xué)生的課堂積極性和學(xué)習(xí)成效。與此同時(shí)我國很多同行院校也在努力進(jìn)行探索研究，如北京師范大學(xué)［3，5］、北京交通大學(xué)、浙江大學(xué)、上海同濟(jì)大學(xué)、中山大學(xué)、華中師范大學(xué)等等。

構(gòu)建特色大學(xué)物理教學(xué)模式是加強(qiáng)本科教學(xué)、提高本科教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平的重要內(nèi)容。本文作者認(rèn)為，現(xiàn)今大學(xué)物理教學(xué)由傳統(tǒng)的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變成以教為導(dǎo)、以學(xué)為主，在教師指導(dǎo)下學(xué)生研究式自主學(xué)習(xí)的模式勢(shì)在必行，這是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的必要條件。本文在培養(yǎng)創(chuàng)新人才的目標(biāo)下，借鑒實(shí)時(shí)式教學(xué)和PI教學(xué)法的先進(jìn)理念，針對(duì)我校學(xué)生素質(zhì)的實(shí)際情況，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核評(píng)價(jià)等方面大膽改革我校現(xiàn)有大學(xué)物理教學(xué)模式，以實(shí)現(xiàn)喚起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培育學(xué)生創(chuàng)新精神、培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)能力，創(chuàng)新思維能力和工程實(shí)踐能力的目的。

一、PI教學(xué)法及優(yōu)點(diǎn)

（一）PI教學(xué)法

美國哈佛大學(xué)Eric Mazur教授創(chuàng)立了PI教學(xué)法，并對(duì)該方法進(jìn)行了實(shí)踐和改進(jìn)，取得了顯著的教學(xué)成果［6，7］。PI教學(xué)法的具體實(shí)施方法如圖1 所示。此過程也是我校的PI互動(dòng)教學(xué)的課堂部分的大致框架。

圖1 我校實(shí)施的PI教學(xué)法的流程圖

（二）PI教學(xué)法的優(yōu)點(diǎn)

PI教學(xué)法將有利于學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)、基礎(chǔ)技能的理解和掌握，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)以及“發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題、解決問題”的能力，促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)地、有效地自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣。

二、基于我?？陀^實(shí)際的PI互動(dòng)教學(xué)模式的建立

（一）基于PI教學(xué)法的互動(dòng)教學(xué)

根據(jù)我校的實(shí)際情況，我們制定了如下具體實(shí)施方案：

課前互動(dòng)：通過課前閱讀指定的大概20分鐘的內(nèi)容，讓學(xué)生對(duì)上課內(nèi)容先有粗略的了解之后，在課堂上回答1～3個(gè)問題，教師統(tǒng)計(jì)學(xué)生的反饋情況，實(shí)時(shí)了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解程度，更準(zhǔn)確地把握學(xué)生真正的問題及困難，適當(dāng)?shù)匕才耪n程內(nèi)容，由此避免了當(dāng)前物理教學(xué)普遍存在的“內(nèi)容面面俱到，導(dǎo)致學(xué)生厭煩”的問題。

課堂互動(dòng)：此課堂時(shí)間可分成幾個(gè)小節(jié)，每小節(jié)開始一段時(shí)間，由老師重點(diǎn)講主干內(nèi)容，特別是針對(duì)學(xué)生課前閱讀時(shí)所反映的難點(diǎn)。之后，教師給定幾個(gè)根據(jù)歷年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)而確定的概念性試題。借助課堂應(yīng)答系統(tǒng)的發(fā)送設(shè)備學(xué)生發(fā)送答案，借助課堂應(yīng)答系統(tǒng)的接收設(shè)備和課堂多媒體設(shè)備實(shí)時(shí)地接受學(xué)生答案（通常有4－5個(gè)選項(xiàng)）并直接地將答案的分布情況以柱狀圖的形式展示出來。如果正確率適中，則讓學(xué)生相互之間展開討論、交流。學(xué)生需要向周圍同學(xué)或小組成員闡述自己的觀點(diǎn)，并且嘗試說服對(duì)方或者接受對(duì)方的觀點(diǎn)。教師在學(xué)生間走動(dòng)，聆聽學(xué)生的討論，并適時(shí)給出一些建議加以引導(dǎo)。討論完成后，再次要求學(xué)生重新發(fā)送答案、教師統(tǒng)計(jì)，這一次的正確率通常會(huì)很高。最后教師梳理最佳思路并進(jìn)行針對(duì)性講解。在此過程中，學(xué)生會(huì)不斷反思自己的理解，澄清錯(cuò)誤的想法。這樣一來，課堂教學(xué)對(duì)學(xué)生而言不再是無聊的被灌輸?shù)倪^程，反而變成一個(gè)必須全心參與、并與自己切身相關(guān)的歷程，也使得學(xué)習(xí)的過程變得更有趣、更有意義；與此同時(shí)，教師的角色也發(fā)生了轉(zhuǎn)變，再也不是信息的傳遞者，而是過程的參與者，他需要觀察和聆聽學(xué)生的問題、把握學(xué)生的思維脈絡(luò)，實(shí)時(shí)了解學(xué)生對(duì)所學(xué)概念的理解、掌握情況，準(zhǔn)確有效地提供協(xié)助，同時(shí)有利于教師實(shí)時(shí)地調(diào)整接下來的教學(xué)內(nèi)容。從而實(shí)現(xiàn)了課堂教學(xué)的實(shí)質(zhì)性的“互動(dòng)”。

課后互動(dòng)：通過教學(xué)輔助論壇的形式構(gòu)建師生交流平臺(tái)，目的是提高學(xué)生參與課后復(fù)習(xí)的積極性，幫助學(xué)生“溫故知新”。

考核互動(dòng)：為了達(dá)到更理想的教學(xué)效果，我們還對(duì)課程的考核方式進(jìn)行了大膽的嘗試，建立“半開卷”期末考核與“參與式”平時(shí)考核相結(jié)合的考核評(píng)價(jià)體系：（a）“半開卷”期末考核占總成績(jī)的50%，具體實(shí)施方案為：考試前兩周，發(fā)給每位學(xué)生一張A4紙（稱為半開卷紙），允許學(xué)生寫上公式、知識(shí)點(diǎn)等任何其認(rèn)為在考試時(shí)需要參考的信息，考試時(shí)帶入考場(chǎng)，在交卷時(shí)，此半開卷紙需按要求粘貼在試卷指定的位置上，將作為卷面打分的一部分，老師可根據(jù)半開卷紙上學(xué)生總結(jié)信息的系統(tǒng)性、條理性給予評(píng)價(jià)打分，占卷面成績(jī)的20%。以此種形式督促同學(xué)考前認(rèn)真復(fù)習(xí)，將所學(xué)知識(shí)加以系統(tǒng)歸納、整理和提煉，使所學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化、條理化，將學(xué)生從機(jī)械的公式記憶與數(shù)學(xué)推導(dǎo)中解放出來，使學(xué)生能將精力集中在將所學(xué)知識(shí)和思想方法的歸納綜合運(yùn)用上，引導(dǎo)學(xué)生注重創(chuàng)新意識(shí)與思維能力的訓(xùn)練。此外，試卷也由“知識(shí)再現(xiàn)型”題目的考查轉(zhuǎn)變?yōu)閭?cè)重知識(shí)的綜合應(yīng)用和創(chuàng)新能力的題目的考查，籍此充分發(fā)揮數(shù)理基礎(chǔ)課程啟迪心智的作用；（b）“參與式”平時(shí)考核占總成績(jī)的50%，主要是借助課堂應(yīng)答系統(tǒng)和教輔論壇中的軟件程序記錄學(xué)生參與課堂互動(dòng)的次數(shù)及正確率、課下參與討論情況等信息，并通過換算公式得到平時(shí)成績(jī)。這樣一來，學(xué)生就會(huì)積極參與到每次師生互動(dòng)活動(dòng)中來，從而提高學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的吸收效率。

（二）具有自我知識(shí)產(chǎn)權(quán)的課堂應(yīng)答系統(tǒng)（CRS）的建立

雖然在實(shí)施教改的初期階段，我們購買了成型的課堂應(yīng)答系統(tǒng)（Classroom Responding System，CRS），但是使用過程中，我們發(fā)現(xiàn)仍然存在很多方面的欠缺，不符合我校師生的需要，而這些問題若由生產(chǎn)商來解決，成本過高而且周期太長(zhǎng)，同時(shí)也不利于教學(xué)法的推廣。故此我們開發(fā)了具有自我知識(shí)產(chǎn)權(quán)的課堂應(yīng)答系統(tǒng)，這套系統(tǒng)已經(jīng)很好的運(yùn)行在大學(xué)物理課堂上，由于去除了使用者與開發(fā)者的交流障礙，使得設(shè)備能更好的服務(wù)于課堂教學(xué)和課后教學(xué)總結(jié)。圖2和圖3是基于短信平臺(tái)的課堂應(yīng)答系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架和實(shí)現(xiàn)效果。

圖2 基于短信平臺(tái)的課堂應(yīng)答系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

圖3 軟件界面截圖

（三）內(nèi)容豐富的概念性試題庫的建立

概念性試題（Concept Tests）是交互式教學(xué)的關(guān)鍵，其設(shè)計(jì)的好壞決定能否引發(fā)學(xué)生的思考及討論，進(jìn)而影響PI互動(dòng)教學(xué)的成效。因此，建立適合我校學(xué)生且數(shù)量豐富的題庫是必要的，但很難以一人之力達(dá)成。由于以問題為基礎(chǔ)的教學(xué)方法很多，因此相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)資源也相當(dāng)豐富。本項(xiàng)目通過多種方式來逐漸建立豐富的概念性試題庫，總結(jié)起來主要有以下幾個(gè)來源：（a）參考哈弗大學(xué)Mazur教授出版的《Peer Instruction》［6］及其翻譯版《同伴教學(xué)法》［8］；（b）國外大學(xué)物理教材習(xí)題；（c）我校教師多年來的實(shí)踐思考和以往編寫的試題集精選；（d）網(wǎng)上搜集相關(guān)文獻(xiàn)［7，9］；（e）同行交流分享。此外，豐富的題庫還應(yīng)與前沿問題緊密結(jié)合，如電磁斗篷、液晶結(jié)構(gòu)、超導(dǎo)、太陽能電池、生物計(jì)算、大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)、核聚變、量子密約、宇宙大爆炸等方面的問題，這類問題，不僅能使學(xué)生開闊視域，還能使學(xué)生認(rèn)清科技前沿與基礎(chǔ)知識(shí)的關(guān)系，提高學(xué)習(xí)興趣。

三、實(shí)施PI互動(dòng)教學(xué)取得的效果

PI教學(xué)法的成功運(yùn)用，帶來了明顯的教學(xué)效果，具體表現(xiàn)如下：

（一）增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)課程重點(diǎn)和難點(diǎn)的理解與吸收

學(xué)生在討論過程中產(chǎn)生的分歧會(huì)使他們懷疑個(gè)人看法的正確性，從而尋求更多的信息，對(duì)個(gè)人知識(shí)和結(jié)論進(jìn)行重新組織，促進(jìn)對(duì)物理概念更深刻的理解與掌握；同時(shí)在學(xué)生相互質(zhì)疑和解釋彼此結(jié)論的過程中能產(chǎn)生高質(zhì)量決策、更高的推理水平、更多的新思想和新方法，以及更好的知識(shí)遷移。老師通過聆聽學(xué)生的討論，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生中存在的錯(cuò)誤概念，有的可能是以前我們的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)中沒有的，有些錯(cuò)誤概念甚至也廣泛地存在于教師中。

（二）學(xué)習(xí)成績(jī)的提高

為了考察PI教學(xué)法的實(shí)施效果，本文作者借助課堂應(yīng)答系統(tǒng)記錄了學(xué)生針對(duì)某些概念測(cè)試題討論前（Before）后（After）的投票結(jié)果，圖4展示了針對(duì)力學(xué)部分的課堂概念測(cè)試題在討論前后學(xué)生投票的正確率。由此圖可以非常明顯的看出，學(xué)生簡(jiǎn)短討論對(duì)于知識(shí)吸收的幫助，此外，為了驗(yàn)證PI互動(dòng)教學(xué)的實(shí)施效果，基于國際標(biāo)準(zhǔn)知識(shí)測(cè)試題目“力的概念清查”（Force Concept inspect，F(xiàn)CI）［10］和“力學(xué)基準(zhǔn)測(cè)試”（Mechanics Baseline Test，MBT），我們采用了PI互動(dòng)教學(xué)實(shí)施前測(cè)試（簡(jiǎn)稱前測(cè)）與PI互動(dòng)教學(xué)實(shí)施后再次測(cè)試（簡(jiǎn)稱后測(cè)）的檢驗(yàn)手段，進(jìn)行了檢驗(yàn)，結(jié)果如表1所示。需要說明的是，兩年中所采用的測(cè)試題目是不一樣的，其原因是，在前測(cè)中學(xué)生的普遍成績(jī)偏高，不利于后面的教學(xué)，學(xué)生容易產(chǎn)生松弛懈怠的心理，同時(shí)也造成數(shù)了據(jù)結(jié)果區(qū)分度不明顯，所以第二年我們采用難度較大的MBT試題。由表1可見，實(shí)施PI互動(dòng)教學(xué)的班級(jí)擁有更好的表現(xiàn)。

表1 實(shí)施PI互動(dòng)教學(xué)以來前測(cè)與后測(cè)中的學(xué)生得分平均值

（三）出勤率和學(xué)習(xí)興趣的提高

運(yùn)用PI互動(dòng)教學(xué)后，我們發(fā)現(xiàn)，不僅學(xué)生的出勤率提高了，課堂注意力也更加集中，尤其是在討論時(shí)，學(xué)生更集中注意力、更活躍、更積極思考發(fā)表見解。我們還發(fā)現(xiàn)，課堂討論無形中帶動(dòng)了課前與課后的學(xué)習(xí)，無形中拓展了學(xué)習(xí)的空間和時(shí)間，彌補(bǔ)了課上討論所花費(fèi)的時(shí)間，。表2是實(shí)施PI互動(dòng)教學(xué)對(duì)出勤率和學(xué)習(xí)興趣的影響的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

表2 實(shí)施PI互動(dòng)教學(xué)對(duì)出勤率和學(xué)習(xí)興趣的影響

（四）教師的收獲

在實(shí)施PI互動(dòng)教學(xué)時(shí)，教師確實(shí)獲得了很多的益處：（a）教師可實(shí)時(shí)了解學(xué)生的理解情況，能更好地引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)；；（b）教師可更多投入研究教學(xué)、設(shè)計(jì)教學(xué)，教學(xué)本身就是一種科研，每一堂課均有教學(xué)研究的數(shù)據(jù)成果；（c）激發(fā)學(xué)生參與教學(xué)，讓課堂教學(xué)更有效，讓任課教師更有成就感；（d）教師觀念發(fā)生了實(shí)質(zhì)的轉(zhuǎn)變：由教“書”到教“學(xué)”。重要的不是教師教授了什么，而是學(xué)習(xí)者學(xué)到了什么、怎么學(xué)到的，教師的作用不再是將知識(shí)和技能傳授給學(xué)習(xí)者，而是幫助學(xué)習(xí)者將其轉(zhuǎn)化為自己的知識(shí)和技能，并學(xué)會(huì)如何轉(zhuǎn)化。

四、結(jié)語

PI教學(xué)法已經(jīng)被世界各國不同學(xué)科領(lǐng)域的教師認(rèn)識(shí)和接受，并在課堂教學(xué)中應(yīng)用。借助于各類課堂回饋系統(tǒng)支持，PI教學(xué)確實(shí)取得了不錯(cuò)的成績(jī)。但也面臨一些如互動(dòng)問題的設(shè)計(jì)要求較高、課堂討論時(shí)間把握較難等問題。不過，我們相信它必將引領(lǐng)一場(chǎng)以生為本的教學(xué)改革。在廣大同行的共同努力下，一定會(huì)取得更好的教學(xué)效果。

［1］李宏榮，等．以創(chuàng)新人才培養(yǎng)為目標(biāo)的大學(xué)物理教學(xué)改革［J］．中國大學(xué)教學(xué)，2013（08）：19－21．

［2］趙遠(yuǎn)，等．探索大班課堂互動(dòng)和累加式考核教學(xué)新模式［J］．教育教學(xué)論壇，2012（04）：48－49．

［3］張萍，等．基于同伴教學(xué)法的多元化評(píng)價(jià)模式研究——以大學(xué)物理課程為例［J］．中國大學(xué)教學(xué)，2013（09）：60－62．

［4］張立彬，張功，李廣平，哈佛大學(xué)有效提升物理教學(xué)質(zhì)量的舉措分析［J］．大學(xué)物理，2011（12）：p．48－53＋64．

［5］張萍，劉宇星，同伴教學(xué)法在大學(xué)物理課程中的應(yīng)用［J］．物理與工程，2012（01）：41－43．

［6］Mazur，E．，Peer instruction：A user＇s manual．1997，Upper Saddle River，NJ：Prentice Hall．253．

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［8］張萍．同伴教學(xué)法－大學(xué)物理教學(xué)指南［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社．2011．

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