陳 峻，朱道云，龐 瑋，吳 肖，唐 靚

(1.廣東工業(yè)大學(xué) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)部，廣東 廣州 510006；2.廣東工業(yè)大學(xué) 通識(shí)教育中心，廣東 廣州 510006)

2016年12月8日，習(xí)近平總書記在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上強(qiáng)調(diào)：“要堅(jiān)持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程，實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人，其他各門課都要守好一段渠、種好責(zé)任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)，努力開創(chuàng)我國(guó)高等教育事業(yè)發(fā)展新局面”[1].

大學(xué)生進(jìn)入大學(xué)之后的第一門正規(guī)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程就是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，這門課也是我校面對(duì)全校幾乎所有專業(yè)學(xué)生開設(shè)的一門基礎(chǔ)課.物理實(shí)驗(yàn)學(xué)是自然科學(xué)的一個(gè)重要基礎(chǔ),許多現(xiàn)代科學(xué)的新興技術(shù)都是伴隨著這個(gè)基礎(chǔ)的不斷積累、推陳出新而發(fā)展壯大起來的.我國(guó)高等院?；A(chǔ)教學(xué)的一個(gè)重要組成就是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程,理工科甚至部分文課學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后最開始接觸到的必修實(shí)驗(yàn)課程一般都是大學(xué)物理基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，因而對(duì)學(xué)生后續(xù)要學(xué)習(xí)的專業(yè)課程的都具有非常重要的引導(dǎo)和鋪墊作用,尤其是基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程中的實(shí)驗(yàn)思想、實(shí)驗(yàn)操作基本方法、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)是鍛煉學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的一個(gè)重要基礎(chǔ).這些都與當(dāng)下強(qiáng)調(diào)的“思政教育”密不可分的.很難想象一個(gè)不具備遠(yuǎn)大理想和抱負(fù)、不具備未來社會(huì)建設(shè)的中堅(jiān)力量的理念、不具備馬克思辯證思維方法、沒有被歷史偉人的感人事跡激勵(lì)過的年輕人在未來對(duì)我們社會(huì)能有多大的貢獻(xiàn)，如何去承擔(dān)我們社會(huì)主義建設(shè)接班人的角色.

因此，習(xí)總書記提出的“各類課程與思想政治理論課同向而行，形成協(xié)同效應(yīng)”是非常必要和及時(shí)的.這就要求我們?cè)诖髮W(xué)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)中除了實(shí)驗(yàn)知識(shí)的教授外，還要不斷拓展實(shí)驗(yàn)中所延伸到的精神思想、道德情感，通過教授的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與之融合，從而有效的在思政教學(xué)上引導(dǎo)學(xué)生.

1 同伴教學(xué)法(Peer Instruction)簡(jiǎn)介

哈佛大學(xué)著名教授埃里克·馬祖爾(Eric Mazur)創(chuàng)立的同伴教學(xué)方法(Peer Instruction，簡(jiǎn)稱PI)，將傳統(tǒng)的灌輸式授課課堂變?yōu)榱颂剿魅舾芍黝}問題為導(dǎo)向的學(xué)生自主學(xué)習(xí)和學(xué)生小組的團(tuán)隊(duì)合作學(xué)習(xí)方式.PI教學(xué)法的教學(xué)主體由老師轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生，而老師的主要作用變?yōu)橹鲗?dǎo)和引導(dǎo)，鼓勵(lì)學(xué)生合作學(xué)習(xí)，注重培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維.在課堂上，教師的主要任務(wù)是講解課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，營(yíng)造對(duì)主題問題互動(dòng)討論的過程，注重激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、引導(dǎo)學(xué)生的探索精神.

埃里克·馬祖爾最早將PI教學(xué)法應(yīng)用于哈佛大學(xué)的物理類課程中，其相關(guān)研究工作持續(xù)十年之久,美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金對(duì)他的研究工作給予了3次資助,其研究論文已發(fā)表在Science上[2],埃里克·馬祖爾的PI教學(xué)法吸引了全世界各國(guó)教育者的眼球[3,4].同伴教學(xué)法特別適用于大范圍的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中可以把學(xué)生分為若干小組，以小組團(tuán)隊(duì)為單位實(shí)施教學(xué)會(huì)獲得更好的教學(xué)成效.我校在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)等基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程中相繼開展PI教學(xué)法改革嘗試，具有豐富的PI教改經(jīng)驗(yàn)，也取得了一定的教改成果[5].

2 思政教學(xué)結(jié)合同伴教學(xué)法的設(shè)計(jì)

思政教學(xué)如何融入基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)一直是一個(gè)改革的難點(diǎn)，由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特殊性，通常包含較少的講授時(shí)間、較多的學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)時(shí)間和教師指導(dǎo)時(shí)間，因而思政教學(xué)不能像一般的理論課教學(xué)一樣貫穿.經(jīng)過多年的同伴教學(xué)法的教學(xué)改革嘗試，課題組對(duì)于同伴教學(xué)的基于問題的分組討論教學(xué)方式應(yīng)用于基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)有豐富的經(jīng)驗(yàn)，而把思政教學(xué)內(nèi)容作為主題討論點(diǎn)切入同伴教學(xué)法之中將能發(fā)揮出較好的教學(xué)效果.

標(biāo)準(zhǔn)的PI教學(xué)過程的實(shí)施包括講義準(zhǔn)備、課堂PI環(huán)節(jié)、量化考核等幾個(gè)主要過程，如圖1所示.將思政教學(xué)逐步融入其中，做到“潤(rùn)物細(xì)無聲”，教學(xué)目標(biāo)的總體設(shè)計(jì)是教學(xué)的關(guān)鍵因素之一，由于在課堂中教師需要完全以問題的方式來引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考和學(xué)習(xí)，擺脫對(duì)原講義的使用和依賴.為了幫助學(xué)生進(jìn)行有效預(yù)習(xí)，現(xiàn)有教材無論從內(nèi)容還是從編排上均存在弊端，筆者以講義形式對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行新的編排組織.編排講義過程中將注重把思政教學(xué)相關(guān)內(nèi)容融入其中，將思政素養(yǎng)、人文素養(yǎng)、職業(yè)素養(yǎng)滲透其中.

圖1 思政教學(xué)結(jié)合同伴教學(xué)流程

未來社會(huì)主義建設(shè)的中堅(jiān)力量和接班人將是現(xiàn)在的青年學(xué)生，幫助學(xué)生樹立遠(yuǎn)大理想，立志成為對(duì)社會(huì)發(fā)展有貢獻(xiàn)的社會(huì)主義新人.引導(dǎo)學(xué)生腳踏實(shí)地掌握實(shí)驗(yàn)技能是實(shí)現(xiàn)理想的前提條件.教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)上需要能夠給予學(xué)生的人生觀、價(jià)值觀和職業(yè)觀有正確的導(dǎo)向作用，把專業(yè)技能的培養(yǎng)和個(gè)人理想信念、社會(huì)責(zé)任感鏈接成一個(gè)有機(jī)的整體.例如在《用分光計(jì)測(cè)定光柵常數(shù)》實(shí)驗(yàn)課中，把郭守敬望遠(yuǎn)鏡相關(guān)內(nèi)容引入其中，郭守敬是中國(guó)古代著名的科學(xué)家，在天文學(xué)、數(shù)學(xué)等方面有突出貢獻(xiàn)，我國(guó)在2019年建成的具有世界領(lǐng)先地位的千萬量級(jí)的巡天望遠(yuǎn)鏡LAMOST就是以郭守敬命名，而郭守敬望遠(yuǎn)鏡的分光物理原理和分光計(jì)實(shí)驗(yàn)課中的光柵分光原理是相同的，如圖2所示.這就將人文歷史和道德情操引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課堂之中.

圖2 郭守敬和郭守敬望遠(yuǎn)鏡教學(xué)PPT示例

3 思政教學(xué)結(jié)合同伴教學(xué)法的教學(xué)運(yùn)用

PI教學(xué)體系的課堂教學(xué)最重要的特點(diǎn)就是擺脫講義，教師根據(jù)課程內(nèi)容設(shè)計(jì)出相應(yīng)的PI問題，利用問題做引導(dǎo)，帶領(lǐng)學(xué)生通過分組討論，對(duì)問題進(jìn)行思考、解答，并從中激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、習(xí)得思考方式、形成學(xué)習(xí)方法，所以PI問題的設(shè)計(jì)和實(shí)施是教學(xué)核心所在.

3.1 PI問題設(shè)計(jì)

PI問題的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵之一.主題問題需要緊密結(jié)合課程的主體，重點(diǎn)是能夠闡述清楚物理原理、圖像和方法，并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入思考.筆者把思政元素嵌入到討論的主題之中，形成若干個(gè)關(guān)鍵問題.設(shè)計(jì)上著重把以下兩個(gè)思政點(diǎn)嵌入PI問題之中：1) 從歷史發(fā)展的角度闡述實(shí)驗(yàn)學(xué)的發(fā)展歷程，探討科技進(jìn)步離不開對(duì)原有知識(shí)的積累與更新.引經(jīng)據(jù)典，借助歷史名人的典型事例進(jìn)行教學(xué)，闡述實(shí)驗(yàn)學(xué)對(duì)歷屆諾貝爾獎(jiǎng)獲得者的研究所發(fā)揮的重要作用，并從歷史范例中逐步說明事物發(fā)展的軌跡和變化規(guī)律，引導(dǎo)學(xué)生用發(fā)展的眼光看待問題、分析問題和解決問題，并培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方法.2) 將馬克思主義和唯物辯證法的方法應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)科學(xué)之中，任何科技的變革，都是在不斷的修正與進(jìn)步之中完成.教會(huì)學(xué)生不能以固有的思維模式思考問題，而應(yīng)該運(yùn)用辯證法來分析每一種實(shí)驗(yàn)方法及儀器結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn).遇到問題，都應(yīng)該嘗試用馬克思辯證法處理.

3.2 PI問題的使用

在課堂教學(xué)中，通過某個(gè)現(xiàn)象或概念引入第一個(gè)PI問題，然后學(xué)生對(duì)此問題展開分組討論，分組一般以自由組合方式進(jìn)行，每組不超過4個(gè)人.學(xué)生討論過程中，教師和助教主動(dòng)巡視全場(chǎng)，聽取或參與部分組的討論，并根據(jù)學(xué)生的討論及時(shí)把握討論的方向.每位學(xué)生在上課前都會(huì)分得一組代表不同選項(xiàng)的色卡(或采用雨課堂等具有統(tǒng)計(jì)功能的教學(xué)軟件)，討論時(shí)間截止后，要求每位學(xué)生根據(jù)剛才討論的結(jié)果選擇作答.教師和助教統(tǒng)計(jì)答案分布，將此信息反饋給學(xué)生，并對(duì)學(xué)生講解此問題的思考、解答方式，通過不同的選項(xiàng)結(jié)果逐步引導(dǎo)學(xué)生完成較高質(zhì)量的思政教學(xué).

以“用分光計(jì)測(cè)定光柵常數(shù)”實(shí)驗(yàn)課程為例，筆者設(shè)計(jì)了一組相關(guān)PI問題，包括了郭守敬望遠(yuǎn)鏡的施密特反射式望遠(yuǎn)鏡的光柵分光原理問題，以及天文望遠(yuǎn)鏡和射電望遠(yuǎn)鏡的區(qū)別等關(guān)鍵問題，如圖3所示.進(jìn)而討論中國(guó)在天文學(xué)領(lǐng)域的快速發(fā)展，雖然我國(guó)在空間領(lǐng)域發(fā)展的時(shí)間相對(duì)較短，但發(fā)展相當(dāng)迅速，與較早發(fā)展空間技術(shù)的發(fā)達(dá)國(guó)家目前已經(jīng)沒有很大差距，發(fā)射嫦娥號(hào)，探索外太空，建造世界上最大的望遠(yuǎn)鏡等等，這些標(biāo)志著我國(guó)已經(jīng)成為一個(gè)太空強(qiáng)國(guó).除了郭守敬望遠(yuǎn)鏡還進(jìn)一步引申出另一個(gè)我國(guó)建造的世界上單口徑最大的射電望遠(yuǎn)鏡FAST，在宇宙的探索中做出了巨大的貢獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)幾十個(gè)脈沖星，相信有一天人類發(fā)現(xiàn)地外文明也不是無稽之談.通過對(duì)多個(gè)主題問題的討論，將可以更好的讓思政內(nèi)容融入課堂的教學(xué)之中.

圖3 郭守敬望遠(yuǎn)鏡的施密特反射式望遠(yuǎn)鏡的光柵分光原理

3.3 量化考核

PI教學(xué)法獲得教學(xué)結(jié)果和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的一個(gè)重要手段就是量化考核.考核主要采用考試來進(jìn)行，并且盡量采用客觀題方便進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)和分析，為了比較教學(xué)效果，考題將完全來自課堂教學(xué)中所使用的問題.通過不同形式的考核，比如短期考核、期末考核，可以較為準(zhǔn)確地對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行量化統(tǒng)計(jì)和分析，可以通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)班和常規(guī)班的考核結(jié)果來形成大量的教學(xué)改革的數(shù)據(jù)，進(jìn)而分析思政教學(xué)改革中存在的問題.

筆者在2019—2020學(xué)年的上學(xué)期對(duì)我校2年級(jí)機(jī)械類專業(yè)(學(xué)生具備較好的素質(zhì)且選擇的班級(jí)學(xué)生學(xué)習(xí)能力和成績(jī)基本接近)的4個(gè)班級(jí)進(jìn)行了教學(xué)改革，4個(gè)教學(xué)班被分成兩組分別命名為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)組的機(jī)械1班和機(jī)械2班采用思政教學(xué)結(jié)合PI的教學(xué)方式，而對(duì)照組的機(jī)械3班和機(jī)械4班則是常規(guī)的教學(xué)方式，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置上完全一致，且在上課過程中都穿插了思政元素，區(qū)別僅在于教學(xué)手段和方法上.在一個(gè)學(xué)期的教學(xué)結(jié)束后，對(duì)4個(gè)班進(jìn)行了一次期末考核，考核的形式為客觀題閉卷考試，方便進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析，考試題目均全部來源于上課的授課內(nèi)容.

筆者對(duì)4個(gè)班的考核成績(jī)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如圖4所示，圖4(a)、4(c)為實(shí)驗(yàn)組的機(jī)械1班和機(jī)械2班，圖4(b)、4(d)為對(duì)照組的機(jī)械3班和機(jī)械4班.從圖中可以看出實(shí)驗(yàn)組的2個(gè)班學(xué)生成績(jī)相對(duì)于對(duì)照組整體上有一定幅度提高，特別注意到直方圖中實(shí)驗(yàn)組的高分段學(xué)生數(shù)量有明顯增多趨勢(shì)，而低分段學(xué)生數(shù)量則相應(yīng)減少，這說明學(xué)生學(xué)習(xí)掉隊(duì)的情況有所緩解，大部分學(xué)生都有著強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)熱情和積極性，學(xué)生成績(jī)分布向高分段集中.

雖然機(jī)械2班(圖4(c))的平均分略低于機(jī)械3班(圖4(b))，但機(jī)械2班學(xué)生成績(jī)高分段分布較為集中，低分段分布較少，而機(jī)械3班學(xué)生成績(jī)分布較為彌散，低分段分布情況較多.進(jìn)一步從正態(tài)分布圖的鐘形曲線(圖中虛線)可以觀察到實(shí)驗(yàn)組的曲線峰值位置相對(duì)于對(duì)照組有明顯的高分段偏移趨勢(shì)，且曲線形態(tài)收窄，說明實(shí)驗(yàn)組的學(xué)生學(xué)習(xí)整體效果相對(duì)于對(duì)照組有所提高，學(xué)生成績(jī)分布也更為集中.從實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的學(xué)生成績(jī)差異的顯著性檢測(cè)(配對(duì)T檢驗(yàn)，如表1所示)可以看出，機(jī)械1班和機(jī)械3班配對(duì)檢測(cè)P<0.05，機(jī)械2班和機(jī)械4班的配對(duì)檢測(cè)中P<0.05，因此實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的學(xué)生成績(jī)相比較有顯著性差異.綜合以上的分析可以得出結(jié)論，本次教學(xué)改革中的實(shí)驗(yàn)組的兩個(gè)班的教學(xué)效果和學(xué)生成績(jī)都要優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)的對(duì)照組，學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)熱情都有所提升.

圖4 實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的學(xué)生成績(jī)統(tǒng)計(jì)直方圖及正態(tài)分布圖

表1 實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的學(xué)生成績(jī)配對(duì)T檢驗(yàn)

本文還收集了一些學(xué)生對(duì)本次教改的感想和建議，部分摘錄如下：“謝謝老師采用這種互動(dòng)教學(xué)方式，我個(gè)人認(rèn)為新的教學(xué)模式雖然增加了自己課前預(yù)習(xí)工作量，反而讓我更深入了解到這實(shí)驗(yàn)的有趣以及學(xué)習(xí)到更多知識(shí)，特別是歷史上的相關(guān)人物他們的事跡我最感興趣，因?yàn)椴捎没?dòng)教學(xué)，課堂氣氛活躍了很多，時(shí)間總覺得不夠用，很多同學(xué)都提前半個(gè)小時(shí)甚至一個(gè)小時(shí)來實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)”，“互動(dòng)教學(xué)模式帶來的是一種比較學(xué)術(shù)的討論氛圍，不過預(yù)習(xí)任務(wù)還是要靠自覺，我覺得更重要的是讓我感受到實(shí)驗(yàn)的魅力，小小的實(shí)驗(yàn)蘊(yùn)含的實(shí)驗(yàn)原理和我國(guó)現(xiàn)代高新科技發(fā)展都有密切聯(lián)系這深深吸引了我”，“感謝老師的悉心指導(dǎo)，老師對(duì)待數(shù)據(jù)處理的嚴(yán)格程度讓我體會(huì)到一種責(zé)任心，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是嚴(yán)肅的、客觀的，實(shí)驗(yàn)過程中也需要用辯證思維方式去分析實(shí)驗(yàn)中的問題和錯(cuò)誤”，“互動(dòng)教學(xué)雖然讓我動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的時(shí)間減少了一點(diǎn)，但覺得通過對(duì)問題的討論能很透徹理解實(shí)驗(yàn)比原來那種略懂好多了，要效果，并不是一味效率”.

4 結(jié)束語

基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)課程是大學(xué)生進(jìn)入大學(xué)之后的第一門必修實(shí)驗(yàn)課程，具有非常重要的意義.基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程非常強(qiáng)調(diào)基本的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能培養(yǎng)，科學(xué)思維素養(yǎng)、團(tuán)隊(duì)合作的精神、正確的人生觀、價(jià)值觀、成才觀和對(duì)社會(huì)責(zé)任感等思政相關(guān)內(nèi)容顯得尤為重要，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)法中融入思政元素顯得力不從心，大部分學(xué)生都處于被動(dòng)灌輸學(xué)習(xí)模式，學(xué)習(xí)效果和成績(jī)都不能令人滿意.而本文所采用的思政教學(xué)結(jié)合PI教學(xué)模式具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，既能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，又能通過團(tuán)隊(duì)討論學(xué)習(xí)的方式充分兼顧每位同學(xué)的自身特點(diǎn)，班級(jí)學(xué)生的整體學(xué)習(xí)效果都獲得了大幅度提高.這種采用問題導(dǎo)向式的思政教學(xué)法，很自然的把社會(huì)主義核心價(jià)值觀等思政教學(xué)內(nèi)容貫穿于整個(gè)課堂之中，做到“潤(rùn)物細(xì)無聲”，從而讓思政教學(xué)在基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中能夠取得較好的教學(xué)效果.