同伴教学法在物理教学中的研究与应用

冯丽霞　冯秀梅

[摘要]本文首先介绍了同伴教学法，而后结合自身教学经历阐明其教育意义和对学生的促进作用。并综述了PI教学法的应用状况和相关研究成果。

[关键词]同伴教学法 物理教学 传统教学法

[中图分类号]G424 [文献标识码]A [文章编号]1005-5843（2013）04-0139-03

[作者简介]冯丽霞，冯秀梅，华中师范大学物理科学与技术学院（湖北武汉430079）

教育研究表明，教学方法和教学模式改革比教学内容改革对学生的培养有更重要的意义，而且合作、互动的学习方式对建构知识和培养学生的创新能力非常有效。为促进学生有效地学习，教育研究者设计出了许多合作、互动的教学方法。在我国很多高等学校的课堂教学评价指标中都包含合作和互动的内容，许多教师也意识到课堂互动和学生之间的合作学习在建构知识和培养学生的创新能力方面的积极作用。但是，目前国内大多数基础课还是以讲授为主，其原因是这些课程一般都是学生人数在60以上的大班课程，合作、互动的教学方法在这样的大班课堂教学过程中似乎很难找到真正有效的实施策略。因此，教师需要一个辅助系统来提高学识，同时提供更好的教学经验，以在大班课堂教学中实现学生自主学习、合作学习、师生互动、生生互动的教学目的。

一、同伴教学法简介

同伴教学（Peer Instruction，以下简称PI）是由哈佛大学著名教授马祖尔（Eric Mazur）创立的，使用专门设计的用于揭示学生错误概念和引导学生深入探究的概念测试题，借助计算机投票系统，组织大班课堂教学，变传统单一的讲授为基于问题的自主学习和协作探究的教学方法。它有效地改变了传统课堂教学手段、教学模式，在大班课堂教学中营造一个学生自主学习、合作学习、生生互动、师生互动的教学环境。

哈佛大学PI教学法的提出、实践、改进和得出初步研究结论历经了十年之久，后续研究一直在持续进行。哈佛大学PI教学法研究在十年间三次获得美国国家科学基金的支持，相关研究的文章：Farewell，lecture发表在《科学》（science）杂志的教育论坛栏目上，引起世界的广泛关注。对PI教学的系统总结工作《同伴教学法——大学物理教学指南》（Peer Instruction-A User's Manual）已经出版发行，并在2011年由机械工业出版社组织翻译出版。

传统讲授式教学法通常以教科书或教师教案的内容顺序组织一节课的教学，课后让学生进行复习和练习。而PI教学法则首先要求学生在上课前预习，回答两个与预习内容有关的问题，并指出自己认为难以理解的部分。然后在正式上课时将一节课（以一个半小时计）分成几个小单元，每个单元围绕一个关键物理概念进行设计，教师在对关键概念进行精要阐述后，给出一个个概念测试题，并以此为核心组织教学。概念测试题是专门为课程设计的、用于揭示学生的错误概念和引导学生深入探究的测试题，一般是多项选择题和判断题。这些概念测试题主要针对单个概念，不依靠公式即可解，有适当的多项选择的答案，题意明确，难度适中。

二、同伴教学法流程

概念测试题教学常规时间安排如下：（1）提出问题1分钟；（2）给时间让学生思考1分钟；（3）学生提交自己的答案（任选的）；（4）学生说服同伴（同伴教学法）1-2分钟；（5）学生提交修改的答案（任选的）；（6）反馈给教师：答案的得分情况；（7）讲解正确答案2分多钟。概念测试题教学在同伴教学中大约占用了课堂教学时间的1/3。下面应用一个实例来说明如何实施同伴教学。

例：一个恒定的力作用于初始静止在气垫导轨的小车上。小车和导轨之间的摩擦力忽略不计。力作用了一段时间后，小车得到一个确定的最终速度。问：如果改用一半大小的作用力施加在该小车上，为了达到相同大小的最终速度，这个力作用在小车的时间相当于原先作用时间的多少？（1）4倍长；（2）2倍长；（3）相同长；（4）一半长；（5）1/4长。选项（2）是正确的。讨论之前（之后）的回答统计：（1）16%（5%），（2）65%（83%），（3）19%（12%）。讨论之前（之后）的确定度统计，相当确信：50%（71%）；不十分确信：43%（25%）；仅仅猜测：7%（4%）。

这道题是选自马祖尔教授的《同伴教学法——大学物理教学指南》的教学案例，这是在教师定义了力和质量的概念、简述了牛顿第二定律后，为了检测学生对力、加速度和速度之间的关系是否已经清楚而设计的。讨论之前有65%的同学理解错误，这时需要学生同伴讨论。统计数据研究表明，当错误的概率在30-70%时进行同伴讨论，教学效果最好，“说服同伴”的讨论增加了回答正确的人数，并且增强了学生对自己答案的自信心。但仍有近20%的人在经过讨论之后给出了错误的答案，这需要教师花些时间来讨论正确答案。马祖尔教授强调：在解释这个问题时要避免运用公式。他的论述如下：力引起了加速度，加速度表明在给定的时间间隔内物体的速度增加多少。因此，如果力只有原先的一半大小，则加速度只有原先的一半大小，这样，需要作用2倍的时间来给小车增加相同的速度。

在这个过程中，首先应给出一些时间让学生自己思考作答，然后要求他们和同伴讨论自己的答案，让学生在与同伴的辩论中思考问题。同时，学生讨论前后的作答情况也为师生提供了一个有效的评价学生理解概念的方法。

三、PI教学法所取得的成果

1.PI教学法让学生在交互中学习

PI教学法强调理解，让学生积极地参与到教学过程中，使物理课更容易被学生所接受。目前，美国至少有50位教师已经尝试了同伴教学法，他们来自各种不同的学校：高中、社区学院、大的和小的公立学校等，这些人都报告了学生在成绩和理解上的进步。PI教学法坚持以学生为主体、教师为主导的教学理念，教师在教学中精讲教学内容中的重点、难点、疑点和关键点，启迪学生的思维，营造一个师生互动、生生互动和激发学生学习兴趣、引导学生探究的学习环境。教学从学生现有的发展水平出发，通过一些影响学生认知能力的问题——概念测试题不断激发他们的主动性，引导学生之间的合作学习，获得新的认识和产生新的思想，达成思维、情感与意志的和谐发展。在全世界有许多学校和教师在不同课程中用PI教学法。在对使用这一教学模式的教师调查中，有80%的教师表示这个方法很成功，超过92%的教师表示会继续改进和使用这一方法。

2.PI教学法在促进学生理解上的作用

哈佛大学对PI教学法的研究表明：PI教学法在促进学生深入理解物理概念和提高物理计算能力方面优于传统教学方法。哈佛大学在大学物理课程中使用PI教学法并进行了十多年的教学实践，同时对这一教学法进行了科学研究。研究中使用标准化的评价工具FCI（Force Concept Inventory）和MBT（Mechanics Baseline）将PI教学法与传统教学法进行科学比较。哈佛大学的研究数据表明：在物理概念的理解、物理定性分析和定量计算几个方面，PI教学法均优于传统教学法。2000年哈佛大学Mazur研究组对在全世界使用PI教学法的教师进行大规模调查所获得的数据中，有108名物理教师表示定量测量过PI教学法的有效性，其中81%使用评价工具FCI评价他们的课程，有11个学院和大学提供了他们的数据，共涉及30门课程，汇总数据结果也支持上述结论。

3.PI教学法减少了男女生学习差异

哈佛大学Mazur研究组研究了这个教学方法在减少物理学习中性别差异的作用，研究数据表明：PI教学法构建的学习环境对男生和女生的物理学习都有很好的促进作用，但女生获益更多，使用PI教学法的物理课程，在课程结束时男女生学习差异比课程开始时减少了。许多研究表明：女生科学课程分数低于男生，物理课程学习中存在男女差异。从1980年起，国际上开始有减少科学课程学习中性别差异的教学研究，有研究认为，女生在互动教学、没有竞争的氛围和强调概念的课程中会获益更多，因为女生更愿意在讨论中用语言表达想法。PI教学法中讨论环节正好给了学生互动和解释观点的机会，适合女生的学习特点。

4.PI教学法对学生其他方面的促进作用

文献调查结果表明，PI教学法应用于不同的课程对学生的促进作用结果如下：增强学生的学习潜能和自信心；促进批判性思维、问题解决和决策能力的生成及分享经验；降低学习焦虑；互动教学有利于知识保持和记忆；提倡从同伴中学习，每一个学生都是学习的主动者，学生在同伴中进行意义建构、进行自我反思，在认知和能力方面得到发展；强调同伴之间的合作和交流，不仅能促进学生的情感和社会性的发展，也能增进学生之间的友谊，从而形成良好的学校文化；以学生为中心，教师是学习的促进者，学生在没有压力的学习环境中学习，学习更加主动，学习积极性更高。

四、实施PI教学法的有效措施

1.激励学生课前预习

课前阅读是课前预习所必需的，因为学生不是很重视，所以需通过一些激励机制来促使其完成阅读作业，比如记分的阅读小测验。为了确定学生确实做了课前阅读作业，每次课开始时都会有一个3—4题的阅读小测验，运用电子形式和纸质形式。通过这些阅读小测验，学生在满100分的期末成绩之外还可以获得额外加分。阅读小测试是自我监控的，一般允许学生在开课前的20分钟到开课后的5分钟之内的任何时间内进行测试。为了打消学生在测验中的合作想法，要将他们的评分拉开，同时要制定一定的标准以使平均分为6分（满分为10分），这样在期末成绩之外还可以获得最高10分的额外加分。额外加分的总体影响是很小的，然而学生乐于运用这个机会来获得一些额外的分数，这样就可以营造一个学生能够自我学习的环境。引导学生进行课前预习的另一个策略是在学期一开始就给出一份课前阅读作业清单，然后反复强调清单上所有内容都是他们应该掌握的（即使是教师在课堂上没有讲到的部分）。为了强化这一点，教师将选择列在清单中但在课堂上跳过的问题中的一个作为期末考试题。

2.采用量化工具评估PI教学法

在美国大学物理教学中，一般采用的量化测量工具包括力的概念调查（FCI）和力学基准测试（MB），电磁学概念测试（BEMA）和学生学习兴趣及态度测试（CLASS）。理论上来说这样的测试要做两次：一次是在运用传统教学方法的学期中，一次是在实施同伴教学法的学期中。通过这些评估工具可以评价新教学方法的有效性，也可以为新教学方法的改进提供依据。

3.解决落后传统进度问题的方法

在实施同伴教学法初期要花相当多的时间和精力来告诉学生我将在课堂上做些什么以及我为什么要这么做。如果某一次课比计划慢很多，教师要跳过一些不重要的部分，这部分的学识就依靠以下三个途径来完成：（1）学生的课前阅读；（2）每周的讨论环节；（3）课后作业涵盖这部分内容。在某些情况下，教师要利用下次课的部分时间来强调一些重点，并做一次额外的概念测试。有时课比预期进行得快，学生就能提前下课，大家都很开心。尽管课程表安排得比较紧凑，但不乏有松懈之处，要求教师在其中安排一次复习课予以弥补。

4.改变课程的评价内容

让学生接受一种新的教学方法最好的方法之一就是通过考试来反映这门课程的价值体系和目标。考试的试题中有一半是概念性的且是课堂上提出的和阅读测验中的问题，这些问题或许显得很简单，但是学生通常会发现他们比标准的测试题要难。于是在进行了第一次考试后不久，学生开始体会到课堂测试题的价值，这样渐渐地学生上课的注意力会更加集中。

5.完整地采用新的教学方式

由于不可能继续在课堂上讲解所有的课程内容，还要花时间做课堂测试和讨论，这就要求实施同伴教学法的教师完整地采用新的教学方式，因为走传统教学方式和交互式教学方式之间的中间路线只能招致学生的抱怨。如果继续像从前一样讲课，就等于告诉学生不必担心课前阅读，所有的课程内容都将在课堂上讲解。同时，传统的讲课方式将只剩下一点时间来做零星的一两道测试题，而且被这些题目所占用的额外时间将最终导致你落后于进度表。这将形成人们非常不愿意看到的情形：除了不做课前阅读作业之外，学生将开始把课堂测试看作一个讨厌的东西——看成是传统讲课的附加物，而不是替代品。

五、PI教学法的前景与展望

PI教学法最先应用于哈佛大学基础物理课程中，20多年来已经广泛应用于世界许多国家和地区，成千上万不同学科领域的教师在课堂上采用了这一方法，取得了很大的成功。借助于课堂回馈系统支持，PI教学很容易成功，我国已经有北京师范大学、上海同济大学、中山大学、华中师范大学等高校使用这个方法。但也面临一些如互动问题的设计要求较高、课堂讨论时间把握较难等问题。虽然在当前国内应试教育背景下PI教学法并没有得到所有教学人士特别是基础教育的认同，实施起来也会遇到很大阻力，但它将引领一场教学改革，提出一种以生为本的教学理念，最终会为满怀教育热情的教师所采用。

（责任编辑：赵淑梅）