PI教学法在理工类院校大学物理课堂中应用的研究

[摘 要]大学物理是理工类院校开设的一门必修课，以大班教学为主。为更好的提高大班制教学的效果，PI（Peer Instruction）教学法构建了以自主学习、合作学习为基础的新型教学模式，从而有效的提高了学生的学习主动性及教师的教学质量。本文介绍了PI教学法的发展和内涵，并对其在大学物理课堂教学中的应用和拓展进行了分析与研究。

[關键词]PI教学法；理工类院校；大学物理

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2018）07-0020-03

随着我国高等教育的大众化甚至普及化，高校要全面提升人才培养质量，加强创新型人才的培养，教学改革势在必行，作为培养应用与创新人才的重要基地，理工类院校教学改革也在不断深入。物理作为理工类本科院校的一门必修课，基本上采取的是大班制的教学形式，每个教学班级少则几十人，多则上百人一起上课，如何提高这种大班制课堂的教学效果是教师面临的首要问题，能否提高这种大班制教学的教学效果是用来衡量教学改革是否成功的关键。近年来，研究性教学、课堂反转教学、微课、MOOC（大规模在线开放课程）、SPOC（小众在线课程）、JiTT（及时教学法）等一些新的教学模式在各高校不断涌现，传统的同时同地的以教为主的教学模式也逐渐被改变，构建新的大学物理课堂教学模式是提高本科教学质量与学生学习效果的必然趋势。但同时新的模式也或多或少的出现一些弊端，如在进行MOOC教学的过程中，“人机互动”缺少必要的师生情感交流、MOOC平台适时监控学生学习效果也有待加强等[1]。

在大班教学过程当中，要真正做到正确的引导学生参与教学过程，需要不断更新教学理念与技术手段，要改变由于长期的传统教育形成的教学手段单一、学生参与度低、学习积极性差等一系列难以改变的行为习惯。真正做到以学生为中心、以学习为中心、以教师为主导，并非简单的转换一下教学方式或加强一些课堂的互动，无论是学生，还是教师，都面临诸多挑战。为了更好的解决这一难题，PI教学法（同伴教学法）应运而生，借助于PI教学法可以实现学生在课堂上自主学习、合作学习、生生互动、师生互动，使问题在学生中引起共鸣，强调信息的再塑造，有效的提高了学生的主动性与创新能力，加深了学生对物理概念的理解，提高了教育教学质量。PI教学法现已在世界各国和地区高校逐步展开，并从大学物理课堂慢慢渗透到其他各个学科领域，且已取得了可喜的进步。

一、PI教学法的内涵

当前理工类院校教学改革的发展趋势，基本上是关于如何让学生从灌输式学习到自主型学习（from Transmission to Construction）教学方法的改革，各高校的教学改革进行得如火如荼，对教学的讨论一直从未止步，“为什么教”、“怎样教”、“教什么”成为教改的重心。虽然各项目的学生群体不同，学习阶段和学习目标也各异，但是这些改革有一条一致的主线，就是把传统的、以知识为核心的教育方式，改变为“三位一体”的教学方式，即价值塑造、能力培养、知识获取[2]。PI教学法所注重的并非是学生对知识的机械记忆，而是侧重对学生自主学习能力的培养，让学生参与教学过程，通过让学生变被动为主动的学习方式，有效的提高他们学习的积极性与主动性，从而提高自身的学习能力，这也是PI教学法的重要内涵所在。PI教学法也符合当今各高校教学改革中所提倡的“三位一体”教学理念中的能力培养要求。能够培养出具有创造性精神、创造性思维、创造性能力的人才是高校培养目标之一，而能力培养是创新型人才培养的前提和基础。

PI教学法也能培养学生批判性思维的能力。批判性思维是创新思维的一个重要前提，批判性思维被普遍确立为教育特别是高等教育的目标之一，这不仅是课程改革的需要，也是激发学生疑惑、激活学生思维的重要方式。批判性思维本身就是对传统的一味接受式教育的一种挑战，批判性思维通常对被接受的结论提出怀疑和挑战，同时，批判性思维运用创造性的方式对疑问给出新的解析，不是否定一切的既有结论，而是能够判断哪个更具有说服力。PI教学法把学习的主体交给学生，每个学生通过自己的独立思考，对某一个物理概念的理解或物理问题的解决都有一个自己的观点，在与同组的其他人进行讨论的过程中，需要说明自己观点的正确性，同时还要对来自同组学生的批评或建议进行解释，通过思辨得出小组一致认可的结论，并能够有理有据的阐述自己的观点，这样可以有效的培养学生的批判性思维能力。而所谓的创新能力，也主要是指发现新问题、找出新方法、得出新理论的能力。所以，在很大程度上，批判性思维与创新思维是一致的，两者相辅相成，共同促进社会的进步。

二、PI教学法在物理教学中的应用

对于侧重于创新与应用的理工类院校而言，大学物理的听众群与之前相比较，发生了很大的变化，选择物理课程作为必修课的学生数量激增，对象群体的变化使得院校对物理不得不实施大班制教学。与此同时，这一变化也给大学物理的教学带来了很大的挑战，由于上课人数多，空间大，在课堂纪律、学习动力及作业批改等方面就会出现种种问题。不可否认传统的教学方式取得了一定的成就，但也必须承认，这种传统的教学方法致使多数学生的潜能没有得到充分的发挥和挖掘。PI教学法的教学目标是激励学生自主学习和合作学习[3]，这种教学法是由全球高等教育Minerva奖获得者，美国光学学会主席，哈佛大学著名教授Mazur于1991年创立，PI教学法变传统的以讲授为主的课堂模式为基于问题的自主学习和合作研究，有力的改变了传统的课堂教学模式。经过20多年的发展和完善，这种教学法取得了很大的成功，不光在物理课堂，越来越多的不同学科领域的教师在课堂上也采用了这一方法。现在高校大学物理的教学主要目标之一，就是通过教师的不断的引导、鼓励和启发等，提高学生自主学习的能力。在此，自主学习是一个相对概念，既不同于积极主动学习，也有异于绝对独立的学习，培养学生自主学习的能力是指在教师的指导下，能够对自己的学习进行有效的自我调控。培养学生对学习的知识得出独立的结论，这也体现对学生而言“好学”比“学好”更重要，对教师而言“育人”比“育才”更根本的现代教育理念，这正是PI教学法所追求的价值所在。

（一）课前精心备课

Mazur教授研究发明的PI教学方法改革了传统课堂教学模式，遵循“question-think-poll-discuss-repoll-explain”的教学思路。这种教学模式重视对物理概念的测试，并为每一个关键概念设计了一些概念测试题，只有对概念有着深刻的理解，才能进一步的掌握物理定理及其应用。为了取得新的教学模式的理想效果，教师的首要任务是根据课堂内容找出其中的关键知识点，在设计课堂教学时对每一个关键知识点所花的时间确定不少于15分钟，其中讲解和概念测试约各占一半的时间。所以，在运用PI教学法进行教学的准备过程当中，首先要做的是根据教学大纲和教学目标的要求，理清教学思路与实施步骤，筛选出必然涉及的知识点，根据知识点整理出讲课的纲要。以《物理学》（第六版）下册第十章1、2节为例，这一部分是关于波动的基本知识讲解，也是这一章的基础，根据PI教学法的基本要求，以授课时长为90分钟（两课时）为例，可制订其框架结构如下：

1.描述机械波的概念：横波、纵波、波长、周期、频率、波速、线、波面、波前。

2.波函数及其物理意义。

对知识点所涉及的每个关键概念选取较多的概念测试题，为了体现PI教学法更好的反馈效果，概念测试题的选取要遵循以下原则：唯一性、题意明确、可多项选择、不用公式推理即可解答。如果题目中是针对多个概念而不是一个概念的测试，教师就难以了解错误出在哪一个概念，如果题目通过机械式的公式推导得出，也不能反映出学生对概念的真实理解水平。理工类专业在进行大学物理教学时是以教学班级为单位的，教师在上课前，按照学生在教室的座次分成数个学习小组，每个小组约5～10个人，可以以同一个寝室的学生作为一个小组，因为这样小组成员之间接触的机会多，有利于问题的讨论和解决。

（二）规划课堂教学

PI教学法是基于学生在有效预习的前提下进行的，以概念为中心组织教学，其基本目标是在课堂上利用学生的互动，使他们把注意力集中在学习本质概念上，以提高学习的主动性。PI教学法不同于传统教学对课本和讲义中各个层次和细节的介绍，它是由许多关于关键知识点的简短讲授构成，每个关键知识点跟有一个概念测试——关于所讨论的知识点的概念性小题目。利用PI教学法进行授课，是基于学生在进行有效的预习的基础上，给他们一些时间简述答案；然后要求他们和同伴讨论自己的答案，这个过程一是促进学生在不断推进的辩论中思考问题，二是提供给学生（也提供给教师）一个方法来评价他们对概念的理解[4]。传统的教育模式从根本上讲不利于培养创造性精神、创造性思维和创造性能力。PI教学法在进行课堂教学时要求学生针对之前布置的问题给出经过思考后的个人答案，接着按照事先划分好的学习小组进行讨论，每个人可以充分的自由的发表自己的观点，同时自己又是小组讨论的对象；然后再次给出小组讨论后的个人答案，这当中要想把自己的结论作为小组的结论，就必须用充分的理由在逻辑上说服同组的其他人，实质上这个过程是一个观点重塑的过程；最后教师根据讨论得出的结论的实际情况进行合理引导，得出正确的结论。

需要说明的是，在进行PI教学的过程当中，所有的学生都参与概念题目测试环节，具体包括问题思考、发送答案、小组讨论、重塑结论、解释点评等环节，特别是小组讨论环节的存在，很大程度上提高了学生的学习积极性和主动性，更加激发学习的兴趣，从而创造更优的学习氛围。在对知识点学习结束后进行概念测试时，若学生所给出的答案的正确率小于30%，说明大部分学生对此部分的概念掌握情况较差，教师就应该放慢速度、仔细讲解，直至达到教学目标；若学生所给出的答案的正确率在30%～70%之间，就继续安排学生进分组讨论，各自论述自己的结论并能够用足够的令人信服的理由和證据阐述自己的结论的正确性，同时也指出别人结论的不足之处。教师在学生讨论的过程中应适当加以引导，引导学生最终得出正确结论，这种方法得出的结论不管对自己还是对对方都有深刻的印象和理解，往往比传统的教师和盘托出式的给出结论效果要好得多，因为授之以鱼，不如授之以渔。若学生所给出的答案的正确率大于70%，则说明学生对这部分的概念基本掌握，教师可以大致讲一下重点和难点后，进行下一部分的学习。

（三）转变考核方式

与传统的以考试为主的考核方式相比较，PI教学法在考核方式上更注重对过程的考核，而非用一张考卷评价学生一学期的学习成果。首先要增加平时成绩所占比重，一般情况下要至少提高到40%左右，平时成绩主要来源于课堂表现及课下参与和讨论等情况，如学生的物理实验探究能力、课堂参与程度、解决实际问题的情况等都作为综合评价的重要因素；作为教师，在给予学生课堂表现分数的时候，要以激励学生自主学习为目标，以激发他们对所给出的概念问题进行积极讨论与争辩为目的，而非完全根据学生所给出答案的正误作为评价的标准。所以，无论学生的答案是否正确，只要积极参与就可以获得满意的分数，这就避免了学生为了得到高分而抄袭或者勉强同意别人答案或保持沉默不语的现象发生，教师从而可以客观准确的了解到学生实际掌握所教知识的情况。另外的60%为考试成绩，将对学生学习一门课程的考核方式由期末一次终结性考试转化为多次过程性考核，加大学生在学习过程中的多次考核所占总成绩的比重，每一章的测试和期终测试根据考试大纲的要求各占一定权重，考试题型包括概念测试题和标准的课本题目两种。在教学过程中重视对学生能力的培养，让学生真正了解自己的学习情况，主动的参与每一项学习活动，这样从源头上就杜绝了“平时不努力，考试抱佛脚”的侥幸思想，学生通过点滴的累积和个人的努力来不断提升自身的学习能力与文化素养。

三、PI教学法机遇与挑战

PI教学法在大学物理课堂中的应用，可以激发学生思维，提高教学实效[5]，主要体现在能够有效的加深学生对物理原理，特别是物理概念的理解与掌握，而且还能够助力学生自主学习的能力和学习兴趣的培养。与此同时，学生的独立思考和团队协作的能力也得到了进一步的加强和锻炼。实践也表明，PI教学法明显的促进了学生成绩及对课程满意度的提高[6]。PI教学的应用，还可以有效促进高校大班制课堂教学效率的提高，给学生平时成绩的评定提供了有力的科学依据。但是，现在大多高校的实际情况表明，在大学物理课堂中有效的实施PI教学法也面临着一些挑战。目前大部分高校教师教学科研任务比较繁重，而且教学大纲与课时安排也是在传统教学法的基础上形成的，如果每一次课都按照PI教学法组织，一方面需要花费教师更多的精力与时间投入，另一方面由于受到课时的限制，也极易造成不能按时完成教学任务的后果，导致教学事故的发生。对于学生而言，若采用这种方法，需要更多的自习甚至课余时间用于概念的学习与研究作为保证，而往往摆在他们面前的必修课、选修课、兴趣小组、社团活动，等等，都需要他们花时间去参加，在这种情况下，如果强行要求很难达到预想的效果。PI教学法注重的是能力的培养，而非单纯的追求考试高分，中美高等教育对教学效果的考核方式主要的不同点之一是前者注重对知识的累积和灌输，并把考试特别是期末考试作为评价学生学习效果的标准；后者是注重对所学知识点的理解能力和独创能力的判断，这种教育不是鼓励学生对知识点进行机械的记忆，而是鼓励学生对知识的理解及创新能力的培养。高等教育的目的是能够培养出社会所需要的人才，社会的发展需要人才的支撑，需要各个领域的人才对该领域不断的创新与发展，而决定创新与发展的关键因素是能力，而不是分数。一种新的教学方法能够完全被大部分高校接受需要经得起时间的考验，PI教学法也不例外。我们必须看到，PI教学法在国际教育领域正受到越来越多的青睐，甚至深受师生的追捧，这种教学法虽然在我国高校中还未得到广泛认可，但是相信在深化教学改革、努力培养高校学生创新能力的大背景下，PI教学法会在越来越多的高校中开展，在提高教学质量、培养各专业领域中的自主创新型人才等方面发挥其应有的作用。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 冯图，王丽霞. 应用型本科高校慕课建设SWOT分析[J]. 大学教育，2017（1）：22-24.

[2] 钱颖一. 大学的改革（第一卷·学校篇）[M]. 北京：中信出版社，2016.

[3] 张萍，刘宇星. 同伴教学法在大学物理课程中的应用[J]. 物理与工程，2012（1）：41-43.

[4] 埃里克.马祖尔，著.朱敏，陈险峰，译. 同伴教学法：大学物理教学指南[M]. 北京：机械工业出版社，2011.

[5] 张玉强，崔烨. 应用型本科院校大学物理教学改革探究[J]. 大学教育，2016（12）：126-128.

[6] 潘江洪，李廷会. 同伴教学法对课堂期望的影响[J]. 物理与工程，2014（3）：51-55.

[责任编辑：钟 岚]