Peer-Instruction—哈佛大學(xué)物理課程教學(xué)新方法.pdf

中國(guó)大學(xué)教學(xué)2010年第8期69張萍，北京師范大學(xué)副教授，哈佛大學(xué)工程和應(yīng)用物理學(xué)院訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者；EricMazur，哈佛大學(xué)工程和應(yīng)用物理學(xué)院教授。Peer-Instruction哈佛大學(xué)物理課程教學(xué)新方法張萍EricMazur摘要：Peer-Instruction教學(xué)方法是哈佛大學(xué)著名教授EricMazur創(chuàng)立，使用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的用于揭示學(xué)生錯(cuò)誤概念和引導(dǎo)學(xué)生深入探究的概念測(cè)試題（ConcepTests)，借助計(jì)算機(jī)投票系統(tǒng)(ComputerizedVotingSystem)，組織大班課堂教學(xué)，變傳統(tǒng)單一的講授為基于問(wèn)題的自主學(xué)習(xí)和協(xié)作探究，有效地改變了傳統(tǒng)課堂教學(xué)手段、教學(xué)模式。在大班課堂教學(xué)中實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、師生互動(dòng)、生生互動(dòng)。本文旨在介紹這種教學(xué)方法，闡明其教育意義和促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方面的作用，綜述了PI教學(xué)方法的廣泛應(yīng)用和相關(guān)研究結(jié)果。關(guān)鍵詞：Peer-Instruction教學(xué)方法；概念測(cè)試題；合作學(xué)習(xí)；課堂討論教育研究表明：合作、互動(dòng)的學(xué)習(xí)方式對(duì)建構(gòu)知識(shí)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力非常有效，為促進(jìn)學(xué)生有效地學(xué)習(xí)，教育研究者設(shè)計(jì)出了許多合作、互動(dòng)的教學(xué)方法。在我國(guó)很多高等學(xué)校的課堂教學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)中都包含有合作和互動(dòng)的內(nèi)容，許多教師也意識(shí)到課堂的互動(dòng)和學(xué)生之間的合作學(xué)習(xí)，在建構(gòu)知識(shí)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力方面的積極作用。但是，目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)基礎(chǔ)課還是以講授為主，其原因是這些課程一般都是學(xué)生人數(shù)在100人以上的大班課程，合作、互動(dòng)的教學(xué)方法在這樣的大班課堂教學(xué)過(guò)程中，似乎難以找到真正有效的實(shí)施策略。本文第一作者在美國(guó)哈佛大學(xué)工程和應(yīng)用物理學(xué)院的MazurResearchGroup作高等物理教育方向的研究，重點(diǎn)研究Peer-Instruction（PI）教學(xué)方法。PI教學(xué)方法是哈佛大學(xué)著名教授EricMazur創(chuàng)立，在大學(xué)物理課程中，使用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的用于揭示學(xué)生錯(cuò)誤概念和引導(dǎo)學(xué)生深入探究的概念測(cè)試題（ConcepTests)，借助計(jì)算機(jī)投票系統(tǒng)(ComputerizedVotingSystem)或選項(xiàng)卡片(Flashcard)，組織大班課堂教學(xué)，變傳統(tǒng)單一的講授為基于問(wèn)題的自主學(xué)習(xí)和合作探究，有效改變了傳統(tǒng)課堂教學(xué)手段、教學(xué)模式，在大班課堂教學(xué)中構(gòu)建一個(gè)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、生生互動(dòng)、師生的互動(dòng)的教學(xué)環(huán)境。一、PI教學(xué)方法概述講授式教學(xué)法通常以教科書(shū)或教師教案的內(nèi)容順序組織一節(jié)課的教學(xué)，然后讓學(xué)生課后進(jìn)行復(fù)習(xí)和練習(xí)。PI教學(xué)方法則首先要求學(xué)生在上課前預(yù)習(xí)，回答兩個(gè)與閱讀內(nèi)容有關(guān)的問(wèn)題，并指出自己認(rèn)為難以理解的部分。然后在正式上課時(shí)將一節(jié)課（在哈佛大學(xué)一節(jié)物理課是一個(gè)半小時(shí)）分成幾個(gè)小單元，每一個(gè)單元都是圍繞一個(gè)關(guān)鍵物理概念設(shè)計(jì)的，教師在講授很短時(shí)間后，給出一個(gè)概念測(cè)試題(ConcepTests)并依此為核心組織教學(xué)，ConcepTests是專(zhuān)門(mén)為課程設(shè)計(jì)，用于揭示學(xué)生錯(cuò)誤概念和引導(dǎo)學(xué)生深入探究的測(cè)試題，一般是多項(xiàng)選擇題和判斷題。學(xué)生從大屏幕上得到問(wèn)題后，首先要獨(dú)自思考，自主學(xué)習(xí)，然后將個(gè)人的答案用“應(yīng)答器”（Clickers）傳送給中心計(jì)算機(jī)。學(xué)生答案在指定時(shí)間內(nèi)全部發(fā)送完畢后，計(jì)算機(jī)匯總學(xué)生答案，在大屏幕上顯示出學(xué)生答題情況，教師和學(xué)生可以立即得到反饋（這些信息連同對(duì)應(yīng)的題目也可以由計(jì)算機(jī)保存下來(lái)供將來(lái)研究之用）。接下來(lái)教師可以根據(jù)學(xué)生答題的情況分別采用不同的教學(xué)策略。如果給出正確答案的學(xué)生人數(shù)比例為30%70%，教師就安排學(xué)生就近分組討論幾分鐘：鄰座的同學(xué)相互討論、解釋自己、說(shuō)服對(duì)方、反省自己、批判對(duì)方、或彼此添加信息相互支持，這是一個(gè)學(xué)生之間的互動(dòng)學(xué)習(xí)的過(guò)程，是一個(gè)精練概念的學(xué)習(xí)課程，在討論之后學(xué)生被要求再次發(fā)送個(gè)人答案，在發(fā)送前學(xué)生會(huì)重新思考，反思自己和別人的觀(guān)點(diǎn)，評(píng)價(jià)不同的概念和觀(guān)點(diǎn)的有效性，做出個(gè)人的新判斷。如果絕大多數(shù)學(xué)生（多于70%）給出正確的答案，教師就精講概念，然后直接進(jìn)入下一個(gè)主題；如果回答正確的人數(shù)少于30%，教師依據(jù)反饋得到的信息對(duì)概念進(jìn)行必要的闡述，然后使用另一個(gè)測(cè)試題再次評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)這個(gè)概念的理解。研70究表明：給出正確答案的學(xué)生人數(shù)占30%70%時(shí)，的分組討論最有效；少于30%和大于70%時(shí)，討論的有效性較差，這個(gè)研究數(shù)據(jù)也是設(shè)計(jì)概念測(cè)試題的評(píng)價(jià)指標(biāo)。圖一，給出了PI教學(xué)方法法則。圖一PI教學(xué)方法法則在傳統(tǒng)教學(xué)方法中，教師是通過(guò)批改作業(yè)、測(cè)驗(yàn)和考試等方式得到學(xué)生對(duì)概念理解的信息，但這些方式都是發(fā)生在教學(xué)之后；使用PI教學(xué)方法，教師可以通過(guò)學(xué)生對(duì)概念測(cè)試題的答題情況在課堂教學(xué)的過(guò)程中及時(shí)掌握學(xué)生對(duì)概念理解的程度，當(dāng)學(xué)生討論時(shí)，教師可以走到學(xué)生中間，或傾聽(tīng)或提問(wèn)，了解學(xué)生對(duì)他們的答案是如何解釋的，這些反饋信息使教師可以在課堂教學(xué)中第一時(shí)間作出相應(yīng)的教學(xué)調(diào)整，從而使教學(xué)過(guò)程更有效。PI教學(xué)方法圍繞一個(gè)核心概念組織教學(xué)的時(shí)間安排如下：1提出問(wèn)題（圍繞要講述的概念）1分鐘2學(xué)生獨(dú)立思考1-2分鐘3學(xué)生提交個(gè)人答案4鄰近學(xué)生討論（PI）2-4分鐘5學(xué)生提交更新后的答案6解釋正確的答案2+分鐘借助概念測(cè)試題，鼓勵(lì)學(xué)生在課堂上的互動(dòng)、合作和關(guān)注概念的實(shí)質(zhì)，是PI教學(xué)方法的主要特點(diǎn)之一。二、PI教學(xué)方法的教育意義PI教學(xué)方法堅(jiān)持以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的教學(xué)理念。教師在教學(xué)過(guò)程中精講教學(xué)內(nèi)容中的重點(diǎn)、難點(diǎn)、疑點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)，啟迪學(xué)生的思維，營(yíng)造一個(gè)師生互動(dòng)、生生互動(dòng)和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、引導(dǎo)學(xué)生探究的學(xué)習(xí)環(huán)境。在傳授知識(shí)的過(guò)程中強(qiáng)調(diào)激勵(lì)、喚醒、鼓舞。教學(xué)從學(xué)生現(xiàn)有的發(fā)展水平出發(fā)，通過(guò)一些影響學(xué)生的認(rèn)知能力的問(wèn)題ConcepTests來(lái)引起他們的主動(dòng)性，并且不斷激發(fā)他們，引導(dǎo)學(xué)生之間的合作學(xué)習(xí)，獲得新的認(rèn)識(shí)和產(chǎn)生新的思想，達(dá)成思維、情感與意志的和諧發(fā)展。PI教學(xué)方法構(gòu)建以問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的過(guò)程。給學(xué)生講的應(yīng)該盡量少些，更多地引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)。PI教學(xué)方法這種思想把學(xué)生推到了教學(xué)過(guò)程的主體地位，在課堂教學(xué)中，PI教學(xué)方法的一個(gè)環(huán)節(jié)是要求學(xué)生在課堂教學(xué)中基于問(wèn)題（ConcepTests）進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，獨(dú)立解決和回答問(wèn)題，為了使這個(gè)過(guò)程更有效，PI教學(xué)方法還要求學(xué)生在課前預(yù)習(xí)。學(xué)生在進(jìn)入課堂教學(xué)之前必須按教學(xué)計(jì)劃閱讀教科書(shū)，并在線(xiàn)回答三個(gè)問(wèn)題，其目的是檢查學(xué)生是否讀書(shū)、對(duì)書(shū)中內(nèi)容理解程度和要求學(xué)生寫(xiě)出預(yù)習(xí)過(guò)程中產(chǎn)生的疑問(wèn)和興趣點(diǎn)。問(wèn)題是思維的動(dòng)力，清晰準(zhǔn)確的問(wèn)題導(dǎo)致明晰和確切的答案。PI教學(xué)方法中的自主學(xué)習(xí)的環(huán)節(jié)可以培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考，敢于創(chuàng)新及獨(dú)立工作的能力。PI教學(xué)方法鼓勵(lì)學(xué)生合作學(xué)習(xí)。如果學(xué)習(xí)者不與他人合作，缺乏了解與自己的立場(chǎng)、觀(guān)點(diǎn)不同的機(jī)會(huì)，那么他只能停留在自我中心的立場(chǎng)，認(rèn)知發(fā)展將會(huì)遇到障礙。PI教學(xué)方法特別為學(xué)生設(shè)計(jì)了在課堂上的合作學(xué)習(xí)的環(huán)節(jié)，讓學(xué)生有機(jī)會(huì)相互爭(zhēng)辯、討論、交流，共同解決問(wèn)題，對(duì)物理概念形成更豐富、更深刻的理解。同時(shí)學(xué)會(huì)與他人的合作、交流、協(xié)商和共享經(jīng)驗(yàn)。學(xué)習(xí)者只有在與他人的相互接觸、相互影響之中，才能達(dá)到更完善的發(fā)展。美國(guó)哈佛大學(xué)文理學(xué)院的前院長(zhǎng)叫做Rosovsky，他曾經(jīng)自豪地說(shuō)過(guò)這樣一段話(huà)：我們哈佛大學(xué)學(xué)生從互相之間學(xué)到的知識(shí)比從老師那里學(xué)到的更多。PI教學(xué)方法培養(yǎng)學(xué)生批判性思維。在學(xué)生的討論中，每人都要闡釋自己的觀(guān)點(diǎn)，傾聽(tīng)別人的陳述和批評(píng)，反思自己和別人的觀(guān)點(diǎn)，評(píng)價(jià)不同的概念和觀(guān)點(diǎn)的有效性，做出個(gè)人的新判斷。這有助于深入地理解物理概念，熟悉不同的思維方式，同時(shí)也潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生批判性思維和評(píng)價(jià)能力。三、PI教學(xué)方法在促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方面的作用1哈佛大學(xué)對(duì)PI教學(xué)方法的研究表明：PI教學(xué)方法在促進(jìn)學(xué)生深入理解物理概念和提高物理計(jì)算能力方面優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)方法哈佛大學(xué)在大學(xué)物理課程中使用PI教學(xué)方法進(jìn)行的十多年的教學(xué)實(shí)踐，同時(shí)對(duì)這一教學(xué)方法進(jìn)行了科學(xué)研究，研究中使用標(biāo)準(zhǔn)化的評(píng)價(jià)工具FCI(ForceConceptInventory)和MBT（MechanicsBaseline)將PI教學(xué)方法與傳統(tǒng)教學(xué)方法進(jìn)行科學(xué)的比較。哈佛大學(xué)的研究數(shù)據(jù)表明：在物理概念的理解、物理定性分析和定量計(jì)算幾方面上，PI教學(xué)方法均優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)方法。2000年哈佛大學(xué)MazurResearchGroup，一段講解(10分鐘)概念測(cè)試題學(xué)生發(fā)送答案正確30%70%正確70%講解概念同學(xué)之間討論針對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行講解學(xué)生再次發(fā)送答案進(jìn)入下一個(gè)主題71對(duì)在全世界使用PI教學(xué)方法的教師的進(jìn)行大規(guī)模調(diào)查，獲得的數(shù)據(jù)中，有108名物理課程的教師表示定量測(cè)量過(guò)PI教學(xué)方法的有效性，其中81%使用評(píng)價(jià)工具FCI評(píng)價(jià)他們的課程，有11個(gè)學(xué)院和大學(xué)提供了他們的數(shù)據(jù)，共涉及30門(mén)課程，匯總數(shù)據(jù)分析的結(jié)果也支持上述結(jié)論。2PI教學(xué)方法減少了男女學(xué)習(xí)差異許多研究表明：女生科學(xué)課程分?jǐn)?shù)低于男生，物理課程學(xué)習(xí)中存在男女差異。從1980年起，國(guó)際上開(kāi)始有減少科學(xué)課程學(xué)習(xí)中性別差異的教學(xué)方法研究，有研究認(rèn)為女生在互動(dòng)教學(xué)方法，沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)的氛圍和強(qiáng)調(diào)概念的課程會(huì)更多獲益，因?yàn)榕敢庠谟懻撝杏谜Z(yǔ)言表達(dá)想法，而男生更喜歡獨(dú)立工作。PI教學(xué)方法中的討論環(huán)節(jié)給學(xué)生互動(dòng)和解釋觀(guān)點(diǎn)的機(jī)會(huì)，哈佛大學(xué)MazurResearchGroup研究了這個(gè)教學(xué)方法在減少物理學(xué)習(xí)中性別差異的作用，研究數(shù)據(jù)表明：PI教學(xué)方法構(gòu)造的教學(xué)環(huán)境對(duì)男生和女生的物理學(xué)習(xí)都有很好的促進(jìn)作用，但女生獲益更多，使用PI教學(xué)方法的物理課程，在課程結(jié)束時(shí)男女生學(xué)習(xí)差異比課程開(kāi)始時(shí)減小了。3PI學(xué)習(xí)方法在世界的廣泛應(yīng)用和相關(guān)研究結(jié)果PI教學(xué)方法是哈佛大學(xué)MazurResearchGroup最先提出并應(yīng)用于哈佛大學(xué)基礎(chǔ)物理課程中，十幾年來(lái)PI教學(xué)方法已經(jīng)應(yīng)用于世界許多國(guó)家和地區(qū)的小學(xué)、中學(xué)、大專(zhuān)和大學(xué)的不同課程中，并且?guī)?dòng)了相關(guān)問(wèn)題研究。我們收集到近百篇關(guān)于PI教學(xué)方法的研究文獻(xiàn)，文獻(xiàn)調(diào)查結(jié)果表明：PI教學(xué)方法應(yīng)用于不同的課程中對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的促進(jìn)作用的結(jié)果如下：增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能和自信心；促進(jìn)批判性思維、問(wèn)題解決和決策能力、分享經(jīng)驗(yàn)；降低學(xué)習(xí)焦慮；互動(dòng)教學(xué)利于知識(shí)保持和記憶另外，在美國(guó)高等教育研究要求研究樣本大，使用科學(xué)的定性、定量研究方法和強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性，由于課程教學(xué)通常以學(xué)期為一個(gè)周期，再次重復(fù)需要第二年的同一個(gè)學(xué)期，所以教學(xué)研究實(shí)驗(yàn)需要周期很長(zhǎng)，在哈佛大學(xué)，PI教學(xué)方法的提出、實(shí)踐、改進(jìn)和得出初步研究結(jié)論歷經(jīng)了十年之久，后續(xù)研究一直在持續(xù)進(jìn)行。哈佛大學(xué)的PI教學(xué)方法研究在十年間三次獲得美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金(NationalScienceFoundation)的支持，相關(guān)研究的文章：Farewell，Lecture?發(fā)表在SCIENCE上。在全世界有很多學(xué)校和教師在不同的課程中使用PI教學(xué)方法，在對(duì)384位使用這一教學(xué)模式的教師的調(diào)查中，有80教師表示，這個(gè)方法很成功，多于92的教師表示將會(huì)繼續(xù)改進(jìn)和使用這一方法。由于各個(gè)國(guó)家的國(guó)情不同、文化不同，對(duì)高等教育的要求和評(píng)價(jià)不同，對(duì)提高教育質(zhì)量的內(nèi)涵的理解也會(huì)不同，然而教育學(xué)科自身的科學(xué)規(guī)律是客觀(guān)的，他決定了各自舉措會(huì)有異曲同工之處，因此需要交流、借鑒和合作。參考文獻(xiàn)：1E.Mazur.PeerInstruction:AUsersManualM.NJ:PrenticeHall,1997:10,16.2NathanielLasry,EricMazur,JessicaWatkins.Peerinstruction:FromHarvardtothetwo-yearcollegeJ.Am.J.Phys,2008(11),76(11):1066-1069./ajp.3C.H.CrouchandE.Mazur.PeerInstruction:TenyearsofexperienceandresultsJ.Am.J.Phys,2001(9),69(9)：970-977./ajp.4Rao,S.P.andS.E.DiCarlo.PeerinstructionimprovesperformanceonquizzesJ.Physiology-AdvancesinPhysiologyEducation,2000,24(1):51-55.5MercedesLorenzo.ReducingthegendergapinthephysicsclassroomJ,Am.J.Phys,2006(2),74(2):118-122./ajp.6