同伴教學(xué)法物理學(xué)課程教學(xué)概述論文
一、問題引路，自主探究
我們從2012年開始準(zhǔn)備適合中國大學(xué)物理課堂的PI創(chuàng)新教學(xué)模式課程教學(xué)資源。2013年9月，PI教學(xué)法正式在揚(yáng)州大學(xué)物理課程中實(shí)踐，選取光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)（50人）為實(shí)驗(yàn)班，使用同伴教學(xué)法。起初，完全按照EricMazur的同伴教學(xué)法實(shí)施，一個月后，很多問題被暴露出來：（1）學(xué)生預(yù)習(xí)不充分。課后完成的閱讀測試題答案出現(xiàn)抄襲、不思考隨便選的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響教師對知識點(diǎn)講解的把握。（2）概念測試題的選擇前討論和選擇后討論占用課堂的一半時間，導(dǎo)致教學(xué)任務(wù)無法按時完成，學(xué)生和教師都深感疲憊。（3）學(xué)生的反饋。作業(yè)計(jì)算題解題能力明顯比傳統(tǒng)教學(xué)法的班級要差，主要體現(xiàn)在解題思路混亂，只會基本公式的羅列，而不會運(yùn)用到解題中。所以需要對PI教學(xué)法進(jìn)行修改：（1）要求學(xué)生在課前完成預(yù)習(xí)報(bào)告，為課堂上閱讀題和有效討論做準(zhǔn)備。在課堂教學(xué)中改變了按教學(xué)課件順序講授的模式，將一節(jié)課分成幾個知識點(diǎn)，每個知識點(diǎn)圍繞一個核心概念，利用閱讀測試題組織教學(xué)。（2）閱讀測試題專門為課程設(shè)計(jì)，用于探查學(xué)生學(xué)習(xí)能力和引導(dǎo)學(xué)生深入探究，根據(jù)前人的研究成果[4]，概念測試題討論后的正確率明顯高于討論前的正確率，所以我們?nèi)∠x擇前討論，節(jié)省課堂時間。一般形式為多項(xiàng)選擇題，但是由于手機(jī)終端智慧課堂反饋軟件的限制，目前都設(shè)定為單選。（3）增添預(yù)習(xí)報(bào)告，閱讀測試的作用可充分發(fā)揮，教師可有效分配每個知識點(diǎn)的講解時間。取消概念題的選擇前討論也節(jié)省了不上課堂時間，從而可以分配足夠的時間講解物理概念的應(yīng)用，提高學(xué)生對實(shí)際問題的解決能力。本文選取“狹義相對論基本原理與時空的相對性”一節(jié)為例，進(jìn)行具體講解。該節(jié)內(nèi)容分為兩大部分，一是狹義相對論基本原理，二是時空的相對性，所以閱讀測試題為：1.下列幾種說法：（1）所有慣性系對一切物理規(guī)律都是等價的。（2）真空中，光的速度與光的頻率、光源的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)。（3）在任何慣性系中，光在真空中沿任何方向的傳播速度都相同。其中正確的是（）。A.只有（1）（2）是正確的；B.只有（1）（3）是正確的；C.只有（2）（3）是正確的；D.三種說法都正確。選項(xiàng)D是正確的。答案統(tǒng)計(jì)：A.0%，B.8.1%，C.40.8%，D.51.0%。該題是依據(jù)毛駿健主編的《大學(xué)物理學(xué)》自編的閱讀題。學(xué)生學(xué)習(xí)牛頓的絕對時空觀、伽利略變換和邁克爾孫-莫雷實(shí)驗(yàn)之后，對絕對時空觀產(chǎn)生困惑，引出相對時空觀的探索。該題檢測學(xué)生對狹義相對論的預(yù)習(xí)情況。狹義相對論認(rèn)為：物體所具有的一些物理量可以因所選參考系的不同而不同，但它們在不同的參考系中所遵從的物理規(guī)律卻是相同的，即（1）（2）都是正確的。光速不變原理認(rèn)為：在不同的慣性參考系中，真空中的光速是相同的。即光在真空中沿任何方向的傳播速度也是相同的，故（3）也正確。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，學(xué)生對（1）這個選項(xiàng)困惑較大，講解知識點(diǎn)時，應(yīng)在狹義相對論這個知識點(diǎn)上給以充分解釋。（3）選項(xiàng)是所有學(xué)生都認(rèn)可的，說明學(xué)生已經(jīng)掌握光速不變原理，講課時，為了知識的完整性，不能完全忽略，但也無須多花時間。2.下列哪種現(xiàn)象不屬于狹義相對論效應(yīng)。（）A.時間延緩；B.同時相對性；C.長度的伸長；D.長度的收縮。選項(xiàng)D不屬于狹義相對論。答案統(tǒng)計(jì)：B.4%，C.96%。該題主要是對時空相對性基本概念的考查，數(shù)據(jù)表明學(xué)生對時空相對性的了解不僅限于它可分為時間、空間兩大類，還自學(xué)了時間延緩和長度收縮的現(xiàn)象，但是該題無法檢測時間延緩和長度收縮的原因理解，所以上課時可直接從其公式推導(dǎo)開始講解。
二、課堂互動，合作學(xué)習(xí)
在知識點(diǎn)講解之后，我們要進(jìn)行概念題測試，根據(jù)教本內(nèi)容編排概念題，主要針對閱讀測試題易錯概念，不依靠公式即可解，難度適中，題意明確，并且有適當(dāng)多項(xiàng)選擇的答案。我們在實(shí)施EricMazur的同伴教學(xué)法時，根據(jù)前人研究[4]，討論后的答案正確率比討論前明顯提高，為了節(jié)省課堂時間，我們省略了討論前選擇，只需要提交討論后的答案。例如在狹義相對論一節(jié)中，根據(jù)閱讀測試題數(shù)據(jù)表明，學(xué)生對“狹義相對論基本原理”這一知識點(diǎn)掌握牢固，所以無須在概念題中重復(fù)測試，“時空相對性”知識點(diǎn)中缺少時間延緩和長度收縮理解的考查，教師就此知識點(diǎn)進(jìn)行大概10分鐘的基礎(chǔ)講解后，出示概念測試題如下。靜止參考系S中有一尺子沿x方向放置不動，運(yùn)動參考系S＇沿x軸運(yùn)動，S、S＇的坐標(biāo)軸平行。在不同參考系測量尺子的長度時必須注意（）。A.S＇與S中的觀察者可以不同時地去測量尺子兩端的坐標(biāo)；B.S＇中的觀察者可以不同時，但S中的觀察者必須同時去測量尺子兩端的坐標(biāo)；C.S＇中的觀察者必須同時，但S中的觀察者可以不同時去測量尺子兩端的坐標(biāo)；D.S＇與S中的觀察者都必須同時去測量尺子兩端的坐。該題選自歷年大學(xué)物理習(xí)題冊，可以算是老題新做。正確答案為C，正確率81.6%，剩下18.4%都是選了B，表明學(xué)生在“同時的相對性”這一知識點(diǎn)上存在錯誤概念，即使這題的討論后正確率已經(jīng)大于70%，按照Eric的同伴教學(xué)法，原則上是不用教師講解，直接進(jìn)入下一個課題，但是在實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生討論后，有些同學(xué)仍然會堅(jiān)持自己的錯誤概念，兩個慣性系完全理解顛倒，說明學(xué)生沒有完全掌握這個知識點(diǎn)，還是需要教師講解，我們針對每組學(xué)生討論時的錯誤觀點(diǎn)逐個擊破，讓學(xué)生更好、更牢固地掌握物理概念。該例說明教師運(yùn)用PI教學(xué)時，不能只看數(shù)據(jù)結(jié)果，而是要參與到學(xué)生討論中，師生互動，更容易把握學(xué)生學(xué)習(xí)動態(tài)，有助于教學(xué)相長。
三、PI教學(xué)法在學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)方面的作用
在一學(xué)年的同伴教學(xué)法實(shí)踐中，隨機(jī)抽取一個組（四個同學(xué)）的概念測試題成績進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，實(shí)驗(yàn)班隨機(jī)抽取的一組同學(xué)第二學(xué)期的概念測試題成績相比于第一學(xué)期是明顯提高的，最高增長率達(dá)到25.6%，最低增長率也有7.7%。學(xué)生在相互討論中，觀點(diǎn)不同時，會互相說服對方，有時會在正確概念上達(dá)成一致，有時也會適得其反，但不管小組概念題正確率如何，這種學(xué)習(xí)方法都有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在互相說服的過程中需要查閱資料，詢問老師，導(dǎo)致更多學(xué)習(xí)行為和時間投入。綜上所述，同伴教學(xué)法改變了傳統(tǒng)單一的“教師講，學(xué)生聽”的傳授模式，在揚(yáng)州大學(xué)運(yùn)用后，鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)生學(xué)會合作學(xué)習(xí)，教會學(xué)生如何去闡述自己的觀點(diǎn)，有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、概念理解能力和相互交流能力的全面發(fā)展。
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