课堂中的合作学习

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摘 要：利用教室交流系统构建了大学物理课程课堂互动教学模式，使用同伴教学法，在课堂教学中实现学生合作学习。我们对这种教学方法对物理概念学习的促进作用进行的量化研究表明：学生之间的相互讨论可以促使他们产生更多的新思想、新方法、更高层次的推理及更好的知识迁移，从而获得对物理概念更深刻的理解。

关键词：课堂教学；合作学习；同伴教学法；物理概念教学

传统的课堂教学通常是教师有组织、有逻辑地表述教科书或教案中信息，是以教师为中心的纯讲解的教学模式，学生在课堂中是知识的被动接受者。同伴教学法(Peer Instruction)[1]是哈佛大学教授Eric Mazur基于合作学习理论设计的适合大班课堂教学的合作学习的一种教学方法。与传统教学法不同的是：同伴教学法是按照一节课中涉及的物理核心概念的数目将一节课分成几个小部分，每部分都是围绕一个核心概念进行教学设计。这个教学方法需要针对物理概念精心设计概念测试题，在课堂教学中使用这些题目，给学生时间先做出个人答案，然后要求学生与同伴讨论这个题目（Peer Instruction），利用这个环节激发学生对概念问题的讨论、争辩和相互间的挑战，讨论后学生再次做出个人答案。教师基于学生讨论后给出答案的正确率，确定课程步伐、组织课程教学，以帮助学生完善物理知识结构。从2010年9月我们利用教室交流系统构建了大学物理课程的课堂互动教学模式[2]，使用同伴教学法，在课堂教学中实现学生合作学习，现针对这种教学方法中学生讨论这一环节对物理概念学习的促进作用进行了量化研究。

一、研究样本和测量方法

我们研究的问题是同伴教学方法中学生之间的讨论是否能对所有学生的物理概念学习有促进作用。研究的课程是非物理专业大学物理课程中电磁学部分。我们在课堂教学中使用同伴教学法，每次课用2～3个概念测试题来组织教学。其过程是（1）要求学生先给出个人答案（讨论前答案）；（2）邻座同学之间讨论(大约2～3分钟)；（3）再次给出个人答案（讨论后答案）。概念测试题都是选择题，每题有3～7个选项，其中有一个是正确的。研究过程中经过同学讨论的概念测试题共有31道。我们规定了在小组合作学习中学生的行为：解释如何得出答案；讨论不同观点，正确理解其他组员的发言；不轻易改变自己的观点，除非在逻辑上被说服；抨击他人的观点而不是他人本身。因为我们的目标是激励学生学习，激发他们对概念问题的商讨、辩论和相互间的挑战，不是评价学生，所以无论学生答案是否正确，只要参与的学生都可以获得同样的分数。这样就避免学生为了成绩而抄袭别人的答案，从而使我们可以客观准确收集学生答题的信息。

研究使用教室交流系统，记录所有学生每道题在讨论前后的两次答案。我们对一个班的35名学生（15男，20女）的答案数据进行统计分析，研究同伴教学法对学生物理概念学习的影响。

二、数据统计分析和结论

1．合作学习，共同建构物理知识

研究中获得的有效数据总数为：Nt=2128，即讨论前答案数Nb=1064，讨论后答案数Na=1064。在讨论前学生答案正确率为45%（484/1064）如图1，讨论后学生答案正确率72%（769/1064）如图2。概念测试题中涉及的概念都是教师没有讲过的，同伴教学法的目标之一是要求学生通过课前自学和课上与同学之间讨论，寻找概念测试题的正确答案，同时理解概念的本质。平均经过2～3分钟的同伴之间的讨论，概念测试的正确率平均升高27%，占最大可能实现增益（fraction of maximum possible gain realized）的49%。这表明：除了“灌输”的教学模式外，合作性学习提供了另一个选择，通过一个精心构思的方法——同伴教学法，使学生有机会通过口头相互解释怎样解题，互相讨论所学物理概念的本质和物理的方法，合作建构物理概念。经过学生自主学习和相互讨论后平均可以获得72%的正确率，这个数值反映了学生在物理概念学习过程中依靠自身具备的学习能力对物理概念的理解所能达到的水平，教师应该以这个水平为起点进行物理概念的教学，而不是单纯依赖教科书的内容讲授知识，因为无论教师多么优秀，单纯地把知识“灌输”给学生，都不如让学生自己思考和共同建构。2．产生知识冲突、洞察概念的本质

合作学习小组中的成员，具有不同信息、观点、角度、推理过程，从而对问题有不同的理解和结论，这些不同会产生认知的不一致和冲突，这可以帮助学生发现那些他们没有真正理解的东西，同时引发他们的进一步思考、洞察概念的本质。

我们统计分析了31 道概念测试题的数据：学生在讨论前和讨论后回答问题的正确率变化如图3所示，图中每个数据点对应一个概念测试题，横轴和纵轴分别表示讨论前和讨论后的答题正确率，图中斜线表明学生经过讨论答题的正确率没有变化；斜线上方的数据点表明讨论后学生答题的正确率提高了，占97%（30/31）。斜线下方的点表明讨论后学生对这道题解答的正确率降低，占3%（1/31）。

设计高质量的概念测试题是同伴教学法成功的关键，最好的题目是关注重要概念，在答案选项中设计许多似是而非的答案，使学生感觉困惑从而产生讨论。有研究表明[3]在学生讨论之前有30%～70%学生答对的题目可以最大程度地引发讨论和学习。图3的数据表明：一般情况下，在讨论之前有20%～80%学生答对的题目都能有效地促进学生的学习。即使问题非常难，只有少数学生给出正确答案，或者讨论后正确率下降，讨论过程也是有价值的，这些题目通常将学生学习的盲点（例1）和非常顽固的错误概念（例2）外显出来，使教师可以有针对性地组织教学，在教师讲解这些概念的过程中，没有得到正确结果的学生会更加全神贯注，从而提高了教和学两方面的有效性，使学生对这些物理概念掌握得更好、更牢固。3%（对应于图3中纵轴上的那个点）。学生的讨论都是围绕前三个选项，即金属导体中是正电荷移动还是负电荷移动，而这道题的正确答案是4，即：根据题目中的信息无法得到上述结论。我们学生习惯于记忆知识，这道题考察的是推理能力——是否有足够的理由得到结论。学生在以往的学习中从来没有遇到过这样类型的题目，我们把它作为我们课程中第一个概念测试，提示学生在物理学习中“知道何时和为何”比“知道是什么”更重要。