物理课程创新教学模式:JiTT和PI

【前言】物理课程创新教学模式:JiTT和PI由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。为了突破大班教学（一二百人）的困境，哈佛大学Eric Mazur教授领衔的教学研究团队自1984年以来，始终在探索如何应用技术来改变物理教学，并启动了伽利略计划（Project Galileo），成功利用网络互动学习工具（Interactive Learning Toolkit，简称“ILT”），整合适时教...

[摘 要] 适时教学（Just-in-Time Teaching）和同伴教学（Peer Instruction）是以物理概念教学为主、沟通课堂内外、强化课堂互动的创新交互式教学模式，可以有效解决大班物理教学的各种问题，提高学生的学习成效及课堂参与水平。该文旨在分析jitt和pi这两种教学模式的内涵，剖析其教育意义，阐述其核心教学工具和实施步骤，研究其教学案例实践的成效，希望对我国互动教学研究与教育技术发展有所启示。

[关键词] 适时教学； 同伴教学； 互动教学； 技术

[中图分类号] G434 [文献标志码] A

[作者简介] 黄桦（1983―），男，广西玉林人。助教，硕士，主要从事物理教育理论与实践、物理教育技术研究。E-mail:。

建构主义理论强调学生是学习的主体，不是被动的知识接受者，而教师的角色是善用教学策略以营造一个能培养学生沟通、讨论、思考问题、解决问题等能力的教学情境，帮助学生主动建构知识。传统物理教学的问题在于老师仅仅是陈述教科书上的物理概念和知识，学生通常只是记忆一些解题的公式和枯燥乏味的物理定律，这种教学方式无法提高学生的学习兴趣，更无法让学生真正理解物理概念。而且，大班教学最常用的教学方法是讲授法，学生只是被动地听，很少能够有机会积极参与课堂教学。为了提高学生学习兴趣，持续其上课的专注力，实时掌握学生对授课内容的理解情况，并及时纠正学生的错误想法，越来越多的老师开始采用以学习者为中心、强调互动、强调自主学习的教学模式。然而，大班物理教学中，要实现上述的目标，实施上有着相当大的困难。

为了突破大班教学（一二百人）的困境，哈佛大学Eric Mazur教授领衔的教学研究团队自1984年以来，始终在探索如何应用技术来改变物理教学，并启动了伽利略计划（Project Galileo），成功利用网络互动学习工具（Interactive Learning Toolkit，简称“ILT”），整合适时教学（Just-in-Time Teaching，简称“JiTT”）和同伴教学（Peer Instruction，简称“PI”）等以物理概念教学为主、沟通课堂内外、强化课堂互动的创新交互式教学模式。我国尚未有整合PI与JiTT教学模式方面的研究，因此，有必要剖析JiTT和PI这两种教学模式，并运用于日常教学。经笔者的教学实践证明，该教学模式能有效解决大班物理教学的各种问题，提高学生的学习成效及课堂参与。

一、PI与JiTT的内涵和教育意义

（一）PI

PI是一种促进学生课堂交互、聚焦物理知识难点的互动教学技术，在大班课堂教学中，可实现师生互动、生生互动以及学生的自主学习、合作探究学习。PI通过精心挑选和设计专门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（Concept Tests），帮助学生发现并纠正自己对物理概念的错误理解，在思考、回答、与同学讨论的过程中，掌握物理概念，真正理解物理的主要思想。同时，借助课堂表决器（Clicker），组织大班课堂教学，变传统单一的老师讲授为以学生为中心、基于问题的自主学习和合作探究，有效改变传统课堂教学手段和教学模式。

概念测试实施进程如图1所示。在简短的内容介绍后，教学主体从老师转移到学生，以概念测试的形式进行。学生思考1~2分钟后，使用课堂表决器给出自己的答案。如果有适当比例的学生回答正确，老师会要求学生和相邻的同学讨论自己的答案。学生以小组（两人或多人一组）讨论的形式，积极寻找、分析自己的答案与他人答案的不同之处。此时，教师在教室来回巡视，鼓励学生多讨论，并指导学生深入思考。几分钟后，学生再次回答刚才的概念测试题目，然后老师作正确的解释。下一步，老师可以实施其他相关的概念测试，或者转移到下一个学习主题。

PI的教育价值在于强调自主学习和合作探究，通过概念建构取代纯粹记忆。通过概念测试后的讨论，学生向小组成员以具体语言解释、说服或推理出答案，并经由这个过程反思自己对概念的掌握程度，及时有效地纠正自己的错误理解。更重要的是，学习成为了一个必须全心参与并与自己切身相关的进程，也因此，学习变得更有意义及有趣。老师的角色不再是知识的传递者，而是像个教练，在教学过程中，巡回地观察、聆听学生的讨论，科学有效地提供协助。

哈佛大学对PI教学模式的研究表明：PI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模式；其所构造的教学环境对男生和女生的物理学习都有很好的促进作用，且女生获益更多。使用PI教学模式的物理课程，在课程结束时男女生学习差异比课程开始时减少了。[2]重要的是，PI不需要对课程重新安排，也不需要时间和金钱的巨大支出，所需要的只是概念测试题的设计和筛选，科学、合理安排课堂时间，营造课堂讨论氛围。如今，哈佛大学的PI教学法已经广泛应用于世界许多国家和地区的大学、中小学的不同课程，并取得了相似的良好效果。[3]

（二）JiTT

建构主义学者普遍认为，了解学生的前概念或已有经验并运用于教学，对学生的学习成效会有相当大的帮助。因此，课前学习是促进学生知识建构的重要方法。通过课前阅读和概念问题作答，可以让老师充分了解学生课前阅读的理解程度和学生的已有知识，并灵活用于课堂教学设计。课前自我学习，让学生成为主动的学习者，减轻学生上课学习的负担；而老师则可以把教学重点放在学生不懂的内容，充分利用课堂时间，提高课堂效率。

因此，为了PI更有成效，学生需要在课前对课堂内容有一些基本的了解。JiTT是PI理想的辅助工具，学生通过JiTT进行课前阅读，作出反馈。教师根据学生的反馈，针对学生的学习困难，设计或挑选更合适、更有效的PI问题。

JiTT的主要目标在于让学生在上课前奠定基础，同时，让老师找出学生学习有困难的内容，以便将课堂时间作更有效的安排，即将课堂时间运用于解决学生真正难理解的内容，深化对所学概念的理解程度，培养学生批判性思维、问题解决与决策的能力。JiTT主要的教学策略是通过老师指定课前阅读，让学生对授课内容先有初步的了解，同时激起相关知识、经验的回忆和应用，帮助学生更容易地掌握上课内容。阅读后，要求学生通过互联网回答JiTT问题，让学习者有机会反思自己对阅读内容的了解程度，找出迷惑或理解有困难的概念。另一方面，对老师而言，也能更准确地甄别出学生学习真正的问题及困难，科学、高效地设计课程内容。

（三）PI与JiTT的教育意义

无论是JiTT还是PI，其教学理念都是学生的主动学习，要求学生必须全心参与才能获益。PI可以培养学生讨论、合作探究的技能，JiTT则可以帮助学生通过阅读发展理解能力，这对于学生学习新知识是非常重要的。二者的整合可以有效发展学生的认知技能，而技术与教学策略的结合，可以促进教师与学生的互动，并实时监控学生的学习。它具有如下的教育意义：

1. 与传统大班讲授式教学模式的差别

JiTT和PI等教学模式下的互动式教学，可以帮助学生主动建构知识，重视学生的已有知识和经验，重视学习的真实性，重视合作协商过程，与传统大班讲授式教学模式有明显的差别见表1。

2. 实时反馈系统下的学生教学生

PI的教学策略中，实时反馈系统（Interactive Response System，简称IRS）所扮演的角色是让老师可以根据实时的统计结果，进而决定后续的教学内容，让学生们彼此讨论，会的学生教不会的学生。最重要的是，利用IRS可以让学生看到彼此想法的“差异”、预测的答案和“标准答案”之间的差异。利用这些“差异”，老师通过鼓励、引导学生讨论提出自己的看法，再以小组的形式与同学讨论。讨论的过程中，学生既要学会倾听对方的观点，又要陈述自己的观点，而不同观点间的激烈碰撞，又可以促使彼此产生新的想法。这样的教学方式不仅可以增加学习时的互动，也能有效激发学生的学习兴趣，引发学习动机，提高学习成效。PI是著名心理学家皮亚杰的制造认知冲突、产生自我协调理论在教学实践中的应用，IRS不单是消极地让害怕举手或表达的学生敢于作答，而是积极呈现学生概念间的“差异”，让这些“差异”增进学生主动参与课堂学习的兴趣与动机，提升学生课堂专注力。

3. 教学主体的转变

传统的教学模式强调知识的系统学习，以老师为中心，采用“老师说学生听”的单向灌输方式，要求老师清晰而有条理地阐述或传递书本的知识，学生则是被要求以“有耳无嘴”的听课方式，努力将老师所讲授的内容消化吸收。而JiTT和PI教学理念强调以学生为中心，老师不是知识的灌输者，学生也不再是知识的被动接受者。互动教学中，老师由“知识的传授者”转变为“能力的引发者”，在教学中扮演学生能力培养与学习引导的角色；学生则由“被动学习”转变为“主动学习”、“自主学习”，实现“以学生为主体”的教学理念。

4. 错误概念引发学习

建构主义和概念转变研究学者认为，教学之前要先了解学生的原有概念和经验，并根据学生的错误概念，设计科学、针对性强的认知冲突问题，鼓励并引导学生通过自己的努力处理并解决问题。当学生想法有错误时，应设法使学生知道原有知识体系的矛盾，让学生产生自我协调，引导其修正或重新建构原有的知识体系，有效改变学生的错误概念。

概念测试题中的Force Concept Inventory（简称“FCI”）、Mechanics Baseline Test（简称“MBT”）题目，是基于错误概念的研究所设计的题目，得到物理教育界的广泛认可和应用。这样好的题目，配上IRS的使用，可以在课堂上制造很好的认知冲突，产生互动的效果。实践表明，充分挖掘和应用学生的错误概念，有助于老师采用更合适的教学策略来进行“概念转变”。当老师能不因学生的错误概念责罚学生，而是去倾听学生的观点、反思自己的教学模式时，反倒可以改进自己的教学，实现“教学相长”。

二、PI与JiTT的核心教学工具和实施步骤

（一）核心教学工具

1. 课堂表决器（Clicker）

Clicker是一个类似空调、电视遥控器的便携式手持装置，接收器安装在老师的计算机上，可以搜集Clicker发出的讯号，通过计算机软件可将统计结果的条形分布显示在屏幕上。此外，Clicker具有追踪功能，能快速、准确找出不同答案的作答者。该科技小工具最显著的好处在于提高了学生对课程学习的参与度和专注力，并且让老师能准确迅速地掌握学生对概念的理解程度和学习困难。Clicker让每个学生都有机会且必须表达自己的想法，对自己的学习负责；同时也有助于激发学生认真思考，而不是随意作答。Clicker的匿名特性可以有效保护学生的自尊心，让学生不必担忧在众人面前暴露自己的错误，减轻学生作答压力，让学生敢于表达自己真正的想法。Clicker提供的即时教学反馈，可以帮助老师有效评估学生对内容的掌握程度，灵活调整上课内容。而作答结果的差异，有助于引发学生的好奇或概念冲突，促使学生更深入地进行思考；其追踪功能，便于老师找出有学习困难的学生，提供相应的援助。

使用例如Clicker的电子装置，对于PI的实施是非常有效的，但并不是必需的。笔者在实践中曾要求学生通过举手形式进行投票，但是，这种方式可以让学生知道其他同学的回答情况，有可能造成自己回答的偏差。后来采取要求学生用抽认卡（flashcards）进行投票，效果显著提高。

2. 网络互动学习工具（ILT）

哈佛大学使用ILT（http：//www.deas.harvard.edu/ilt）来整合JiTT和PI的实施。ILT是一个非常有效的学习管理系统，为老师开发课程内容、监控学生的学习进程提供帮助。ILT就像一个概念测试题数据库和概念测试题选择工具，包括阅读模块和课堂模块。JiTT部分，ILT让老师布置课前阅读内容，简易地从题库中选择合适的概念问题。学生在规定的时间内在线完成作业，作答的结果可直接与学生数据和学习记录作链接，让老师能清楚准确地知道每一位学生的问题和困难，这是使用其他方式难以迅速而有效达成的。这些记录经过分析后，成为老师设计课堂教学的主要依据，让宝贵而有限的课堂时间得以更有效的运用。ILT允许教师通过效率更高的网页界面对学生反馈的问题和学习困难作出回应，加强了教师与学生之间的互动。

Mazur团队目前正与其他致力于教学革新的研究人员合作，力图将ILT与开放交互式的教室系统集成起来，它可以使用各种各样的设备，从红外课堂表决器到手机，再到无线掌上电脑和笔记本电脑。其目的在于将基于笔记本电脑的交互性教室与基于网络的课程和内容管理系统联合起来。[4]

笔者在教学实践中使用QQ群作为学生的学习管理系统，通过其共享功能JiTT作业和答案，通过QQ的个性化交流检阅学生的作答，记录学生的学习情况，效果也较显著。

3. 概念测试题（Concept Tests）

概念测试可以引发学生的概念冲突，有助于学生概念引导，促进学生概念发展。概念测试题设计的好坏取决于能否有效引发学生思考及讨论，而这决定了JiTT和PI教学模式的成效。为了提高概念测试的有效性，测试题需要是对概念更高层次的考核，不是学生通过简单回忆或阅读就能回答的问题。问题的难度要适中，对学生而言，既可以根据自己所掌握的知识作出回答，同时又具备一定的挑战性。

因此，建立高质量且丰富的题库是必要的。在教学实践中，笔者运用物理教育界广为认可与应用的力学概念量表FCI、MBT以及其他不同主题的物理概念测试题建立题库，从而提高测试的信度和效度，进而提升学生学习成效。

（二）实施步骤

整合JiTT和PI等教学理念后，基于核心教学工具的支持，交互式教学模式实施的步骤大致见表2。[5]

每次课都按照此顺序进行，针对学生的学习困难，重复地将有问题的概念厘清，或加深学生对核心概念的理解。图2为JiTT和PI的学习时间轴。

三、PI与JiTT的实施案例

为了进一步阐明JiTT和PI如何相辅相成，笔者根据Eric Mazur的教学内容，选择光学这一主题作为实践案例介绍，以此来帮助不同学科的教学者理解该教学模式。[7]

在讲授光学这一主题的前一周，要求学生阅读教材中光学的内容，包括光的传播、反射、吸收、折射、散射和成像；然后回答JiTT作业中的三个问题（如图3所示）。

当作业提交时间截止时，正确答案会公布到网上。在阅读学生的作答时发现，大部分的学生都能正确回答前两个问题，但仍有部分学生存在学习困难。不能正确回答第一个问题的学生无法清晰描述所有的光线都会汇聚于一点；第二个问题的学习困难是学生无法领会不同介质中折射的概念，尤其是对于水平的分界面。

此外，学生在第三个问题中列举出了自己的学习困难，如：

1. 我无法理解虚像到底是什么。照字面分析，难道是我们在处理视觉信息时欺骗大脑的一个诡计？

2. 在光传播的总时间中很难使费马原理概念化，我们到底应该如何猜想出是哪一条路径？

3. 我无法理解怎么会可能看不到像，到底光线去哪了？这有点反直觉。

……

学生描述了许多难以理解的概念，一些问题可以通过在网上提供正确答案来处理，一些问题则可以通过提供机会让学生在课堂思考这些概念并和同伴讨论来解决。老师的课前准备就是花时间阅读学生的反馈，根据教科书和概念测试题库决定学生难理解的概念如何在课堂上教学，并准备相关演示实验。

正式课堂上的第一个概念测试题（如图4所示）是考查学生对反射这一概念的了解情况，投票后发现有大部分的学生能正确回答该问题，表明学生对平面镜成虚像的概念有较好的掌握。

老师在给出简短的解释后，迅速进入下一个问题。第二和第三个概念测试题（如图5、图6所示）是光的反射方面的内容，旨在帮助学生绘出更复杂的光路图。

讨论前，大约有40%的学生能正确回答这两个问题，而60%的学生在讨论后能回答正确。为了帮助学生更好地理解反射时的传播路径，教师要多花一些时间解释这个概念，列举一些日常生活的例子来增进学生对反射的理解。在鼓励学生课后在网上进一步复习这两个概念测试题后，教师接着讲光在不同介质中传播的速度。学生在下一节课和课后作业中还有机会作平面镜中光线传播的路线图。

在JiTT的作业中，有部分学生对费马原理不理解，在简单介绍概念和讲解光在不同介质中传播时速度会发生变化后，教师呈现另外一道需要运用费马原理来解释的概念测试题（如图7所示），帮助学生理解“最少时间”。

刚开始，少于一半的学生能够正确回答该问题，而在和同伴讨论后，超过四分之三的学生可以作出正确解答。当所有学生表示已经理解该概念后，教师开始讨论另外一个相关概念：折射。

虽然有课前阅读，但教师无法确定学生是否真正掌握光在不同介质中传播会产生折射这一概念，因为部分学生无法完全解释JiTT作业中鱼在水中位置变浅的原因。因此，第五个概念测试题（如图8所示）是要学生思考鱼在水中的视觉深度。

该题在JiTT作业中以文字的方式考察过学生，如今以图形的方式展示，可以了解一些学生在阅读作业时的迷思概念。而从学生对课前阅读的回答可以看出，大部分学生能够理解光线在凸透镜的传播。但是，学生必须运用这些概念来解决透镜方面的问题，所以，需要提供一系列的概念测试题来了解学生的掌握情况，促进学生的理解。由于时间的限制，该课堂只呈现一道概念测试题（如图9所示）。

该概念测试题有助于学生把折射和透镜这两个概念联系起来，在下一次的课前阅读和课堂中，将会对这一概念作进一步介绍。

本次课通过六个概念测试题来回顾课前阅读和解决学生的学习困难，教学结束后，笔者当即对学生（98人）进行了问卷调查。在学习兴趣和积极性方面，91%的学生表示“很感兴趣”，9%“一般”；90%的学生“还会积极参加这样的教学模式”，10%表示“无所谓”，没有学生“不想参加这样的教学模式”。而且，80%的学生“希望其他课程采用该互动教学模式”。对于“该教学模式你收获大小依次是”，绝大多数学生选择：①与同伴合作交流；②积极主动学习；③愉快学习；④知识；⑤独立思考。问题“教学中你对学习的物理概念___”中，大部分学生均选择“积极参与讨论和充分思考，概念掌握比较牢固”。对“该教学模式，你感受最深刻的是什么？”学生的回答主要有“认真完成JiTT作业”、“积极参与课堂思考和讨论”、“与同学讨论得出正确答案”。对于“该教学模式对你现在或将来的学习影响最大的是什么？”学生的回答集中在“课前认真预习”、“积极参与课堂学习活动”、“与人合作”、“科学探究”、“批判性思维”等。可见，该教学模式无论是对于学生掌握物理概念，还是积极的情绪体验，乃至其终生学习与发展都有积极的作用。

四、结 语

教室中信息呈现的方式一直在不断改变，从最开始的黑板，到投影机、电视机，再到现在的计算机多媒体，且还在不断往前发展。然而，教育的问题，并不是信息呈现方式本身的问题，而是学生对呈现材料的同化吸收问题，归根到底是如何提高学生学习成效的问题。不幸的是，早期技术在教育中的应用只关注信息展示的途径，或者只单方面考虑如何方便老师的教学，过少考虑学生的有效学习。技术于教育中的应用，应该是使原本不可能实现的学习方式，在先进教育理念的指导下，通过技术的支持得以实现。本文分析的JiTT和PI互动教学模式就是如此。

JiTT和PI教学模式具有低成本、高教育价值的特点，具有较强的实践性和一定的指导意义。实践表明，在技术和更多优质教育资源的支持下，教师可以在课前评估学生的学习困难，在课堂集中精力于某些学生难以理解的概念和原理的教学，以及在网络上提供额外的信息和问题来促进学生的课后复习。基于技术的互动教学模式可以让老师和学生的活动更合理，既优化了课堂时间，同时也让课堂更具个性化。无疑，灵活运用该教学模式将对互动教学的开展，对我国大学物理乃至其他学科课程和中小学课程教学质量和效率的提高具有现实而积极的意义。希望本文的介绍，能抛砖引玉，引起更多有兴趣的学者进行类似的互动教学改进研究和实践。

[参考文献]

[1] E Mazur.Peer Instruction：A User’s Manual[M].NJ：Prentice Hall，1997：10~16.

[2] 张萍，Eric Mazur.Peer-Instruction――哈佛大学物理课程教学新方法[J].中国大学教学，2010，（8）：69~71.

[3] C Crouch，E Mazur.Peer Instruction：Ten Years of Experience and Results[J].Am J Phys，2001，69（9）：970.

[4] Mazur Research Group [DB/OL]. mazur.harvard.edu/research/researchmenu. php，2009/2011-07-20.

[5] Derek Bok Center. Interactive Teaching DVD：Promoting Better Learning Using Peer Instruction and Just-in-Time Teaching［M/CD］.Reading，MA：Addison-Wesley，2007.

[6] Jessica Watkins，Eric Mazur.Using JiTT with Peer Instruction in Just in Time Teaching Across the Disciplines[M].VA：Stylus Publishing，2009：39~62.

[7] Nathaniel Lasry，Eric Mazur，Jessica Watkins. Peer Instruction：From Harvard to the Two-year College[J].Am.J.Phys，2008，76（11）：1066~1069.