“同伴”教学法在机械设计课程中的多元化应用

李美琴

温州理工学院智能制造与电子工程学院浙江温州 325025

[摘要]：同伴教学法是应用社会建构主义的一种教学模式，通过“同伴”之间的沟通交流，信息分享，认知思辨，促进个人对概念的理解，有利于知识体系的建构。因为其清晰明确的操作流程容易上手，一经推出就得到了广泛的应用。中国学者也对此进行了很多应用研究，证明了其在不同学科领域中的不同课程都有积极的作用。本文基于”同伴”教学法在机械设计课程中进行了探索和实践，并提出了改进后的多元化“同伴”教学组织形式。

[关键词]：“同伴“教学、机械设计课程、多元化

[作者简介]李美琴，（1982-），女，浙江温州，硕士，温州理工学院智能制造与电子工程学院，副教授，研究方向：机械创新设计。
[基金项目]2022年度温州理工学院、温州理工学院教学改革项目“工程教育专业认证背景下基于同伴教学法的机械设计课程教学改革”（编号：2022JG13）；2019年度、浙江省教育厅、“十三五”省级产学合作协同育人项目“基于产教融合的应用型本科机械专业实践训练体系构建”。

[中图分类号]：TH122；G642 [文献标识码]：A

The Diversified Application of Peer Instruction in Mechanical Design Courses

Li Meiqin

School of Intelligent Manufacturing and Electronic Engineering ，Wenzhou University of Technology ， Wenzhou，Zhejiang（325025）

Peer Instruction is a teaching method that applies social constructivism. Through interact between peers, information sharing and critical thinking would be happened, that can promote individual understanding of concepts and the construction of knowledge systems . Because its clear operation process is easy to replicate, it has been widely applied since its proposal. It also has been applied and researched on different courses in different discipline in China , which has been proved to have a positive effect. This article explores and practices the Peer Instruction in mechanical design courses, and an improved organizational form of diversified "Peer" teaching has been proposed.

Key Words: Peer Instruction, mechanical design courses, diversify

同伴教学法PI（peer instruction）很容易和同伴教育PE（Peer Education）或同伴互助学习PAL（peer-assisted learning）混淆。两者的关键词都是“同伴”，“同伴“在《辞典简编版》中指伙伴，共同行动的人，在学习领域特指共同学习的人，也就是在学生之间组成学习小组或学习对子，通过彼此间的积极帮助与支持促进自身的学习，是一种非常有效地获取知识与能力的学习方式。

在同伴教育或同伴互助学习活动中，同伴角色一般分为指导者和被指导者，在精心组织的学习小组（PE）、一对一或一对多的结对小组（PAL）中进行信息、观念或行为技能等资源共享，相互帮忙、相互监督、相互合作完成学习任务，小组中的指导者和施教者可以选择同班、高年级或更高学历层次的学生^【1-4】。它们的表现形式有很多，包括同伴指导、同伴示范、同伴商讨、同伴监督及同伴评价^【4】。

而本文中所指的同伴教学法是由哈佛大学马祖尔教授提出的一种最初用于物理学大课堂互动的教学方法，通过选择类概念题型，组织同伴之间的沟通交流，认知碰撞，在彼此不断的认知冲突解决中，加深个人对概念的理解，促进思辨能力的提高，完成知识的建构，通过分享信息，不同观点与角度的交织，将会产生知识的碰撞火花，对新角度的好奇，将会极大地激发学生的学习兴趣，从而投入更多的学习时间与精力^【5】。同伴教学中的小组一般为4-6人^【6-7】，同伴之间地位相等。

1同伴教学法的应用特点

PI教学法要求学生在上课之前先预习，课堂中教师围绕重要概念把一节课分为几个单元，每个单元的学习流程为：教师提问→发放测试→学生回答→同伴讨论→再次回答→纠错分析^【8】。

它的特点是针对学生理解有困难的概念知识点，教师精心设计概念选择题，要求学生先独自回答，通过学生回答的正确率了解学生对该知识点的掌握情况，如果正确率大于70%以上^【7-8】（或80%^【9】）的就是简讲，低于30%（或20%），则教师要对概念进行详细阐述，正确回答比例在 30% ～ 70% （或20%~80%）区间，把学生分为几个小组进行限定时间的自由讨论，再次发送同一个测试题，让学生二次独立选择，然后根据第二次的选择结果重复以上过程。同伴教学法正是借助于教师引导下的课堂小组讨论，在激发学习兴趣、增加学会参与度、提高自信心及语言表达能力，加深知识点理解、提高分析能力及发展高水平推理和批判性思维方面有着独特优势^【6、8】，因此同伴教学法在高校、中学的不同课程都有广泛的应用，比如大学物理^【10】、机械设计类课程^【5】、内科护理学^【6】、医用传感器^【12】、英语读写类课程^【8】、工程力学^【13】、工程材料基础^【14】、口腔医学教育^【11】、高中地理和化学等^【9】。

2 同伴教学法在机械类课程中的应用试验

2.1 应用流程

从这几年的机械设计课程的试卷得分可以看出，学生虽然具备了一定的零件设计和分析计算能力，但是在更复杂的情境下，或需要学生评估分析做出一些比较取舍时，学生的表现明显不尽人意，究其原因，线下课堂过多的强调解题技巧，套公式的应用，学生虽然可以照猫画虎进行简单计算，但没有真正的理解概念，没有建立起自己的知识体系，无法实现知识的迁移和高阶应用。因此，在20机械工程二班的部分概念知识部分进行了同伴教学改革实验。其课程实施方案设计如图1。

图1 同伴教学法在机械设计课程中的实施流程

2.2 应用分析

经过多次同伴教学发现：（1）同伴教学法确实有助于信息的分享，观点改变。同伴讨论前后的各项选项都会有一定程度的变化，但是在正确的观念传播的时候，错误的理解也在加强，如图2的关于强度准则的多选题在经过学生第一次自测后，因为有部分选项的得分率不达标，所以教师组织学生小组讨论，统计结果显示讨论后正确的选项比例提高了，但是错误选项的比例也同步增加。（2）题目设计的好坏直接影响同伴讨论的效果。在一次单选题中针对V带传动中的摩擦力和平带比较的题，其三次得分率见图3，说明如果题目设置难度过大，大部分同学没有什么思路想法的时候，同伴发挥的作用就非常有限，而难度合适的题目，同伴的作用立竿见影，如图4所示，同时题目的吸引力也是要着重考虑的，有趣的题目学生讨论的热情肉眼可见差异。（3）班级之间存在差异，经过几次实验发现，二班的同学对于同伴讨论的参与度兴趣不高，要么不说话，或者讨论比较浮于表面，只是询问对方选了什么，而不深究为什么这么选的原因。班级的氛围不仅仅体现在同伴讨论，在课前课后的一些小组活动中也可以发现同样的倾向。（4）同伴教学法使用效果随着次数整体下降。同伴教学法流程比较繁琐耗费时间，以一个循环为例，第一次自测测试2分钟，同伴讨论2分钟，再测1分钟，教师点评1分钟，加上中间的过渡，一个知识点至少要7分钟，如果是更为复杂的题目，加上教师的讲解分析，时间会增加到10分钟，所以不少学生觉得多次测试麻烦而且效率低，在度过最初的新鲜度后，讨论度、积极性明显递减。

图2 强度准则多选题三次学生测试的得分率

图3 带的摩擦力单选题三次学生测试的得分率

图4 齿轮的旋向单选题二次学生测试的得分率

3 同伴教学在机械设计课程应用的改进

针对上述存在的问题，深入思考同伴教学法成功和失败的背后原因。成功的关键是提供了一个“同伴”的端口让所有学生有机会进行知识的输出和输入加工过程，帮助知识的内化吸收，通过互动完成知识建构的过程。而存在的问题究其原因一方面是其流程耗费时间，且针对的题型形式相对单一，另一方面是教师的专业素养影响教学法开展的效果，比如对概念类题目设计是否具有趣味性、专业性、合适的难度^【7、11】，同时学生的素养也是同伴教学法开展是否顺利的一大因素，比如学生是否有基本的知识储备以及良好的道德素质，避免讨论流于形式或出现人身攻击^【8】，以及学生的偏好^【10】对同伴教学效果也有影响。为此，本文从课前、课中、课后对同伴教学法进行了多元化的应用改进。

3.1 课前的“同伴结对”

为了帮助学生有效预习，引入同伴机制，让两人结对，完成一个预习视频的制作，包括各类零件的特点、类型、适用场合的介绍。实施下来，效果较为良好，同学们的反应是：“通过自己查资料，上课更能跟上老师的节奏，对知识理解加深，学会概括，锻炼了表达能力”，刚开始同伴不熟悉、合作不自然，到后面的默契，相互补充，共同进步”，等等，得到了很多正面的反馈。

3.2课堂的 “同伴”活动

为了发挥同伴的相互激发作用，且能保持有效持续的刺激，增加课堂效率，对课堂的任务根据其难度以及类型，开展多样化的“同伴”活动：（1）对于新的概念知识，由浅入深，通过手机投票让学生快速自测，根据结果比例，教师选择简讲和精讲，精讲后，再围绕同样的知识点出一道测试题，难度适当增加，让学生二次自测，再根据统计结果判断是否进行同伴讨论或直接进入下一环节。（2）对于一些有争议的知识点，在小组同伴讨论之后，可以随机选择一组上台，相互配合，针对不同选项说明他们的选择理由，教师对此点评，引导示范学生如何有逻辑性的思考。（3）对于一些开放性的、答案非唯一的知识点，可以设计一些对比分析题，比如画文氏图或对比表格，小组并讨论并合作，完成同类知识的对比分析图，同时抽选小组上台展示成果。

3.3课后的“同伴”任务

课后任务以小组为单位，分两部分进行：（1）课后大作业。根据教学的进度以及课堂的教学内容，完成某一零件的市场调研、设计任务，知识整理等，形式可以是小组ppt、小组视频、小组调研报告、合作出试卷等。（2）课程设计任务。本课程配套有一门实践课程《机械零件课程设计》，每个小组要自选题目，完成一种机械装置的设计，教师要监管他们的任务难度，定期组织小组汇报进度。改进后方案见图5。

图5 改进后的同伴教学法实施方案

4结论

经过同伴教学法在机械设计的应用分析，发现其成功的核心“同伴”能够提供学生更多的知识输出机会，从而加深知识的理解应用，为了最大化“”同伴“对于”“生生互动，教学相长”的激励作用，在常规的同伴概念测试的流程外，教师要根据学生的基础、个性和教学的内容，贯穿整个课程，充分利用课内课外，多元化的开发同伴教学的应用，比如课前的同伴结对，课堂不同的同伴活动，课外的小组合作任务等，灵活组合应用不同的同伴教学方法，才能真正“以生为本”，因材施教。