武汉大学开设的水利工程地质课程是一门重要的专业基础课。其授课对象涉及水利水电工程、治河防洪工程、农田水利工程、水文水资源工程、土木工程等相关专业。其教学质量将直接关系到学生后期的学习和研究。工程地质学是调查、研究、解决与各种工程活动有关的地质问题的科学，是以地学学科的理论为基础，应用数学、力学的知识和工程学科的技术与方法来解决工程规划、设计、施工和运行有关的地质问题，是地质学的一个分支。课程中研究、讨论的各种工程地质问题都围绕工程地质条件来进行，因此，综合性、理论性和实践性是这门课程的突出特点，要学好这门课程，学生应学会主动思考、主动学习，并亲自动手去野外实践与考察。工程地质教学采用的还是以传授知识为主要特征的“讲授法”教学模式，这种“填鸭式”教学模式难以培养学生观察现象、发现问题和解决问题的能力，无法达到大学生综合素质的培养要求。

学生从这种“填鸭式”的教学模式下得不到太大收获，纯粹依靠死记硬背的学习方法或通过教师照本宣科的讲授也难以给学生留下深刻的印象，获得的知识很快就会忘记。即使学生最喜欢的野外实习环节，也是教师沿着实习路线讲自己的，学生走马观花，野外实习沦为“走过场”，学生的学习依然处于被动地位。之前，提出过一些教学模式，并进行了教学改革实践，如，通过立体化研究型教学模式进行水利工程地质野外实践，培养学生的观察能力、分析能力、实践能力和团队合作能力，使学生初步具备地质思维。这一教学模式虽然取得一定效果，但并未形成完整的教学理论，也未与国际先进教学理念接轨。哈佛大学教授Eric Mazur创立了一种同伴教学法(Peer Instruction，简称PI)，强调学习的主动性，引导学生自主探究、合作学习，在国内外一些高校中深受学生欢迎并成为自主学习和互动教学的典范。武汉大学工程地质PI教学模式受其启发，同时也吸收了国内外其他专家的优秀教学理论成果。

教学模式是在一定教学理论指导下建立的较为稳定的教学活动结构框架和活动程序。作为结构框架突出了教学模式从宏观上把握教学活动整体及各要素之间内部关系的作用，作为活动程序则突出了教学模式的有序性和可操作性。教学模式是一定的教学理论或教学思想的反映，是一定理论指导下的教学行为规范。

传统的“讲授法”教学模式源于赫尔巴特的四段教学法，后来由苏联凯洛夫等人改造后传入中国，在中国广为流传，很多教师在教学中习惯性地运用这种方法。该模式强调教师的指导作用，认为教学是教师到学生的一种单向传递过程，学生在短时间内接收大量的信息，培养学生的纪律性。但是学生对接收的信息很难真正理解，培养过于单一化、模式化，不利于培养学生的创新思维和解决实际问题的能力。这种过去惯用的教学方法已渐渐不能适应当今的教学要求^[1]。

讲授式教学法一般按课本和教案来组织教学，课后学生针对课上的内容进行复习和练习。而PI教学法全然不同于传统教学方法，注重发挥学生自主性，让学生课前预习和思考相关内容，课上的教学内容以一个概念为一个单元设计，教师在短时间内讲完一个单元后给出相关的概念测试题，并以此为核心组织教学。经过独立的思考和自主学习，学生将个人的答案发送给教师。在指定时间内收集到所有学生的答案后，进行汇总和批改，将信息及时反馈给学生。根据学生的讨论情况和反馈信息决定是否对知识点重新讲解，教学模式见图 1。在传统教学方法中，教师在课后通过批改作业、试卷等方式获取学生对概念理解的信息，而PI教学中教师可即时掌握学生对概念的理解程度，提高了上课质量和教学效率。

图 1(Figure 1)

图 1 PI教学模式概念图

从PI教学方法的提出、实践、改进到得出初步结论已历经了十年之久。PI教学方法在全世界范围内的不同课程中已投入使用^[2]。国内张萍等^[2-4]、王祖源等^[5]、莫文玲等^[6]在大学物理课程教学中引入PI教学法，帮助学生更好地理解物理概念；张妙静等^[7]则指出PI教学法在国内高等院校物理教学中的实施面临着课前预习效果差，高校课程评价标准单一等困难；孙巧艳等^[8]在工程材料基础课程中采用课堂讨论和同伴学习的教学方式，并对不同教学方式的效果进行评价；刘艳^[9]运用同伴教学法进行了数字电子技术实验教学的课程改革，发现同伴教学法对培养学生的批判性思维能力、学习能力和实践创新能力有良好效果；黄桦^[10]整合PI和JiTT两种教学模式，对其教育意义进行了剖析，阐述了核心教学工具和实施步骤，对教学案例实践的成效进行了深入研究；朱凌云^[1]发现在大学英语精读教学中，同伴教学可激发学生的认知潜力，发挥教师的主导作用，从而实现教与学的互动；梁红^[11]在PI教学理念指导下，以问题为导向精心设计教学互动，以能力为标准改革评价方法，对国际商务谈判双语教学方式改革进行了有益探索；刘程程^[12]等结合口腔医学的专业特点，对同伴教学法应用于口腔医学教学的必要性和可行性进行了深入的分析，并尝试建立基于同伴教学法的新型口腔医学教学模式；蒋一平^[13]通过对国外高校图书馆PI教学的实践梳理，发现图书馆PI教学主要包含同伴咨询与同伴培训两项内容，并历经了同伴指导到同伴学习的阶段性转变。

心理学家让·皮亚杰(Jean Piaget)的认知发展理论为同伴教育的研究提供了理论基础，他提出发生认识论，坚持从内因和外因相互作用的观点来研究儿童的认知发展^[13]。斯腾伯格(Sternberg)和卡茨(Katz)等人则强调了在建构认知结构过程中个体主动性的关键作用^[14]。维果斯基(Vygotsky)指出，学习的本质特征在于激发、形成尚未成熟的心理机能，而不在于“训练、强化”已形成的心理机能。研究发现，小朋友互相间更容易形成合作关系，而很少与有权威的成人进行协商、理论或谈判，同时还发现交往同伴的能力在很大程度上影响学习成绩^[13]。

1946年，美国学习专家爱德加·戴尔(Edgar Dale)提出了学习金字塔理论^[15]。该理论表明最有效率的留存知识的方法不是用耳朵去听别人讲这些知识，而是自己讲给别人听(图 2)。美国教育家希尔伯曼(Silberman)在《积极学习》中论证了课堂相互学习的意义^[16]。通过在同伴之间合作、交流、讨论，并以事实依据说服对方认同自己的学习过程更有助于掌握学习内容，这一点教育家们早已论述过。同伴间的相互讨论有助于理解所学内容，且留存率非常高。教育学家论述的事实依据为PI教学法的实施提供了理论支持。同伴教学法的教学理念完全秉承此前教育学家提出的教学理念，即学生先独立思考，再交流讨论，在讨论过程中说服对方同意自己的观点，最后总结正确答案(图 2)^[17]。

图 2(Figure 2)

图 2 学习金字塔理论

同伴教学法坚持“以学生为主体、以教师为引导”的教学理念，其教学内容分成多个单元，每个单元都由关键知识点的简短讲授和有针对性的测试构成。在课程教学中教师讲解完一个单元中的关键知识点后，要求学生在独立思考的基础上完成相应测试。根据测试结果，组织讨论，让学生再次确定答案，教师可依据最后答案的正确率对下一步教学计划做出安排。这种教学方法能培养学生思辨能力，及时测评他们对概念的掌握程度。

工程地质同伴教学法以教师设计的地质概念相关问题为出发点，从课前预习开始推行。学生围绕教师布置的预习任务展开课前学习，通过学校图书馆的各种数据库收集相关文献。由于课前的学习时间相对比较自由，要求学生有高度的自觉性，逐渐培养自主学习的习惯。课前任务主要以学生为单位，在条件允许的情况下，学生也可分组自由讨论。

工程地质课堂教学内容主要包括岩石及其工程地质性质、地质构造、水流的地质作用、岩体的工程地质研究、坝基岩体稳定性的工程地质分析、边坡岩体稳定问题、水工地下洞室围岩稳定问题，还包括矿物与岩石的室内实验教学。课堂主要教学流程为：教师提出基本问题，学生分组分析、讨论或实验，学生分组回答，教师对学生的回答进行总结并提出新的问题^[18-19]。

首先，教师对主要内容讲解后，提出问题，引导学生通过自由讨论解决问题。在这一过程中教师可倾听不同小组的讨论，并对其进行必要的指导。当各小组讨论结束，教师可有针对性地讲解讨论中的难点和重点，最后再提出更进一步的概念应用问题，重复上一个环节。

小组形成一致答案后进行总结，然后回答教师提出的问题，并对结果给出合理解释。教师对结果给予及时反馈，然后再次对教师的反馈意见开展组间讨论。对于一个知识点，当绝大部分学生能正确理解后，再进行下一个问题的讨论与学习。学生在课后对教师提出的问题进行反思，并将尚未解决的问题作为课后作业。

工程地质野外实习一直以来都是工程地质课程中非常重要的教学环节^[20]。实习地点位于湖北省秭归县，距武汉500 km，距三峡大坝1 km。外业部分3天，内业部分2天。实习前分好实习小组，一般5人一组，全部实习内容均按照小组进行(图 3)。秭归地质外业教学部分包括地质基础教学内容、工程地质现象与地质灾害治理工程教学，内业教学部分主要是地质图件的绘制和地质实习报告的撰写。

图 3(Figure 3)

图 3 野外实习小组讨论

实习前需要做好下列准备工作：检查野外实习用品(地质锤、放大镜、小刀、铅笔、GPS、测距仪和望远镜)；检查罗盘，校正磁偏角；熟悉地形图，了解区域地质背景情况。

实习中，在教师引导下，以小组为单位开展工作，学习内容包括辨识地形图及位置定点，岩层产状的测量，矿物与岩石的肉眼鉴定、描述与命名，绘制地质信手剖面和实测地质剖面图，构造地质现象的观察、测量和描述，水文地质现象的观察和调查，地质灾害现象的观察和调查，水利水电工程实例的考察。学生需要及时整理当天收集的资料、清绘图件，每天作实习小结，预习第二天的实习内容。

绘制工程地质剖面图和编写实习报告阶段是为培养学生整理归纳和综合分析实际调查资料的能力，应仔细观察，尊重事实，各抒己见。

学生的实习成绩从5个方面加以考评，均按照小组评定，包括野外纪律、野外纪录、操作技能、实习报告、面试。

通过问卷调查，93.5%的学生表示很感兴趣，认为该教学方法新颖，课堂教学和野外实习教学均有很好的效果，89.5%的学生认为PI教学模式改变了过去被动学习的心态，并可推广到相关课程的教学中。在工程地质PI教学模式下，通过一系列的课堂和实习教学实践，培养了学生地质专业思维能力、观察能力、对比分析能力和团队协作能力，更重要的是提高了教师的教学能力。另外，为检验PI教学在实习教学中的效果，基于地质现场教学题库采用面试和笔试对学生进行了测试。结果表明，实施PI教学以后，测试成绩约提高15%。工程地质PI教学模式目前还处于探索阶段，缺乏足够的统计数据来进一步量化分析和论证，将PI教学法引入水利工程地质课程的思路和方法，可供从事工程地质教育的相关人员参考，以期提高工程地质教学质量，培养具有创新意识、创新能力和创业精神的工程地质人才。