作者:张章 来源:中国科学报 发布时间:2015/8/6 9:16:37
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科学怎么教
积极解决问题比传统讲座更能理解科学内涵

图片来源:Vasava

美国芝加哥州立理工大学6名学生因出现严重呕吐、腹泻、胃疼、哮喘以及呼吸困难等症状入院,其中几人情况危急。该校卫生中心也接到出现类似症状的学生的几十通电话。

这实际上是17位大三和大四学生参与的萨斯克汉那大学生物学家Tammy Tobin领导的创新病毒课程的一部分。这些学生扮演联邦卫生官员,任务是在期末前识别该病毒,并追踪其传播方式和计算应对与治疗方法。

Tobin表示,尽管这所学校和案例都是虚构的,但“我们试着让它尽可能真实”。如果学生决定进行验血或遗传分析,Tobin将给他们符合肠道病毒D68的结果。(为了防止学生只是从网上找答案,她将该病毒描述为具有之前未报告症状的急性菌株。)如果他们计划派一组人到芝加哥,那Tobin将让他们查询航班信息,并确定是否有足够的座位。

最后,学生们查明了这种病毒,但他们也出现了许多错误:例如,6位患者死亡,原因是学生没有对治疗足够重视。但Tobin表示:“只要他们能表明做了什么、为何奏效或不奏效以及如何尝试不同的方法等,这不会影响他们的成绩。”重要的是学生完全醉心于解决问题,牢记学到的知识和掌握一系列科目。“我们着眼于社会学、政治学、生物学,甚至一些经济学的交叉。”她说。

Tobin的教学方案只是当前“横扫”全世界大学科学类课程教学改革的一个类型。除了这种复杂的沉浸式练习外,还有以小组为基础的针对较小问题的练习,也有在大教室内使用便携设备对精心设计的问题进行演练。最后,数以百计的实证研究结果证实,积极应对问题的主动学习比被动听讲能让学生对科学的理解更深刻。

开发小组练习法的英国西苏格兰大学计算机科学家Tom Duff说:“我们发现这比传统教学方法可提高大约20%的成绩。”其他主动学习教学法也有类似效果。去年,美国华盛顿大学生物学家Scott Freeman分析了225项关于“科学、技术、工程和数学”(STEM)主动教学法的研究,发现主动学习教学方法能将课程教学失败率减少约1/3。

“从这个角度而言,采用其他方法(非主动学习教学法)是不道德的。”大学STEM教育改革发起组织美国国家科学院科学技术联盟共同主席、常青州立大学微生物学家Clarissa Dirks说。

主动学习正在赢得大学管理者的支持,他们一直在面对学生和家长的问责:学生和家长希望知道,既然现在网络免费课程随处可见,为什么他们仍然要支付高昂的学费。主动学习也赢得基金会、资助机构和科学团体的支持,他们认为这是一种填补科学教育漏洞的理想办法。

在美国,STEM领域的注册学生有大约60%改学非STEM专业或肄业。而对于少数族群和女性而言,这一比例约为80%。

难以接受

并非每个人都拥护这一理念。在自己学生时代接受传统讲座教育的大学老师们,对这种主动学习表示怀疑。这种教学方法比传统讲座需要更多教学准备工作,这将挤占他们的科研工作时间。

理解和克服这一阻力已成为需要解决的主要问题。哈佛大学德里克·博克教学中心主任Robert Lue说,他要消除这样一种错误认识,即科研是一种智力工作,教学只是一种机械劳动。

表面上,主动学习教学与传统方法的差别并不大。大学生也一直参加研讨会和进行实验室课程。但Tobin表示,如果深入分析一下,就会发现这些都属于“定制”问题。典型教学过程是让学生阅读和准备讨论设计好的问题,或遵循既定程序获得预期结果。而在主动学习过程中,学生对自己的教育负责,“自己设计问题”。

即使是大学一年级的课程也是如此。例如,在关于下肢感觉神经的课程中,传统教学只是介绍这些感觉神经的名称,而马里兰大学神经学家Sarah Leupen设计了主动学习教学场景:当走在街上,外星人破坏了你腿上的感觉神经元后会产生什么后果?你的行走没有明显变化;不能再走;能走但步伐出现变化;能走但十分笨拙。“我们经常会围绕这些问题展开激烈争论。”Leupen说。

通过简单阅读参考书无法获得答案。相反,学生们必须应用所学知识,经过分组反复讨论,最终获得正确答案。如果小组讨论的答案出错,Leupen认为是好事,因为犯错能让学生记忆更深刻。

摸索前进

大量证据表明,主动学习能让学生比被动学习保持更长的记忆时间,也能更好更全面地应用所学知识。但这一事实在本世纪初才引起广泛关注,这多亏Carl Wieman。2001年,Wieman因为玻色-爱因斯坦凝聚态物理学研究分享了诺贝尔物理学奖,他也是主动学习教学法运动的领导者。现任斯坦福大学教授的Wieman表示,在获得诺贝尔奖前自己就积极倡导主动学习教学法,只是那时候没有人注意他。

在上世纪80年代,Wieman注意到原子物理实验室的一些研究生在大学期间很优秀,但不会科研。他表示,他们一直学习成为一个好的科学家,但是在大学学习期间,几乎没有任何这方面的培养。

为找出原因,Wieman开始研究教学,这些内容对科学家来说大多比较生疏。最让他惊讶的研究成果是,他发现了问题的原因:传统教学中,学生能通过考试,但并没有掌握课程的精髓。

其他科学家也开始得出类似结论,他们开始研究其他教学方式。而Wieman获得诺贝尔奖让他们的努力变得更受瞩目。许多科目以学科为基础的教育研究:调查针对每个学科分支的特定教学观点。

其他主动学习教学法的强烈支持者还包括美国科学院前院长、生物学家Bruce Alberts。2004年,Alberts将几个学会委员会合并为科学教育委员会—— 一个资深科学家团体,Wieman担任首任主席。该委员会先后发布了一系列关于教育改革的报告。

“对主动学习教学法仍有很多质疑。”生物化学家、马里兰大学教师发展中心主任Linda Hodges说。她表示,一个主要原因是,对许多科学家来说,主动学习与他们的教学理念相差甚远。

科学家经常认为教师职业是简单的知识传递。而且主动学习法因为需要大量小组讨论时间,这些老师认为这是浪费教学时间。负责生态学和进化课程教学的马里兰大学遗传学家Jeff Leips认为:“你必须承认,不可能同时覆盖所有内容。”最好是能让学生掌握更多知识,而且能真正学会应用这些知识。

另外,Hodges表示,许多教授认为必须主导和控制学生。“主动学习教育法需要老师放弃一些控制权,并将这些权利交给一群学生,对很多教员来说,这听起来无法理解。”她说。Leips也表示,这需要教员掌握完全不同的教学技巧。“课堂教学类似表演,你知道剧本。”但主动学习教学法更像是即兴表演,“你必须根据现场情况随时调整,随时应对各种问题,这对许多老师是比较大的挑战”。

打破现状

支持者认为,只有当大学系统的各个层次均出现创新时,现状才可能发生变化。为了提高有兴趣的生物老师的主动学习教学能力,自2004年开始,美国科学院举办了多次为期5天的夏季培训班。“大约1000名大学老师参加了这一培训。”该项目负责人之一、科罗拉多大学生物学家William Wood说。

他表示,一个重要课程是让老师掌握用科研实验的设计方法设计教学计划。与按照教材不同,他们必须有一个清晰的目标,就是让学生掌握他们希望学生学到的概念、知识和技能,然后选择能实现这一目标的指导方法以及评估学生学习效果的方法。

Leupen表示,夏季培训班无疑提高了人们的认识,但只参加学习班仍然不够。“如果这些老师回到学校,周围老师仍然都采用传统教学方法,这些老师会回到老一套的教学方法。”Lue表示,给予后续支持也是重要的。Lue说:“科学是团队项目。如果你是神经科学家或软物质物理学家,你会去听报告、参加座谈会和午餐会,在这里你将遇到志趣相投的人。”

许多科学家表示,优秀教学方法越来越受重视。很多大学开始将其作为雇佣员工和提升职位的重要部分。“在我们部门,除非你在一直创新,否则不能得到任期决策中的教学分数。”Leupen说。(张章)

《中国科学报》 (2015-08-06 第3版 国际)
 
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2015/8/7 23:24:56 jzhang129
俺以为,这种授课方式无疑是更好的。但是难以推广的原因也很清楚。1)对大部分老师是个很大的挑战;2)即便回应了这个挑战,提高了教学水平,也不能相应的增加收入或获得升职。说的更直接一点,老师们没有动力去做这个事。
2015/8/7 21:39:22 chengzhi123456
一段时期有一段时期的主要矛盾,关键看清此时的主要矛盾,因地制宜!
2015/8/6 15:37:26 gdn
积极解决问题与传统讲座各司其责,并非矛盾。
不必人为地设定为矛盾。
目前已有3条评论
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