Carl Wieman教授的科學(xué)教育改革

　　Carl Wieman是美國麻省理工學(xué)院（MIT）的物理教授、諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者。2010年，他被提名并經(jīng)議會(huì)通過成為了奧巴馬政府白宮科學(xué)技術(shù)政策辦公室（The White House’s Office of Science and Technology Policy Associate Director of Science）的副主任，負(fù)責(zé)處理有關(guān)制定科學(xué)政策的問題，其中也包括與科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教育政策制定的有關(guān)問題。
　　近年來，他在不同的會(huì)議上進(jìn)行過多次主題演講，介紹他對(duì)21世紀(jì)科學(xué)教育的觀點(diǎn)，以及在麻省理工學(xué)院所做的基礎(chǔ)物理教學(xué)改革的實(shí)驗(yàn)和實(shí)證結(jié)果[1]。他認(rèn)為，在過去的20年里，在以下3個(gè)學(xué)科的跨學(xué)科研究的基礎(chǔ)上，形成了新的教育學(xué)，從而揭示了如何能有效地進(jìn)行教學(xué)和促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的一些重要規(guī)律。21世紀(jì)的教學(xué)應(yīng)該基于腦科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)和課堂教學(xué)研究之間的跨學(xué)科研究，他把這種新的教育學(xué)研究方法稱為神經(jīng)教育學(xué)（Neuroeducation)。
　　基于上述領(lǐng)域里獲得的研究結(jié)果，以及他本人在麻省理工學(xué)院實(shí)施的教育改革的實(shí)證研究，Wieman教授明確提出：21世紀(jì)不僅是科學(xué)教育，也包括其他學(xué)科的教育，都應(yīng)該用科學(xué)的方法和由技術(shù)提供的科學(xué)工具來進(jìn)行。這樣的教育至少應(yīng)該包括以下4個(gè)方面：
　　1. 依據(jù)科學(xué)研究得到的基本原理來指導(dǎo)教學(xué)；
　　2. 檢驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐的結(jié)果需要實(shí)證，這些實(shí)證應(yīng)該包括來自標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試數(shù)據(jù)的支持；
　　3. 所提供的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和結(jié)果應(yīng)該用學(xué)術(shù)研究成果的方式來傳播和重復(fù)；
　　4. 在教學(xué)實(shí)踐中要充分地使用現(xiàn)代技術(shù)。
　　Wieman教授在提出新的教學(xué)方法中強(qiáng)調(diào)指出，在一個(gè)信息傳遞如此方便和快捷的信息時(shí)代，如果一名具有專業(yè)知識(shí)的教授起到的作用只是傳遞信息、簡單地傳達(dá)概念，那么還需要專家來授課嗎？所以，教師的作用不是單純地傳遞知識(shí)，教師的關(guān)注點(diǎn)不應(yīng)該是將自己了解的科學(xué)概念盡可能地講清楚，讓學(xué)生能掌握這些具體的知識(shí)，而是應(yīng)該傳授自己作為專家所特有的思維模式，把自己的專家思維方法傳遞給學(xué)生，使學(xué)生具有在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的21世紀(jì)中所必須具有的能力，這才是有效的教學(xué)。
　　那么專家的思維方法和生手的思維有什么不同呢？
　　生手的知識(shí)往往是由教師傳遞的，缺少和實(shí)際情境的聯(lián)系。通俗地說，是一些“死”的知識(shí)，是書本上由別人歸納出來的知識(shí)。這些知識(shí)常常是一些零碎的片段，而沒有形成特定的模型和框架。生手遇到需要解決的問題時(shí)，會(huì)用記住的一些方法（老師教的方法）來匹配當(dāng)前的情況，很難產(chǎn)生自己的、有新意的解決方法。而專家的思維能力則與之不同，其特點(diǎn)包括：
　　專家掌握的是一些經(jīng)過證實(shí)的核心知識(shí)，這些知識(shí)是通過實(shí)踐獲得的，是和經(jīng)驗(yàn)以及實(shí)際的、真實(shí)的背景情況相聯(lián)系的。拿我們通俗的話來說，是經(jīng)過自己消化過的、使用過的“活”的知識(shí)；
　　這些知識(shí)在腦中組成了有特點(diǎn)的框架，包括科學(xué)概念的模型、科學(xué)概念之間的相互聯(lián)系和連接。由于形成了特定的模型和框架，在解決問題時(shí)，專家能夠在他的工作記憶中有效地提取信息，并在決策和行為中有效地加以應(yīng)用，形成解決問題時(shí)專家所特有的、較系統(tǒng)的、基于模型的、便于廣泛運(yùn)用的策略，有時(shí)還能形成創(chuàng)新的思維。
　　具有監(jiān)測(cè)自己思維和學(xué)習(xí)過程的能力（如我自己理解這個(gè)概念嗎、我如何能檢驗(yàn)這點(diǎn)……）。
　　腦科學(xué)的研究已經(jīng)為上述觀點(diǎn)提供了實(shí)驗(yàn)的證據(jù)（另文介紹）。因而，從一個(gè)生手變?yōu)閷＜?，需要改變腦中的生物結(jié)構(gòu)。腦科學(xué)研究告訴我們，人腦中形成的長期記憶一般是需要反復(fù)刺激，而且是需要有效的刺激，才能形成。所以，從生手到專家思維方式的改變不可能一蹴而就，需要有合適的刺激，需要重復(fù)和強(qiáng)調(diào)的刺激。
　　因此可以看出，探究式教育是否有效，教師是很關(guān)鍵的。從事探究式教育的教師本身最好能具有研究的經(jīng)驗(yàn)，具有專家的思維。這種專家型的教師具有以下的特點(diǎn)：
　　1. 引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)有用的和有興趣的問題，能激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性；
　　2. 能用適當(dāng)?shù)姆椒私鈱W(xué)生的前概念；
　　3. 能對(duì)學(xué)生進(jìn)行有效的刺激：教師針對(duì)學(xué)生的討論和學(xué)習(xí)進(jìn)展情況，不斷地提出有挑戰(zhàn)性的、可以引導(dǎo)學(xué)生思考和討論的問題（實(shí)際上這就是我們?cè)谔骄渴娇茖W(xué)教育中提出的形成性評(píng)測(cè)的問題）。
　　在這里，我們可以重溫一下2010年10月在英國約克大學(xué)召開的IAPIBSE（Global Network of Science Academies-Inquiry Based Science Education）科學(xué)教育會(huì)議上討論的結(jié)論。在會(huì)議的總結(jié)中，給出了對(duì)探究式科學(xué)教育的定義：基于探究式的科學(xué)教育是一種使學(xué)生逐步掌握核心科學(xué)概念的有效教學(xué)和學(xué)習(xí)方法。在這類教學(xué)方法中，學(xué)生學(xué)習(xí)如何進(jìn)行科學(xué)探索，建構(gòu)他們的知識(shí)，理解他們周圍的世界。在學(xué)習(xí)中，學(xué)生運(yùn)用了與科學(xué)家類似的技能，如提出問題、收集數(shù)據(jù)、推理和聯(lián)系到已經(jīng)獲得的證據(jù)，從而得出結(jié)論和對(duì)結(jié)果進(jìn)行討論等。探究式的教學(xué)方法不僅包括了學(xué)習(xí)的實(shí)踐過程，還應(yīng)該包括對(duì)教學(xué)過程的評(píng)估和評(píng)測(cè)。雖然Wieman教授在他的報(bào)告中沒有明確地提到探究式教育這