Carl Wieman教授的科學教育改革

　　Carl Wieman是美國麻省理工學院（MIT）的物理教授、諾貝爾物理獎獲得者。2010年，他被提名并經議會通過成為了奧巴馬政府白宮科學技術政策辦公室（The White House’s Office of Science and Technology Policy Associate Director of Science）的副主任，負責處理有關制定科學政策的問題，其中也包括與科學、技術、工程和數學教育政策制定的有關問題。
　　近年來，他在不同的會議上進行過多次主題演講，介紹他對21世紀科學教育的觀點，以及在麻省理工學院所做的基礎物理教學改革的實驗和實證結果[1]。他認為，在過去的20年里，在以下3個學科的跨學科研究的基礎上，形成了新的教育學，從而揭示了如何能有效地進行教學和促進學生學習的一些重要規律。21世紀的教學應該基于腦科學、認知科學和課堂教學研究之間的跨學科研究，他把這種新的教育學研究方法稱為神經教育學（Neuroeducation)。
　　基于上述領域里獲得的研究結果，以及他本人在麻省理工學院實施的教育改革的實證研究，Wieman教授明確提出：21世紀不僅是科學教育，也包括其他學科的教育，都應該用科學的方法和由技術提供的科學工具來進行。這樣的教育至少應該包括以下4個方面：
　　1. 依據科學研究得到的基本原理來指導教學；
　　2. 檢驗教學實踐的結果需要實證，這些實證應該包括來自標準測試數據的支持；
　　3. 所提供的教學經驗和結果應該用學術研究成果的方式來傳播和重復；
　　4. 在教學實踐中要充分地使用現代技術。
　　Wieman教授在提出新的教學方法中強調指出，在一個信息傳遞如此方便和快捷的信息時代，如果一名具有專業知識的教授起到的作用只是傳遞信息、簡單地傳達概念，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，教師的關注點不應該是將自己了解的科學概念盡可能地講清楚，讓學生能掌握這些具體的知識，而是應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生，使學生具有在科學技術飛速發展的21世紀中所必須具有的能力，這才是有效的教學。
　　那么專家的思維方法和生手的思維有什么不同呢？
　　生手的知識往往是由教師傳遞的，缺少和實際情境的聯系。通俗地說，是一些“死”的知識，是書本上由別人歸納出來的知識。這些知識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，會用記住的一些方法（老師教的方法）來匹配當前的情況，很難產生自己的、有新意的解決方法。而專家的思維能力則與之不同，其特點包括：
　　專家掌握的是一些經過證實的核心知識，這些知識是通過實踐獲得的，是和經驗以及實際的、真實的背景情況相聯系的。拿我們通俗的話來說，是經過自己消化過的、使用過的“活”的知識；
　　這些知識在腦中組成了有特點的框架，包括科學概念的模型、科學概念之間的相互聯系和連接。由于形成了特定的模型和框架，在解決問題時，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用，形成解決問題時專家所特有的、較系統的、基于模型的、便于廣泛運用的策略，有時還能形成創新的思維。
　　具有監測自己思維和學習過程的能力（如我自己理解這個概念嗎、我如何能檢驗這點……）。
　　腦科學的研究已經為上述觀點提供了實驗的證據（另文介紹）。因而，從一個生手變為專家，需要改變腦中的生物結構。腦科學研究告訴我們，人腦中形成的長期記憶一般是需要反復刺激，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，需要重復和強調的刺激。
　　因此可以看出，探究式教育是否有效，教師是很關鍵的。從事探究式教育的教師本身最好能具有研究的經驗，具有專家的思維。這種專家型的教師具有以下的特點：
　　1. 引導學生學習有用的和有興趣的問題，能激勵學生學習的主動性；
　　2. 能用適當的方法了解學生的前概念；
　　3. 能對學生進行有效的刺激：教師針對學生的討論和學習進展情況，不斷地提出有挑戰性的、可以引導學生思考和討論的問題（實際上這就是我們在探究式科學教育中提出的形成性評測的問題）。
　　在這里，我們可以重溫一下2010年10月在英國約克大學召開的IAPIBSE（Global Network of Science Academies-Inquiry Based Science Education）科學教育會議上討論的結論。在會議的總結中，給出了對探究式科學教育的定義：基于探究式的科學教育是一種使學生逐步掌握核心科學概念的有效教學和學習方法。在這類教學方法中，學生學習如何進行科學探索，建構他們的知識，理解他們周圍的世界。在學習中，學生運用了與科學家類似的技能，如提出問題、收集數據、推理和聯系到已經獲得的證據，從而得出結論和對結果進行討論等。探究式的教學方法不僅包括了學習的實踐過程，還應該包括對教學過程的評估和評測。雖然Wieman教授在他的報告中沒有明確地提到探究式教育這