原標(biāo)題：?jiǎn)拘褍?nèi)心的“科學(xué)家”
《自然》撰文展示全球從幼兒園至大學(xué)最具創(chuàng)新性科教項(xiàng)目
德國(guó)一家幼兒園的兒童剛剛發(fā)現(xiàn)如何運(yùn)轉(zhuǎn)“瓶裝龍卷風(fēng)”。圖片來(lái)源：Christoph Wehrer
這些5歲的孩子很自信：他們認(rèn)為樹(shù)通過(guò)搖晃枝葉制造出風(fēng)。但老師并沒(méi)有糾正他們的答案，反而問(wèn)有沒(méi)有人在沒(méi)有樹(shù)的地方看到過(guò)風(fēng)。一名男孩回想起有次去海邊，風(fēng)卷起海水和沙子，但視線中卻沒(méi)有一棵樹(shù)。另一個(gè)男孩說(shuō)，前進(jìn)中的車(chē)輛會(huì)讓葉子旋轉(zhuǎn)。于是，孩子們認(rèn)為樹(shù)不是微風(fēng)的源泉。
這是德國(guó)“小科學(xué)家之家”里常見(jiàn)的一幕。這個(gè)項(xiàng)目啟動(dòng)至今時(shí)間不足10年，但卻已經(jīng)覆蓋了該國(guó)超過(guò)一半3~6歲的孩子?！靶】茖W(xué)家之家”項(xiàng)目于2006年由一個(gè)德國(guó)商業(yè)領(lǐng)袖團(tuán)體發(fā)起，從2008年開(kāi)始受到聯(lián)邦政府支持與資助?，F(xiàn)在，該項(xiàng)目的不同版本已經(jīng)蔓延至澳大利亞、奧地利、荷蘭、巴西和泰國(guó)，而且泰國(guó)已經(jīng)發(fā)展了14000個(gè)類(lèi)似的教育中心。
“小科學(xué)家之家”僅是通過(guò)與周?chē)澜缁?dòng)，激勵(lì)青年發(fā)現(xiàn)心中的“內(nèi)在科學(xué)家”的全球許多類(lèi)似項(xiàng)目之一。其效果已經(jīng)被數(shù)千個(gè)實(shí)證研究證實(shí)。近日，《自然》雜志展示了類(lèi)似實(shí)踐的創(chuàng)新例證，這些例子覆蓋了從學(xué)前教育到大學(xué)教育的范圍。如果你希望把一個(gè)蹣跚學(xué)步的孩童培育成一名21世紀(jì)的科學(xué)家，或許可以借鑒下這些課程。
學(xué)前啟蒙
“小科學(xué)家之家”標(biāo)志著傳統(tǒng)教育者角色的改變，參與該項(xiàng)目的幼兒園教師Christina Jeuthe說(shuō)。教師會(huì)讓幼兒詢(xún)問(wèn)關(guān)于自然現(xiàn)象和日常所見(jiàn)的問(wèn)題，當(dāng)孩子們對(duì)這些問(wèn)題給出幼稚的答案時(shí)，老師會(huì)幫助他們用活動(dòng)驗(yàn)證問(wèn)題的答案——實(shí)際上這有些類(lèi)似于模仿成年人做科研的方法。
有關(guān)活動(dòng)會(huì)從幼兒熟悉的事物和經(jīng)歷開(kāi)始，當(dāng)把這些場(chǎng)景應(yīng)用于不同地方和文化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)多的創(chuàng)造性。比如，澳大利亞版本的“小科學(xué)家之家”不能看到冬日下雪結(jié)冰等天氣現(xiàn)象，所以他們就讓幼兒的注意力集中到冰塊上。在泰國(guó)，有一項(xiàng)活動(dòng)需要借助孔明燈，孩子們說(shuō)，他們喜歡類(lèi)似的即興實(shí)驗(yàn)。提倡該項(xiàng)目的教育者說(shuō)，幼兒在此過(guò)程中學(xué)到了如何做計(jì)劃、解決問(wèn)題的寶貴經(jīng)驗(yàn)，更不用說(shuō)是提升自信心了。
然而，德國(guó)萊布尼茨科學(xué)和數(shù)學(xué)教育研究所化學(xué)教育專(zhuān)家Mirjam Steffensky說(shuō)，評(píng)估該項(xiàng)目對(duì)學(xué)生的影響卻存在難處。德國(guó)科學(xué)和工程院以及其他教育基金會(huì)已經(jīng)委托Steffensky和其他研究人員對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行獨(dú)立評(píng)估實(shí)驗(yàn)，據(jù)了解這項(xiàng)為期3年的評(píng)估將在2016年完成。
事實(shí)上，根據(jù)2013年對(duì)于3000多名參與該項(xiàng)目的教育工作者的問(wèn)卷調(diào)查，參試者均表示他們感到更加自信，并且對(duì)科學(xué)教育更感興趣?！爸灰o孩子們空間、時(shí)間和可能性，我相信他們一定會(huì)成長(zhǎng)得更好，我相信他們會(huì)這樣。”Jeuthe說(shuō)。
中學(xué)合作
華僑中學(xué)（HCI）是新加坡一所精英中學(xué)，僅招收最優(yōu)秀的學(xué)生，這些學(xué)生可以獲得先進(jìn)的教育設(shè)施，如原子力顯微鏡和細(xì)胞培養(yǎng)孵化器。這些設(shè)備即便是一些大學(xué)生看來(lái)也會(huì)眼紅，但對(duì)于該校教導(dǎo)主任Har Hui Peng來(lái)說(shuō)，這些設(shè)施仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。她一直希望可以給學(xué)生更多挑戰(zhàn)，給他們一個(gè)與外部世界相連的做科學(xué)的環(huán)境。在認(rèn)識(shí)美國(guó)教育專(zhuān)家George Wolfe之后，她的想法終于有了落實(shí)的機(jī)會(huì)。Wolfe告訴Har，他決定成立科學(xué)學(xué)院（AoS）—— 一所位于弗吉尼亞州施特林市的公立精英中學(xué)，學(xué)生在這里可以設(shè)計(jì)和做科研。兩人還就訓(xùn)練學(xué)生擁有一項(xiàng)21世紀(jì)科學(xué)素養(yǎng)的獨(dú)特機(jī)遇達(dá)成共識(shí)，即合作。
從2006年開(kāi)始，每年10月，12名左右14~15歲的HCI學(xué)生有機(jī)會(huì)到AoS參加持續(xù)一學(xué)年的研究項(xiàng)目。他們每4人一組——每組有兩名來(lái)自新加坡和美國(guó)的學(xué)生，參加一些實(shí)驗(yàn)如篩選具有抗菌化合物能力的蛆蟲(chóng)。9個(gè)月后，AoS的學(xué)生會(huì)到新加坡和他們HCI的實(shí)驗(yàn)伙伴一起完成最終的分析，并完成實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示。
一開(kāi)始，很多傳統(tǒng)文化套路會(huì)產(chǎn)生明顯影響，AoS參與該項(xiàng)目的學(xué)生Ashley Ferguson說(shuō)。“美國(guó)學(xué)生會(huì)更加積極主動(dòng)、自由流暢地對(duì)話?！彼f(shuō)，而他們的HCI伙伴則更加專(zhuān)著、關(guān)注點(diǎn)較窄?！拔覀儜?yīng)該更好地學(xué)習(xí)更加結(jié)構(gòu)化、邏輯化的思維方式?！蹦壳霸诟ゼ醽喆髮W(xué)讀書(shū)的Ferguson說(shuō)。
最重要的是學(xué)會(huì)團(tuán)隊(duì)協(xié)作，Har和Wolfe均如此認(rèn)為。最好的地方是“學(xué)生開(kāi)始彼此關(guān)心，為彼此考慮”，Har說(shuō)?，F(xiàn)擔(dān)任AoS主任的Wolfe也表示：“我們的使命是教會(huì)孩子們?nèi)绾巫隹茖W(xué)。如果你看看現(xiàn)實(shí)世界中科學(xué)家真正做的事情，會(huì)發(fā)現(xiàn)沒(méi)有人在真空環(huán)境中工作?！?/p>
青少年研究者
通過(guò)訪問(wèn)一個(gè)由歐洲核子研究委員會(huì)（CERN）設(shè)立在英國(guó)的分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，Cal Hewitt在做一些物理計(jì)算。Hewitt是英國(guó)坎特伯雷西蒙·蘭頓學(xué)校的一名學(xué)生，該校的學(xué)生通常會(huì)設(shè)計(jì)和執(zhí)行真正雄心勃勃的實(shí)驗(yàn)。包括Hewitt在內(nèi)的一些學(xué)生曾在科學(xué)大會(huì)上作過(guò)報(bào)告；一些人甚至還在同行評(píng)議期刊上發(fā)表過(guò)原創(chuàng)研究成果。
這所學(xué)校的校訓(xùn)很簡(jiǎn)單，管理該?？蒲许?xiàng)目的西蒙·蘭頓中心的負(fù)責(zé)人Becky Parker說(shuō)：“給學(xué)生一個(gè)做真實(shí)科學(xué)的機(jī)會(huì)，體會(huì)科學(xué)發(fā)現(xiàn)帶來(lái)的興奮。”
西門(mén)·蘭頓是一家國(guó)立精英教育機(jī)構(gòu)：招生生源基于學(xué)生11歲時(shí)的能力測(cè)試。該校的青少年研究項(xiàng)目大約在10年前啟動(dòng)，當(dāng)時(shí)Parker決定簽訂意向協(xié)議，可以讓二年級(jí)學(xué)生通過(guò)遠(yuǎn)程在線訪問(wèn)澳大利亞和夏威夷的望遠(yuǎn)鏡。該校采用的不是教師示范的標(biāo)準(zhǔn)模式，Parker把控制權(quán)交給了學(xué)生，學(xué)生也沒(méi)有讓他失望——他們利用學(xué)校賦予的自由，確定了六七顆近地小行星的存在，并且發(fā)現(xiàn)了兩顆新的近地小行星。
同時(shí)，蘭頓的學(xué)生還參與了由英國(guó)國(guó)家空間中心主辦的一次競(jìng)賽——根據(jù)他們?cè)谌ネ鵆ERN的一次實(shí)地考察中提出的宇宙射線偵查技術(shù)的相關(guān)提議，設(shè)計(jì)一個(gè)可以在太空中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)在，這些學(xué)生正在通過(guò)CERN的MoEDAL（大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上的單極和特種探測(cè)器）尋找一些物理學(xué)上最奇異的現(xiàn)象，如微型黑洞。
這才是教育應(yīng)該做的，蘭頓學(xué)生、MoEDAL團(tuán)隊(duì)成員Caitlin Cook說(shuō)?！拔覀円呀?jīng)在前沿作了如此多的工作，它向我們證實(shí)了做物理學(xué)研究的本來(lái)面貌?！彼耐瑢W(xué) Fleur Pomeroy說(shuō)，“為什么有些人要質(zhì)疑我們是否可以做真正的科學(xué)呢？”
跨學(xué)科大學(xué)生
當(dāng)Tyler Heist考慮他在大學(xué)第一年的計(jì)劃時(shí)，他決定讓自己沉浸在科學(xué)之中。大多數(shù)高?？茖W(xué)課程都是由單個(gè)院系管理，僅僅集中在一種科學(xué)領(lǐng)域，但弗吉尼亞州里士滿大學(xué)綜合定量科學(xué)課程卻同時(shí)提供5個(gè)科學(xué)領(lǐng)域的入門(mén)課程：生物、化學(xué)、物理、數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)。更好的是，這些課程會(huì)組織一些跨學(xué)科問(wèn)題的專(zhuān)門(mén)課時(shí)，如抗生物耐藥性、細(xì)胞對(duì)熱量的反應(yīng)。2010年，Heist申請(qǐng)了該課程的20節(jié)選修課，并通過(guò)了許可。得益于此，今年年底他將去普林斯頓大學(xué)讀計(jì)算機(jī)生物學(xué)博士。
跨學(xué)科課程起源于十多年前的一份報(bào)告。美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)在報(bào)告中總結(jié)稱(chēng)，生物學(xué)研究已經(jīng)發(fā)生了顯著變化，進(jìn)而與物理學(xué)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)家緊密相連，但生物學(xué)教育還沒(méi)有跟上這一腳步。里士滿大學(xué)生物學(xué)教授April Hill認(rèn)為，解決這一問(wèn)題的最佳方式是通過(guò)真正科學(xué)問(wèn)題的鏡頭聚焦，從多學(xué)科領(lǐng)域?qū)徱暫诵膯?wèn)題，從而重新設(shè)置入門(mén)課程，而不是采用傳統(tǒng)的教育方法，讓學(xué)生一門(mén)課接著一門(mén)課地逐一學(xué)習(xí)。Hill與其同事在2009年首次開(kāi)始設(shè)計(jì)他們的交叉學(xué)科課程。
盡管跨學(xué)科課程并不新鮮，但Hill的方法卻新穎獨(dú)到，針對(duì)入門(mén)課程結(jié)合了5個(gè)不同的學(xué)科，包括在課程結(jié)束后還開(kāi)設(shè)了一個(gè)夏季付費(fèi)實(shí)驗(yàn)室研究課堂。Hill說(shuō)，用來(lái)整合多個(gè)學(xué)科的額外工作遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)所付的費(fèi)用，這項(xiàng)課程同時(shí)促進(jìn)了她所在團(tuán)隊(duì)——基本多細(xì)胞生物發(fā)展管理基因網(wǎng)絡(luò)——的跨學(xué)科合作。“現(xiàn)在，我已經(jīng)有了6年的跨學(xué)科教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，我很想想象如果沒(méi)有開(kāi)設(shè)這個(gè)課程會(huì)怎樣?！盚ill說(shuō)。
Heist也表示，該項(xiàng)目是一項(xiàng)高水平課程，幫助他閱讀包含物理學(xué)或計(jì)算生物學(xué)在內(nèi)的主要生物學(xué)文獻(xiàn)，并表示該課程還豐富了他作科學(xué)研究的方法?！八鼤?huì)讓你重新思考對(duì)事物所設(shè)置的條條框框?！盚eist說(shuō)。（紅楓）