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重塑科学教育

温哥华——尽管科学在现代社会的作用越来越大,科学教育对大多数人来讲仍然是遥远和次要的话题。这种情况既短视也非常危险。归根结底,科学和技术不仅是现代经济发展的首要驱动力,也越来越在许多重要的公共政策,特别是与气候变化和医疗卫生相关的问题上成为一种核心力量。

可以肯定的是,对更多更好科学教育的需求并没有被完全忽视。但人们的注意力却很少集中在大学科学教育,这也是有切实数据表明在不花费巨额代价的条件下如何取得重要进展的唯一一个教育层次。不仅如此,除非在大学阶段制定更高的科学教育标准,否则将很难在小学和中学阶段取得更大的进步。

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传统的观念是大学科学教育并不存在多大问题。科学家和工程师的培养速度可以与过去相提并论,尽管很少有非科学专业的学生认为科学必修课有意思或有用处,人们也普遍认为这与科学本身的特性相关。

但过去20年的时间见证了不同学科领域的科学家对大学科学教育方兴未艾的研究努力。上述研究的成果,以及在学习上的大幅收益和在相关教学试验中获得的利益,显示出改善大学科学教育的巨大机遇。

但抓住这些机遇需要完全不同的教学方法,需要把科学教育当作一门科学来对待,并设立极其严格的教学效率标准。它还要求放弃涉及很广、由来已久的错误看法:即理解科学仅仅意味着掌握一系列的科学事实和解决问题的方法,而掌握这些事实是成为科学教师的唯一资质要求。

科学教育研究清楚地表明:真正理解科学,正如正确应用科学所表现出来的那样,并不仅仅局限在掌握信息。相反,需要建立与学科相关的思考方法,来反映如何构建“知识”以及对相关的范围和限度的特定理解,以及如何认识自然、如何在不同的环境下有效地利用这样的认识。建立这样的思考方法是与掌握事实截然不同的一种经历,也需要截然不同的教学方法对其进行支持。

在许多领域,今日的科学教育与19世纪中叶的医学教育有许多类似之处,当时达到全新层次的科学的严密与长久以来的信仰和倍受推崇的传统医学疗法相互遭遇。例如,放血疗法已经沿用了数千年之久,并建立起了疗效说明的细致理论。放血疗法的疗效也有令人信服的证据:经过治疗以后,大多数人的病情得到了恢复,就像许多学生(尽管所占比例很小)在我们以讲课为基础的传统大学的科学课堂上得以成长,最终成为了科学家。

但在几十年间,人们在如何看待医疗方法方面发生了重大的改变。严格的科学标准得以采用,人们也更深入地理解了人体的复杂结构,并建立了更高标准的疗效证据。某些病人在放血后存活下来的事实已经不足以证明放血疗法的疗效。

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尽管这种变化导致疗效好得多的疗法出现,但人们并不能迅速、自然而然地取得这样的成绩。即使在今天,很大一部分人仍然拒绝承认医学,而选择邻居或亲属讲述的只有轶事支持的家庭疗法来治疗疾病。

没什么理由认为科学的科学教育方法的确立要比医学疗法更加容易。但这一过程已经开始,而且它的完成为从放血疗法过渡到疫苗和抗生素的教育等价过程提供了希望。如果继续研究并有效落实科学教育领域新的发现,那么所有大学学生接受更有意义的科学教育就将成为可能。