有效教学：从“被动听课”转为“主动学习”

在西雅图大学的生物化学系，珍妮·勒特舍尔的学生一边聊天一边笑着慢慢走进教室。十分钟后，30名学生在各自的小组中，试图解决乳酸发酵的实际问题。勒彻从侧面倾听和观察，写下问题，最后组织学生讨论解决方案。这种深思熟虑的结构促使学生清楚地表达他们的假设和证据。学生们权衡了各种推论的优缺点以及讨论它们的最佳方式——这是为下周的考试做的充分准备。

这是一种以学生为中心的主动学习模式。学生在这个有意义的教育活动中收集、组织、分析、理解知识并向他人解释。在以教育为中心的教学课程中，这部分工作由教师承担，这往往导致教师比学生受益更多。

如何积极学习

所有主动学习方法都旨在将学生从被动记笔记转变为主动的科学思考者。Loertscher的方法是“面向过程的研究性学习(POGIL)”，最初是由Vicky Minderhout Thorsell在西雅图大学的化学课上实施的。其他方法包括在医学院流行的基于案例和以问题为导向的学习模式，以及翻转课堂——学生的作业是观看视频讲座，然后在课堂上回答问题。这些方法不容易实现，但它们很有成效。

"研究性学习会让人感到不舒服。"明德豪·索塞尔说:“你在引导学生得出结论，所以你没有直接回答问题，这会给每个人带来挫败感。”为了理解主动学习的运行模式及其工作原理，她说这种方法可以被视为辅导。在足球训练中，运动员在操场上听教练的指示，而不是坐在板凳上，在家听完之后消化。“如果你不和别人一起练习，你怎么能学会做科学研究？”明德豪索尔问道。

在主动学习的课堂上，一些学生抱怨说讨论他们没有掌握的知识有点盲目。一些学生也肯定了这一点，这样他们可以在课堂上保持清醒，并与老师经常互动。起初，他们会觉得很难，但最终他们会学到更多。"我们常说，如果你不奋斗，你就没有学到知识."明德豪索尔说。

教师通过学生在课堂上的积极参与，让他们在自主学习中承担更大的责任。主动学习也为学生提供了发展关键就业技能的机会，包括团队合作和解决公开问题。对老师来说，主动学习能让教学更令人满意。“因为我们在课堂上花了很多时间构建科学论证并进行讨论，所以我可以提高试题的水平。学生会有心理准备，知道我会要求一个严格的答案。”勒彻说。但是不要期望学生得分更高。Loertscher说，在从传统教学转变为探究式教学后，她收到了更强烈的正面和负面意见，但总的来说，她的学生评价平均分没有改变。

为什么要主动学习

那么，我们为什么要从以教师为中心的方法转向以学生为中心的方法呢？特别是，终身教职和晋升更注重科学研究而不是教学。"证据"耶鲁大学教学中心执行主任詹妮弗·弗雷德里克说。大量研究证明，在学生的考试成绩和理解能力方面，主动学习比传统教学更有效。

苏珊·豪伊特是澳大利亚国立大学生物学院生物教学的副主任，除了管理和教学职责外，她还研究细胞转运蛋白。她能理解发表论文的压力和对改变教学方法可能需要时间的担忧。然而，她说，在课堂上看到证据后，使用教学方法的教师经常被说服改变他们的教学方法。“当老师从学生那里得到详细的反馈时，他们通常会发现那些看起来自信的学生实际上对他们所知道的并不那么自信。即使在课程结束时，许多人仍然对关键概念感到困惑。”

与此同时，弗雷德里克还提出了当前国家科学教学的趋势，并鼓励教师将研究工作的原则应用于教学。这一概念的倡导者之一是乔·汉德尔斯曼(bit.ly/1KD197b)，目前在白宫科技政策办公室工作。弗雷德里克说，对于那些在先前的证据上建立科学并通过假设驱动的实验和分析来促进该领域发展的教师来说，基于科学研究的教学是有意义的。"顶尖研究机构的科学教师雄心勃勃，在任何事情上都追求卓越。"她说，“他们发现他们可以使用自己的教室来测试学生关于如何学习和评估不同学习方法的假设。"

对于面临严峻学术工作市场的新教师和博士后来说，在研究性学习中获得的经验是一笔专业财富。此外，成为特定学科的教育专家已经成为一种新的职业道路，UBC不列颠哥伦比亚大学地球物理学家和教育专家弗朗西斯·琼斯说。"随着对高等教育需求的增加，这已经成为一个主要的增长领域."他说，教育专家在他们的领域有专业知识和技能，也是这一领域的教学专家。当他们作为永久支持人员或教师与部门整合时，他们是最有效的。他们的工作是介绍和分享成功的教学策略，以便各部门能够使用最新的循证教学方法来帮助学生提高。

对于学院和大学来说，积极学习的主要优势是降低毕业率，并可能提高理科学生的保留率，包括代表性不足的少数民族和经济困难的学生。主动学习法可以不断反馈学生的进步，这样教师就可以尽快掌握哪些概念是难懂的，哪些学生跟不上进步。他们可以立即改正，而不是等到考试后。主动学习能广泛培养学生的应用技能，如解决问题的能力，并能使来自缺乏科学经验的弱势群体的学生受益。

改变教学方法的第一步

对于那些将主动学习引入课堂的老师来说，有经验的实践者会告诉你两个词:帮助。大型科学教育社区可以回答关于循证教学方法的问题，并提供建议，以及针对不同班级规模和学科的指导计划。像耶鲁大学一样，许多机构都有教学中心，可以帮助教师联系采用积极学习策略的同事，并为他们提供实用的建议。大学教学中心也有评估科学教学方法的专业方法。"我们可以帮助评估教学创新的影响."弗雷德里克说，“我们有一定的方法和分析经验，知道如何使用数据来指导教师取得成功的结果。”

豪威特建议先考虑一下。她说，退一步想想你想取得什么样的结果。在介绍以学生为中心的活动时，人们普遍担心这种活动会占用时间来解释更重要的内容。豪威特说，在这一点上，人们应该问:我这门课的目标是什么？学生需要了解什么才能在这个领域继续学习？学完这门课程后，我想让他们记住什么？你可以求助于文学。在许多领域，专业团体发布了学生必须掌握的核心或介绍性概念。

Howitt等人建议从一个小地方开始。修改你的教学计划，进行小组活动。例如，弗雷德里克建议在讲座开始前和结束时留出几分钟，这样学生们就可以和邻居讨论一个更具挑战性的问题。比较学生前一年在相关试题上的表现，分析结果，然后调整你的方法。“从微小变化开始的人更有可能继续下去，并最终改变他们的教学方法。”弗雷德里克说。

对于实验班和本科生科研，Howitt发现仅仅增加反思活动就能提高学生的学习效果。她说，即使学生们在做科学研究和设计的环境中，他们仍然需要一些动力来最有效地利用这些经验。"学生通常专注于某项技能，而忽略整体情况."她说，“让学生思考他们为什么要做一些实验，以及他们一路上学到了什么。例如，从在线期刊上，这些可以帮助他们理解实验的设计和解释，以及数据来自哪里。”

有研讨会课程的教师可以更方便地介绍创新方法，而无需花费大量的时间和精力。像美国细胞生物学协会这样的组织的年会通常包括教育。通过霍华德·休斯医学研究所资助的美国国家科学院本科生暑期学院，可以获得更深入的经验。

创新教学资源

在UBC，卡尔·威曼科学教育计划(CWSEI)从2007年开始改革科学教学。一个具体的目标是充分利用教育技术。从CWSEI项目开始，琼斯就一直参与其中。他说，技术允许内容在课堂之外传递，所以课堂时间可以用来练习专业技能和应用他所学的知识。技术也支持有效教育实践的扩展。

理想的教学情况是一对一辅导:专家直接与新手合作。密切的互动使有经验的导师能够观察学生的思维方式——错误的理解、知识差距和问题挑战——并做出调整。这种调整通常是为了弥补专家以前犯的错误:当在演示过程中设置假设和走捷径时，新手会被甩在后面。琼斯说，诸如在线课程管理项目或翻转教室等技术创新让教师仍然可以在许多学生中使用咨询服务来观察学生的思维，并对进一步的支持做出回应。

然后让我们看看点击者的个人反应系统。这些手持无线设备可以记录每个学生在课堂上对问题的回答。教师可以计算所有学生的答案，并以条形图的形式显示出来，这样全班就可以看到集体思维。对许多老师来说，尤其是在大班里，主动学习的第一步是引入点击器课堂反应系统，或者采用诸如色卡这样的低技术手段，学生举起色卡来展示他们的答案。

Ubcwsei将为使用点击器进行有效教学提供指导方案。关键不仅限于简单的回忆或理解验证，而是提出有意义的问题来鼓励学生思考解决方案，而不是排除错误的选项。如果学生在得到答案之前有时间进行个人思考和小组讨论，他们可以最大限度地受益于反应系统。科学教育社区和大学教学中心可以为教师提供有效的应对系统和策略支持。

为了提供课外内容以及专家-新手和同行之间的互动，大多数大学都采用了内部课程管理系统或商业解决方案。琼斯说，教育信息技术仍在改进，并将规范学校之间积极学习资源的共享。他说，与此同时，技术已经提高了教师观察学生思维的能力。“本科理科课程有数百名学生，不可能采用专家只辅导一个或几个新手的最佳模式。”他说:“但是响应系统、课堂学习列表和使用学习管理平台提供在线测试内容可以使学生的思维状态大规模出现。"

坚持:值得

教育改革并不容易。教师和学生都习惯了传统的教学模式。然而，积极学习课程改革的例子比比皆是，通常是由物理教师领导的。麻省理工学院的一个鼓舞人心的案例展示了它给学生、教师和整个学校带来的变化。物理学教授约翰·贝尔彻讲述了这个故事:“物理导论是麻省理工学院每个学生的必修课，甚至包括商业和语言专业的学生。”这门课程因其高毕业率和旷课率而声名狼藉，这推动了一场革命性的变革——从传统教学模式到基于技术的主动学习(TEAL)。

TEAL是一种混合教学方法，结合了教学模式和实践活动。贝尔彻承认，TEAL措施需要在大学层面实施。"这是六年来的一个重大举措。"他说。它的成功是因为解决停学率是麻省理工学院领导层的首要任务，当贝尔彻和团队“制定细节”时，他们给予了支持贝尔彻曾经在北卡罗来纳州立大学的课堂上看到过“以学生为中心的、积极的、采用翻转教学法的学习环境”。贝尔彻采用的技术和座位安排服务于主动学习模式。大量的外部和学校资金被用于扩展这个物理课堂模型。贝尔彻说，嫁给洛里·布雷斯洛也会有所帮助。她是传播学和文化博士，也是麻省理工学院教学实验室的主任，该实验室帮助他评估、开发和验证TEAL项目的价值。13年后的今天，毕业率已经下降，出勤率正在上升。每年有800名学生在物理课上感受到TEAL的教学方法，他的工作在全国范围内得到认可。有了标准化的课程材料，师生之间的互动时间被最大限度地留出。参与课程的学生助理积极引导其他学生适应这种新模式。

“当我给200-300名学生做一个简单的讲座时，一点也不有趣，就像一场表演。”贝尔彻说，“互动课堂教学更有趣，尤其是对年轻教师来说。”但另一方面，并不是每个人都有时间和资源来彻底改革一门课程。因此，弗雷德里克引入主动学习的简单规则是:“从简单开始。我们建议采用“10%原则”，这意味着每次采取更小的步骤，实施更小的改革。这就像实验科学。你不能总是一次改变所有的变量。”■

克里斯·塔奇班纳是美国西雅图和丹麦哥本哈根的科学作家。

DOI:10.1126/science . opms . r 1500157

致谢:“原文由美国科学促进协会(www.aaas.org)于2015年9月18日在《科学》杂志上发表。官方英文版。

科学新闻(科学，专业，2016年2月)