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大學講座課程已經存在了900多年。最近，一些科學和工程學教授一直在嘗試一種更創新的科學教學方式，尤其是在入門級別。其理念是讓學生在課堂上花時間解決問題並參與旨在幫助他們像科學家一樣思考的活動，而不是被動地聽取專家的講解。
發表在《美國國家科學院院刊》(PNAS)上的一篇新論文提供了一些最令人信服的證據，表明所謂的“主動學習”優於講座。西雅圖華盛頓大學的斯科特·弗里曼和他的同事分析了來自225項研究的資料，發現參加講座課程的學生不及格的可能性是參加包含主動學習元素的課程的學生的1.5倍。參加主動學習班級的學生在考試中的得分比傳統課程的同齡人高出約6%，這種提高可能轉化為課程等級的中位數，從B-變為B。作者寫道，這些改進將大大有助於鼓勵更多學生堅持學習科學和數學。在計劃主修 STEM（科學、技術、工程和數學）的大學生中，只有不到 40% 的人最終獲得 STEM 學位。
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卡爾·威曼於 2001 年獲得諾貝爾物理學獎，並於 2010 年至 2012 年擔任白宮科技政策辦公室科學副主任，他一直是主動學習的不知疲倦的倡導者。作為科羅拉多大學的教員，以及後來的不列顛哥倫比亞大學卡爾·威曼科學教育倡議主任，他改變了大多數科學系教員的教學風格，幫助他們從傳統講座轉向更積極地讓學生參與其中的系統。去年，威曼接受了斯坦福大學的聯合任命，他在那裡擔任物理系和研究生院的教員。他撰寫了一篇關於弗里曼論文的評論，計劃於本週在 PNAS 上發表。（05/23/14 更新：閱讀威曼的評論此處）。以下是我們週末採訪的精簡和編輯版本。
您對 PNAS 論文有何反應？
它提出了一個非常令人信服的論點，即如果你要上大學，並且要參加一大堆需要你坐在那裡被動聽講的講座課程，那麼你正在接受糟糕的教育。透過這種教學方式，大學只是在提供劣質教育，公眾應該知道這一點。這些機構真的應該認真對待這些結果。
理想情況下，本科科學課程應該如何安排？
在最普遍的層面上，教室真的是學生與教授（學科專家）及其同學互動的最佳機會。你如何利用這段時間和這種互動來獲得最有效的學習？
我們從認知心理學中學到的是，人們透過練習來學習，並透過反饋來告訴他們什麼是對的，什麼是錯的，以及如何做得更好。在這種情況下，這意味著他們需要練習像該領域的科學家一樣思考。他們應該在課前閱讀提供基本資訊的背景材料，然後在課堂上，他們會完成精心設計的問題，這些問題讓他們練習特定型別的科學思維，無論是物理學家如何思考運動中的力，還是生物學家如何思考細胞以及它們如何自我修復，等等。這樣，他們可以從教師那裡獲得更有針對性的反饋，教師可以意識到他們對一些基本要點感到困惑，並且可以更直接地指導他們。透過這種方式，學生在課堂上的所有時間都非常積極地參與，努力地動腦筋。他們還會做建立在課堂上所做工作基礎上的家庭作業，以便他們可以更廣泛地練習。
基本問題是練習科學思維並獲得關於他們思維的指導性反饋。
本科科學和數學課程中還有講課的地位嗎？
這很大程度上取決於你所說的講課是什麼意思。告訴學生一些東西有地位嗎？是的，當然有。傳統的講座，學生坐在那裡，沒有背景知識，也沒有準備好理解他們被告知的內容為什麼重要，以及他們需要從中獲取什麼，還有地位嗎？那只是無效的。
在這些主動學習方法中，實際上有很多“告知”，但這發生在學生已經充分準備好從“告知”中學習之後。例如，在學生完成一系列問題後，他們可能都在想下一步該怎麼做，然後老師會根據問題向他們解釋事情。
主動學習在大學中有多普遍？
我調查了全國所有主要大學的領導者，我發現沒有任何機構實際收集關於課堂上使用的教學方法的資料，這說明了人們對這件事的重視程度。所以，由於沒有收集資料，因此不可能說它被使用的程度有多廣泛。但很明顯，只有很小一部分課程正在這樣做。
為了使主動學習變得更加普及，必須做出哪些改變？
我一直在努力推動大學收集關於正在使用的教學方法的資料。[作為白宮科技政策辦公室科學副主任] 我推動了一項具體措施：為了讓大學獲得聯邦研究資金，他們必須收集這些資料並公開。這樣，未來的學生就可以檢視哪些大學正在使用有效的教學方法，哪些大學沒有，然後你很快就會看到巨大的變化。
您認為這項建議為何遭到如此多的反對？
[NIH 主任] 弗朗西斯·柯林斯不想這樣做。研究人員將不得不稍微減少對他們為 NIH 所做的研究的關注，而稍微更多地關注有效的教學。擔心本科生獲得的教育質量不是他的工作；他的工作是擔心 NIH 的研究完成了多少。主要研究型大學的領導者也反對它。
歸根結底，你有一個現有的系統，一個現有的質量衡量標準，任何位於榜首的人都不希望改變規則。如果你選擇你國家頂尖大學的名單，他們的大多數科學課程都是使用科學教育研究認為非常糟糕的方法來教授的。
他們被認為是頂尖大學，因為唯一被審查並對你作為大學的成功和聲望起作用的是你擁有的研究成果和你吸引的研究資金。每年有 400 億美元的聯邦研究資金推動人們關注這一點。我是一名研究人員，我意識到這是一件非常有價值的事情，大學在最佳化研究方面做得非常出色，但附帶損害是他們不關注教學，而且教學在任何大學評級中都沒有被計算在內。
講課也應該在 K-12 科學課上廢除嗎？
人們如何學習的相同原則適用於所有教育水平。我認為大多數 K-12 教師不會期望學生安靜地、被動地聽他們講一個小時。但是，在 K-12 級別引入這些有效的教學方法的特殊挑戰之一是，它們確實比講座需要更多的學科專業知識。講座基本上是一本會說話的教科書。但在我談論的這些方法中，你真的必須思考科學家如何思考和解決特定領域的問題，然後設計適當的問題，讓學生練習和學習這種思維。然後你必須能夠給學生提供關於他們思維方式的反饋。這對你在該學科的專業知識要求很高。在 K-12 級別，儘管肯定有例外，但教師總的來說沒有足夠高的內容掌握能力來很好地做到這一點。很大程度上，這是因為他們上過的大學課程科學教得很糟糕，所以他們學得不好。因此，他們在畢業時對學科的理解不足，對如何教授學科的看法也不足。因此，在你期望 K-12 科學教學變得更好之前，你必須先糾正大學裡的科學教學。
您現在在斯坦福大學做什麼？
在科羅拉多大學和不列顛哥倫比亞大學，我一直致力於進行關於大規模教學變革的實驗，並弄清楚是否有可能讓整個部門改變其教學方法。然後我去了白宮，推動全國進行變革，並在這個問題上碰壁，感到非常沮喪。
現在我正試圖回到小規模的思考。我正在研究諸如以下問題：設計這些練習問題的最佳方法到底是什麼？以及一個問題的哪些特徵在讓學生更快更有效地開始採取像專家一樣的解決問題方法方面最有效？例如，如何幫助他們更快地發展直覺和有效地使用數學。我們還使用線上互動模擬進行了一些研究，我們正在研究如何使用這種新的教育媒體以新的方式實現學習，這種方式比其他媒體和教學形式具有一些優勢。
但是，我必須承認，很難不被捲入對更大局勢的擔憂中。
您是否放棄了在國家層面做出改變？
我已經放棄了透過政府完成任何事情，但我沒有放棄試圖說服大學報告和改進其教學方法的想法。AAU [美國大學協會] 正在推動其成員開始改進他們的 STEM 教學。如果我能說服幾所頂尖大學開始收集關於他們的課程中使用的教學方法的資料，並將其公開，並將其作為他們正在收集這些資料並關注更有效方法的使用的一個賣點，那麼我認為有一些希望這將像蘑菇一樣迅速蔓延。所以我仍然是一個為了嘗試將更好的教學方法落實到位而奔走呼號的人。我可能永遠無法擺脫這一點。
圖片來源：頂部，凱文·杜利透過 Flickr。卡爾·威曼，由斯坦福大學提供。
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