本文发表于《大众科学》的前博客网络，仅反映作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
大学讲座课程已经存在了900多年。最近，一些科学和工程学教授一直在尝试一种更创新的科学教学方式，尤其是在入门级别。其理念是让学生在课堂上花时间解决问题并参与旨在帮助他们像科学家一样思考的活动，而不是被动地听取专家的讲解。
发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上的一篇新论文提供了一些最令人信服的证据，表明所谓的“主动学习”优于讲座。西雅图华盛顿大学的斯科特·弗里曼和他的同事分析了来自225项研究的数据，发现参加讲座课程的学生不及格的可能性是参加包含主动学习元素的课程的学生的1.5倍。参加主动学习班级的学生在考试中的得分比传统课程的同龄人高出约6%，这种提高可能转化为课程等级的中位数，从B-变为B。作者写道，这些改进将大大有助于鼓励更多学生坚持学习科学和数学。在计划主修 STEM（科学、技术、工程和数学）的大学生中，只有不到 40% 的人最终获得 STEM 学位。
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卡尔·威曼于 2001 年获得诺贝尔物理学奖，并于 2010 年至 2012 年担任白宫科技政策办公室科学副主任，他一直是主动学习的不知疲倦的倡导者。作为科罗拉多大学的教员，以及后来的不列颠哥伦比亚大学卡尔·威曼科学教育倡议主任，他改变了大多数科学系教员的教学风格，帮助他们从传统讲座转向更积极地让学生参与其中的系统。去年，威曼接受了斯坦福大学的联合任命，他在那里担任物理系和研究生院的教员。他撰写了一篇关于弗里曼论文的评论，计划于本周在 PNAS 上发表。（05/23/14 更新：阅读威曼的评论此处）。以下是我们周末采访的精简和编辑版本。
您对 PNAS 论文有何反应？
它提出了一个非常令人信服的论点，即如果你要上大学，并且要参加一大堆需要你坐在那里被动听讲的讲座课程，那么你正在接受糟糕的教育。通过这种教学方式，大学只是在提供劣质教育，公众应该知道这一点。这些机构真的应该认真对待这些结果。
理想情况下，本科科学课程应该如何安排？
在最普遍的层面上，教室真的是学生与教授（学科专家）及其同学互动的最佳机会。你如何利用这段时间和这种互动来获得最有效的学习？
我们从认知心理学中学到的是，人们通过练习来学习，并通过反馈来告诉他们什么是对的，什么是错的，以及如何做得更好。在这种情况下，这意味着他们需要练习像该领域的科学家一样思考。他们应该在课前阅读提供基本信息的背景材料，然后在课堂上，他们会完成精心设计的问题，这些问题让他们练习特定类型的科学思维，无论是物理学家如何思考运动中的力，还是生物学家如何思考细胞以及它们如何自我修复，等等。这样，他们可以从教师那里获得更有针对性的反馈，教师可以意识到他们对一些基本要点感到困惑，并且可以更直接地指导他们。通过这种方式，学生在课堂上的所有时间都非常积极地参与，努力地动脑筋。他们还会做建立在课堂上所做工作基础上的家庭作业，以便他们可以更广泛地练习。
基本问题是练习科学思维并获得关于他们思维的指导性反馈。
本科科学和数学课程中还有讲课的地位吗？
这很大程度上取决于你所说的讲课是什么意思。告诉学生一些东西有地位吗？是的，当然有。传统的讲座，学生坐在那里，没有背景知识，也没有准备好理解他们被告知的内容为什么重要，以及他们需要从中获取什么，还有地位吗？那只是无效的。
在这些主动学习方法中，实际上有很多“告知”，但这发生在学生已经充分准备好从“告知”中学习之后。例如，在学生完成一系列问题后，他们可能都在想下一步该怎么做，然后老师会根据问题向他们解释事情。
主动学习在大学中有多普遍？
我调查了全国所有主要大学的领导者，我发现没有任何机构实际收集关于课堂上使用的教学方法的数据，这说明了人们对这件事的重视程度。所以，由于没有收集数据，因此不可能说它被使用的程度有多广泛。但很明显，只有很小一部分课程正在这样做。
为了使主动学习变得更加普及，必须做出哪些改变？
我一直在努力推动大学收集关于正在使用的教学方法的数据。[作为白宫科技政策办公室科学副主任] 我推动了一项具体措施：为了让大学获得联邦研究资金，他们必须收集这些数据并公开。这样，未来的学生就可以查看哪些大学正在使用有效的教学方法，哪些大学没有，然后你很快就会看到巨大的变化。
您认为这项建议为何遭到如此多的反对？
[NIH 主任] 弗朗西斯·柯林斯不想这样做。研究人员将不得不稍微减少对他们为 NIH 所做的研究的关注，而稍微更多地关注有效的教学。担心本科生获得的教育质量不是他的工作；他的工作是担心 NIH 的研究完成了多少。主要研究型大学的领导者也反对它。
归根结底，你有一个现有的系统，一个现有的质量衡量标准，任何位于榜首的人都不希望改变规则。如果你选择你国家顶尖大学的名单，他们的大多数科学课程都是使用科学教育研究认为非常糟糕的方法来教授的。
他们被认为是顶尖大学，因为唯一被审查并对你作为大学的成功和声望起作用的是你拥有的研究成果和你吸引的研究资金。每年有 400 亿美元的联邦研究资金推动人们关注这一点。我是一名研究人员，我意识到这是一件非常有价值的事情，大学在优化研究方面做得非常出色，但附带损害是他们不关注教学，而且教学在任何大学评级中都没有被计算在内。
讲课也应该在 K-12 科学课上废除吗？
人们如何学习的相同原则适用于所有教育水平。我认为大多数 K-12 教师不会期望学生安静地、被动地听他们讲一个小时。但是，在 K-12 级别引入这些有效的教学方法的特殊挑战之一是，它们确实比讲座需要更多的学科专业知识。讲座基本上是一本会说话的教科书。但在我谈论的这些方法中，你真的必须思考科学家如何思考和解决特定领域的问题，然后设计适当的问题，让学生练习和学习这种思维。然后你必须能够给学生提供关于他们思维方式的反馈。这对你在该学科的专业知识要求很高。在 K-12 级别，尽管肯定有例外，但教师总的来说没有足够高的内容掌握能力来很好地做到这一点。很大程度上，这是因为他们上过的大学课程科学教得很糟糕，所以他们学得不好。因此，他们在毕业时对学科的理解不足，对如何教授学科的看法也不足。因此，在你期望 K-12 科学教学变得更好之前，你必须先纠正大学里的科学教学。
您现在在斯坦福大学做什么？
在科罗拉多大学和不列颠哥伦比亚大学，我一直致力于进行关于大规模教学变革的实验，并弄清楚是否有可能让整个部门改变其教学方法。然后我去了白宫，推动全国进行变革，并在这个问题上碰壁，感到非常沮丧。
现在我正试图回到小规模的思考。我正在研究诸如以下问题：设计这些练习问题的最佳方法到底是什么？以及一个问题的哪些特征在让学生更快更有效地开始采取像专家一样的解决问题方法方面最有效？例如，如何帮助他们更快地发展直觉和有效地使用数学。我们还使用在线互动模拟进行了一些研究，我们正在研究如何使用这种新的教育媒体以新的方式实现学习，这种方式比其他媒体和教学形式具有一些优势。
但是，我必须承认，很难不被卷入对更大局势的担忧中。
您是否放弃了在国家层面做出改变？
我已经放弃了通过政府完成任何事情，但我没有放弃试图说服大学报告和改进其教学方法的想法。AAU [美国大学协会] 正在推动其成员开始改进他们的 STEM 教学。如果我能说服几所顶尖大学开始收集关于他们的课程中使用的教学方法的数据，并将其公开，并将其作为他们正在收集这些数据并关注更有效方法的使用的一个卖点，那么我认为有一些希望这将像蘑菇一样迅速蔓延。所以我仍然是一个为了尝试将更好的教学方法落实到位而奔走呼号的人。我可能永远无法摆脱这一点。
图片来源：顶部，凯文·杜利通过 Flickr。卡尔·威曼，由斯坦福大学提供。
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