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关于学生学习的研究

安德鲁•阿尔格伦 
“2061计划”副主管

  以下是“2061计划”中一些与该文章有关的文献:

《给编者的信》,1999年4月发表于地质时代(GEOTIMES),美国地理协会
《给编者的信》,1999年7月26日发表于《教育周刊》(EDUCATION WEEK)
《研究和学习中潜在的重要议题》,
美国白宫众议院科学委员会,基础研究附属委员会听证会证词节选。1998年7月23日,共336页【完整的证词承索即寄】。
杂评:
《一些基本区别》
《面对研究辩论中的泛基督主义》

  致《地质时代》:

  马萨•施瓦兹在写给编者的信中就新的加州科学标准发表了一些颇有见地的观点(详见《地质时代》(GEOTIMES)1999年2月,或《政治现场》(Political Scene),1998年10月)。在评价这场论争之前,我想先就施瓦兹博士的信件提出四个技术上的观点。

  首先,尽管她报告说美国教师联盟(American Federation of Teachers,AFT)给予加州的新标准很高的评价,但这种评价只是基于该标准的精确性和清晰性做出的,而不是基于其明智性和可行性。

  其次,加州现有标准的文件中包含了多层次的目标,而且都很合理。其中很多都借鉴了美国科学促进会(AAAS)的“2061计划”中的《科学素养基准》(Benchmarks for Science Literacy)以及美国国家研究委员会(National Research Council)的《国家科学教育标准》(National Science Education Standards)。

  第三,尽管目标和指导方法的问题经常在公众关于“改革运动”的讨论之中同时出现,但是它们是独立的。现实目标的支持者可以是也可以不是更多课堂提问的支持者。

  第四,施瓦兹博士声称,新加州标准是“以内容为导向,清晰的,连贯的和精确的。”不可否认的是它们的确是“以内容为导向”,清晰度和精确度也令人满意,但它们的“一致性”却从未展示出来,这一点还存在疑问。

  施瓦兹博士是正确的,《基准》提出了一系列相关联的基础知识和技能(已经认真发展了超过七年时间),期望有一天所有学生都能达到这一基准。正如她所说的那样,从长远来看,需要给在科学方面拥有特殊兴趣和能力的学生标明适合他们程度的附加目标。但就当下而言,《基准》的要求让然过高:大学教授们告诉我们,他们的新生(包括本专业的学生)大概也只能达到6—8年级的水平。

   “更严苛的标准”的支持者和“更好的理解”的支持者之间的这场争论很大程度上是基于对现在我们的学生能学得多好这个问题的不同信心之上(或者可能是基于对过去的想象之上)。参加这场争论的所有人都想要“更高的标准”。对于一些人而言,“更高的标准”意味着,学生要学更多更难的东西;而对另一些人而言,“更高的标准”意味着要求学生理解并能够运用他们所学的重要的(即使数量上较少的)知识。支持“更严苛的标准”的群体相信,当很多学生得到合适的激励和教导之后,显然能学会大量科学知识,因此他们认为更高的期望值能有效提高所有学生的成绩。支持“更好的理解”的群体相信,现在所学的很多东西都是令人难以置信地肤浅和贫乏的——因此他们要求对于最重要的事实和原理给予更多的关注。

  学生学习成绩的现实状况应通过对学生学习所做的实证研究来确定。尽管已发表的有关科学知识学习的研究已明显地证实,即使是好学生,他们吸收科学原理的速度也比通常认为的要慢很多,但这项学术研究很少受到关注。或许这项令人沮丧的研究发现最大的好处在于能够刺激教育者们更彻底地审查他们自己的学生的理解能力——尽管这种方法对于大多数课堂设置而言是不切实际的。

  举一个调查中很有启发性的问题:“为什么鱼类化石会在山脉的顶部被发现?”访谈者需要用心听取回答,在了解学生实际上知道什么之前,小心不要对学生的回答进行引导,不要接受一些纯记忆性的回答。比如,很多学生会回答,这些鱼类化石的出现意味着这座山曾经淹没于水中。合格的访谈者会接着问他们,为什么这些山脉现在不在水中了(令人惊讶的是,有很多学生回答说这是因为水面降低了,而不认为是山脉高耸起来了)。

  同样的,建立更严苛的标准的效果也需要通过实证方法来研究,而非哲学。“更严苛的标准”的支持者认为那些没有完全达到标准的学生至少学到了比之前更多的知识。而“更好的理解”的支持者们担心这种更严苛的标准会使得教学更加肤浅,使得很多学生比现在学得更糊涂——因此,结论是他们应当比之前学得少一些。

  然而在达成可行的折衷意见之前,这些不同见解依然可以保留。我建议,加州委员会的委员们可以首先同意确保学生至少达到《基准》的要求。当学生证明他们能掌握《基准》时,各年级的老师可以教授明显超出基准水平的知识。既然委员们认为达到基准水平是相当容易的事情,他们应该很乐意接受这种处理方式。对加州而言,直接的受益是,科学组织在试验期间不会再找麻烦,而且如果这个试验实际上效果很好的话,这些组织甚至可能要为他们的抱怨而道歉。

  ——安德鲁•阿尔格伦,美国科学促进协会(AAAS)2061计划副主管,华盛顿特区


  研究及学习中存在的重要问题

  目前已经有一些公开讨论针对那些对于学生学习科学知识的时间和应当达到的程度的研究。这种研究在《科学素养基准》一书的“研究基础”一章做了总结和归纳,并在纂写《基准》和《国家科学教育标准》时受到了重视。

  下面的评论是节选自一篇较长的呈递给美国众议院科学委员会基础研究分会的一份文件,以回应较早时候质疑这项研究价值的证词。【第一部分是对证词中一些细节的反例,这些对于总体的讨论并无太大影响。如有需要,完整的文件承索即寄。】

  第二部分:潜在的重要问题

  我们认为在第一部分中:上文的反驳使得读者不用太过在意之前的陈述。但是论据中的一些观点确实反映出科学教育中的一些重要问题。这些问题简要阐述如下:

1、这些标准要对哪些学生使用?
2、目前学生对于科学内容的学习程度如何?
3、对于学生可以学习的科学内容有多少限制?
4、超出学生能力之外的学习内容会带来什么影响?
5、在帮助学生学习和要求学生学得更多之间,平衡点在哪里?

  1、这些标准要对哪些学生使用?

  很明显,一些学生学习科学知识比其他学生要好。制定学生的学习标准时可以以这些拔尖的学生为基础,但是要认识到大多数学生都达不到这个标准。或者可以以学习能力最差的学生为基础制定标准,同样要意识到大多数学生都能达到标准以上。又或者,标准可以以一般水平为基准制定,以期大部分学生都能差不多达到这个标准。现在的加州科学标准草案就是一个很好的研究案例。我们尚未找出他们的目标学生群体是什么,但我们尽最大努力后发现,从学习材料的数量和难度上来看,他们针对的是非常拔尖的科学专才生——即那些最终会在大学学习科学课程的学生(加州标准在草案中曾明确提出要在高中阶段专门为科学专才生额外增加一个层次;最后通过的版本中并未包含这一点)。

  然而,加州标准也强加了大量高中层次的教学内容进入低年级。其中有些内容,那些年级中非常优秀的学生也只能学得一知半解。于是出现了一个问题:还需不需要再为这些年级特别设计高级层次的内容?原则上,这种高级层次的内容可以保留到学期末,作为独立的课程来教学,或者作为补充内容贯穿于整个课程之中。此外,我们认为,一些低年级的教学内容已经强加到几乎没有学生可以理解的程度,应该放到较高的年级。举一个实例来说明死记硬背的状况:在不知道组织是由细胞组成的这一基本事实前,学生能够背诵许多有关细胞的知识。典型的状况是,学生会认为细胞是组织内发挥特殊功能的(类似于血液细胞那样的)额外居住者。你当然可以教学生去说“组织是由细胞组成的”,但是对他们的访谈结果表明,他们通常对此缺乏理解。

  我们的工作以《面向全体美国人的科学》和《科学素养基准》为开端,试图去细分出一套基本的科学素养,使绝大多数的学生——不论他们计划从事专业的技术领域还是读完高中后继续深造,都能够期待自己可以在良好的教学环境中学习(我们并不把我们的建议称之为“标准”)。我们把决定如何制定基准之上的层级的任务留给了别人。我们希望这些试图学习额外层级的人,无论是在高中阶段还是低年级阶段,都能将这个基准视为基础。一个必要的告诫是有一点必须要提醒大家注意,现在大多数大学毕业生都达不到高中的基准水平。我们正致力于通过转变改善未来的课程设置以来改善这种状况。

  针对此问题我们要指出的要点是,所有的陈述中,不论是我们还是别人提出的,都必须要搞清楚这些标准是为谁而制定的。以下讨论的大部分问题,都应当在考虑学生之间的显著不同后做扩展讨论。

  2、目前学生对于科学内容的学习程度如何?

  我们倾向于回答“不好”。先前的研究和大规模试验项目中有充足的证据证明,学生并没有如我们所期望的那样学会那么多知识。但是我们认为,研究获得证据远不止于此,学生能够理解的东西相当少。当然,他们学的比大多数老师、父母、政策制定者想象中要少——即低于受众愿意相信的数量。这是个非常令人沮丧的事实,即我们科学教育的宏伟事业对所有人而言收效甚微,除了非常优秀的学生——当然他们也不全都受益(表面上无懈可击的跳级生群体掩盖了他们在理解上的不足)。

  有些学者认为,学生的自然科学学习获得了广泛的成功,因为他们知道一些学生能够说出一些科学大道理。但是,正如我们之前说的那样,他们对于科学内容可怜的理解常常被精准的背诵能力所掩盖。对于学生进行深入仔细的访谈是必要的,这能够显现出他们的理解有多么肤浅(我们早前已经声明,研究表明,大学学生和小学学生都有极及其类似的对科学原理的误解,不同的只是大学生能用更多的词汇来表达自己的观点)。因此,已发表的研究结果中表现为负面的发现往往被不合时宜地抹去了,正如早前附属委员会的证词中所说的那样。

  既然不论是在观念中还是在个人判断上,学生的理解程度都是可测的,那么这一问题就应该用实证方法解决。我们一直致力于找出怎样的证据才能让怀疑者心悦诚服。现在,我们认为最令人信服的证据是让老师看到自己学生理解上的欠缺(其他学生某种程度上都是未知的,没有人知道其他老师是否和自己一样实施了同样好的教导)。当然,有件事很重要,即访谈者要事先确定问题是能够被她或他的学生回答的。因为访问需要使用一些技巧来控制和防止诱导学生的回答,我们很高兴为感兴趣的教员指出,在研究著作中可信的访谈应当是怎样的。

  或许,这一问题的主要含意在于国家科学基金(National Science Foundation)应该大幅度提高优秀儿童学习研究项目的基金批准(或者国家研究理事会(National Research Council)自己做些类似的研究,作为它们公共服务的一部分,通过可靠的研究来表明这些主要问题对于国家的重要性)。我们渐渐相信,类似研究的设计应当引入论争双方意见的支持者,以保证研究结果被众人相信。

  3、对于学生可以学习的科学内容有多少限制?他们到底学到了多少

  当然,回答这个问题要依赖于问题1和2的答案,并且这是个更难回答的问题。如果所有到学校学习的孩子都是做好充分准备并且充满动力的,所有教师在其专业上都很博学,学校里有效资源充足,所有老师都已了解什么是好的教学方式,会怎样呢?这难道不会令学生的成绩比我们现在所观察到的更棒吗?答案无疑是肯定的,但是究竟好多少,这是个尚未解决的问题。在清晰地阐述《面向全体美国人的科学》和《科学素养基准》时,我们试图将这个问题放在首位考虑(然而一个重要的提示是,现在的大部分大学毕业生都尚未达到基准水平)。

  在先前的陈述中有一个潜在的假设,即如果用合适的手段来教育和激励学生(像对他自己的学生那样),他们就能学会大量科学知识。因为这个讨论是有关科学教育的,因此我们有特殊的义务将讨论建立在证据之上。我们再次建议,教师应当在完成他所教授的课程6个月之后再来访谈他的学生。我们预计,事实会令他震惊——对于学生在生物问题上根深蒂固的误解,他所能起到的影响是多么微小。我们甚至希望,他会因此改变自己的错误想法,并会想要修改自己的陈述:学生学习并不是那么容易。

  先前的陈述中的另一个声明最好分别引用一句话。第一句是“总之,学习是要遵循教导的。”这句话成立的条件是,在被教育之后,学生更有可能懂得一些知识。但是,显然这不是正确的,学习并不是必须要遵循教导(先前的证词中所隐含的教学和学习之间的等同关系,是本篇评论再三指出的主要弱点)。意识到学习不是必须要遵循教导,会使教育者加倍感到自己有责任去消除误解,并且令他们对于评估在教导之后学生实际上概念能掌握和理解多少概念的问题产生兴趣。

  第二句话是这样开头的:“孩子在接受教育之前就已经存在误解,这一事实本不应该令人感到惊讶……”尽管这是事实,误解本不该令人惊讶,但教育者一般都会对于学生存在的误解的广泛和根深蒂固感到吃惊。但最终的声明在于问题发生的地方:“……也不应该妨碍我们去教给他们这些概念。”如果教学的时间是无限的,这一点当然是毫无疑问的,但事实并非如此。某一问题的教学时间被教授其他问题的时间占用。因为要消除对于重要事实和概念的误解,要比人们想象的消耗更多的时间和精力,所以不得不更多的关注较为优先问题。在做整个课程计划的时候,当然必须对概念的难度加以考虑,同时在估计学生应当花多长时间来学习一项知识并达到可接受的理解程度时,还应当考虑该知识点中广泛存在的误解。

  4、超出学生能力的学习内容会带来什么影响?

  这不是一个简单的问题。如果学生无法达到标准要求的水平,将会:

(A)允许学生尽他们的能力去学,剩下的内容就跳过?
(B)使他们感到困惑和挫败,从而导致:

(1)只能学到一点点?
(2)对科学的反感?

  先前的证词中包括这一声明,“教育专家们中间流行的观念是,如果教师提供给学生的材料不适合于学生的发展,则会对学生产生坏处。”这一点有一定的正确性,如果不“适合于学生的发展”的材料是指那些大多数学生都没有能力学会的材料的话(尽管“流行”代表了一种共识,但“观念”更确切地讲则是 “来自他们个人的经验的推论,以及来自对孩子学习的研究”)。但是信念的流行几乎没有证据,一般都缺乏可靠的根据。

  订立超过大多数学生智力水平的严苛标准能使他们的学习最优化吗?当然,一些要求是必要的,问题是超出智力水平多少是有益的,会不会订得过高了?若要认真回答这个问题而不是敷衍的话,就需要一些实证知识:不能学会整个课程大纲的学生能够很好地理解某一部分知识吗?或者,在某些超额的程度上,学生会不会觉得超负荷和迷惑,可能导致他们比压力小的时候学得更少?据我们所知,没有正式的教育研究能够直接针对这一问题。因此,这一领域有待于哲学定性(即关于高标准的激励作用)与个人经验(即试图帮助失落的学生)之间的相互碰撞(来解决)。在合适的研究建立之前,可能相关讨论都不会有太大进展。但是,要再次声明的是,双方观点的支持者都应当被适当地引入研究设计之中,以提高结果的可信度。

  5、在帮助学生学习和要求学生学得更多之间,平衡点在哪里?

  教学数量和学习质量之间的较量显然是需要权衡的。质和量的各自支持者们不得不同意,离开了对方,质和量都是没有用的。但是,它们在相互竞争教学时间。传授的知识数量越多,能用在每个知识点上的时间就越少;而增加任何一个知识点的教授时间,留给其他的时间就会更少。唯一的问题是最佳平衡点在哪里,应当享有最高优先级的内容是什么(在这里,高质量的教学是怎样的,则是另一个问题)。我们相信,两个阵营之间强调重点的不同是源于理解上的不同:一是现在大部分学生有多了解科学,一是要更成功地教他们有多难。我们相信早先认为数量优先的支持者最终会发现学生的知识有多贫乏,并区分出教师教了什么和学生学到什么,而且认识到学生的误解有多根深蒂固,他们会因此意识到有必要减少不可能学会的超出课程要求的内容,调整达到合适的质和量的平衡点——给予质更高的重要性,并且需要减少对量的注重。
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  阿尔格伦博士是美国科学促进协会“2061计划”的副主管以及明尼苏达大学的教育学名誉退休教授。大学期间,他在芝加哥大学获得物理学和心理学本科学位;他获得的硕士学位包括芝加哥大学教育学硕士学位,普渡大学物理学硕士学位,并在哈佛大学取得教育学博士学位。他是哈佛物理学计划(Harvard Project Physics)以及《面向全体美国人的科学》和《科学素养基准》的主要参与者。阿尔格伦博士在教育学领域的研究已在下列出版物中发表,例如《美国生物学教师》(American Biology Teacher),《美国教育研究杂志》(American Educational Research Journal),《应用心理学测量》(Applied Psychological Measurement),《发展心理学》(Developmental Psychology),《教育领导》(Education Leadership),《数学教育研究期刊》(Journal of Research in Mathematics Education),《科学教学研究期刊》(Journal of Research in Science Teaching),《自然》(Nature)以及《物理学教师》(The Physics Teacher)。阿尔格伦同时也是联合国教科文组织泰国国家科学技术学院教学发展的顾问,还是富布莱特法案基金在以色列魏茨曼科学研究所的科学教育学讲师。


  一些基本的区别

  在所有这些对建立标准的狂热中,有一些基本观点上的区别。一种比较极端的观点是,某些教育者可能认为,不应当要求学生承担任何具有挑战性的任务。而另一种较极端的观点是,某些教育者可能相信,只要他们提出要求,所有学生都能学会。大部分教育者(或者从更普遍意义上而言,关注教育的人士)都处于这两种极端中间的某一位置,尽管中间的每一方都有可能将另一方歪曲地描述成极端的。

  站在其中较为乐观的一边,教育者们会认为,将目标标准订得高于几乎所有学生的水平是促使他们获得高的成就的最佳途径——因而,标准越有挑战性,他们就会越有收益。而站在其中较为悲观的一边,教育者们则会认为,学生应当真正理解他们在学什么,这需要充分考虑他们现阶段的理解水平——因而,考虑到这个因素,应当降低对某些主题的强调程度。

  乐观者会这样回应:降低标准会鼓励老师教得更少,使学生学得更少。而悲观者将会回应说,将目标订在超出学生智力水平之上会使他们中的大部分人产生挫败感,从而学不到任何有意义的东西。这会令大多数学生感到迷惑,逼迫老师草率地匆匆掠过过多的教学材料,最终他们只能学到一些表面现象(如同记忆专业术语之类的)。

  乐观者的一个前提是许多老师知道如何恰当地教授科学知识(或者培训他们的那些人知道怎么做),并且很多学生现在都知道怎样能学好科学知识。如果这些前提是成立的,那么即使是悲观主义者也会承认,增加要求能够提高成绩。

  悲观者的前提是就总体而言,老师并不知道如何恰当地教授科学知识,并且只有非常少的学生——无论是过去还是现在,在中学还是大学,能够真正理解、记忆并且使用他们所学的东西。如果这些前提是成立的(正如录影带里的哈佛和麻省理工学院毕业生对于标准科学问题的回答的案例那样),那么即使是乐观主义者也会承认,增加要求可能会制造出更多的混乱和浅薄,从而降低成绩。

  因此,在问题与答案之间存在双重讨论:(1)现在教学和理解能力的现状是什么?以及(2)不论水平如何,怎样的改变能够改善它?乐观者对于这些问题的答案将会是(1)对于好老师而言是相当好的,以及(2)更多的要求。悲观者的答案将会是(1)对于大部分老师而言是不足的,以及(2)更多地关注于学生是否理解。

  问题出在哪里的差异被一些观念的差异所覆盖。悲观者质疑乐观者其实并不在乎大多数学生是否在学,只要学习对于那些可能成为科学家的学生而言是有益的就够了(而且这种现象可能稍后在他们自己的班级出现)。乐观者质疑悲观者是“自负”的鼓吹者或者是“后现代主义者”,他们认为科学事实并不存在,而只存在文化结构来阐述世界是怎样的。我们猜测,各方都会有一些支持者认为这些怀疑是合理的。但是他们是少数,并且如果没有他们的存在,这场辩论会进行得更好些。

  我们不需要这么多谩骂和指责,我们需要的是更多的关于学生到底学得怎样的事实。

  *《私人宇宙》,引自安妮伯格科学教育合集,1-800-学习者


  面对研究辩论中的泛基督主义

  在加州关于标准问题的争论中,质和量的支持者中间弥漫着相互的敌意,而一些问题则有被遗忘的危险:

  1、加州的许多新标准都是非常好的,兼具重要性和可学习性。大部分内容似乎都借鉴于(至少是与其保持一致)《基准》或者《全美科学教育标准》(NSES)。新闻记者们似乎都在引用这些作为例子来询问它们有什么不合理之处,好像所有的标准都是相当合理的,而且与它们对立的观点所表示出的疑惑都是可以理解的。对于加州标准整体质量差的评价是源于,对于数量和难度的过高期待已经被合理化了。这种评价也源于低年级中许多不现实的合理化标准的设定。

  2、质和量的支持者都不是坏人。他们都是想为学生争取更多更好的科学教育,而且都乐意为反对他们所认为的对方的错误观点而精神旺盛地战斗。(例如,因为不清楚怎样发现学生的真实想法,量的鼓吹者并不相信那些在学校能够背诵老师想要他们听到的内容的学生,事实上对真实世界是怎样的的确持有非常不同的观点)。但是质和量的提倡者双方都不相信对方有可信的证据。我们必须非常精准地去描述研究方法,那些怀疑者才能够自己去发现问题。与此同时,令人信服的研究必须涵盖双方阵营的观点。当双方看到了事实的时候,他们可能会转变立场。

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