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诺贝尔物理学奖得主Carl Wieman:“创造”科学家

决胜网获悉,在GES2019未来教育大会上,诺贝尔物理学奖得主、斯坦福大学教授Carl Wieman发表了名为《“创造”科学家》的主题演讲。

Carl Wieman表示,今天要将的是过去30年当中自己对教学、科学方面的的一些观察,尤其是关注一些专家教学的方式,或专注于如何能够帮助学生获得更好地解决问题的能力。在过去的几十年当中,教育领域的研究进展是非常明显的,教学或者是复杂的思维逻辑、工程思维、学科思维、解决问题的思路等都在不断地改进。这可能跟大脑学科有关,一些基本的大脑层面的研究在深化——学习的架构是什么,以及大脑的运作机制。通过把跟大脑学科有关的研究发现引入到教学当中、课堂教学当中,同时改进考试体系,包括教授在科学领域的教学研究,也会想一想如何在高等教育当中辅助学生有更好的学习效果。

在一些复杂的思维模式之下,学习是如何发生的?之前的教学过程,是非常传统的,如果把它们放到一种知识的海洋当中,你可以看到传统的教学思维,实际上取决于你的思维起点是什么,当你使用这种模式的时候,基本上最主要的关注点是:你要烹饪的知识菜肴当中,应该包括哪些元素?

第二种是要选择拥有最好、最佳的大脑的学生,能够促进他们去有效地吸收专业知识。最近的一些研究,给我们描述的是另外一种不同的学习场景,还是这些学生的大脑,没有太大的差别,但是方式是很灵活的。通过对教学过程进行一些改变、或者是进行一些更新,改变了大脑传播的方式,然后大脑的一些重要节点或者神经元,便能够得到激发、帮助学生提升解决问题的能力。

这些结果与大脑成像相关,这张对比图就是在X光下对两个人的一种展示。在右边的是一个医学院的学生,在左边的是一个影像学专家的大脑。你可以看到他们大脑激活点都是不一样的,他们使用完全不一样的方式在解释。因为他们是不同领域的专家,所以在思考同样内容的时候,大脑激活点是不一样的。

有效的教学方式对人类大脑是非常有帮助的

从研究的角度,我们还有其他的一些结论。实际上,教学方法要考虑教学内容是什么?有可能跟这个模型会有完全相反的结果。为什么是这样呢?教学实践能够决定你的大脑是如何运作的,它的强度有多少,在一些变化的环境当中,一些不同的神经元连接中,它产生的反应也不同。这是整体大的原则。

给大家分享一些在教学环境中的具体的例子。一个教室当中,不同学科的学生在学相同的内容,完全一样的内容。它运用两种不同的方式来教学,第一个是控制组,控制组由一个有丰富的教学经验的教授来讲课,教学方式就像传统课堂一样,教授来上课,学生竖起耳朵来听。

实验组是用同一个老师来教学,但这组学生以教学的方法来学习。采取相同的课程教材,但不同的教学方式,就可以看到两者之间对比后,有多少学生得到改善。

因此可以看到不同学生的数量,以及对于不同的学习层级的差别,他们在试验中有三天时间来学习,我认为效果是非常显著的,学习状态也是非常紧凑的。对所有的学生而言,不同的教授方式会带来不同的能力改善情况,有效的教学方式对于人类大脑也是非常有帮助的。

产生巨大差别还有一个非常重要的原因,就是教师的特性的改变。之前他们完全是课堂的主导者,但现在教学方法已经完全改变了。在新的教学当中,并不是让教师告诉学生信息,而是让他们有更多实践来自己做出决策、来解决一些问题、教师跟学生坐在一起共同来解决这些问题。可以看到,在新的教学方式中,学生在学习和决策过程当中有更多实践机会,而且这种方式能够让学生的大脑得到更加完全的训练。

可以看到,新的教学方式中,学生能更多地参与决策过程、解决问题。而且对于这样一种测试,能够来寻求更多的匹配度,比如涉及到不同的知识,以及动机和机理机制,这些都是非常重要的。因为在长时间的学习中,机理机制能够确保大脑不断改变学习的进程,释放更多的积极信号,同时也需要关注到很多其他的细节内容,比如大脑的构成,以及大脑的极限。

科技在教育当中的决策到底是什么?

Carl Wieman认为也需要有很多不同点,必须要能够产生最好的结果。首先能够来解决这些问题的,是找到专业知识的讲述。我们可以看到,哪些是对学生有益的,对此大家可以持续性的改变。同时,我们需要知道这些都是非常重要的,需要思考教学的方式,思考一下一个教师应该做什么?而且基于专业知识、以及课程的设置、跟最近的一些研究发现,我们可以看到一些细节,以及解决问题的独特方式。同时,我们需要知道在不同的课程当中,会涉及到诸如30个相应的决策。

在每个领域当中展开教学,即使是独立的大脑做出共同的决策,而且对于解决这些领域的问题的时候,都有相应可预测性的模型,清楚地了解关于未来以及未来教育,大脑各大区域是怎么来相同协作的。

随后大家可以看到更好的决策过程。看到这样一个相应的框架,知道学生怎么来学习,得到更多的指导。同时解决问题的框架,对于评估学习非常有用,会比较专家和学生的问答,来进行科学地指导改进,同时通过反馈,制订解决问题的策略。

在斯坦福大学,美国正在推动改变临床推理教学方式,而且会有一些非常重要的能力决策的改变。我们知道斯坦福大学的医学生学习能力强到可以通过任何测试,但当让他们做出医学决策的时候,他们并不知道什么时候使用他们的知识。未来会有更好的管控,事实上也改变了课堂,帮助学生做出带有反馈和诊断的决策。

科技在教育当中的决策到底是什么?大家知道,很多人认为科技可以解决所有的问题,比如说科技改变了远古传授至今的方式。到现在,再到未来,事实上这并不是科技来作出决定的。

我们真正需要做出的一大转变,就是说科技怎么来促进,如何助力发展。其中的一种方式,就是我们有更好的沟通,在学生和学生之间,以及导师和学生之间,导师和导师之间等等。

通过这些方式,我们会知道一些全新的能力,会有更好的沟通方式。可能我们会在玩电脑的时候,看一看周遭世界发生哪些事情,学生可以在电脑上搜索信息的时候提出问题。如果说问题在电脑上有,就可以在互联网上寻找答案,形成重点的思考。

最后,Carl Wieman期待在不远的未来,对于大学而言的话,能够意识到,拥有专业知识的教授、以及对于全校师生需要有更好的衡量标准与方式,进而通过这些方式能够不断塑造我们的能力,同时来解决专家级的问题,同时未来的老师也能够帮助K12的学生们。

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