《自然》：幼兒園至大學最具創新科教項目

    這些5歲的孩子很自信：他們認為樹通過搖晃枝葉製造出風。但老師並沒有糾正他們的答案，反而問有沒有人在沒有樹的地方看到過風。一名男孩回想起有次去海邊，風捲起海水和沙子，但視線中卻沒有一棵樹。另一個男孩説，前進中的車輛會讓葉子旋轉。於是，孩子們認為樹不是微風的源泉。

    這是德國“小科學家之家”裏常見的一幕。這個項目啟動至今時間不足10年，但卻已經覆蓋了該國超過一半3~6歲的孩子。“小科學家之家”項目于2006年由一個德國商業領袖團體發起，從2008年開始受到聯邦政府支援與資助。現在，該項目的不同版本已經蔓延至澳大利亞、奧地利、荷蘭、巴西和泰國，而且泰國已經發展了14000個類似的教育中心。

    “小科學家之家”僅是通過與周圍世界互動，激勵青年發現心中的“內在科學家”的全球許多類似項目之一。其效果已經被數千個實證研究證實。近日，《自然》雜誌展示了類似實踐的創新例證，這些例子覆蓋了從學前教育到大學教育的範圍。如果你希望把一個蹣跚學步的孩童培育成一名21世紀的科學家，或許可以借鑒下這些課程。

    學前啟蒙

    “小科學家之家”標誌著傳統教育者角色的改變，參與該項目的幼兒園教師Christina Jeuthe説。教師會讓幼兒詢問關於自然現象和日常所見的問題，當孩子們對這些問題給出幼稚的答案時，老師會幫助他們用活動驗證問題的答案——實際上這有些類似于模倣成年人做科研的方法。

    有關活動會從幼兒熟悉的事物和經歷開始，當把這些場景應用於不同地方和文化時，會産生相當多的創造性。比如，澳大利亞版本的“小科學家之家”不能看到冬日下雪結冰等天氣現象，所以他們就讓幼兒的注意力集中到冰塊上。在泰國，有一項活動需要借助孔明燈，孩子們説，他們喜歡類似的即興實驗。提倡該項目的教育者説，幼兒在此過程中學到了如何做計劃、解決問題的寶貴經驗，更不用説是提升自信心了。

    然而，德國萊布尼茨科學和數學教育研究所化學教育專家Mirjam Steffensky説，評估該項目對學生的影響卻存在難處。德國科學和工程院以及其他教育基金會已經委託Steffensky和其他研究人員對該項目進行獨立評估實驗，據了解這項為期3年的評估將在2016年完成。

    事實上，根據2013年對於3000多名參與該項目的教育工作者的問卷調查，參試者均表示他們感到更加自信，並且對科學教育更感興趣。“只要給孩子們空間、時間和可能性，我相信他們一定會成長得更好，我相信他們會這樣。”Jeuthe説。

    中學合作

    華僑中學（HCI）是新加坡一所精英中學，僅招收最優秀的學生，這些學生可以獲得先進的教育設施，如原子力顯微鏡和細胞培養孵化器。這些設備即便是一些大學生看來也會眼紅，但對於該校教導主任Har Hui Peng來説，這些設施仍然遠遠不夠。她一直希望可以給學生更多挑戰，給他們一個與外部世界相連的做科學的環境。在認識美國教育專家George Wolfe之後，她的想法終於有了落實的機會。Wolfe告訴Har，他決定成立科學學院（AoS）—— 一所位於弗吉尼亞州施特林市的公立精英中學，學生在這裡可以設計和做科研。兩人還就訓練學生擁有一項21世紀科學素養的獨特機遇達成共識，即合作。

    從2006年開始，每年10月，12名左右14~15歲的HCI學生有機會到AoS參加持續一學年的研究項目。他們每4人一組——每組有兩名來自新加坡和美國的學生，參加一些實驗如篩選具有抗菌化合物能力的蛆蟲。9個月後，AoS的學生會到新加坡和他們HCI的實驗夥伴一起完成最終的分析，並完成實驗結果展示。

    一開始，很多傳統文化套路會産生明顯影響，AoS參與該項目的學生Ashley Ferguson説。“美國學生會更加積極主動、自由流暢地對話。”她説，而他們的HCI夥伴則更加專著、關注點較窄。“我們應該更好地學習更加結構化、邏輯化的思維方式。”目前在弗吉尼亞大學讀書的Ferguson説。

    最重要的是學會團隊協作，Har和Wolfe均如此認為。最好的地方是“學生開始彼此關心，為彼此考慮”，Har説。現擔任AoS主任的Wolfe也表示：“我們的使命是教會孩子們如何做科學。如果你看看現實世界中科學家真正做的事情，會發現沒有人在真空環境中工作。”

    青少年研究者

    通過訪問一個由歐洲核子研究委員會（CERN）設立在英國的分佈式電腦網路，Cal Hewitt在做一些物理計算。Hewitt是英國坎特伯雷西蒙·蘭頓學校的一名學生，該校的學生通常會設計和執行真正雄心勃勃的實驗。包括Hewitt在內的一些學生曾在科學大會上作過報告；一些人甚至還在同行評議期刊上發表過原創研究成果。

    這所學校的校訓很簡單，管理該校科研項目的西蒙·蘭頓中心的負責人Becky Parker説：“給學生一個做真實科學的機會，體會科學發現帶來的興奮。”

    西門·蘭頓是一家國立精英教育機構：招生生源基於學生11歲時的能力測試。該校的青少年研究項目大約在10年前啟動，當時Parker決定簽訂意向協議，可以讓二年級學生通過遠端線上訪問澳大利亞和夏威夷的望遠鏡。該校採用的不是教師示範的標準模式，Parker把控制權交給了學生，學生也沒有讓他失望——他們利用學校賦予的自由，確定了六七顆近地小行星的存在，並且發現了兩顆新的近地小行星。

    同時，蘭頓的學生還參與了由英國國家空間中心主辦的一次競賽——根據他們在去往CERN的一次實地考察中提出的宇宙射線偵查技術的相關提議，設計一個可以在太空中進行的實驗。現在，這些學生正在通過CERN的MoEDAL（大型強子對撞機上的單極和特種探測器）尋找一些物理學上最奇異的現象，如微型黑洞。

    這才是教育應該做的，蘭頓學生、MoEDAL團隊成員Caitlin Cook説。“我們已經在前沿作了如此多的工作，它向我們證實了做物理學研究的本來面貌。”她的同學 Fleur Pomeroy説，“為什麼有些人要質疑我們是否可以做真正的科學呢？”

    跨學科大學生

    當Tyler Heist考慮他在大學第一年的計劃時，他決定讓自己沉浸在科學之中。大多數高校科學課程都是由單個院係管理，僅僅集中在一種科學領域，但弗吉尼亞州裏士滿大學綜合定量科學課程卻同時提供5個科學領域的入門課程：生物、化學、物理、數學和電腦科學。更好的是，這些課程會組織一些跨學科問題的專門課時，如抗生物耐藥性、細胞對熱量的反應。2010年，Heist申請了該課程的20節選修課，並通過了許可。得益於此，今年年底他將去普林斯頓大學讀電腦生物學博士。

    跨學科課程起源於十多年前的一份報告。美國國家研究委員會在報告中總結稱，生物學研究已經發生了顯著變化，進而與物理學以及電腦科學家緊密相連，但生物學教育還沒有跟上這一腳步。裏士滿大學生物學教授April Hill認為，解決這一問題的最佳方式是通過真正科學問題的鏡頭聚焦，從多學科領域審視核心問題，從而重新設置入門課程，而不是採用傳統的教育方法，讓學生一門課接著一門課地逐一學習。Hill與其同事在2009年首次開始設計他們的交叉學科課程。

    儘管跨學科課程並不新鮮，但Hill的方法卻新穎獨到，針對入門課程結合了5個不同的學科，包括在課程結束後還開設了一個夏季付費實驗室研究課堂。Hill説，用來整合多個學科的額外工作遠遠超過所付的費用，這項課程同時促進了她所在團隊——基本多細胞生物發展管理基因網路——的跨學科合作。“現在，我已經有了6年的跨學科教學經驗，我很想想像如果沒有開設這個課程會怎樣。”Hill説。

    Heist也表示，該項目是一項高水準課程，幫助他閱讀包含物理學或計算生物學在內的主要生物學文獻，並表示該課程還豐富了他作科學研究的方法。“它會讓你重新思考對事物所設置的條條框框。”Heist説。