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編譯丨胡樂樂

《自然》指出，孩子人人都是科學(xué)家，只要從小就給他們合適的科學(xué)教育。孩子傳統(tǒng)上所接受的科學(xué)教育主要是基于講授式的，但這種形式的科學(xué)教育有其顯著的問題。尤其是在21世紀(jì)的今天，這種形式的科學(xué)教育越發(fā)凸顯其問題。對此，《自然》認(rèn)為，為了培養(yǎng)21世紀(jì)的科學(xué)家，我們的教育需要培養(yǎng)孩子“創(chuàng)造性的問題解決能力”（creative problem solving）、“批判性思維”（critical thinking）和“合作”（collaboration）等“軟技能”（soft skills）。

《自然》指出，教育工作者和教育研究者現(xiàn)在呼吁科學(xué)教育的變革。他們指出，許多現(xiàn)代技能——“21世紀(jì)的技能”，諸如創(chuàng)造性、堅持不懈等，能夠并且應(yīng)該通過設(shè)計良好的科學(xué)課程和教學(xué)教給孩子并培育他們。《自然》相信，聚焦于這些技能的科學(xué)教育能夠增進(jìn)學(xué)生掌握和保持知識的能力，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生選擇STEM學(xué)科，未來成長為新一代科學(xué)家——他們同時是未來多學(xué)科的勞動力。而且，《自然》也相信，良好的學(xué)校STEM教育還有另一顯著好處——促使下一代人具有普遍良好的科學(xué)素養(yǎng)。

在德國“小科學(xué)家之家”（Haus der kleinen Forscher，Little Scientists' House）里，一群5歲的小孩子對樹通過搖晃枝葉產(chǎn)生風(fēng)很自信。老師沒有糾正他們的答案，而是反問他們有沒有誰在沒有樹的地方看到過風(fēng)。一個小男孩回想起他有一次去海邊，風(fēng)卷起海水和沙子，但視線中卻并沒有一棵樹。另一個男孩說，前進(jìn)中的車輛會讓葉子旋轉(zhuǎn)。于是，孩子們得出了結(jié)論——樹不是風(fēng)的源泉。

這是德國“小科學(xué)家之家”里常見的一幕。雖然這個科學(xué)教育項目啟動至今時間不足十年，但卻已經(jīng)覆蓋了德國超過一半的3～6歲的孩子。2006年由一個德國商業(yè)領(lǐng)袖團(tuán)體發(fā)起的“小科學(xué)家之家”項目，從2008年開始受到政府的支持與資助。現(xiàn)在，這個項目的不同版本已經(jīng)擴(kuò)展到了奧地利、荷蘭、巴西、澳大利亞和泰國。其中，泰國現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展了1.4萬個類似的教育中心。

“小科學(xué)家之家”的效果已經(jīng)被數(shù)千個實證研究證實。與此同時，值得注意的是，它僅僅只是通過與周圍世界互動，激勵孩子發(fā)現(xiàn)心中的內(nèi)在科學(xué)家的全球眾多類似項目之一。在全球各地，教育工作者正在努力讓孩子從小就愛上STEM。

參與“小科學(xué)家之家”的幼兒園教師克里斯蒂娜·朱約斯（Christina Jeuthe）說，“小科學(xué)家之家”標(biāo)志著傳統(tǒng)教育者角色的改變。教師會讓幼兒詢問關(guān)于自然現(xiàn)象和日常所見的問題。當(dāng)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——這實際上類似于模仿成年人做科研的方法。

這些活動會從幼兒熟悉的事物和經(jīng)歷開始。當(dāng)把這些場景應(yīng)用于不同地方和文化時，會產(chǎn)生相當(dāng)多的創(chuàng)造性。比如，在泰國，有一項活動需要借助孔明燈。孩子們說他們喜歡類似的即興實驗。倡導(dǎo)該項目的教育工作者說，幼兒在此過程中學(xué)到了如何做計劃、解決問題的寶貴經(jīng)驗，更不用說提升自信心了。

根據(jù)2013年對3000多名參與“小科學(xué)家之家”項目的教育工作者的問卷調(diào)查顯示，參與的學(xué)生均表示他們感到更加自信，并且對科學(xué)教育更感興趣。對此，克里斯蒂娜·朱約斯指出：“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?！?/span>

通過訪問一個由歐洲核子研究委員會（CERN）設(shè)立在英國的分布式計算機網(wǎng)絡(luò)，英國坎特伯雷（Canterbury）西蒙·蘭頓學(xué)校（Simon Langton school）的學(xué)生卡爾·休伊特（Cal Hewitt）在做一些物理計算。該校的學(xué)生通常會設(shè)計和執(zhí)行真正雄心勃勃的實驗。包括卡爾·休伊特在內(nèi)的一些學(xué)生曾在科學(xué)大會上作過報告；一些人甚至還在同行評議期刊上發(fā)表過原創(chuàng)研究成果。

西蒙·蘭頓學(xué)校的教育哲學(xué)很簡單。管理學(xué)?？蒲许椖康奈髅伞ぬm頓中心（Langton Star Centre）的負(fù)責(zé)人貝基·帕克（Becky Parker）說：“給學(xué)生一個做真實科學(xué)的機會，體會科學(xué)發(fā)現(xiàn)帶來的興奮?！?/span>

西蒙·蘭頓學(xué)校是英國一家國立精英教育機構(gòu)，其招生生源基于學(xué)生11歲時的能力測試。該校的青少年研究項目大約在十年前啟動。當(dāng)時貝基·帕克決定簽訂意向協(xié)議，可以讓二年級學(xué)生通過遠(yuǎn)程在線訪問澳大利亞和夏威夷的望遠(yuǎn)鏡。而且，學(xué)校采用的不是教師示范的標(biāo)準(zhǔn)模式——貝基·帕克把控制權(quán)交給了學(xué)生。學(xué)生也沒有讓他失望——他們利用學(xué)校賦予的自由，確定了六七顆近地小行星的存在，并且發(fā)現(xiàn)了兩顆新的近地小行星。

同時，西蒙·蘭頓學(xué)校的學(xué)生還參與了由英國國家空間中心（National Space Centre）主辦的一次競賽——根據(jù)他們在歐洲核子研究委員會的一次實地考察中提出的宇宙射線偵查技術(shù)的相關(guān)提議，設(shè)計一個可以在太空中進(jìn)行的實驗?，F(xiàn)在，這些學(xué)生正在通過歐洲核子研究委員會大型強子對撞機上的單極和特種探測器（MoEDAL）尋找一些物理學(xué)上最奇異的現(xiàn)象，比如微型黑洞。

西蒙·蘭頓學(xué)校的學(xué)生、MoEDAL團(tuán)隊成員凱特琳·庫克（Caitlin Cook）說，這才是教育應(yīng)該做的。她還說：“我們已經(jīng)在前沿做了如此多的工作。它向我們證實了做物理學(xué)研究的本來面貌?！逼渫瑢W(xué)弗樂·波默羅伊（Fleur Pomeroy）說：“為什么有些人要質(zhì)疑我們是否可以做真正的科學(xué)呢？”他們認(rèn)為他們做的就是科學(xué)——青少年學(xué)生也可以做真正的科學(xué)。

新加坡的華僑中學(xué)（Hwa Chong Institute，HCI）是一所精英中學(xué)。它僅招收最優(yōu)秀的學(xué)生。這些學(xué)生可以獲得先進(jìn)的教育設(shè)施，比如原子力顯微鏡和細(xì)胞培養(yǎng)孵化器——這些設(shè)備即便是一些大學(xué)生看來也會眼紅。但對該校研究主任來說，這些設(shè)施仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。她一直希望可以給學(xué)生更多挑戰(zhàn)，給他們一個與外部世界相連的研究科學(xué)的環(huán)境。

在認(rèn)識美國教育專家喬治·烏爾夫（George Wolfe）之后，她的想法終于有了落實的機會。喬治·烏爾夫告訴她，他決定成立科學(xué)學(xué)校（Academy of Sciences，AoS）——一所位于美國弗吉尼亞州施特林市（Sterling）的公立精英中學(xué)，學(xué)生在其中可以設(shè)計和做科研。兩人達(dá)成共識，即開展合作。

從2006年開始，每年10月，新加坡華僑中學(xué)有12名左右的14～15歲學(xué)生，有機會到這所美國科學(xué)學(xué)校參加持續(xù)一學(xué)年的研究項目。他們每4人一組——每組有兩名來自新加坡和兩名來自美國的學(xué)生，參加一些實驗，如篩選具有抗菌化合物能力的蛆蟲。9個月后，美國科學(xué)學(xué)校的學(xué)生會到新加坡華僑中學(xué)，和實驗伙伴一起完成最終的分析，并完成實驗結(jié)果展示。

美國科學(xué)學(xué)校參與該項目的學(xué)生阿什利·弗格森（Ashley Ferguson）說，一開始，很多傳統(tǒng)文化套路會產(chǎn)生明顯影響。她說美國學(xué)生會更加積極主動、自由流暢地對話，而新加坡華僑中學(xué)的伙伴則更加專注。目前在弗吉尼亞大學(xué)（University of Virginia）讀書的阿什利·弗格森說：“我們應(yīng)該更好地學(xué)習(xí)更加結(jié)構(gòu)化、邏輯化的思維方式。”

最重要的是學(xué)會團(tuán)隊協(xié)作，新加坡華僑中學(xué)研究主任和美國教育專家喬治·烏爾夫都這么認(rèn)為。對于這個科學(xué)教育合作項目，新加坡華僑中學(xué)研究主任說最好的地方是“學(xué)生開始彼此關(guān)心，為彼此考慮”?，F(xiàn)在擔(dān)任美國科學(xué)學(xué)校校長的喬治·烏爾夫也表示：“我們的使命是教會孩子們?nèi)绾巫隹茖W(xué)。如果你看看現(xiàn)實世界中科學(xué)家真正做的事情，會發(fā)現(xiàn)沒有人在真空環(huán)境中工作?！?/span>

當(dāng)泰勒·黑斯特（Tyler Heist）考慮他在大學(xué)第一年的計劃時，他決定讓自己沉浸在科學(xué)之中。大多數(shù)高?？茖W(xué)課程都是由單個院系管理，僅僅集中在一種科學(xué)領(lǐng)域，但美國弗吉尼亞州里士滿大學(xué)（University of Richmond）的《綜合定量科學(xué)》（Integrated Quantitative Science）課程卻同時提供5個科學(xué)領(lǐng)域的入門課程——生物、化學(xué)、物理、數(shù)學(xué)和計算機科學(xué)。

更好的是，這些課程會組織一些跨學(xué)科問題的專門課時，比如抗生物耐藥性和細(xì)胞對熱量的反應(yīng)。2010年，泰勒·黑斯特申請了該課程的20節(jié)選修課并通過了考試。正是得益于此，今年年底他將去普林斯頓大學(xué)（Princeton University）攻讀跨學(xué)科的計算機生物學(xué)（computational biology）博士。

跨學(xué)科課程起源于十多年前的一份報告。美國國家研究委員會（National Research Council）在報告中總結(jié)稱，生物學(xué)研究已經(jīng)發(fā)生了顯著變化，與物理學(xué)和計算機科學(xué)家緊密相連，但生物學(xué)教育還沒有跟上這一腳步。

里士滿大學(xué)的生物學(xué)教授艾普爾·希爾（April Hill）認(rèn)為，解決這一問題的最佳方式是通過真正科學(xué)問題的聚焦，從多學(xué)科領(lǐng)域?qū)徱暫诵膯栴}，從而重新設(shè)置入門課程，而不是采用傳統(tǒng)的教育方法，讓學(xué)生一門課接著一門課地逐一學(xué)習(xí)。艾普爾·希爾與其同事在2009年首次開始設(shè)計他們的交叉學(xué)科課程。

盡管跨學(xué)科課程并不新鮮，但艾普爾·希爾的方法卻新穎獨到——針對入門課程結(jié)合了5個不同的學(xué)科，包括在課程結(jié)束后還開設(shè)了一個夏季付費實驗室研究課堂。她說，用來整合多個學(xué)科的額外工作遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過所付的費用，這項課程同時促進(jìn)了她所在團(tuán)隊——基本多細(xì)胞生物發(fā)展管理基因網(wǎng)絡(luò)——的跨學(xué)科合作。艾普爾·希爾說：“現(xiàn)在，我已經(jīng)有了6年的跨學(xué)科教學(xué)經(jīng)驗，我很難想象如果沒有開設(shè)這個課程會怎樣?！?/span>

泰勒·黑斯特也表示，該項目是一項高水平課程，幫助他閱讀包含物理學(xué)或計算生物學(xué)在內(nèi)的主要生物學(xué)文獻(xiàn)，并表示該課程還豐富了他做科學(xué)研究的方法。