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在教育中的科学研究


译者按:目前,世界各国都在积极采取行动,认真地进行教育改革,以建立有效的终生学习体系。由于我国正处于转型期,又面对着要实现跨越式发展的迫切需要,中国的教育发展和改革步伐越来越快,这是有目共睹的。但是,教育是涉及几亿人、几代人的事,不能凭热情和拍脑袋行事,更不能搞急功近利。中国的教育呼唤理性,需要科学的教育研究来支撑。经彭开平博士推荐,现译出此书的总论一章,以供大家讨论和思考。
    此书提出了教育研究机构规划的六项原则,如能考虑到信息技术的应用和国际跨文化的研究,似更为全面。


                                               韦钰  2002年 8月译

 

    在教育中的科学研究 总论(委员会的总结)


    没有人会认为不需要研究工作就能够登陆月球,或是消除疾病。同样地,人们不能企望,教育改革能产生深远的影响,而不需要基于研究而获得知识来指导。对教育的科学研究,可以阐明日益复杂和由成绩引导的美国教育系统。这方面的研究包含着广泛的课题,包括对非母语学习者的教育、对成绩和自我评估的测评、语言和认知的生物学与心理学基础、公立学校的财政、以及高中后教育和终生学习的产出等。
    对教育中科学研究所具有的性质和价值,对它能在多大的程度上对科学上期待的知识积累做出贡献,在学者、政策制定者和有关人士中存在着长期的争论。最近,由于对它的怀疑,导致有人提议应用立法来界定,用于教育研究的严格科学方法的内涵。
    由于上述提议,加之,对基于实证的教育政策和实践所日益增长的热情,国家研究理事会设立了本研究项目,旨在调查和说明教育科学探究的性质,以及联邦政府如何能更好地促进和支持它。在本委员会的任务中,特别要求“对最近教育科学研究中所发表的有关科学和实践方面的文献进行评论和综合,并考虑如何在联邦教育研究机构中,支持高质量的研究。”。我们并不想去评估现有研究实体的质量和在此领域中已有研究者的质量,或是现有联邦层次上研究工作的作用,因为,我们认为这样巨大的挑战,已超出我们应负责任的范围。换之,我们采用了从历史中吸取教益,而向前看的方法,确定在为实现未来教育研究预期目标中,各不同方面(例如说,研究者、政策制定者、实践者)的作用。

科学的本质
    对所有领域而言,科学探究的核心都是相同的。无论在教育、物理、人类学、分子生物学还是经济学领域里,科学研究都是一个连续的严格推理过程。这种推理来自方法、理论和发现之间能动地相互作用。科学研究以能够被检验的模型或理论的形式,构建知识。科学知识的推进是依靠科学界长期自我调控的规范来达到的,而不是有时人们所认为的那样,是某种特定的科学方法机械地用于一组静态的问题所致。
    在时间长河中,知识的积累是迂回和曲折的。经常是这样,当研究者与其相关的对手们进行激烈的争辩时,来自不那么瞩目的,持有怀疑和批评意见专家方面的结果,却推动了科学的前进。很少能靠单一的研究来取得确定的和持久的结果。为了建立科学知识的根基,运用多种方法、通过长期的实践,并坚持高标准是十分重要的。在研究过程中,为了对科研上的发现进行规范的综合,常常需要不断地去发现、实验和对    不同的现象进行解释,这是许多领域的特征。无论对物理学、生物科学、社会科学或是与教育有关的领域 ,要确立科学知识都需要时间。

科学事业要依靠健康的研究者群体,并且遵循着一些基本的原则。这些原则并不是指导和评价各种研究工作的严格的标准,而是科学界界定科学求知活动的一组规范。我们总结了六个指导原则,它们对所有科学探究,包括教育研究都是基石。

科学的第一原则:引出有价值的、能用实证方法来进行研究的问题
    从直觉的怀疑,到概括和界定出一个有价值的问题,对科学研究来说是很重要的。引出的问题应是为填补现存知识的缺陷;或是为了寻求新的知识;致力于鉴别某些现象的一种或多种起因;对一些假说进行规范的试验等。归根结底,对科学上的某种假说或猜测是否成立的最后判断,取决于能否得到足够的实证。科学家和哲学家都共同主张:科学论断或假说具有可测试性和可驳斥性,这是科学研究的重要特征,而在其他形式的探究中并不典型。引出的问题及为求解它而作的研究计划,必须要反映出对已有有关理论、方法和实证工作扎实的了解。

科学的第二原则:把研究与有关的理论相联系
    科学常常把建立理论作为长期的目标。这种理论不仅对具体的实例,也能对普遍化的某类现象提供经久的解释。不论是以明显或是以隐含的形式,每一种科学探究都会与某种已存在的理论或概念的框架相联,并用它们来指导整个研究活动。 科学通过建立、改善,有时也会更换理论上获得的解说,来积累知识。

科学的第三原则:使用能够直接对问题进行调研的方法

在进行某个特定的科研课题时,根据所采用方法的实用性和有效性,来判断它是否正确。此外,当可以用多种方法来检验时,科学论断的正确性就能得到明显有力的支撑。在不同的研究中,应采用不同的与之相适应的方法,这是很重要的,也是一个普遍的规律。特定的研究构思和方法仅对某一类研究和问题适用,很难针对一系列探究中的所有问题和课题适用。因此,对某个系列有关研究的不同部分,经常要采用很不相同的方法。

科学的第四原则:提供一个连贯的、明晰的推理过程

科学的核心是理性的推论:根据了解和观察,提出解释、结论,或预测。仅仅将已存在技术的规则,以正确的方法加以应用,并不能实现科学的推理,而是需要一个逻辑的推理过程:从实证到理论,然后再回到实证。这个过程是连贯的、可分享的、对怀疑者具有说服力的。从这个过程中获得的推理的正确性,需要通过确定其适用范围和偏移,估计它的不确定性和误差,特别重要的是,要以一种合理的、使人信服的方式,系统地排除虚假的和矛盾的解释,来得到进一步的支撑。对这种程序和分析方法的详细描述是很重要的,以便其他人能对此研究进行批评、分析以及试图去替代它。

科学的第五原则:可重复性和可推广性
    科学的探究强调对各个发现与结果进行校验和证实。由于所有的研究都是基于一些有限的观察,因而,如何能将单个的发现应用于更多的对象和情况,这是很关键的问题。总之,当某些发现能在一定范围的时间和地点被重复时,当它们也能被整合和综合时,科学的知识就被推向前行了。

科学的第六原则:公开研究情况,以便鼓励专业界的审查的批评
    科学研究只有在广泛地传播,并得到专业上同行的评审后 ,才能对知识作出重要的贡献。这种不断进行的、合作性的、公开的批评是科学界兴旺的标志。实际上,科学客观性的保持来自于科学家专业团体共同执行的规范,而不是因为任何个人的性格或任何一个课题的特点决定的。

将这些原则应用于教育
    虽然所有的科学领域都具有共同的原则,但当运用这些原则时,每个研究领域会具有一些特殊性。教育具有它自己的一些特点,不是在于和其他专业和学科研究领域相比它本身的独特,而是因为它是许多领域的组合,因此赋予了教育研究的特殊性。
    教育是一个多层次的、不断移转的、而且存在于机构(如学校和大学)、社区、家庭之间的相互影响之中。它很受重视,又受到相当不同的人群和政治力量的显著影响。由于具有这些特点,因而在研究过程中要注意物理的、社会的、文化的、经济的和历史的环境,这些相互关联的因素常常会对结果产生显著的影响。美国的教育体系如此多样,教和学的过程又如此的复杂,因此,在确定某项理论和发现在多大范围上能推广应用于不同时段、地区、和人群时,注意到上述的关联是特别重要的。
    作为一种专业行为,教育研究也有其确定的特点。例如:在进行教育研究时,要考虑多个学科的期望。此外,由于教育研究包含了对人的研究(如学生、教师),进行研究时,必须保证对上述参与者给予合乎伦理的对待。最后,教育研究还取决于它和实践的联系。联系紧密与否差别很大,有的研究只需要松散的联系,而另一些,则需要和学校及其他有关方面结成共同的伙伴关系。为了能分析各州的考评成绩,需要家长和学校同意有关的测评管理。为了研究提高学生成绩的方法,需要研究者和实践者长期的合作。
    由于教育的独特性,加上对科学指导原则的考虑,限制了属于科学的教育研究计划的范围。某些研究计划并不属于科学意义上的研究。有许多不同的、合理的科学计划可以用于教育研究。从问卷项目统计式的实验研究,到较深入的教师行为的案例研究,进而到运用正电子发射断层脑成像,来进行对许多学习过程的神经认知研究。要成为科学的研究,计划中必须包括:能对某个重要问题进行直接地实证研究;考虑到该项研究的前后关联关系;具有一个初步的方案框架;表现出一个仔细而透彻推理过程;公开结论以鼓励科学界的争辩。     

    为提高联邦教育研究机构科学性的规划原则


    面对着教育实践的复杂性和科学原则的严肃性,以及范围广阔的合理的研究计划,为促进对教育的科学研究,应该如何规划一个联邦的教育研究机构呢?为回答这个问题,我们并没有对美国教育部现有的主要研究机构-----教育研究和改进部(OERC)进行评估。此外,委员会并不负责,也从不企望给出一个联邦教育研究机构的综合蓝图。这些工作最好是留给机构设计专家和政治程序去做。委员会为联邦教育研究机构提出了六项规划的原则,以求能培育该机构中的科学文化。机构的构成细节本身并不是关键所在。在委员会对联邦研究机构一段时期内的工作过程、实践,特别是教育研究机构的历史作的评论中指出:机构的结构并不是机构成功与否的核心问题。当机构中的文化符合科学的原则时,这些机构才能有效。为了培育这种科学的文化,这些机构必须具有一些基本条件,即和政治上的微观管理分开;有足够的、持续的资源支持;由具有顶级科学水平和管理资格的人士来领导,他具有灵活做出决策,并为所作决策负责的信誉。重要的是,这类机构的成功是所有与教育有关权力持有者的责任。政府并不能靠命令来发挥健全的联邦政府的作用。特别是,教育研究界作为专家应负起责任,应该用自己的工作,在一个有活力的教育研究事业中,去促进机构发挥重要作用。下面列出的规划原则,进一步论述了这些核心思想,并提出建立支撑机制的一些建议。

规划的第一原则
    ---- 机构的成员应是具有科学、领导和管理能力的专才
该机构的主任应具有杰出的领导才能,并是一位在教育界受尊敬的研究者。研究人员应该具有同样的资格,同时他们应接受一个书面的项目合同,致力于确定的研究课题和优先领域,组成一些同行专家组织,去执行不同的任务。合格的研究人员对一个健全的机构是如此的重要。我们相信,没有他们,无法谈论其余的事。只有通过这样的研究人员,教育中科学研究的规范才能浸透到机构之中。

规划的第二原则
    ---- 建立一个组织来指导研究议程、通告资助决策和监测工作
    研究机构必须要通过一个合作的过程来求得发展,与教育有关的各个方面都应参与这个过程。组织一个包括研究人员、实践者、企业界人士和政策制定者的顾问会(也许可以参照自然科学理事会),并和一个议程确定委员会一起工作。为了辅助议程确定过程和审查研究的建议,同行评议是唯一最好的模式,虽然它一定不是完美的。常设的同行评议组织,最好应是有任期制的,它可以促进领域里的相互学习和交流,同时也是促进科学不断进展,一个强有力的手段。要使这种通用的机制有效,关键是要选择有优秀科学信誉和跨领域思维能力的同行,同行们进行充分的有才能的合议也是关键。

规划的第三原则
    ---- 机构要脱离不适当的政治干预
    研究机构必须要和政治方面的微观管理脱离,避免过分集中在近期的研究课题上,以及利用研究机构作为推进特定政策或提高政治地位的工具。同时,研究机构的工作也应包括一些政策研究和短期的任务,以应对当前的优先任务和急需。目前,在“混合型”的联邦机构中,存在着同时承担教育研究任务和以服务为方向的项目的倾向,对此我们建议,组织一个机构的研究功能时,应使它和教育的直接改善任务分开,以确保研究任务的条件,它们两者之间可以用知识来相互联系。

规划的第四原则
    ---- 发展一种既集中又平衡的研究风格,以覆盖政策和实践方面重要的短期、中期、和长期的课题
短期和中期的科学研究大多是为了满足回答实践和政策上一些急迫问题。长期的研究则是为了阐明基础的问题,以及集中于理论框架的发展和试验。应该把有关工作方面所有的这些内容,组织成相互关联的项目。在这些项目的组合中,应该包括对研究的综合和对新的科学项目的调研。

规划的第五原则
    ---- 对机构有充分的资金支持
    对联邦教育研究投入的估算表明:它大致为每年对公立小学和中学投入的千分之几,远远小于对应的农业和医学上的投入。从成立起,OERI(以及它以前的机构---国家教育研究所)的研究经费一直显著地在下降。1973年,它的预算超过5.25亿美元,目前大致为1.3亿美元(两者都用2000年的美元价格换算)。由于经费的直线下降,它已无法对它的项目进行正常支付,因而也很少可能去从事长期的研究项目。 我们重复以前几个调研和委员会的意见:如果它的任务覆盖了对它前任机构的要求,就应该大大增加它的研究经费。经费停滞、承诺不能兑现,或是两者都有,意味着对教育中的科学研究没有认真对待。

规划的第六原则
    ---- 对研究的基础条件进行投资
    这种机构应该在建设基础条件上持续地进行投资,以增强科学的能力,支持高素质的教育研究者的群体,以及加强它自己的运转能力。 由于一个机构在许多方面都是它所支持领域的代表,项目也应该包括对人力的投资(即支持研究方面的培训和奖学金)。同样,促进少数民族参与研究课题和使用数据也是很重要的。研究机构也应该用一部分力量去推动实践者和研究者之间的联系,包括基础数据的采集,这是在许多领域基本的研究活动,还应包括建立和实践界长期的伙伴关系,以改善研究的质量和它的运用。

发布于2004年10月31日 20:40 | 评论数(4) 阅读数(5882) 我的文章

开展信息社会中学习科学的研究


我们可以断言:新经济社会是一个基于互联网环境下的学习社会。在这个社会中,人必不可少的技能是学习,最重要的文化是学习的文化。在一个科学技术如此重要的社会中,人们科技素养的高低,不论对个人还是社会,无疑都是决定性的因素。学习科学有两重含义:一方面是指对科技的学习(学科学),即研究如何使学生通过学习科技,不仅仅是能获取知识,更重要的是要掌握获取科学方法,培养科学精神、科学态度和科学研究能力。学习科学另一也许是更重要的方面是指为了科学地学习而研究学习的科学,即把学习置于有关科学的指导之下。学习的科学(SCIENCE OF LEARNING)是一跨学科的,新的研究领域。这两方面的问题自然是密切相关的。在这里我们将谈论后一方面的问题。
    学习的科学就是要研究学习的规律,研究学生如何有效地从原有知识向新知识的转移,中国成语"举一反三"和"触类旁通"都很好地表述了学习的规律。 目前研究学习科学的主要有两类方法:一类是从现有教育学和心理学,以及成功的实践中提出规律;另一类是基于跨学科的更为基础的研究。它涉及教育、神经科学、认知心理学、发育生理学、计算机科学、人类学和社会心理学等学科。
    现在国际上提倡的“探究式学习(inquiry learning)“或称”主动式学习(Active learning)”的学习思想和实践,就属于弟一类。探究式学习主张在实践中学习,认为听会忘记;看能记住;做才学会(You hear ,you forget; You see, you remember; You do, you learn。)。 美国诺贝尔奖金获得者Leon Lederman在十五年前提出了“HANDS ON”的学习模式。五年前,由法国的诺贝尔奖金获得者G。Charpak  引入法国,称为 “La Main a La Pate”,意为“动手和面吧”,也是动手做的意思。这些教学改革,已经取得了公认的成功,被有关国家列为教育改革的主要内容。我们也准备结合中国的实践,从今年开始开展这种教学模式的试点,取名为”做中学”。
   十余年前,当有关儿童发展的主要研究还从不涉及大脑时,几位有远见卓识的科学家就开创了认知神经科学这一新的研究领域。近来,尤其是最近10年,神经科学取得了巨大进展。过去10年取得的成就也许超过了以前在整个人类文明史所积累的成就。所以20世纪90年代常被称作大脑十年。 有许多新方法新仪器都可以用于脑研究,其中正电子成像术(PET)和功能磁共振成像(FNMR)等详细观察大脑的所谓非侵入成像技术的发明与应用,可说是一大突破。现在,脑神经科学从实验研究中开始提供了有关数据,以证实提出的许多学习原则。
    已经有许多例子可以说明已经取得的进展,但限于篇幅,这里只能略去。下面仅列出从这些例子中,我们可以得到的结论:
    1 我们的灵魂或思维与肉体不是分离的,而是要和我们大脑中神经元组织、树突结构、突触的树突棘等形态有关,它们不仅取决于基因,也取决于经历,特别是学习的经历,并从良好的经历中受益。
    2 发展不仅是一个受生物规律驱动的进化过程,也能是因学习而促成的主动过程。也就是说,学习改变了大脑的结构,这些结构的变化,改变了大脑的某些功能。换句话说,学习能在一定程度上组织和改组大脑。
    3 研究表明,有些经历在童年特定敏感时期有极其强大的影响,而其它一些经历影响大脑的时间则可能长得多。
    4 我们不仅要关注儿童的智力发展,更要注意儿童的情感发展。不仅儿童的学习,他们的自尊和与社会的关系也深受情感的影响,。在早期发展中儿童情感的发展,和智力一样都深受经历的影响。

认知神经科学开始对教育工作者非常感兴趣的问题提出一些解释,也许不是最终答案,但却给我们以深刻的启迪。在教育领域里工作的专家应当认真研究这些知识,努力科学家合作,把教学建立在坚实的基础研究之上。我认为这种研究可以引导我们的儿童健康、扎实而优美地发展。互联网引入教育领域后,学习方式的改变、学习思想的改变、甚至生活方式的改变才是我们实现教育跨越发展中最重要的。

发布于2004年10月31日 20:40 | 评论数(7) 阅读数(6179) 我的文章

“做中学”科学教育计划及关于学习的科学


什么是学习的科学?

学习科学有两重含义:一方面是指对科技的学习(学科学),即研究如何使学生通过学习科技,不仅仅是能获取科学知识,更重要的是要掌握获取科学知识的方法,培养科学精神、科学态度和科学研究能力。另一个方面是指为了科学地学习而研究学习的科学,即把学习置于有关科学的指导之下。学习的科学(SCIENCE OF LEARNING OR LEARNING SCIENCE)是一跨学科的,新的研究领域。这两方面的问题自然是密切相关的。

学习的科学就是要研究学习的规律,研究学生如何有效地从原有知识向新知识的转移,中国成语“举一反三”和“触类旁通”都很好地表述了学习的规律。 目前研究学习的理论主要有两类方法:一类是从现有教育学和心理学以及成功的实践中提出规律另一类是基于跨学科的更为基础的研究。它涉及教育、神经科学认知心理学、发育生理学、计算机科学、人类学和社会心理学等学科,我们称其为学习科学。

“做中学”科学教育计划

为了迎接21世纪的挑战,我国的教育界、科技界正以强烈的使命感、责任心和勇于开拓、实事求是的精神,努力探索符合我国国情的发展教育、发展科学技术的道路。教育部和科学技术协会共同倡导、发起和推动的“做中学”(LEARNING BY DOING)科学教育改革实验。它是促进我国幼儿园、小学科学教育发展,实现素质教育目标的一项重大教育改革计划。

主动式学习Active learning)

听会忘记;看能记住;做才学会。

You hear ,you forget;You see, you remember;You do, you learn

“HANDS ON”、“La Main a La Pate”

美国诺贝尔奖金获得者Leon Lederman在十五年前提出了“HANDS ON”的学习模式。这些教学改革已经取得了公认的成功,被有关国家列为教育改革的主要内容

从1991年8月起,在美国2061计划的基础上,以美国的国家科学研究会(NRC)为首,先后动员了万余人,为期四年,制定了美国历史上第一部科学教育的标准,1995年12月发布,其中把“动手做”探究式学习 ( Hands-On Inquiry Learning)”列为进行改革的原则之一.

1994年,法国国民教育部派出了以诺贝尔物理奖获得者萨帕克教授为首的代表团,专程到美国考察利德曼博士在芝加哥进行的”动手做”的科学教育改革和在加利弗尼亚进行的类似的改革.回法国以后, 萨帕克博士写到:在教室里,人们为学生表现出这一阶层少有的求知欲,好奇心和全身心投入而感到震惊,教育质量无可挑剔.他建议在法国小学里进行类似的科学教育改革。这一建议得到了法国国民教育部和法国科学院的支持.取名为”La Main a la Pate(LMLAP)”的科学教育改革从此在法国起步.

经过评估,1999年6月,法国科研教育部决定在法国全国推开科学技术教育改革.目前已制定了法国国家小学科学教育大纲和科学技术教育革新计划,即将颁布执行.该计划主要借鉴“动手做”改革试点中所积累的经验,并把它作为教育革新计划创新部分的核心。

2000年11月“小学科学与数学教育国际会议”在北京如期召开。

--提出问题--设计试验--动手做实验--观察记录--介释讨论--学得知识--表达陈述

做中学

“做中学(Learning by Doing)”准备先在北京,上海和南京的部分幼儿园和小学中试点。基础教育司已对此项试点工作作了布置,许多科学家也对参加此项改革持十分积极的态度。

建立网站WWW.HANDSBRAIN.COM

我们有责任为我们的孩子,为我们的国家准备未来。教育现代化是我们未完成的历程。教育现代化决不是一种简单的硬件的添置,是教育思想,教育方法的巨大变革。教育本身又是一门实践性很强的科学,需要科学研究和实践的支持。

Science of Learning based on Cognitive and Affective Neuroscience

十余年前,当有关儿童发展的主要研究还从不涉及大脑时,几位有远见卓识的科学家就开创了认知神经科学这一新的研究领域。近来,尤其是最近10年,有许多新方法新仪器都可以用于脑研究,其中正电子成像术(PET)和功能磁共振成像(FNMR)等详细观察大脑的所谓非侵入成像技术的发明与应用,可说是一大突破。现在,脑神经科学从实验研究中开始提供了有关数据,以证实提出的许多学习原则。

成熟的人脑量平均在1.3千克左右,占身体质量的2.33%。黑猩猩的脑约为345克。象脑重8千克。

大鼠的脑皮层面积相当于一张邮票,黑猩猩的相当于一张标准打印纸,而人脑的皮层比黑猩猩的大4倍。在哺乳动物进化过程中,前叶皮层猫增加了3%,黑猩猩增加了17%,人则增加了29%。显然,前额叶皮层的细胞结构区如此扩大和分化是人类特有的。

FNMR the left hemisphere is shown predominantly. An arrow indicates the left central sulcus. Yellow represents functional areas activated only during the finger movements; red, only during the toe movements; and green, during both tasks. (Kim et al., 1994a)

第二语言的学习
     Dr.Helen Neville

  语义处理(Semantic processing)左右脑的后侧区(parieto-temporal);文法处理(Grammatical processing)

1-3岁开始学习英语,左脑的前侧区(anterior temporal)作用。越晚学左右脑共用的情况就越严重。13岁以后,基本上无法达到母语水平。

谭力海博士等的研究结果

 

幼儿的早期学习能力
     Dr.Gopnik

结论:

1.早期进行科学教育的重要性。要从环境中取题,如浓度和重力。

2.应按探究式(inquiry)学习的方式进行:玩、及时回答、预测、反馈。

3.学习深受情感的影响。在早期发展中情感和智力发展也深受经验的影响。

积极的情感促进学习;长期承受压力会使海马萎缩;两岁前的教养对情感的发育影响最大,应避免忽视和粗暴。

认知和情绪

存在于我们大脑中的认知(cognition)和情绪(emotion)构成了我们精神活动的两个主要部分,两个过程的相互作用决定了各个人的性格和行为。

情绪包括了两部分:感觉,感情( feeling );表达( expression )

学习必须考虑情绪的作用。

情绪研究中的基本问题:

情绪的生物学基础;情绪的发育和发展;认知和情绪的实时关系和发育;性格的发育和个性差别;人际交往过程;临床应用

创新产生于激情驱动下的直觉思维(厚积薄发)

激情源于对国家,人民,科学,自然,美的热爱而产生的强烈的事业心。

对知识长期地探索和积累基于献身精神推动下的坚韧和无畏。

神经科学开始对教育工作者非常感兴趣的问题提出一些解释,也许不是最终答案,但却给我们以深刻的启迪。我们在教育领域里工作的专家应当认真研究这些知识,努力与神经科学和认知心理学专家合作,把教学建立在坚实的基础研究之上。我认为这种研究可以引导我们的儿童健康、扎实而优美地发展。同时,避免采用对儿童成长有害的概念,或避免出现疏忽。

发布于2004年10月31日 20:39 | 评论数(7) 阅读数(14673) 我的文章

学习和学习科学


学习和学习科学


    顾名思义,学习科学研究中心应围绕学习来进行科学研究工作和科学普及工作。知识经济的社会是一个终生学习的社会。在这个社会里,教育向终生学习体系转变,它无论对国家、地区、家庭和个人来说,都是为维护今日之生存,为争得明日之发展最重要的投资。对这样一个复杂、重要、涉及每个人的社会活动,没有符合科学原则的科学研究来支撑,就不可能循着正确道路发展。今日中国之教育正处于快速发展和深刻变革的时期,特别要警惕浮躁和急功近利的行为,需要提倡科学精神和科学态度,学习科学的研究和普及更有现实的意义
    知识的本质和获得机制是最古老和最复杂的哲学问题之一。在科学研究的时间进程中,人们不断地探索和积累知识。这些知识包括对如下三个问题的认识和了解[1],它们是
1. 他人的和自己的心智问题;
2. 周围世界的问题;
3. 语言的问题。
我们每个人的知识是如何获得的呢?现在认为来自三个途径:
1. 经过长期进化、由DNA编程决定、先天具有的知识(innate knowledge);
2. 后天经过学习而获得的知识(powerful learning ability);
3. 从成人教导中潜移默化而成。成人无意识的教导─—内隐学习(Unconscious tuition from adults)。
    西方哲学从一开始就和自然科学结合得很紧密,从苏格拉底、亚理斯多德等开始就是这样,他们是哲学家,同时也是科学家,被称为西方现代哲学之父的笛卡尔,也同时是科学家。所以,对认识论的研究一直是西方哲学的核心。东方哲学则是和道德、修身、治家、平天下联系在一起,主要在我们现在称之为社会科学的领域中发展。中国古代的哲学在辩证思维、中庸之道等社会道德与伦理方面是很有建树的。
    马克思主义哲学的引入,使中国哲学中关于认识论的研究走上了正确的道路。毛主席在实践论中写道:“马克思主义者认为,只有人们的社会实践,才是人们对于外界认识的真理性的标准。实际的情形是这样的,只有在社会实践过程中(物质生产过程中,阶级斗争过程中,科学实验过程中),人们达到了思想中所预想的结果时,人们的认识才被证实了”。
    关于学习的定义也有很多。我们倾向于这样的定义:学习是使主体产生行为或行为潜能的相对恒久变化的过程。
    一般说学习科学有两重含义:一方面是指对科技的学习(学科学),即研究如何使学生通过学习科技,不仅仅是能获取知识,更重要的是要掌握获取知识的科学方法,培养科学精神、科学态度和科学研究能力。学习科学另一方面的含义,也许也是更重要的方面,是指为了科学地学习而研究学习的科学,即把学习置于有关科学的指导之下。学习的科学(SCIENCE OF LEARNING or LEARNING SCIENCE)是一跨学科的,新的研究领域。
    学习的科学就是要研究学习的规律,研究学生如何有效地从原有知识和能力,向新知识和能力的转移。中国成语“举一反三”和“触类旁通”都很好地表述了学习的某些规律。目前研究学习主要有两类方法:一类是从现有教育学和心理学,以及成功的实践中提出规律(研究专家们的学习规律);另一类是基于跨学科的更为基础的研究,它涉及教育、神经科学、认知心理学、发育生理学、计算机科学、人类学和社会心理学等学科,我们称其为学习科学。我们的学习科学研究中心更关注后一类的研究,即在通常所说的科学研究原则指导下,科学的有关学习的研究[2]。


脑科学和学习科学


    学习科学研究中心强调基于认知神经科学(Cognitive Neuroscience)和情感神经科学(Affective Neuroscience)基础上的学习科学研究。这样做,不仅是因为它们是科学研究的前沿,是人类学习过程的物质基础,更是由于对今日“应试教育”影响还在增长的中国社会来说,没有“硬科学”的支撑,很难在和“应试教育”的较量中取胜,更谈不上为适应未来先进社会教育改革服务。
    十余年前,当有关儿童发展的主要研究还未涉及大脑时,几位有远见卓识的科学家就开创了认知神经科学这一新的研究领域。近年来神经科学取得了巨大进展,尤其是过去10年,即20世纪90年代,被称作大脑的十年,所取得的成就超过了这以前在整个人类文明史所积累的成就。现在有许多新方法、新仪器可以用于脑研究,涉及从分子生物学到行为科学的广泛领域,尤其是正电子成像(PET)和功能磁共振成像(fMRI)等非侵入式成像技术的发明与应用,可说是一大突破,它们提供了从外面详细观察大脑内部活动的可能。现在,脑科学可以从实验研究中提供有关数据,以证实许多有关学习机理的假设和发现。从这些众多的研究进展中,我们可以得到一些初步的结论:
1. 我们的心智(Mind)与肉体(Body)不是分离的,而是和我们大脑中神经元的组织结构、树突结构、突触的树突棘等形态有关,和神经递质有关。它们不仅取决于基因,也取决于经历,特别是学习的经历,并从良好的经历中受益;
2. 发育不仅是一个受生物规律驱动的进化过程,也是能因学习而促成的主动发展过程。学习可以改变大脑的结构,这些结构的变化改变着大脑的某些功能。换句话说,学习能在一定程度上组织和改组大脑;
3. 研究表明,大脑在人的一生中都有可塑性,但有些经历在童年特定敏感时期有极其强大的影响,而其它一些经历影响大脑的时间则可能长得多。
4. 我们不仅要关注儿童的智力发育,更要注意儿童的情感的发育。儿童时期具有的情绪能力,而不是他们的IQ,是他们以后生活中能否成功的最好预示。儿童情感的早期发展,和智力一样都深受经历的影响。
    认知神经科学和情感神经科学开始对教育工作者非常感兴趣的问题提出一些解释,也许不是最终答案,但却给我们以深刻的启迪。在过去数十年中,我们在了解有关脑及其解剖和生理知识方面取得了显著的进展,而且,这种进展现在已经对教育的理论和实践产生了影响。1999年,经合组织的教育研究和创新中心(OECD/CERI)设立了“学习科学和脑的研究:对教育政策和实践的潜在意义”这样一个研究计划,其目的主要是在脑科学和学习科学研究者之间架起一座桥梁,促进科学家、教育实践者和政策制定者之间的合作和对话。这种对话和合作是十分重要的,因为随着现代科学尤其是神经科学的进展,它可以促进对学习过程新的理解,鼓励有价值的发现,改善教育决策与实践者的知识背景。OECD/CERI从2000年6月到2001年4月,分别在纽约Sackler研究所,西班牙的Granada和日本东京举行了三次高层论坛,专题讨论学习科学与脑研究的问题。今年四月在伦敦召开了第二阶段的开题会。我们中国代表团应邀参加了会议。我们学习科学研究中心将参加这一国际性的研究网络。


努力推进“做中学”科学教育改革


    “做中学”幼儿和小学科学教育改革(以下简称“做中学”),是在世纪之交,国际上一些科学家主动采取的联合行动。这场改革的兴起有其鲜明的时代背景:一方面,我们处在科学技术迅猛发展的新世纪,科学技术不仅对经济、而且对政治、文化等社会生活的各个方面产生着深刻的影响;国民科学素质的高低关系着国家经济和社会的发展的步伐,关系着人类文明发展的方向,关系着人类社会和自然环境危机的预测和驾驭。另一方面,现在幼儿园和小学里科学教育很薄弱,甚至没有设置专门的科学课程,教师的科学知识缺乏,教育方法比较陈旧,家庭和父母也非常需要科学教育的思想来养育儿童。科学家们本着对未来的责任感,根据自己的科学实践,提出并亲自和教育界一起合作实践着这项改革。
    大约在十五年前,美国诺贝尔物理奖获得者Leon Lederman提出了“Hands On”的学习模式。五年前,由法国的诺贝尔物理奖获得者Georges Charpak将其引入法国,称为 “La Main à La Pâte”,意为“动手和面”,也是动手做的意思。这些教学改革已经取得了公认的成功,被有关国家列为教育改革的主要内容。2000年11月,20多个国家的科学家、教育家、政府官员和教师在国际科学联盟(ICSU)主持下,汇聚北京对小学科学与数学教育进行研讨,Leon Lederman亲自起草了《北京宣言》[2]。2001年,中国教育部和中国科协共同在中国发起类似的科学教育试验,取名为“做中学”。
    这项“做中学”幼儿和小学科学教育改革是以教育方法的改革作为切入点,带动教学改革和素质教育的一个系统工程。法国“动手和面”项目设有十项原则,根据中国的现状,我们的“做中学”也提出了九项原则,我们认为,这些都做到了才算是这项改革的实践。我们还强调,参与这项改革的教师一定要事先经过专门的培训。这项改革由教育部和中国科协联合发起,但不是行政行为,所以我们不设进度要求,不设指标,要求确保质量。我们认为,进行科学教育更应强调科学的实事求是的精神。
    我们中的大多数是从事自然科学研究的,对教育理论并不熟悉,甚至可以说知之甚少,我们需要和教育工作者共同合作,从教育实践中获得知识,再上升到理性认识,也是在“做中学”。我们需要进一步对“做中学”进行科学的研究,要从认知神经科学和情感神经科学的研究中寻求对“做中学”的科学支持。有关“做中学”已经积累了不少的信息,大家可以从汉博网[2]上找到。
努力推动“做中学”科学教育改革将是学习科学研究中心的主要任务之一。

 

重视对孩子情绪能力的培养


    为什么我们要重视对孩子情绪能力的培养,我今年在OECD四月份的会上应邀做了一个发言[4],有关内容可以参见[2],不再重复。作为补充,我们需要讨论并明确一些概念,这里提出一种意见,供大家讨论。
    情绪和情感是有别于认知(Cognition)、思维(thinking)和行动(action)的复杂的心理状态或过程,目前在科学界对情绪的定义似乎还没有取得一致的意见。我们建议对一些概念作如下的解释:
Affection:情感(总称),和Emotion常常同义。
Emotion:情绪,主要指瞬间的、自发的生理和心理过程,属本能的、基础的情绪。它常常不受主观意识控制,而和生物基础联系紧密。其中初级情绪(primary emotion)产生于边缘系统。杏仁体和前扣带回是主要起作用的部分。次级情绪(secondary emotion)的刺激可能仍然由杏仁体直接处理,但也可以有思维过程参与分析,即同时激活前额皮层,前额皮层再运用初级情绪的回路。次级情绪涉及的脑区较大。情绪是某种精神评估过程的组合,或简单,或复杂,它主要是改变了身体的状态,产生带有某种情绪的身体状态,但是也会改变大脑本身,如神经递质的改变[5]。基本的情绪可以分成两类:正面的包括:爱、快乐和惊讶;负面的情绪包括害怕、愤怒和悲伤。这种分类有生物学的基础。在处理情绪时左右脑是不平衡的,但对不同的情绪不平衡的情况不同。研究已经证明,大脑皮层两个半球都涉及情绪,正面情绪主要在大脑皮层的左半部处理,负面的在右半部处理,所以人可以同时存在强烈的正面情绪和负面情绪[6]。
Feeling:感情或感觉,是有意识的感知,即我们对体内发生的所有那些变化,以及我们的认知功能参与共同作用时所产生的十分微妙的变化的感知。(认知和理智参与),并不是所有的情绪都可以感觉,也不是所有的感觉都始于情绪。
Passion:激情、热情─强烈的感情。我们一直认为,创新是激情驱动下的直觉思维,希望能找到脑科学基础的支持。
Mood:心情,通常是一种温和的、变化缓慢的情感背景,倾向于不间断的情感状态。
Expression:情感的表达。
Emotional competency:情绪能力,指产生和控制以情绪为基础的外化行为表现的能力。我们把它分成两类:
1) 应对压力的能力(Competency of cope stress):压力来自变化、挑战和失败。在压力下所具有的内部的自知智力:正确和全面的了解自己,协调地构造适合自己在生活中有效工作的模式,如乐观、自信、进取,责任等。
2) 社会交往的能力(Competency of social communication):人际智力,即了解他人的能力。如合作和团队精神、有效地表达交往能力、善于协调和处理人际关系等。
情绪能力的研究是一项跨文化的研究,应该对各种研究成果进行有机的整合,在此基础上,我们要自己做实验,要建实验室,也要和医院合作,要和“做中学”科学教育结合,要发展自己的情绪识别软件。

发布于2004年10月31日 20:39 | 评论数(14) 阅读数(6495) 我的文章

“让我们共同来关注对儿童的科学启蒙教育”——Pierre Lena(雷纳)的报告


法国科学院院士Pierre Lena(雷纳)

Pierre Lena院士说很高兴能与大家共同讨论,看到这么多人的参与很感动。感谢韦钰院士、朱司长。我们已经进入到一个漫长的、艰苦的过程。中国载人飞船的成功飞行让我激动,我是一个天文学家,在太空中看我们的地球是没有国界的。做中学的计划实际是我们全世界儿童共同的历险。法国“做中学”经历了七年推广历程。在前两年在350所学校(少量)开始实验,两年后,教育部对这个计划进行了评估,得到了肯定,于是我们推广到14个实验区,每个实验区有3到4所学校,最多不超过24个学校。五年后,教育部又对这些实验区进行了评估,反应很好,所以我们要更大范围的推广。第三个阶段,夏帕克将其称之为传染期。每个老师教相信“动手做”是一种很好的教学手段,所以非常愿意参与。实际上,如果我们走进“动手做”的课堂,我们就会发现这个计划是多么的好。七年后,法国教育部正式在全国推广。

我们遇到的困难,在中国、法国都是一样的,在我们的参观中得到了这样的共识。例如老师要从纵向教学过渡到横向教学,要放弃传统教学模式;不知道如何回答孩子们的问题;希望给孩子们提供完全准备好的、全面的器材等。我们要给予老师帮助,最重要的是不要让教师孤军奋战,而要尽量帮助,对老师进行培训。

我们已经出版了一本《小学科学案例精选》并有了相应的中文版(东南大学学习科学研究中心翻译)。我们建立了一个网站,有中文的。科学家、院士、博士、工科的大学生参与这个计划,他们的作用并不是来代替老师,而是协助老师对科学进行理解,我们的目的是把科学研究、教育有机结合起来。在小学层次上二者建立有机联系。“做中学”评估是一个难题。对教师重要,对政府评估也是很重要。我们听到孩子们在这些课上非常开心,交流方面质量也比过去提高,口语进步也快。家长们也很支持,我们有足够理由做下去。如何客观的、科学的去测量孩子们IQ发挥的程度?对新事物自主的态度?同时也要把评估孩子们学到多少知识作为一项内容,这一点学校是很有好处的。

最后我要强调“做中学”是全世界的,到处都需求,用科学的方法来教授科学的内容,给于孩子们这样的手段,让他们去了解科学的21世纪。

发布于2004年10月31日 20:01 | 评论数(5) 阅读数(12362) 我的文章

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