《自然》：幼儿园至大学最具创新科教项目

    这些5岁的孩子很自信：他们认为树通过摇晃枝叶制造出风。但老师并没有纠正他们的答案，反而问有没有人在没有树的地方看到过风。一名男孩回想起有次去海边，风卷起海水和沙子，但视线中却没有一棵树。另一个男孩说，前进中的车辆会让叶子旋转。于是，孩子们认为树不是微风的源泉。

    这是德国“小科学家之家”里常见的一幕。这个项目启动至今时间不足10年，但却已经覆盖了该国超过一半3~6岁的孩子。“小科学家之家”项目于2006年由一个德国商业领袖团体发起，从2008年开始受到联邦政府支持与资助。现在，该项目的不同版本已经蔓延至澳大利亚、奥地利、荷兰、巴西和泰国，而且泰国已经发展了14000个类似的教育中心。

    “小科学家之家”仅是通过与周围世界互动，激励青年发现心中的“内在科学家”的全球许多类似项目之一。其效果已经被数千个实证研究证实。近日，《自然》杂志展示了类似实践的创新例证，这些例子覆盖了从学前教育到大学教育的范围。如果你希望把一个蹒跚学步的孩童培育成一名21世纪的科学家，或许可以借鉴下这些课程。

    学前启蒙

    “小科学家之家”标志着传统教育者角色的改变，参与该项目的幼儿园教师Christina Jeuthe说。教师会让幼儿询问关于自然现象和日常所见的问题，当孩子们对这些问题给出幼稚的答案时，老师会帮助他们用活动验证问题的答案——实际上这有些类似于模仿成年人做科研的方法。

    有关活动会从幼儿熟悉的事物和经历开始，当把这些场景应用于不同地方和文化时，会产生相当多的创造性。比如，澳大利亚版本的“小科学家之家”不能看到冬日下雪结冰等天气现象，所以他们就让幼儿的注意力集中到冰块上。在泰国，有一项活动需要借助孔明灯，孩子们说，他们喜欢类似的即兴实验。提倡该项目的教育者说，幼儿在此过程中学到了如何做计划、解决问题的宝贵经验，更不用说是提升自信心了。

    然而，德国莱布尼茨科学和数学教育研究所化学教育专家Mirjam Steffensky说，评估该项目对学生的影响却存在难处。德国科学和工程院以及其他教育基金会已经委托Steffensky和其他研究人员对该项目进行独立评估实验，据了解这项为期3年的评估将在2016年完成。

    事实上，根据2013年对于3000多名参与该项目的教育工作者的问卷调查，参试者均表示他们感到更加自信，并且对科学教育更感兴趣。“只要给孩子们空间、时间和可能性，我相信他们一定会成长得更好，我相信他们会这样。”Jeuthe说。

    中学合作

    华侨中学（HCI）是新加坡一所精英中学，仅招收最优秀的学生，这些学生可以获得先进的教育设施，如原子力显微镜和细胞培养孵化器。这些设备即便是一些大学生看来也会眼红，但对于该校教导主任Har Hui Peng来说，这些设施仍然远远不够。她一直希望可以给学生更多挑战，给他们一个与外部世界相连的做科学的环境。在认识美国教育专家George Wolfe之后，她的想法终于有了落实的机会。Wolfe告诉Har，他决定成立科学学院（AoS）—— 一所位于弗吉尼亚州施特林市的公立精英中学，学生在这里可以设计和做科研。两人还就训练学生拥有一项21世纪科学素养的独特机遇达成共识，即合作。

    从2006年开始，每年10月，12名左右14~15岁的HCI学生有机会到AoS参加持续一学年的研究项目。他们每4人一组——每组有两名来自新加坡和美国的学生，参加一些实验如筛选具有抗菌化合物能力的蛆虫。9个月后，AoS的学生会到新加坡和他们HCI的实验伙伴一起完成最终的分析，并完成实验结果展示。

    一开始，很多传统文化套路会产生明显影响，AoS参与该项目的学生Ashley Ferguson说。“美国学生会更加积极主动、自由流畅地对话。”她说，而他们的HCI伙伴则更加专著、关注点较窄。“我们应该更好地学习更加结构化、逻辑化的思维方式。”目前在弗吉尼亚大学读书的Ferguson说。

    最重要的是学会团队协作，Har和Wolfe均如此认为。最好的地方是“学生开始彼此关心，为彼此考虑”，Har说。现担任AoS主任的Wolfe也表示：“我们的使命是教会孩子们如何做科学。如果你看看现实世界中科学家真正做的事情，会发现没有人在真空环境中工作。”

    青少年研究者

    通过访问一个由欧洲核子研究委员会（CERN）设立在英国的分布式计算机网络，Cal Hewitt在做一些物理计算。Hewitt是英国坎特伯雷西蒙·兰顿学校的一名学生，该校的学生通常会设计和执行真正雄心勃勃的实验。包括Hewitt在内的一些学生曾在科学大会上作过报告；一些人甚至还在同行评议期刊上发表过原创研究成果。

    这所学校的校训很简单，管理该校科研项目的西蒙·兰顿中心的负责人Becky Parker说：“给学生一个做真实科学的机会，体会科学发现带来的兴奋。”

    西门·兰顿是一家国立精英教育机构：招生生源基于学生11岁时的能力测试。该校的青少年研究项目大约在10年前启动，当时Parker决定签订意向协议，可以让二年级学生通过远程在线访问澳大利亚和夏威夷的望远镜。该校采用的不是教师示范的标准模式，Parker把控制权交给了学生，学生也没有让他失望——他们利用学校赋予的自由，确定了六七颗近地小行星的存在，并且发现了两颗新的近地小行星。

    同时，兰顿的学生还参与了由英国国家空间中心主办的一次竞赛——根据他们在去往CERN的一次实地考察中提出的宇宙射线侦查技术的相关提议，设计一个可以在太空中进行的实验。现在，这些学生正在通过CERN的MoEDAL（大型强子对撞机上的单极和特种探测器）寻找一些物理学上最奇异的现象，如微型黑洞。

    这才是教育应该做的，兰顿学生、MoEDAL团队成员Caitlin Cook说。“我们已经在前沿作了如此多的工作，它向我们证实了做物理学研究的本来面貌。”她的同学 Fleur Pomeroy说，“为什么有些人要质疑我们是否可以做真正的科学呢？”

    跨学科大学生

    当Tyler Heist考虑他在大学第一年的计划时，他决定让自己沉浸在科学之中。大多数高校科学课程都是由单个院系管理，仅仅集中在一种科学领域，但弗吉尼亚州里士满大学综合定量科学课程却同时提供5个科学领域的入门课程：生物、化学、物理、数学和计算机科学。更好的是，这些课程会组织一些跨学科问题的专门课时，如抗生物耐药性、细胞对热量的反应。2010年，Heist申请了该课程的20节选修课，并通过了许可。得益于此，今年年底他将去普林斯顿大学读计算机生物学博士。

    跨学科课程起源于十多年前的一份报告。美国国家研究委员会在报告中总结称，生物学研究已经发生了显著变化，进而与物理学以及计算机科学家紧密相连，但生物学教育还没有跟上这一脚步。里士满大学生物学教授April Hill认为，解决这一问题的最佳方式是通过真正科学问题的镜头聚焦，从多学科领域审视核心问题，从而重新设置入门课程，而不是采用传统的教育方法，让学生一门课接着一门课地逐一学习。Hill与其同事在2009年首次开始设计他们的交叉学科课程。

    尽管跨学科课程并不新鲜，但Hill的方法却新颖独到，针对入门课程结合了5个不同的学科，包括在课程结束后还开设了一个夏季付费实验室研究课堂。Hill说，用来整合多个学科的额外工作远远超过所付的费用，这项课程同时促进了她所在团队——基本多细胞生物发展管理基因网络——的跨学科合作。“现在，我已经有了6年的跨学科教学经验，我很想想象如果没有开设这个课程会怎样。”Hill说。

    Heist也表示，该项目是一项高水平课程，帮助他阅读包含物理学或计算生物学在内的主要生物学文献，并表示该课程还丰富了他作科学研究的方法。“它会让你重新思考对事物所设置的条条框框。”Heist说。