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[新课程区] 张剑平:我们是否真的可以学会像科学家一样思考?

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发表于 2019-2-22 22:56:57 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 geonet 于 2019-2-23 22:08 编辑

张剑平:我们是否真的可以学会像科学家一样思考[color=rgba(0, 0, 0, 0.298)]

原创:张剑平             博雅云课堂http://www.edu-by.com/

https://mp.weixin.qq.com/s/J8X5LrbNLtYSiCryUDYXEw

在课堂上,老师一般都是告诉学生如何运用这些伟大的成果来解答习题和考题。但是,老师很少告诉学生,科学家们的这些伟大成果是如何得到的;他们当时又是如何进行科学思维的;他们在探索的过程中遇到了哪些困难,他们又是如何通过思维找到克服困难的答案的。

为了弥补科学教育上的这块短板,张剑平老师一直有心想做一门这样的课程,恰好这正与博雅云课堂的理念不谋而和,经过1年半的合作开发,《科学家是怎样想问题的》视频课程就这样诞生啦!

么,这门课程到底是怎样的呢?我们来看张剑平老师是怎么说的:


▲ 空气泵和真空实验——科学家波义耳是怎样想的


1. 这是一门什么样的课程?
如果要给这个课程做一个描述的话,我觉得应该是两个关键词:“科学”和“思维”。在“科学”的发现中充分展现蕴藏在其中的“思维”,用“思维”的方法来演绎“科学”的发现过程
2. 为什么决定做这样一门课程呢?
在我们一贯的科学教育中,老师告诉学生的是科学家们如何忘我的投入,如何不畏艰难的探索;告诉学生的是科学家们探索的伟大成果,这些成果对人类进步的伟大意义;告诉学生的是如何运用这些伟大的成果来解答习题和考题。

但是,我们很少告诉学生,科学家们的这些伟大成果是如何得到的;他们当时又是如何进行科学思维的;他们在探索的过程中遇到了哪些困难,他们又是如何通过思维找到克服困难的答案的。

为了弥补科学教育上的这块短板,我决定来做这样一个课程。我更希望通过这个课程能在科学教育和思维教育上有所创新和突破,让学生对科学的认识更加全面而深入,让学生的思维能力得到培养和提升。

在课程制作中,我读到复旦大学吴以义先生的文章,他认为:“我们通常所说的普及科学,不仅仅是,甚至主要不是向非专业受众介绍科学成果,宣扬科学的神奇;”而应该是“向社会大众介绍科学家是如何工作,科学是如何发展的。”

我做的这个课程和吴教授的观点不谋而合了。
3. 在课程设计中,你觉得最大的挑战是什么?
在课程设计开发中,确实存在着很多的挑战,因为在国内还没有类似的课程可供参考。从确定主题、收集资料、甄别真伪、理顺思路、还原过程、叙述成文、提炼归纳、设置题目到最后视频呈现,这一切不仅需要有一定的科学哲学、逻辑思维基础,更要针对不同的科学主题,阅读大量的相关图书。

在众多挑战中,最大的挑战是还原科学家们在探索中的思维过程。我首先要建立科学家们所处时代的知识情境,然后在那个历史情境中揣摩、理解和重建科学家们解决问题、发现规律的思维过程,而且还需要不断地克服现代知识的干扰、相关资料的不足、以讹传讹的惯性、不同历史时代的文化差异等等影响,从而尽可能忠实地还原“他们是怎么想的”这个科学思维过程。
4. 这门课程一共精选了科学史上的十个重大发现,您是按照什么标准来选择的呢?
我选择的标准有三个:
1. 必须是在科学上有着不同寻常意义的重大发现;
2. 这个重大发现的核心人物必须是著名的科学家;
3. 在这项重大发现的过程中必须蕴含着典范性的、可以借鉴的思考过程
当然,在这些选择标准里,还体现了我对于“科学”乃至于“近代科学”的界定和理解。我没有选择“数学”领域的重大发现,那是因为我采用了波普尔对科学的界定标准;我不会选择爱迪生作为我讲述科学故事的人物,那是因为我觉得他更大的成就是“技术”而不是“科学”;我选择从伽利略开始讲述科学中的思维故事,那是因为我把他视为近代科学的开创者。
5. 你觉得这门课程适合谁来学习?
初中学段以上的学生都适合。我们每一堂课都尽可能做到通俗易懂,尽可能地减少概念和公式,加上视频动画的演示,即使没有多少学科基础,也能学习这门课程。当然,这门课程需要你全神贯注、开动大脑,因为培养和提升你的思维能力是这门课程的核心目标

你需要培养或者提升你的理性思维能力吗?那就来学习这门课程吧!
6. 你认为,学完课程之后,我们是否真的可以学会像科学家一样思考?科学家的思维方式真的可以学习吗?
对这个问题的回答,我先借用一下约翰·斯宾塞在《如何用设计思维创意教学》一书中的观点。他认为

学生应该学习的是,如何像科学家一样思考;但如今,却是所有学生都在学习如何像我一样思考。他们之所以没能掌控学习的自主权,是因为他们没有掌控这一流程。他们没有提出问题,没有参与到任何真正的创造性思考当中。

通过这门课程学习,的确可以让学生学会像科学家一样去思考。虽然不是每个学生都会成为科学家,但是科学的思维方式一定能在学生的学习和生活中起到非凡的作用。
7. 你就只写到法拉第吗?是否还会继续写呢?
我会继续写下去的。现在暂停下来,是想听一听大家的意见和建议,以便我做得更好,给大家带来更有价值和意义的课程。如果,我继续再写十堂课,您觉得应该写哪些科学发现呢?

阿诺提问
假如你是这门课程的主讲人,你想写哪些科学上的发现呢?
欢迎在文章下方评论区留言,我们将从中选取3位走心留言的读者,送出张剑平老师主讲的《科学家是怎样想问题的》视频课程一套。
如何领取
请留言后,主动添加博雅小助教为好友,便于后续方便领取奖品。
微信ID:boya13520965293
另外,为了便于小朋友大朋友们详细了解《科学家是怎样想问题的》课程形式,我们特地开通了几节免费体验课,供感兴趣的小朋友大朋友观看和体验哦!






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 楼主| 发表于 2019-2-23 19:09:27 | 显示全部楼层
本帖最后由 geonet 于 2019-2-23 19:36 编辑

http://www.sohu.com/a/151520919_761200

像科学家一样思考:运用科学方法解决日常问题
http://vdisk.weibo.com/s/umAGYqJMBFp99
读书笔记http://blog.sciencenet.cn/blog-630357-571390.html

如何从小培养孩子像科学家一样思考?美式科学思维很关键
https://www.sohu.com/a/229111875_99912168
让孩子们像科学家一样思考
http://blog.sina.com.cn/s/blog_13a26699f0102x3u6.html


浅薄:互联网如何毒化了我们的大脑
http://vdisk.weibo.com/s/AlpOEkPz8_2M
《中国人的思维危机》http://www.minxue.net/49/n-59649.html




人民日报评论员      观察:学会“像科学家一样思考”
李洪兴

2018年09月27日来源:《 人民日报 》( 2018年09月27日 05 版)
http://opinion.people.com.cn/n1/2018/0927/c1003-30315358.html

  实现创新发展、建设创新型国家,要让越来越多的人具备科学素养,学会“像科学家一样思考”



  我国公民的科学素质水平如何?获取科技信息的渠道有哪些?如何进一步提高公众科学素养?近日,在首届世界公众科学素质促进大会上,中国科协发布的第十次中国公民科学素质抽样调查结果显示,2018年具备科学素质的公众比例达到了8.47%。这个数字意味着什么?

  所谓科学素养,指的是具备基本的科学知识、运用科学方法的能力、掌握科学思维和科学思想,以及运用科学技术处理社会事务、参与公共事务的能力。按照国际标准,衡量一个国家是否进入创新型国家行列,这个数字非常重要。可以说,8.47%,反映了我国公民对科学的理解、对科学技术的态度等内容的整体状况。相较于2010年的3.27%、2015年的6.20%,这个数字在一定程度上表明,经过近些年的努力,我国公民的科学素质更高了。

  不断缩小国家间的差距,不断缩小城乡之间、不同人群之间的差距,力求到2020年实现我国“公民具备科学素质的比例超过10%”的目标,还任重而道远。对中国而言,实现创新发展、建设创新型国家,既需要一批有建树的科学家,更应该让越来越多的人具备科学素养,学会“像科学家一样思考”。

  然而,在现实生活中,往往面临这样那样的“科学尴尬”。比如,微信朋友圈中常常出现“喝白酒能抗癌”“地震云可以预报地震”“闪电不会两次击中同一个地方”等不科学言论,相信并转发者不在少数。须知,信息爆炸式增长并不代表科学素养会提高,相反,人们在信息海洋中披沙拣金、澄清谬误的成本在增加。此外,科学知识的通俗化传播不够,科学家、科普工作者与公众沟通不在同一频道上,输入与输出存在“中梗阻”。这些情况的存在,提醒着未来做好科学普及与传播工作,进而提升公众科学素养,需要建立一套以人民为中心,政府推动、全社会参与的工作机制。

  科学普及一直在路上。当今世界,科技发展越是一日千里,就越要紧跟前沿、赶上时代,作为研究者的科学家如此,普通人也是如此。为了满足人们对科学知识的需求,被称为“科普事业孺子牛”的王巨榛在基层社区宣讲科学知识,一干就是30多年;中科院光电研究院研究员、80后博士生导师徐颖,用生活中的例子、普通人能听得懂的话来讲北斗导航系统,既让科学“不再神秘,同时又对科学保有一种最基本、最客观的尊重”;北大张宇识,自创“理工哏”相声形式,用脱口秀的方式传播科学常识、辨识科学谬误……这样的尝试很多样,但这样的创新也还需追赶人们对科普工作的期待。因为,科学素养的提升,影响着一个人对世界的看法,也影响着一个社会的发展水平、创新水平。

  对孩子们来说,科学是人间最美妙的游戏,不仅带来快乐,而且使他们有能力做许许多多对人类有益的事。年少时,很多人把当科学家作为理想;长大后,人们因科学而丰富知识、增长见识;再后来,有些人攀登上科学的高峰,拓展了人类认识世界的疆界。科技发展带来的新挑战需要我们共同应对,科技创新也必须扎根在公众科学素质和能力不断增强的沃土中。普及科学知识、弘扬科学精神、传播科学思想、倡导科学方法,人人都成为科学共同体的一分子,才能让科学素养成为推动民族复兴巨轮的强大能量。


  《 人民日报 》( 2018年09月27日 05 版)

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 楼主| 发表于 2019-2-27 13:00:47 | 显示全部楼层
利用人工智能技术,让学习支持和教育管理变得更加智慧——
智能教育:开启教育和技术的竞赛
曹培杰 黄蔚


计算力“爆燃” 让人类受益

近年来,人工智能与大数据日渐火爆,随着计算力的“爆燃”,AI在人类历史的发展进程中注定要写下浓墨重彩的一笔。视觉中国 供图

    教育是一门时代学。每个时代的教育都带有那个时代的特征,从庠序到私塾,从古代官学到现代公立学校,无一不是时代变迁的产物。随着新一代人工智能的兴起,产业结构、经济增长动力以及社会分工体系都在发生深刻变化,工业革命以来所建立的教育体系正在急剧过时,依靠标准化教学来批量生产人才的模式难以为继,社会转型必然会对教育发展提出新的要求。

    教育和技术的赛跑

    回顾历史,教育和技术之间似乎存在一种必然的内在联系,这种内在联系会对整个社会发展产生重大而深远的影响。

    2007年,哈佛大学两位经济学家回顾美国教育发展历程进行研究发现,教育和技术之间存在一场持续不懈的竞赛,经济增长与收入差距就是这场竞赛带来的结果。20世纪80年代以前,美国教育发展迅猛,在全球率先实现高中教育普及和高等教育大众化,教育进步为经济增长提供了充足的高素质劳动力,适应了技术变革带来的职业结构调整,进而整体提高国民收入水平并缩小了贫富差距。然而,大约自1980年起,情况出现逆转。技术进步依旧,社会对高素质劳动力的需求也在增长,但美国教育却无法生产出足够的人才。随着教育增速的放缓,人群出现分化:一部分人接受着过时的教育,技能适应性不强,再加上以计算机为代表的现代科技开始取代简单劳动力,他们不得不从事那些尚未被技术替代的低端产业,从事着高度流程化、低认知度的工作,从而深陷社会底层;另一部分人享受着良好的教育,从事着高创造性、高认知度的工作,从而稳居社会上层。这种现象被形象地称为“教育和技术的赛跑”。当教育的发展速度超过技术时,就会给经济增长带来明显的人力资源红利,推动经济社会快速发展;反之,则容易导致经济发展失衡,使整个社会陷入阶层固化的怪圈。

    人工智能时代促教育变革

    当前,以人工智能为代表的技术创新进入到一个前所未有的活跃期。在新一轮科技革命的推动下,数据量快速积累,运算能力大幅提升,算法模型持续演进,行业应用快速兴起,人工智能的发展环境发生了深刻变化,呈现出深度学习、跨界融合、人机协同、群智开放、自主操控等新特征。人工智能在越来越多的传统行业中展现出强大的重塑力量,催生了一大批新业态和新模式,包括智慧城市、智能制造、智慧医疗、智能金融等,推动经济社会从数字化、网络化向智能化加速跃升。今天,手机智能系统、人脸识别、机器翻译、无人驾驶等智能技术逐渐进入我们的日常生活,人们已经自觉或不自觉地置身于人工智能环境之中。

    作为一项引领未来的战略性技术,人工智能关系国家命运,一场没有硝烟的战争正在这片技术高地上展开。近年来,世界主要发达国家都把人工智能上升至国家战略,纷纷出台发展政策文件,包括:美国白宫发布的《为人工智能的未来做好准备》《国家人工智能研究与发展战略规划》;英国下议院发布的《机器人和人工智能》、英国政府发布的《现代工业战略》;日本政府制定的《人工智能产业化路线图》,等等。我国于2017年出台《新一代人工智能发展规划》,围绕人工智能的核心技术、顶尖人才、标准规范等进行部署,力图在国际竞争中掌握主动权。其中明确提出,要围绕教育、医疗、养老等迫切民生需求,加快人工智能创新应用,为公众提供个性化、多元化、高品质服务。显然,教育在人工智能时代不能缺位,更不能错过利用人工智能推动教育转型的良机。

    与历次科技革命不同,人工智能不仅延伸了人类的体力和脑力,而且让机器拥有了高级智能,开创了人机共同演化的全新时代。随着人工智能越来越广泛地应用于传统行业,那些机械重复、烦琐枯燥、大量使用体力的职业可能都会被机器人所取代,甚至连一些专家决策工作也面临风险。比如,拥有大数据分析能力的智能医疗诊断,在某些疾病上比普通医生判断的准确率更高,能够有效降低误诊率;智能金融系统在风险预测、股票投资等方面大显神通,成为金融机构争先布局的重点领域……随着一系列连锁反应的叠加,人工智能正在触发一场剧烈的社会分工调整,我们很可能会成为人类历史上第一代需要和机器去竞争工作的人。正如“控制论之父”维纳所说,“我们是如此彻底地改造了我们的环境,以至于我们现在必须改造自己,才能在这个新环境中生存下去。”教育作为培养人的事业,将会成为决定人类能否在人工智能时代胜出的关键。众所周知,现在的教育体系是工业社会的产物,它是为了满足工业社会的人才需求,强调通过整齐划一的教学流程批量化生产人才,其特点是统一、标准、追求效率,核心是通过整齐划一的教学流程批量化地生产人才。尽管难以照顾个性差异,但却为人类社会从农业时代进入工业时代提供了必要的人力资源,做出了历史性的贡献。但是,当人类社会迈进信息时代的新阶段——人工智能时代,这种工业化的教育体系已经无法满足未来社会对人才的需求,时代发展迫切需要一场教育变革。

    2016年3月,世界经济论坛发布了一份题为《教育的新愿景:通过技术培育社会和情感学习》的研究报告,倡导把人的社会性和情感教育置于应对新工业革命的高度,包括批判性思维/问题解决、创造力、沟通能力、合作能力等四种胜任力,以及好奇心、首创精神、坚毅、适应力、领导力、社会文化意识等六种个性品质。换句话说,教育不是由外而内传递知识,而是由内而外觉悟智慧。所以,我们要有一种时代紧迫感,加快人工智能时代的教育理论与实践研究,全面深化教育教学改革,推动“工业化教育”向“智能型教育”转变,扩大高质量人才的供给能力,为经济社会转型提供强有力的人才支撑和智力支持。

    智能教育的未来展望

    智能教育是人工智能时代的教育转型。它不仅是教育基础设施的信息化、智能化,而且是教育理念与教育方式的整体转型,从注重“物”的建设向满足“人”的多样化需求和服务转变。只有把“人”置于教育的最高关注,发掘人的潜能,唤醒人的价值,启发人的智慧,才能从容应对人工智能时代带来的挑战。我们认为,智能教育是以学生的智慧成长为导向,运用人工智能技术促进学习环境、教学方式和教育管理的转型,在普及化的学校教育中提供适切学习机会,形成精准、个性、灵活的教育服务体系,最大限度地满足学生的成长需要。智能教育包括三个组成部分:一是相互融通的学习场景,利用智能技术打通物理空间与网络空间之间的壁垒,让万物互联,让世界互通,所有学生都可以在任何地方、任何时刻获取所需的任何信息。利用信息化手段打破校园的围墙,把社会中一切有利的教育资源引入学校,学校的课程内容得到极大拓展,学生线上线下混合学习,整个世界都变成学生学习的平台。二是灵活多元的学习方式,利用人工智能技术精准识别学习者特征,全面感知学生的学习状态,提供量身定制的最优化学习路径。同时,把知识学习与社会实践、社区服务、参观考察、研学旅行等结合起来,转变过分注重知识学习、轻视实践体验的状况,显著增加学生动手实践的时间,密切学生与现实生活之间的联系,让学生用完整的视角去发现解决问题,实现更深层次的学习。三是富有弹性的组织管理,破除效率至上的发展理念,释放学校的自主办学活力,鼓励社会力量提供多样化的教育服务。学校管理不再拘泥于传统的科层制体系,更多采用弹性学制和扁平化的组织架构,根据学生的个体需求提供灵活的教学安排,而不是按照传统的学期或者固定的课程结构进行教学。利用人工智能技术让学习支持和校务管理变得更加智慧,让学生站在教育的正中央。

    智能教育的目的是构建一种新的教育生态,打破整齐划一的工业化教育形态,推动学校从“批量生产”走向“私人订制”,为学生提供富有选择、更有个性、更加精准的教育服务。值得注意的是,人工智能在促进教育变革的同时,也隐含着风险:当机器越来越智能,对学习的预测越来越精准,就会反过来限制学生的选择自由,导致一部分人成为量化评估的受害者而非受益者。因为,所有的数据都来自过去,我们完全依赖过去来判断未来,表面看是提供了量身定制的教育,实际上却让学生只能成为过去自己的延伸,而非新生的自我。

    (作者曹培杰系中国教育科学研究院博士,黄蔚系中国教育报信息化主编)



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 楼主| 发表于 2019-2-27 13:07:48 | 显示全部楼层
个性化知识树 自动化批改 个别化答疑
大数据与教育同频共振
罗清红
    教育是灵魂的唤醒,数据是现实的记录。当下,数据无处不在,大数据风起云涌,云储存、云计算成为如水电气一样的社会公共资源,尤其是大数据撞入教育领域,我们的课堂和学习会在多大程度上被大数据重构?

    人工智能替代部分教育功能

    机器智能通过深度学习而习得,数据是机器学习的“食料”。把数据不断“喂”给计算机,基于算法的软件追踪行为,寻找规律,甚至预测心理活动,显示出人的思维智能特性。大数据与机器智能相伴而生,促进物联网从感知到认知并智能决策的升华。这是一个计算无所不在、软件定义一切、数据驱动发展的新时代。

    当下的人工智能,主要适用于标准化、规范统一的领域。我国教育标准化教材的推行,统一规范的管理制度与教程模式,大量重复性的工作任务,师生数据的相对稳定,这都为以大数据为基础的人工智能在该领域的应用,提供了有利的条件。新一代人工智能利用语音语义识别、图像识别、知识图谱和深度学习等技术,应用于教学和测评等教育场景,已经开始重构教育教学中各方关系。在人工智能技术支持下,未来教育主要将在以下几个方面发生改变:

    个性化知识树——基于全过程学习数据采集,生成个性化知识树,依据“树干、树叶”的生长状态,自适应调节学习节奏;

    自动化批改——作业实现规模化自动批改和个性化反馈,实现智能化推荐学习内容和自动化辅导等;

    个别化答疑——通过语义识别、语音识别功能,在线虚拟教师捕获学习者问题,并通过深度学习功能,理解学生的语言和行为含义,模仿人类的行为模式与学生进行智能化的沟通,替代部分教师的答疑功能;

    智能化管理——人工智能技术应用到学习管理系统,记录学生的学习轨迹,统计学习数据,实现作业、测评、课程的自动适配和评估,进行学情管理,方便家校的深度互动交流。

    总之,人工智能将显著提高教与学的效率和优质资源无损放大的辐射效应,产生教育的新形态和新业态。

    数字体验改变教育范式

    这里的“数字体验”是指虚拟现实、增强现实与混合现实技术在教育场景中的应用。

    历次科技革命,如电话、计算机、电视、手机、互联网及智能手机等,无一不是通过改变信息传递方式,进而改变人们的交互模式。现在,人们可以运用计算机虚拟真实场景,去实现像在地球上也能真切体验太空遨游的新奇旅程。这就是教育场景中的“数字体验”。

    虚拟现实(VR)是依靠计算、图像处理、传感器、高清显示和软件平台等技术协同完成。增强现实(AR)是虚拟现实的一个分支,它将虚拟世界与现实世界结合在一起,让用户既生活在现实中,又可以在现实物体上叠加虚拟物体或场景,有亦真亦幻的体验。混合现实(MR)是虚拟现实技术的进一步发展,该技术通过在现实场景呈现虚拟场景信息,在现实世界、虚拟世界和用户之间搭起交互反馈的信息回路,以增强用户体验的真实感。MR技术让参与者通过互动,在现实物理空间中共同创设三维立体影像,并与场景融为一体。这为小组合作学习创设了丰富的空间,也为远程教育与学生“近距离”互动提供了强有力的技术支撑。这对传统课堂教学范式的改造及学校围墙的外延,会是颠覆性的。目前限于技术与课程真实结合的实践研究尚处于起步阶段,假以时日,教育因此会有别样的风景。

    认知脑科学重塑教育规律

    随着科学技术的进步,利用脑电、脑磁或脑血氧探测技术,可以侦测全脑各区域活跃情况;近红外技术的应用,可以有效地实现学习过程脑活动数据的全过程采集。这为脑科学研究成果具体指导教育教学实践,提供了坚实的基于证据的循证教学依据。

    人类对大脑的研究,遵循着解码大脑、模拟大脑和增强大脑的逻辑路径。870亿左右个脑细胞在基因遗传与表观基因遗传的共同作用下,形成各具特色独有密码的大脑链接图示,形如不同个体具有不同的指纹一般。大脑的可塑性为教育的作用赋予了重要的意义。研究表明,视力正常的人其脑部神经网络连接比盲人就丰富与复杂得多;沉浸在丰富多彩的环境中比单独环境中的人的脑补链接更丰富。如果把大脑类比成电脑的话,人的晶体智力如硬件,流体智力如软件,其创造力源自于流体智力。个体具有主动控制延迟满足的能力,未来往往有更强的发展力。

    0—3岁的孩子有效的信息输入是听觉和语感,而不是单词记忆或诗词的机械背诵,成年后的婴儿遗忘,会让在此期间的一切记忆成为空白。青春期感性与理性控制曲线的交错,让青春冲动成为一种生理现象,合理引导才是正途。爱因斯坦大脑胼胝体粗壮,成为左右大脑的信息高速公路,其天才般的创新思维开启天眼,荡笔写下狭义相对论与广义相对论,堪称神来之笔。

    脑认知科学在大数据支持下,重塑人脑的学习过程,使人最大程度接近真实或解释学习的过程。教学场景中,全过程大数据多人脑同步性活动研究,有利于找寻到教学形式与学习方式的有效组合,有利于刻画不同个体对不同形式与内容的学习特征,从而为精准教学提供有力支撑。互动式学习、项目制学习、STEAM课程、综合实践课程等,有利于深度学习真实发生。肾上腺激素(压力激素)在适度压力下保持水平最高,从而有利于促进突触与突触的新链接,让神经元产生出新的联结。话语的交流应该有利于儿童视角下信息的有效输入,形成同频共振吸能之态,让教育真实地发生。

    (作者单位:成都教育科学研究院)
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 楼主| 发表于 2019-2-27 13:15:19 | 显示全部楼层
透视大数据
美国教育热点与趋势
郑钢

大数据呈现教育发展趋势 视觉中国 供图
    如何看懂未来的教育?如何把握教育的趋势?这是许多人都在追问的问题。今天,教育的未来变得扑朔迷离。借助信息技术,大数据可以给出答案。《2018年美国教育趋势》报告揭示了美国民众最关注的20个教育热点,其中大部分与超越传统学习的方法或形态相关。

    美国很多数字化公司热衷于倚重数据和社交媒介的互动来预测未来。“教学思想”是美国一个致力于教育创新的研究机构,通过思想引导、资源策划、课程开发、数字出版以及学校面对面的专业发展来提高教学质量,培养教师的新式教学方法和探索未来教育的发展方向。前不久,该机构颁发了《2018年美国教育趋势》报告,揭示了美国民众最关注的20个教育热点。

    美国大众关注的教育热点

    《2018年美国教育趋势》报告(以下简称“报告”)展示了今天美国人最关心的教育话题和最新的教育趋势,研究者通过多种途径获取数据,提炼教育热点和趋势。数据主要来源是那些民众浏览或搜索最多的公共网站,还有包括“教学思想”在内的最受人们关注的教育网站。这些数据反映了人们在网站上搜索、下载、浏览的主要内容或者主题。“教学思想”研究机构网站的资深编辑们根据工作经验和个人研究判断什么最受人们热捧或关注。

    究竟哪些是最受关注的教育方式,哪些是美国教育的发展趋势?

    报告从海量的信息和数据中,按照满分是10分的分值从高到底排序,排出了20项内容——成长型思维(10分)、创客学习(9.7分)、布鲁姆目标分类法(9.7分)、信息素养(9.4分)、个性化学习(9.0分)、项目化学习(8.8分)、为了学习的团队学习(8.6分)、混合式学习(8.5分)、天才时光(8.2分)、同理心(8.0分)、教育技术支撑学生学习的适度性(7.8分)、社会情感教育(7.5分)、创新型学校(7.2分)、机器人或编程(6.9分)、多元评价(6.8分)、基于脑科学的学习(6.5分)、游戏化教学(6.3分)、自适应学习算法(6.1分)和移动学习(5.8分)等。

    成长型思维影响成功与幸福

    在这20项教育内容中,显而易见,没有一项是学科知识、考试内容或教学课件,也没有美国国内宏观的教育改革政策,而是超越传统学习的方法或形态。令人惊讶的是,人们一直很关注的科学、技术、工程、数学教育(STEM)也没有罗列在内,与其相关的创客、机器人和编程学习却名列其中。

    相对来说,创客教学或者机器人和编程教学更加具象,容易操作,课程的归属感会更强。有时,教育会在理念和实践中存在“鸿沟”,正如理想和现实总会存在差异,尽管科学、技术、工程和数学(STEM)教育的理念令人心潮澎湃,对于培养学生的创新素养和实践能力确实会有巨大的推动作用,但其内在的要求与现实的教育体制和模式存在水土不服的问题。

    排在第一位的是成长型思维,还有其他入选的如基于脑科学的学习、布鲁姆目标分类法等,都是属于学习科学领域的研究成果和实践。成长型思维理论的提出者是斯坦福大学教授卡罗尔·德韦克,他发现思维模式对我们想要什么以及能否成功达到目标至关重要。与固定型思维不同的是,成长型思维有助于培养孩子面对困难和挑战的积极态度,还能通过激发更活跃的大脑活动,提高孩子的智商。

    美国教育重视学习科学的研究,科学家和教育者研究大脑是如何学习的,研究思维是如何发展的,研究认知是如何发生的,会涉及心理学、教育学、神经学和行为学等多种学科。所以,在美国,教育是一门科学,观察、分析、跟踪学习者的学习、心理和行为方式,然后建构理论,建立模型,再建范式,供教师们教学使用。“成长型思维”的概念就是很典型的研究成果,被公认为近几十年里最有影响的心理学研究之一。

    与成长型思维相似的还有社会情感教育,同样属于非认知领域范畴,被认为是影响一个人成功和幸福的关键因素。社会情感能力主要是责任感、自信、批评性思维、动机、持久力和创造力、自我效能、自我控制等。很多研究证明,人的成功或幸福,越来越受制于社会与情感能力的发展水平。这是面向21世纪的核心能力,这是一种移情能力,把自我暂时放下,投入到对方的世界中去,从而实现真正的理解。

    学生的学习不仅仅依赖于智商或者认知水平,还有思维和情感,也就是我们常说的非智力因素,在今天的语境下,就是所谓的核心能力,这些能使人们在充满不确定和复杂性的未来,坦然地面对挑战。无论何时何地,人的幸福能力培养永远是教育的关键。他们相信人的幸福能力是可以培养的。

    在排名中,个性化教学也不容忽视。如何因材施教、如何满足不同个体和学生的需要一直是世界教育的难题,也是美国教育者关注的内容。个性化学习排在第五位,还有天才时光、多元评价、自适应学习算法等,都是个性化教学更为具体的实践。这是根据学生的表现给出匹配学生学习程度的学习资源或稍微有些难度和挑战的资源,以促进学生学习。

    在信息技术的时代,教育早已经与科技融合为一体。尽管乔布斯曾经提出,“为什么计算机改变了几乎所有领域,却唯独对学校教育的影响小得令人吃惊?”然而,不难从大数据看出,美国的教育者对于科技在教育中的应用很感兴趣,信息技术在教育中的应用越来越广泛,移动学习、混合式学习和游戏化学习都成为学习的主流模式,尤其是云计算、大数据、移动通信、机器学习、穿戴计算纷纷取得突破,互联网的功能越来越强大,更是让教育的信息化和个性化搭乘上快速飞驰的列车。

    从报告中,我们也依稀看到美国人对课堂中引入信息技术的谨慎、理性和冷静。“教育技术支撑学生学习的适度性”排在第十一位,说明教育无法抗拒信息时代的到来,但是学生绝不能成为信息技术的工具或奴隶。适度性是信息化时代所面临的重要课题。

    精神追求不能被忽视

    在智能化时代,我们常常讨论科技如何解放人类,智能如何服务人类,然而人最不能被人工智能替代的是人性,正如这些大数据中所显示的社会情感能力和对于失败或成功的积极思维。人之所以成为人,是因为对于自我和世界感知的丰富性和多元性。我们要拥抱时代,拥抱科技,然而断不能被科技所奴役,忽视对于精神的追求。

    学生,不是生产流水线上的产品,无法统一定制,也无法大规模地生产。每个学生都是独特的个体,每个学生的大脑都是独一无二的学习和认知空间。尊重每一个学生的个性,顺应每一个学生的学习需求,不仅是个性化教育的必须,也是在科技日益发达、知识复制极其容易、学习工具迭代迅速的今天,我们所依然必须珍惜的。

    传统的教育模式难以支撑大规模的个性化学习服务。发展技术,是为了支持人的个性化学习,尤其是重视学生的学习行为数据的挖掘,从而更好地服务个性化发展。如此为学生造就多样的学习经历和学习方式,而不是更多学习内容。这或许才是教育创新的基础。

    而且,今天的学习是未来生活的预演。学生学习的内容关注的是生活本身,运用知识在真实的场景中解决生活中的问题,而不仅仅是单一的知识纬度。整个学习过程是在问题驱动中发生,强调的是学生间的团队合作,融入社会责任、交流合作能力和批判性思维、创造力的培养,超越知识的传递,最终走向未来生活,塑造未来公民。

    (作者单位:上海市三林中学)
继2017年《地平线报告》收官后,《基础教育创新驱动力报告(挑战篇)》继承其研究理念与方法,探索国际基础教育信息化发展趋势。最新发布的报告聚焦——
新技术如何推动教学变革
白晓晶 吴莎莎 季瑞芳 张春华 李国云

将智能技术融入教学实践视觉中国 供图
    技术是教育事业的关键。技术运用得当可以丰富学习经验,使学生成为数字化创造者、批判性思考者和问题解决者。技术还可以帮助教师增强教学技能和同伴合作能力。

    有远见的技术战略领导者对于建立系统化的数字生态系统以及为每个孩子的现在和未来做好准备起到了至关重要的作用。然而,在教育中做出明智的技术决策变得越来越困难。技术以惊人的速度飞速发展,而且步伐正在加快。

——美国学校网络联合会首席执行官 基思·克鲁格

    美国学校网络联合会(Consortium for School Networking,以下简称“CoSN”)是一家面向教育技术领导者并致力于教育变革的专业协会,是美国新媒体联盟《地平线报告》基础教育版的联合创始人和主要合作伙伴。自2011年《地平线报告》进入我国教育视野以来,它已经成为国际教育信息化发展的显示器和风向标,对于我国的教育研究和教育实践产生了积极的影响。

    《基础教育创新驱动力报告(挑战篇)》是美国学校网络联合会自2017年《地平线报告》收官后,在2019年初继承其研究理念与方法最新发布的报告。该报告由年度三个简短、聚焦的专题报告——挑战因素、发展趋势和技术驱动组成,最终实现将战略规划和智能技术融入教学进程的目标。

    基础教育创新发展的挑战清单

    挑战,并不是令人望而生畏的障碍,而是充满发展希望的机遇。作为《基础教育创新驱动力报告》的第一份子报告,它让教育工作者们放慢脚步,带着思考、强化力量,为教育创新实践做好专业化准备。

    《基础教育创新驱动力报告(挑战篇)》由国际咨询委员会邀请的111位著名教育技术专家通过合作,确定了问题的范围,按照克服挑战的顺序进行了排序,探索出应对每个挑战的范围、影响、机会和解决方案。国际咨询委员包括美国学校网络联合会新兴技术委员会的主要成员,以及来自美国和国际主要教育组织的官员。

    美国学校网络联合会利用网络来确认基础教育中阻碍创新、路径、公平和其他优先事项的主要挑战。国际咨询委员会最终研究提出以下基础教育的五大挑战:

    许多学校系统缺乏将课堂创新技术实践转移到学校和学区多维环境中所需的灵活性、策略和心态。将创新制度化需要系统的、迭代的方法,包括确定有效的实践以及扩大和维持这种实践的方法。

    网络连接的普及、数字工具和内容、创新教学策略日益受到人们的关注,而社会经济地位、地理位置、种族、性别或残疾等因素又限制了人们在数字世界中平等学习的机会。

    技术的快速发展给教育工作者带来了压力,促使他们更新或改变教学方法。当引进数字工具时,如果研究和教育学之间没有持续的辩证关系,或教师没有得到及时的专业发展,技术的实施可能会导致时间、精力和投资的浪费,并失去了解学生的机会。

    让所有教师参与到有意义的创新教学实践及专业发展中,是成功实现技术整合的关键。自上而下、“一刀切”、被动接受培训的行为对学生成绩几乎没有影响。相反,个性化嵌入工作的专业发展可以支持教师作为终身学习者和继续发展专业技能的实践者。

    人工智能、机器人和“深度学习”是基于游戏转变的技术,正在改变着人们思考、学习、生活和工作的方式。现在是教育工作者认真考虑未来几年技术将如何影响教学、学习和学生的时候了,娴熟的数字化能力正迅速成为劳动力储备的关键。数字公民身份也很重要,学生必须了解如何在数字世界中具备道德和责任心。

    其中,技术与教学、技术与未来工作在五大挑战中位居前列,对教育工作者构成了很大的阻碍。驱动基础教育创新咨询委员会认为,学校和教育工作者在克服挑战并将其转化为机遇的同时,应该思考,学生要开展什么样的创新教育;如何帮助教师构建沉浸式学习体验,从而激发学生的好奇心,深化知识,培养更高层次的思维和实践技能;如何帮助学生成为自主学习的主体,培养以数字化方式探索知识、协作、创造和解决问题的能力;学习、做事和思考如何与更广阔的世界建立联系;在“第四次工业革命”中,学生需要哪些技能来驾驭未来工作。

    专业发展弥合技术与教育差距

    技术与教学之间的差距是多方面的,技术早于课堂就已存在。从采购决策到规划和实施,学区和学校有时将技术优先于教学,产品优先于人,潜力优先于现实。挑战始于高层,地区领导、技术或课程部门往往是高层技术决策的权力中心。

    各地区可以通过建立创新实验室来增强创新能力。创新实验室可以用于开展小规模创新,应用研究的影响评估,并将21世纪的教学方法与试点技术相匹配之后制定标准。各地区也可以为学生提供购买决策的发言权。

    例如,美国阿尔伯马尔县公立学校为高中学生开设了一个“非学校”(unschool),灵活的学习空间和工作室可以容纳专门的设备,学校以个性化学习为愿景,使学生追求自己的理想。但在学生们到达这里之前,该地区没有购买任何设备,而是由学生们自主决定项目所需要的设备。

    学校明确了学生在数字世界中取得成功所需的知识和技能,建立起课程和教学方法的共同愿景,制定出战略计划,然后做出优先考虑教育价值的技术决策。

    此外,专业发展对于弥合技术与教育学之间的鸿沟至关重要。随着科技进入教育领域,许多地区都在努力做好这项工作。此外,不仅仅是教师需要专业发展,要成为教育技术使用的有效倡导者和监督者,区长、校长、教练员和其他学校领导同样需要专业发展。

    各地区可提供如何使用技术的培训,但在专业发展上,为什么要使用技术来促进和支持教学和学习的培训还不够。让教师通过探索和反思“为什么”来形成自己的思考方式也很重要。这种“思考”对他们的学习过程很有价值。深入的专业学习使教师能够更有效地支持学生的学习。

    随着技术的进步,专业发展将成为一个更加紧迫的挑战。根据普华永道(PwC)2018年对美国2000多名基础教育工作者的调查,只有10%的美国教师有信心教授更高水平的技术技能,这进一步增加了具备该技术水平的劳动力的需求。这一发现在年级层次、学校资源和教师经验水平上都基本处于稳定状态。79%的教师表示,他们希望在技术相关学科上有更多的专业发展;81%的教师提出,他们需要更多的资金,参与专业发展的更多“自由时间”,以及更多课程计划或课程材料。

    普华永道的调查还发现,美国教师并没有创造性地利用技术。60%的课堂技术使用是被动地观看视频或浏览网站,只有32%用于课堂活动,如编码、制作视频或执行数据分析,但学生在这些活动实践中体现出了更高水平的技能。根据经济合作与发展组织一项研究发现,国际上的情况大致相同。59%的教师表示有中等或高等水平技术相关的专业发展需求。

    因此,专业发展应以学校整体文化为目标,为专业实践、协作和认证工作提供充足的时间与空间。随着科学、技术、工程和数学(STEM)技能需求的增加,有些国家正在采取协调一致的行动。韩国目前在国家课程体系中强调计算思维、编码技能和通过软件进行创造性表达。到2018年底,韩国已对6万名小学教师和3万名中学教师进行了软件教育培训。

    技术与教学间的差距,导致开支浪费,造成教育工作者的挫败感,也使学生失去了数字时代培养好奇心和技能的机会。这个鸿沟如果可以弥合,学校就可以实现更高的技术投资回报,其结果对教育至关重要——创造良好的教学实践以及学生参与高价值、前瞻性学习活动的机会。

    美国能源研究所高中是休斯顿一所以能源为主题,以科学、技术、工程、数学(STEM)教学为中心的高中,这所高中为我们提供了创新一瞥。学校重视专业级技术,与支持教师和学生的公司合作,开展基于项目的学习。

    能源研究所高中将英语、社会学、科学和工程课程合并为团队授课的形式,并将45分钟的上课时间改成4小时的教学时间。这也为更复杂的跨学科项目提供了时间。学校将教师协作计划建立到日常日程中,信息技术专家为教师提供教学技术支持。教师和学生在技术选择与技术使用上也有发言权。

    国际咨询委员会建议,整个学校系统和某一学校可以考虑投资试验新技术,并在学校网络中分享成果;教育工作者可以要求参与技术合作公司的讨论,为研发真正支持教学的产品提供信息;评估技术如何帮助实现愿景、使命和目标;制定一项战略方案,将技术与学习期望和教学结合在一起;通过引进跨领域的专业师资来避免购买技术过程中的“新奇事物综合征”;留出专业发展中关于技术购买的资金;学校领导层面给予领先性技术强大的支持;鼓励成立专业的学习共同体。如有必要,监控技术实践的有效性并及时做出修正。

    未来劳动力需要“新工作智慧”

    人工智能、深度学习和机器人技术是改变游戏规则的技术,如今这些技术开始转变工作性质,从而改变劳动力的需求。学生未来的成功需要很多技能,学校在培养学生所需技能方面会面临很多阻碍,而新兴技术可能会给教育工作者带来更严峻的挑战。

    世界经济论坛2016年报告《未来的就业》称,我们正处于第四次工业革命的开端。即使是那些在2020年前产生影响的短期驱动性技术也已经令世人惊叹,例如移动和互联网云技术,超级计算和大数据,新能源供应和技术,人工智能和机器学习,先进制造和3D打印,先进材料、生物技术和基因组学。

    人口和社会经济变化,例如不断变换的工作环境和更加灵活的工作安排,也会对就业产生重大影响,比如,创造大量新的就业岗位,出现大量裁员,以及扩大就业技能的鸿沟等。全新的工作、专业和技能类别正在兴起,“极力主张齐心协力”来应对这些变化。

    因此,教育工作者面临的挑战是开发和发展那些经得起时间考验的技能组合,为学生提供充分的新兴技术实践机会,激发他们对“设计未来技术的兴趣和激情”,并将这些工具与现实世界和深度学习成果联系起来,这将是至关重要的举措。

    “通向就业的阶梯已经变得日益具有数字化特色”,而数字化的基本技能尚未被大家认可。麦肯锡全球研究所在对7个国家的3000多名商业领袖的调查中发现,在自动化时代,每个人都需要发展基本的数字技能。

    澳大利亚青年基金会2017年《新工作智商》报告显示,技术正在推动减少那些仅能从事普通手工工作的工人数量。该基金会通过分析1200万澳大利亚人在200多亿小时的工作量,预测了对未来劳动力的技能需求。调查结果显示,到2030年,工人在工作中学习的时间将增加30%,解决问题的时间将增加100%,使用科学和数学技能的时间将增加77%,批判性思维和判断时间将增加41%。

    未来劳动力蓬勃发展将需要“新工作智慧”——智慧学习、智慧思考和智慧做事。如今,提升和教授经过验证的新技能的理念正在兴起。澳大利亚通过设计思维和社会企业家精神,来帮助高中学生获取未来成功的技能。欧洲2017年为40个国家的360万学生提供了企业家精神、就业准备和财经知识的教育服务。英国鼓励中学生具备机智、责任、韧性、推理和反思素养,并通过与地区、国家和国际性组织合作来提供实践经验。

    新生代技术已经通过自己的方式进入许多行业。人工智能可以执行的任务通常需要人类智慧,例如预测分析就是在大量数据中通过算法开展学习并进行决策或预测。在教育方面,许多学习管理系统已具备人工智能的功能。

    非营利组织和公司开发的产品与服务很快就可供教育工作者使用。人工智能具有微观个性化指导学习的潜力,它们可以通过混合现实、增强现实以及虚拟技术,为学习者提供便于理解的、合适的辅导以及激动人心的学习体验。借助这些技术,教育工作者将设计出模拟工作的学习环境,并与雇主更轻松地开展合作,为学生提供“真实的”学习机会。

    对于教师和管理人员来说,新生代技术可以支持教学法,协助处理课堂管理和机械性教学任务,并为学生提供学习和需求的具体见解。教育工作者可以将更多时间花在他们的核心工作上,如教学、学习以及与学生的面对面互动。

    根据布鲁金斯学会的教育测量系列,新兴技术也将改变教育测量,以匹配21世纪所需的技能。“隐性评估(Stealth Assessments)”可以嵌入信息平台、工具和学习环境,例如,在数字游戏中构建复杂现实场景所需的技能和知识。当学生在这些数字环境中互动时,教育工作者还可以利用新技术捕获和分析过程性数据,可以充分了解学生的学习过程。

    我们需要更多的时间来把握下一代技术如何改变未来的工作和教育。目前,咨询委员会建议关注这一领域的发展,并开始讨论新兴技术将产生何种影响。为学生在未来世界的快乐和富有成效的生活做好准备,即教育的“内容”;通过数字学习材料和环境开展教育,分析每个学习者的学习行为、学习者之间的互动以及个体学习经验,即教育的“方式”。

    《基础教育创新驱动力报告》还将推出“趋势篇”和“技术篇”,进一步从推动学生和教育工作者发展与转变的动力、拓宽教育领域解决方案所需的技术支持工具两个角度进行详细阐述。

    (作者单位:北京开放大学)
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