理科生为何改行?

按:《纽约时报》旧闻一则,原文及评论都值得一读。最近恰逢国内基础教育新一轮改革,特此译出。原文发表于2011年11月,文中“今年”也都指2011年。本文注释均为译者注。评论部分待译。

关键名词解释:“STEM”,就是科学、技术、工程和数学的首字母缩写,大致相当于我们口语中的“理科”或“理工科”。

###理科生为何改主意(改行)?忒难了!

By CHRISTOPHER DREW Published: November 4, 2011

去年秋天(2010年),奥巴马总统在富丽堂皇的白宫国宴厅,召开了第一届所谓的“白宫科学展”,众多媒体到场。他测试了中学生设计的能发现司机走神的方向盘,又观察了会踢足球的机器人的内部结构。这场展会本应是个鼓舞人心的时刻——少年们,科学多好玩,继续用功吧。

多年来,政客和教师一直都在哀叹一件事:考试分数显示,美国学生不如斯洛文尼亚和新加坡的同龄人。那么,美国要如何跟其他国家较量创新能力呢?因此,无论是总统还是业界,人人呼吁大学多多培养毕业生,每年需要新增一万名工程师,再加上十万名“STEM”(理科)新老师——“STEM”,就是科学、技术、工程和数学的总称。一时间,紧张气氛就像当年“伴侣号”升空时一样*。从幼儿园到高中,所谓的“基础教育流水线”,都被人拿到放大镜下仔细研究。幸好也还存在乐观信号,比如问卷调查表明,有意选择STEM(理科)专业的大一新生逐渐增多。

注:1957年,前苏联发射“伴侣号”(Sputnik)人造卫星,震惊了西方世界。当时美国人瞬间意识到巨大的危机,并在压力推动下掀起了大规模的科技革新。

但是,事实证明,中学生的学习生活其实最好玩。他们可以自己动手搭建物理模型,或者让鸡蛋掉到水里,以此验证牛顿第一定律*。等到学生真正见识到“数学科学死亡长征”(荣誉工程学教授David E. Goldberg语)的冰冷现实之后,曾经的兴奋感便荡然无存了。大一新生要在几百人的课堂上披荆斩棘,排除万难,杀出微积分、物理、化学的重重包围。途中,很多人渐觉力不从心。

注:应当指的是把鸡蛋放在盛满水的杯子上的硬卡纸上,迅速抽出硬卡纸后,鸡蛋落入水中。

研究发现,在最初计划选择理工科专业的学生中,约有40%最终转向其他专业,或者完全没有取得学位。根据加州大学洛杉矶分校的新数据,如果把修读医学预备课程的学生*也考虑在内,“变心”的比例更是高达60%。而有意学医的学生一般拥有最高的SAT分数和最扎实的高中理科基础。所有其他专业的学生流失率加起来仅为这个数字的一半。

注:因美国本科不设医学专业,有意攻读医学的学生须在本科阶段修读医学预备课程,在研究生阶段方可正式进入医学院。

对教育者而言,最大的问题在于,如何保持住低年级积累起来的冲劲,免得学生一进大学就瞬间崩溃。

“我们国家的理科人才,一进大学就会损失不少,比例令人忧心,”Mitchell J. Chang表示。他作为UCLA的教育学教授,对此现象有所研究。“这不仅仅是中小学基础教育的问题。”

Chang教授指出,损失的学生主要不是背景薄弱、成绩平平的学生,相反,在入学甄选严格的尖子学校,理工科学生流失率反而更高。他认为这是因为,就连资质过人的学生也会被高度竞争压垮。

“你可能觉得既然这些院校招收的是最好的学生,那么在这里上学就最容易取得成功。但是如果你挑出两名高中GPA和SAT分数都相同的学生,让其中一个人去Berkeley这种很难得到录取的学校,另一个人去Cal State(加州州立大学)这种平均分更低的学校,那么前者读完STEM学位的可能性,至少比后者低13%。”

理工科学生的流失率,大部分来自工程专业学生,还有医学预备学生。后者一般在自觉无望进入医学院时选择放弃理工科。毫无疑问,专业课程越往后越高深,越复杂,越难学会。有的学生依然缺乏数学基础,或者不愿真正刻苦学习。

入学课程太难,随后两年课程往往相当抽象,之后毕业前还需要完成高深的研究或设计项目,这些都是挡在学生面前的拦路虎。“要撑下来,又枯燥,又困难,所以如果中途能让他们放松一下,应该挺不错的,”Goldberg博士建议。去年,他已从UIUC的工程学教授职位退休,如今是一名教育顾问。他认为,总统如愿以偿得到万名工程师的几率“基本为零”。

9月份,北美大学联盟(AAU,由美国和加拿大共61所大型科研院校组成)宣布开展一项五年计划,以期鼓励STEM领域的教员多使用互动式教学手段。

“还有很长的路要走,”北美大学联盟负责人Hunter R. Rawlings感慨道,“加快改革进程势不容缓。”

另外,最新研究表明,实际可能存在更不易察觉的问题。例如,在人文和社会科学领域,分数大幅度虚高,同样会促使其他学生离开STEM专业。数学、科学类课程给分更低,本是意料之中的事情,因为答案一是一,二是二,又没有创意加分。教授也会说,自己之所以严格要求,是因为理工科课程都是层层递进的,你要是在这一门课没学好关键点,那么下一门课就很难应付过关。

去年,时任Wake Forest大学教授的Kevin Rask,通过研究将近十年间的档案记录,得出结论:在全校课程中,数学、科学导论课的分数是最低的。化学系给分最低,平均只有2.78(采用4分制),其次是数学系的2.90。教育学、语言和英语文学课程平均分数最高,达到3.33至3.36。

康奈尔大学的博士生Ben Ost在类似研究中发现,STEM学生既因为在其他方向的课程取得高分,“受吸引而主动退离”,同时又因为在本专业取得低分,“受排斥而被动退离”。

圣母大学(Notre Dame)的Matthew Moniz在大二秋季学期成功逃离工程专业。他一直都是多数工程学院梦寐以求的优秀学生,SAT数学800分,阅读、写作都超过700分,在华盛顿特区读预科期间就已经修完微积分BC和另外5门AP课程*。他从很久以前就计划主修工程专业。

注: AP课程是美国优秀高中生可在高中阶段提前修读的大学先修课程。AP微积分BC基本内容是一元微积分及级数。另,SAT分三部分,各部分满分均为800分。

但是2009年,坐在力学课堂上,他终于意识到自己受够了。“我使劲背公式,工程的重点是应用,可他们教得不怎么样,”他回忆道,“上课基本上就是,‘做完这些练习题,然后你就自己学吧。’”他又继续看后几学期的课程设置,也看不到未来有什么盼头。

于是,这个喜欢诗歌和上过的心理学导论课程的21岁小伙子,转向攻读心理学和英语的双学位,那些课程都“明显更侧重讨论”。他将于明年5月毕业,并打算成为一名临床心理医生。他大一的时候有四个同专业的好友,如今一个转向商科,一个转学音乐,剩下两人还坚守工程专业,但其中一人也打算毕业后进入金融领域工作。

从Moniz的经历可以看出,一部分基础优异的学生渐渐发觉工程学教育太局限,缺乏其他领域的活力,同时又发现有更轻松的赚钱之道。

圣母大学工学院院长Peter Kilpatrick毫不否认,大二、大三这两年主要讲理论,是技术专业教育中的“薄弱环节”。他说,由于他所在的工学院为大一新生提供设计项目,把“无聊透顶”的400人大课拆分成80人的班级,学生保有率在过去十年间已经在逐年回升。他介绍说,十年前只有50%到55%的学生能坚持到毕业,如今已逾75%,接下来藉由在中年级增加实验室内容,有望进一步提升这一比例。

他表示,“这一改革实验已经开展到第二年。说实话,很可能需要五到十年时间,才能真正围绕这种基于项目的教学模式,最终确定完整的课程设置。”

毋庸置疑,学生需要坚实的理论基础。但是多数学校都需要太久才能做出改变,这才是令教育学专家失望的地方。

美国国家科学委员会(National Science Board)是一家公共咨询机构。早在20世纪80年代中期,该机构就曾发出警告,指出学生开始忘记自己究竟为什么想成为科学界和工程师。90年代,研究证实,学生在求解开放式问题时(比如开发电脑游戏、设计能源系统等),会比听讲座等活动学到更多东西。虽然国家科学基金会(National Science Foundation)之后对于采用互动式项目的试验性课程继续提供资助,但是最终资金用尽,多数课程也就跟着不了了之。讲座性质的课程更廉价。顶尖的教授更关心如何赢得研究资助,而不是如何教育本科生。

2005年,美国国家工程院(National Academy of Engineering)总结称,“分散干预”并未大范围改变结果。“把大学一年级视为‘自力更生’的体验,认为损失学生是无可避免的事情,这种想法不但对学生不公平,而且是在浪费资源和教员的时间。”

Kilpatrick博士自从2008年升任圣母大学校长以来,对一门“有点发霉”的大一设计课程做了改动和扩充。现在,学生要完成四个项目:搭建乐高积木机器人,设计能以最小成本承重的桥梁,制作电路板,最后还要自己想出一个项目。

“他们学会了如何动手,如何给机器人编程,如何处理设计约束条件,”他指出。但是他也承认,无疑有的学生会感到茫然。有些新生并不太理解工程学有多么技术化,也有些学生虽然人很聪明,但是高中学得太轻松了,没有养成好的纪律习惯。与此形成鲜明对比的是中国和印度的学生,他们从小就坚持专心学习数学和科学课程。

“我们处在全世界的竞争之中,我们必须尽量留住学生,”Kilpatrick校长表示,“但是如果我们不教给孩子们良好的人生技能和学习技能,那就不算真正帮助他们。”

美国马萨诸塞州的伍斯特理工学院(Worcester Polytechnic Institute)是全国最古老的技术学校之一,在这里,项目式教学理念深入人心。学校虽然依然希望学生学习标准的理工科课程,但是在20世纪70年代,该校便推翻了传统的课程设置,腾出空间为大学二、三年级安排大量研究项目、设计项目和社会服务项目,其中不乏在海外教授指导下的出国项目。2007年,大学一年级也围绕饥饿、疾病等全球性问题,增设了可选的项目——事实上,当年大一新生中,有四分之一参加了这类项目。

“提供这一类早期参与经验,让他们明白自己能够研究有意思、有意义的东西,这非常重要,”本科生教学负责人Arthur C. Heinricher称,“这能勾住学生。”

今年夏末,大约90名大一学生收到电子邮件,询问他们是否常接种流感疫苗。发送方不是卫生事务处,而是该校学生,他们正在估测流感在不同接种率下的传播范围。有两名学生在大一期间曾经研究疾病,并设计了一项问卷调查。如今他们步入大三,转而开始招募新生参与模拟实验,用发光腕带和贴纸,跟踪他们在迎新会上的交际活动,监测有多少人在此期间“遭到传染”。

其中一名学生是Brenna Pugliese,来自生物专业。她说这一活动耗时两天,结果使学校里更多人认识到,有必要增加接种疫苗的学生数量。“我可以诚实地说,我在这里学到了各种各样的生物知识,比在任何一门课上学到的都多。”

教师也表示,有些大一学生项目体现出惊人的聪明才智。例如,其中有一台收集动能的设备,如今已获得专利。但是这类项目主要还是为了让学生有机会和教师密切合作,培养学生的自信心,鼓励团队合作精神。研究表明,女性尤其希望看到自己的作业能用来帮助他人,而这些项目有助于让理工科女生感觉更轻松,毕竟除了生物以外,其他理工科专业都是男生远远多于女生。

在伍斯特理工学院,74%的本科生在四年内拿到学士学位,80%在六年内完成。

绝大多数顶尖公立研究型大学都在大学一年级至少增设了一点儿设计任务。自今年秋季起,伊利诺伊大学要求工程专业的大一新生修一门介绍工程学志向的课程,并鼓励他们参与设计项目或者参加领导力讨论班。多数技术学校则鼓励学生参加暑期实习,也可以利用一学期休学时间积累实际工作经验。校方希望,在经济低谷期,高薪工作或许会留住更多学生。

部分私立学校也调整了打分规定,减轻理工科学生的压力。长期以来,麻省理工学院都只给头半年的新生“合格”“无记录”两类成绩,让他们借此熟悉学业负担。伍斯特理工学院允许本科生在多达三门课程上选择不记录低于C的成绩。不过如果是必修课就必须重修。

20岁的大三女生Ilea Graedel学习的是航空航天工程专业。她说,“如果真心想尝试新鲜事物,比如想上一门难度超出自己舒适区的课程,这样的保底政策挺不错的。”

但是她认为,真正帮她渡过严酷的理工科长征的动力,还是她坚定的志向。她在华盛顿州的农业区长大,高中全班26个人中,只有她正在攻读技术学位。她从三岁开始就想成为一名宇航员,那年她的母亲带她去西雅图参观波音公司的飞机博物馆,还给她买了一本书,书名就叫做“我想当宇航员”。

可惜,美国的航天计划遭到了大幅削减。不过,她依然表示,“我会牢牢坚持那个梦想。”



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