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这位MIT教授说,STEAM教育最重要的是教会学生知行

看点  在众多教育家眼中,知识本身的重要性已经大不如前,用知识解决具体问题的能力才更为重要。美国麻省理工学院以“知行合一”为校训,该校本科生研究项目主任J. Kim Vandiver教授在接受外滩君专访时,建议老师通过让孩子动手参与的课程,教给他们理论知识 ,同时改变评价方式,允许学生从失败中学习成长。

文 | 孙鲁妮    后期 | 洪宇哲

编辑丨闻琛 

上周,外滩君采访了J. Kim Vandiver教授,他已经在麻省理工学院(MIT)任教42年。25年前,他创建了Edgerton Center,旨在为从事创造性教育项目的MIT学生和中小学生提供资源支持,包括一部分发展中国家的教育项目。

这位MIT教授说,STEAM教育最重要的是教会学生知行合一

除了作为Edgerton Center的创建人和负责人,Vandiver教授还是MIT本科生研究项目主任(Dean of Undergraduate Research)、“经验学习”办公室的主任,同时也是机械和海洋工程学的教授。他是离岸结构动力学和流致振动的首屈一指的权威之一,也是“麻省理工—雾兹侯海洋学院:海洋学和应用海洋科技与工程联合项目”学院的成员。

除此之外,Vandiver教授还有一幅著名的摄影作品——《穿过烛光的子弹》(Bullet Through Flame),被收藏在美国德克萨斯州的阿蒙·卡特艺术博物馆。

面对这样一位集摄影家、艺术家、工程学家与教育家于一身的资深STEAM领域实践者,外滩君与他特别就以下话题展开了对话:

动手对于学习的重要性

基于项目的学习(PBL)

STEAM教育

老师对于一个人发展的重要性

对于未来K12教育的期望

这位MIT教授说,STEAM教育最重要的是教会学生知行合一

B=外滩教育   V=J. Kim Vandiver教授

B:为什么会想到在25年前创建Edgerton Center,专门激发学生动手创造? 

V:你知道我们的想法是从哪里来的吗?其实就是MIT的校训——Mind and Hand,在拉丁文里就是Mens et Manus。

这个校训在1861年麻省理工创立之时就已经被确定了下来,在当时的美国和世界上都是绝无仅有的。在设立之初,隔着两个街区的地方就是哈佛大学,当时他们还在用拉丁文授课。

MIT的创办者William Barton Rogers说,教育人们有关艺术、科学和工程方面的知识非常有价值,因为这些都是驱动每个人的内在价值的关键。MIT成为了第一所以学位奖赏那些真正解决问题、创造事物、改变世界的人的学校。所以说,动手创造的思想在1861年就已经有了。

之所以取名叫“Edgerton”,是为了纪念Harold Edgerton教授。他是我在MIT上学时的老师,被称为“闪光灯之父”,同时也是逐格摄影的先驱。

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 牛奶皇冠

你看这张照片,这就是Harold Edgerton的高速摄影名作《牛奶皇冠》(Milk Drop Coronet),摄于1964年。高速快门摄影在现今已经是一个较普及的摄影题材,但在那个时候,要拍出这样的照片却需要在顶尖实验室里研究几个月。这张照片捕捉了肉眼不可察觉的一滴牛奶滴落的瞬间,促进人们对物理世界的理解,在当时引起了很大的反响。

B:您不仅是MIT本科生研究系主任、Edgerton Center的创建者和负责人,还是“经验学习”办公室(Experiential Learning Office)主任,能不能谈谈您现在做的事情? 

V:其实这样的设立是种巧合,我在25年前创办了Edgerton Center。过了几年,又被任命为本科生研究项目的主任,之后我们展开了很多项目,就把研究这些项目的部门命名为“经验学习”办公室。

这个部门涵盖了三个部分,一个是专门面向大学一年级学生的,一个就是Edgerton Center,另外一个是D-Lab。

D-Lab成立于15年前,主要辅导学生们如何在一个不断变化的社会中解决问题,比如有些地区的人们每天只能依靠一美元到两美元度日,他们没有足够的能源和可饮用的水资源,需要得到提高作物产量的技术,D-Lab就是为了激发学生思考和解决这些问题而设立的。

Edgerton Center和D-Lab属于联合项目,有趣的是,这些项目无意中促使MIT中的女学生们对STEM学科越来越感兴趣。因为来到MIT的学生最开始只有十八九岁,在这个年纪可能男生们对跑车、刺激的事物更感兴趣,而女生们可能就更加愿意投身于怎么把这个世界变得更好。D-Lab里面的项目就让这些女孩子们找到了有意义的、可以让这个世界变得更好的事情去做。

这些项目最开始都是为了MIT的学生们设立的,以便让更多学生投入到动手创造的项目中,之后我们就把这个项目拓展到了中小学生阶段。

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B:您从1975年就开始在MIT任教了,一直接触的也都是大学生,为什么会把关注点从大学生身上转移到了中小学生身上? 

V:我把目光转到中小学生身上是因为我的妻子。她是一个生物学博士,一直都在做和生物学有关的研究,但后面开始对教育感兴趣,就又去读了教育学的硕士学位,之后去了一所中学做科学老师,一做就是16年,直到退休。

在和我妻子交流的过程中,我也越来越了解关于教育的理论和方法。作为一个老师,她非常支持和相信动手完成一些项目对于学生在学科上产生的帮助。相比于只是阅读书上的文字和做重复的作业,有趣的项目非常能激发学生的求知欲。我妻子就非常喜欢和善于给学生设计一些需要动手的项目,用来辅助科学学科的教学。

她同时也有教高中AP生物课的经验,但是她认为六年级对于孩子科学素养的培养是很关键的阶段,这也是为什么Edgerton Center把关注点放在了初中生而不是高中生身上的原因。

从前几年开始,外界越来越多地把目光放在STEM学科的教育上,因为随着世界的发展,我们需要越来越多青少年投身于STEM领域。但是我们发现,在美国,孩子们发现自己对于STEM学科开始不感兴趣、不在行或者想要放弃的阶段就是在六年级左右。如果在这个时候不推他们一把,我们可能就错失了这群孩子。所以我的妻子说她就要教六年级,这是她作为一个科学家,能够为世界做出一些积极改变的地方。

所以,就是在我家的餐桌上,让我有了教中小学生的想法。

B:您是如何看待艺术之于STEM学科的重要性的? 

V:我的Edgerton Center就做了很多和K12相关的事情,我们帮助老师们做职业培训,也和学生们一同做了很多事。我们很多年前就认识到了Art在STEM领域中的重要性,我们就做了一件事。

每周六我们都有一个项目,会邀请学生们来到我们中心建造东西、制作东西,我们教他们有关电力的知识,比如如何焊接。事实就是男孩子们对焊接可能很感兴趣,但我们也同样希望女生学习到相关的知识,于是我们想:与其教学生如何焊接电路不如教如何焊接玻璃。即使是在学同一种技术,但女孩子们会觉得,做出漂亮的彩色窗户比起单调的焊接电路有趣很多。

我们发现如果我们想要把STEM学科知识传递给更多女性,就需要拓展这些学科的应用和学习范畴。

B:能不能简单谈谈Edgerton Center在做的项目? 

V:我们发现学生们喜欢动手制作一些东西,然后开展一些竞赛。最开始的时候我们也不是很了解他们的一些想法,那些想法都很新颖和有创造力。经过了二十五年的积累,我们越来越意识到学生们喜欢比赛这一点。

现在有一个澳大利亚太阳能汽车大赛,这是一个利用太阳能驱动汽车由北向南穿越澳大利亚的比赛,全长3000公里,全世界的学生们都可以通过亲手制作覆盖有太阳能板的汽车参加这个比赛。汽车被允许搭载一块电池,但这块电池只能通过太阳能来充电。这个比赛通常需要四天来完成,前几年我们的团队用了四天的时间完成了3000公里全长的比赛,平均速度57迈,差不多接近每小时100公里。

这个项目帮助很多学生学习了更多有关工程学、太阳能方面的知识,每年他们都在不断提升自己,让汽车变得更加安全和高效。

这种真真实实在解决问题的项目让学生更有热情,他们体验到自己在和这个真实的社会打交道,自己付出的努力是有意义、有回报的,这样他们就会自然而然地更加重视自己学习的知识。

这同样适用于六年级的学生们,如果他们意识到自己所做的事情是有意义的,就自然而然更有热情。 

B:对于六年级的学生而言,建造一个太阳能汽车似乎有点不切实际,那么他们应该如何开始发展Mind and Hand的能力呢? 

V:我们设计的一个项目就是基于PBL的,它需要一个科学老师每周花五天、每天47分钟,教会六年级的学生们重要的科学工程学科知识,并且让他们对此着迷。

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 LEGO Car Rally

我们为此设计的课程叫做LEGO Car Rally,摒弃了传统的考试方法,老师们被要求每两周通过学生们设计制造的LEGO车的表现为他们打分。

这就是一个典型的工程学科的项目,学生们会通过这个课程学习能量守恒定律、能量转换定律、动能、势能等等物理知识,也能学习到一些数学概念,因为在这个比赛中,学生们被要求不仅仅只是让车子通过重力往前行进,还需要看车子在面对弯道时的表现,他们需要顺利地通过两个环形弯道、弯曲的车道、雷达探测,还包括如何上坡和下坡。

这样,其实老师们还需要教会他们如何做工业设计,工业设计的本质其实就是关于如何设计、建造、测试、改进设计、再建造、再测试、再改进设计的循环。通过这个学习过程,六年级的学生们不但不会因为失败而受到打击,反而会欢欣鼓舞、充满斗志,因为他们知道他们会被记录下来的是最好的一次表现,他们被允许一次又一次失败,直到成功为止。

通过项目学习只是一种手段,它的确能够激发孩子们对于获取知识的热情,但如果只能做到激发热情还远远不够。难的部分是老师如何通过需要动手的这些项目教给孩子们重要的基础理论知识。就像LEGO Car Rally这个项目,它面向的是六年级的学生,但是如果老师教得好,学生们就能通过这个项目学习到数学、动能、势能、功等等相关知识。

老师的工作就是要明确列出学生们通过做项目需要学到的知识,并且确保他们确实学会了。如果这点做到了,孩子们会比用传统学习方式学得更好。这是基于项目的学习的关键。

B:Harold Edgerton是非常著名的摄影师,您也有非常杰出的高速摄影作品,能谈谈作为主攻工程学专业的您为什么会在摄影方面也颇有建树吗? 

V:我从刚来到MIT读本科的时候就已经知道Edgerton了,他其实是在借用摄影这种技术回答很多工程学上的问题。

我在读本科的时候也选修过摄影,对暗室、冲印彩色照片都很感兴趣,所以我就找到Edgerton,说想参加他对本科生开放的摄影实验室项目。我刚好选择了一个非常好的时机,他当时正好需要一个助教,所以我当了他接下来一年高速摄影课程的助教。后面他和我说,“既然你当了这么久的助教,为什么不试试自己做一个项目呢?”Edgerton教授说,他从来没有做过彩色纹影摄影(Color Schlieren Photography),就建议我以此为切入点。

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 纹影摄影:冰块浸入水中冷却周围水的瞬间

纹影摄影是一种利用超音速风洞研究现代飞行器周围气流的技术,它能将不可被肉眼看见的气流的变化,转化成可以被看见的图像。纹影技术能够让你看到蜡烛周围的热气、射出的子弹周围的气流、一个冰块浸入水中冷却周围水的瞬间。

Edgerton教授就说他从来没有做过彩色的纹影摄影,他就教会我纹影摄影的技巧和窍门,我就把这些技巧和彩色摄影相结合。我通过研究和学习航空领域中的摄影技术,花了五个月的时间,尝试了无数种方法,终于拍出了满意的、漂亮的图片。

这位MIT教授说,STEAM教育最重要的是教会学生知行合一

 穿过烛光的子弹

B:有没有给中国学生们的建议? 

V:MIT是一所理工科学校,所以学生的理工科成绩都非常好。他们肯定都是凭着在理工科方面非常出色的表现来到MIT的,但是刚入学时,他们与人沟通的能力不一定很好,但是当他们从MIT毕业的时候,综合能力已经得到了全面提升。

所有想要进入MIT的学生其实都已经拥有非常优异的标化考试成绩,但是进MIT不但需要好的成绩,也同样需要对感兴趣的方面表现出好奇心和热情。我们希望我们的学生建过一个自己的计算机实验室,或者参加过数学或物理的竞赛,也希望我们的学生中间有很多很好的音乐家。这些音乐家不仅在音乐方面有很高的造诣,对科学数学方面的知识也同样很了解。

另外一点就是学生的多样化,我们有本科生和研究生。本科生中有10%的国际生,研究生中有40%的国际生,他们来自世界各地,也都很优秀,说着不同的语言,是他们让MIT成为一个包容多样的校园。

我给所有学生的建议,就是遵循自己的兴趣。如果你觉得数学好玩,那就研究数学;如果你喜欢建造东西,那就试着去做。很多最终选择学习工程学的学生在他们小的时候都很喜欢拆解东西,因为他们好奇这些东西到底是怎么运转的。我觉得如果你选择去做自己喜欢的一件事,成功的可能性会高得多。找到一件自己喜欢的事情,并不断去探索。

如果你想上大学,进MIT或者其他一些非常优秀的学校,当然需要努力学习,但还是需要寻找一些课堂以外的自己喜欢做的事情,比如阅读、自己做一些实验、建造自己的望远镜,等等。

还有很重要的一点就是,努力去接触自己觉得有意思的人。比如当你遇到一位自己非常欣赏、非常能激发你的老师,就快去告诉他们,创造和他们更长的共处的时间。就像Edgerton教授于我。老师、导师并不是一件偶然发生的事情,就像我当年敲开Edgerton教授办公室门时的那样,说“我想学习高速摄影,我自己拍了很多的照片,但它们都是普通的照片,我要怎么才能拍摄出像《牛奶皇冠》一样的高速摄影作品?你是怎么拍摄到一颗子弹穿过苹果的瞬间的?”他说,“你进来,我展示给你看。”

后记,小编朋友研发了一个游戏化的少儿编程在线课程(5-12岁),游戏化教学结合scratch(一款在线少儿编程工具,类似乐高的积木拼搭),我家娃娃学了几次课,非常喜欢(超预期),16次课才200多块钱,对锻炼孩子的思维能力和动手动力很有帮助。

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