在线课堂凭什么魔高一丈?最受欢迎的MOOC老师有话说

Barbara Oakley是奥克兰大学的工程学教授,同时也是《关于数字:如何才能在数学和科学方面变得擅长》的作者。她和Terrence J. Sejnowski合作了MOOC在线课程《学习如何学习》,大受欢迎。本文中,她以老师和学生的亲身体验讲述了在线课程与实体课程相比的优势。
1我和索尔克研究所神经学家Terrence J. Sejnowski教授在MOOC上讲授一门很受欢迎的课程:「学习如何学习(Learning How to Learn)」。该课程利用神经科学、认知心理学和教育学等,解释了大脑如何吸收和处理信息,从而使得我们可以成为更好的学生。自从2014年8月该课程在Coursera网站上线以来,大约有来自200个国家的100万学生参与到了这门课程中。参加课程的学生包括心脏病专家、工程师、律师、语言学家、12岁的孩子,甚至包括苏丹的难民。我们总是会受到这样的来信:「最近我听完了您的MOOC课程,它以一种无法言说的方式彻底改变了我的生活。我今年29岁,正在尝试将事业转移到计算机科学上来,而我从没有感觉到像现在这样对学习充满了兴趣。」 作为一位老师,能够收到这样的反馈真的是万分荣幸。令人欣喜的是,这不仅是对个人的夸赞,同时也说明了MOOC的影响。我们都知道教育系统的重要性,以及提高教育水平(尤其是弱势群体的教育)将会为社会带来多大的效益。网络课程有更大的影响力,它使得我们可以用更低的成本来获得更好的教育。这一连串的数字已经让人印象深刻——超过500所学院和大学,200家组织机构和研究所为MOOC提供课程,受众超过3000万人。 同时「学习如何学习」这门课也是我执教20余年来最满意的一门课——我承认我感到有点不爽。现在我是密歇根州奥克兰大学工程学教授。在过去数年间很多很有影响力的文章都讨论过MOOC的成功以及在教育方面的巨大潜力。在一篇文章——「被困在虚拟课堂」中,耶鲁大学英语学院的David Bromwich教授说道,「MOOC运动顺应了机械化的发展趋势」,「其阻止了关于教育的内容和宗旨方面的复杂思考」。一些研究文章指出MOOC课堂的辍学率达到了90%。Robert Zemsky也认为MOOC正面临着受众减少的情形,「在教学和技术手段上都很无趣」。
人类的大脑已经进化到了无法专注于一件事情上的能力。
我想说,大多数否定MOOC的人都没有开设和教授过网上课程。实际上,MOOC在技术和艺术上都非常迷人,且具有充分的教学优势。对于STEM(科学,技术,教育和数学)来说尤其如此。STEM学生经常需要回顾课上的内容来理解一个概念,或者需要暂停一下来让大脑充分理解。而对于辍学率,斯坦福大学的数学家Keith Devlin则指出,一些和MOOC相关的被广泛引用的论文都依赖于传统的高等教育衡量标准,「完全是误导性的」。人们参与到MOOC课程中的原因不尽相同,这也是和传统大学课程不一样的地方。很多人从来就没有想过要完成这门课程,他们仅仅是来学习的,纯粹而简单。 对于那些优秀的MOOC课程,实际上鼓励学生思考更多关于学习目标的问题。网络课程可以更好地吸引学生的注意力,有时候比老师做得更好。「学习如何学习」这门课程提供了一个剖析教和学的机会。通过网络媒介,Terry和我可以帮助学生解决很多传统教学中遇到的挑战,同时也可以让学生更加深入地理解学习过程本身。 [caption id="attachment_7149" align="aligncenter" width="733"]DIY:Barbara Oakley(本文作者)和神经学家 Terrence J. Sejnowski以不到5000美元的成本创造了关于大脑和学习模式方面的网络课程。这有一部分要归功于Oakley称为「学术、硅谷与好莱坞创意的完美结合」。他们自己动手创造的课程是Coursera上1500多个课程中最有人气的课程。 DIY:Barbara Oakley(本文作者)和神经学家 Terrence J. Sejnowski以不到5000美元的成本创造了关于大脑和学习模式方面的网络课程。这有一部分要归功于Oakley称为「学术、硅谷与好莱坞创意的完美结合」。他们自己动手创造的课程是Coursera上1500多个课程中最有人气的课程。[/caption] 2智利褐皮隐居蛛(Chilean recluse spiders)被认为是世界上最危险的隐居蛛之一,咬一口就能致人于死地。这些蜘蛛非常大,差不多有一英寸半(约3.8厘米)。它们的运动速度也非常快。想象一下,在地板上离你6米远的地方有一只智利褐皮隐居蛛,当你再次看它时,它已经到了你的跟前。这会让你毛骨悚然,不是吗? 我们正在努力探寻这种运动吸引注意力的神经回路原因,尤其是像蜘蛛那样若隐若现的运动。当隐现对象被监测的时候,神经元会将信息传递到大脑的杏仁核,这里是情感和运动中心。若隐若现是一个大问题,从演化的角度来看,不同的生物,例如昆虫、爬行动物、鸟类和人等对其的反应都不相同。 人脑在进化过程中逐渐获得了迅速转移注意力的能力。那些呆呆盯着野兽的原始人往往落得葬身狮口的下场。所以人类不能长时间坐着一动不动地将注意力集中在老师身上,也就不足为奇了。不管我们对上课内容多么感兴趣,课堂跟我们的大脑就是格格不入。 这对于教学来说确实是一个问题。让老师帮助我们学习更像是异端邪说一般。我们的直觉告诉我们,他们应该这么做。事实上,他们也确实这么做了,最好的老师会洞悉一切,并且将我们最需要的知识传递给我们。他们充满魅力,并激励我们好好学习,即使这个过程中困难重重。明确的解释、灵感、幽默、个人侧重点等都会帮助我们在遇到艰巨的任务时仍然勇往直前。 但是一些看起来有悖常理的研究表明,老师似乎并没有帮助我们学得很好。物理学教授Ibrahim Abou Halloun和David Hestenes 在1985年的一篇论文中发现,板书教学的方式只能让物理学生对物理的理解提高一点点,哪怕老师是一名荣誉获得者。
许多科学上的伟人曾经使用过的技巧包括:想象自己被传输到了他们正尝试理解的事物中。
Halloun 和 Hestenes的论文对科学教育产生了深远的影响。为什么传统的教育方式的效果这么微弱?为了解决这个问题,他们开始测试新的教学方法。物理学家Richard Hake和其他人的开创性研究发现,课堂上的互动参与会使得学生的学习效果有明显的提升。允许学生在课堂上与其他学生交流可以让学生的注意力更加集中在课堂上。 许多大学的课堂已经向这个方向转变。PNAS(美国国家科学学院院刊)刊发了Scott Freeman及其同事的一篇数据分析表明,「活跃的」学习会促进科学、工程和数学课的进步,但这看起来像是教学不当,因此以前未曾采用。但是学习也不完全是相互交流。有时候相互交流越多,进步反而越慢。通常情况下,活跃学习的支持者认为(我也是支持者之一,我曾于2004年和别人共同发表了一篇相关论文),一个良好的教学方法可以让讲解时间和「活跃」时间之间保持平衡,让学生能够在与队友交流的同时,也努力获得材料中的营养。 这样看来,教师价值矛盾的解决办法或许就藏在这些研究中。私人教师可以通过很多种方式来吸引学生的注意力,例如给出清晰的解释,上课问问题,并且在适当时候进行短暂休息等。但是在传统的板书教学情境下,Halloun 和Hestenes的研究发现,即使是最优秀的老师的教学效果也会大打折扣,使得课堂显得了无生趣。 随着因特网的出现,一种全新的教学方式正在颠覆教室。通过这种方法,教授的教学内容可以储存在视频中,并且在家里就可以播放,帮助形成学生的关键概念,并将这些概念带到生活中。课堂时间就可以用来回答问题和与同学交流互动;团队一起解决问题,讨论问题和概念,同时也可以纠正单独学习时的概念误解等。这些相互交流对老师和学生来讲都是无价的。 这种颠覆式课堂的发展使得MOOC成为了教育行业的下一个重要前沿阵地。 3或许,我开设「学习如何学习」这门课的最大原因是,我曾是一个很糟糕的学生。我小学,初中和高中的数学和科学都不及格,直到26岁我退伍了之后才考虑补救一下我的数学。(惨淡的就业前景可以成为一个转变职业的强大动机。)我几乎不能通过课堂听讲来学习——在课堂上,除了教授以外的所有东西都变成了闪光物体,不断分散着我的注意力。我能成功的唯一转机是,我成为了一名课堂速记员——课后再以自己的方式来学习和消化这些课上笔记。 当我作为一个成年人开始学习数学的时候,我望着这些材料,经常感到非常沮丧,有时候我甚至觉得这是课本和教授伙同起来,提出最晦涩的问题。每次那些一辈子都沉浸在傅里叶变换和拉普拉斯变换里的教授说,「很显然……」 的时候,我都会打一个寒颤,因为这对我来说一点都不明显。我的学习速度很慢,我常要花很长的时间来理解一些非常简单的问题。 Terry和我创建的「学习如何学习」这门课程会让学生自行掌握这些简单的问题。我们希望和一些游戏制造商和电视合作,以便充分利用面对面辅导的优势。从《侠盗飞车》的快节奏到《绝命毒师》中烘干机中飞动的钱币,运动是一个重要的因素,能够深入到观众的潜意识,并锁定他们的注意力。 在「学习如何学习」中,我们充分利用了运动的作用。通过使用绿幕,我可以很快地从屏幕一端运动到另一端,我也可以让摄像机给我一个特写等等。当然这些都是摄像机的技巧,但是这确实可以吸引学生的注意力。 事实上,许多科学上的伟人曾经使用过的技巧包括:想象自己被传输到了他们正尝试理解的事物中。爱因斯坦就做过一件著名的事——将自己想象成一束光,从而得到了相对论公式。诺贝尔奖得主Barbara McClintock想象自己是跳跃的基因,从而有了自己的发现。我们可以帮助学生发展相同类型的直觉,而这在教室里几乎是不可能的。我们可以在细胞的线粒体中漫步,也可以观察点燃极光的离子相互作用,或顿悟出欧拉方程的螺旋结构。
在线视频可以让学生以大脑自然运作的方式来学习——集中精力,重复着他们试图学习的困难的部分,然后休息一下。
目前课堂中经常用到的一种技术就是,屏幕上有PPT,而讲师则站在一边。通过在视频格式中模仿这种做法,我们通常可以看到在屏幕的一角有一个讲课的老师投影(老师基本上不动,所以他的投影更像一张静态图像),而主页面则是进行讨论的内容。 但是这种双图像的方法事实上增加了学习者的认知负担。在同一屏幕上出现了两张图像,你必须同时关注两项事物。然而,绿幕技术可以允许教授围绕一个和他自己一般大小的希腊花瓶走动。在生物视频中,教授可以指出细胞的生命结构。在工程学方面,教授可以指出热交换器的逆流。在影片中同时加入教授和他介绍的对象,就可以减少学生的认知负担,从而让学生可以把精力更加集中在更重要的细节问题上,这可以帮助学生更容易地抓住最关键的概念。 隐喻和类比与减轻认知负担一样重要。神经重用(neural reuse)理论认为,我们在理解一些过程时,经常会使用相同的神经回路来理解隐喻和类比的事物。例如当我们使用水流来类比电流时,我们就会使用相同的神经回路来帮助我们理解这些关键概念。科学、工程和数学教授可能会认为通过一些简单的类比来介绍概念比较傻。但这类教学工具非常有用,它们可以帮助学生通过过去已经存在的神经回路来迅速理解崭新的复杂概念。 好的在线课程会让学生觉得教授是直接在对他们讲课。老师直接聚焦在摄像机上就像直接聚焦在学生身上一样。这样学生就会感觉亲切一些,使得我们更愿意听课。这并不能取代教室里上课的老师。它只是作为附加的个性化教学资源,虽然事实上我们正在对着很多学生讲课。我必须说,我在我们的MOOC课程中所讲的每一堂课,都是我一生中在该方面讲得最好的课。 在线课堂使得小测验变得更加可行。测验是检验学习的最好方法之一。测验是视频教学的一个重点,每一节后面的问题都经过了精心挑选,对于提高学生对材料的理解非常重要。研究发现,在物理学上,学生通过仔细讲解获得的信息并不多,相反,他们从错误中吸取的教训更多。但是和大多数学科不同,物理学充满了预先存在的错误概念,引诱学生跳过解释,因为他们认为他们已经理解了其中的含义——这被称之为「定势」思维。在在线测验中所犯下的错误会引导物理(或其他学科)学生重新审视这些解释。 因此在线课堂会让学生按照大脑自然的思维方式来学习——首先是专注,然后是不断重复其中最难的部分,然后简单休息一下。同时他们也可以自我测验,或者回答我提出的问题。他们可以暂停视频,然后陷入沉思,直到想出答案,然后再继续。他们也可以在论坛里面进行讨论,而这些都是传统的2小时课堂无法提供的。 并不是所有的MOOC课程都很优秀。但是随着多样性和质量的提高,MOOC可以提供给学生更多的选择。学生可以尝试很多课程,如果不感兴趣,则可以退出,继续选择其他课程。MOOC并不是提高教育的答案。我们将拥有多种多样的资源可供选择:MOOC,教材出版社开发的资源,以及教师本身。在线教学并不能完全替代实体课堂,相反,它们更多起到的是协助者的角色,提供更高质的辅导,以及很好的测验材料。 Terry和我以不到5000美元的成本制作了「学习如何学习」这门课程。课程的制作主要是我家地下室里完成的。其实我并没有视频剪辑方面的经验。该课程使用的大多数图像都是由PPT制作的。因此我将挑战那些对于MOOC的批评之声。自己制作在线课程,将最有趣、最有影响力的课程制作成影片。如果你对自己的作品不满意,那就再试一次,直到变得最好。让你的视频对全世界的人开放,而不是仅仅提供给课堂上的几个人。你将会发现MOOC的能力远比你想像的要大。更重要的是,你能将这种美妙的开放式学习提供给全世界的学生。   选自nautilus,作者BARBARA OAKLEY,机器之心编译出品。参与:杨超,Gabrielle Zhang,汪汪。点这里,可查看该课程在Coursera上的介绍和下一次开课的课程表  
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