盡管付出了大量時間和各種努力，諾貝爾物理獎得主 Carl Wieman 教授仍然在無法將知識有效地傳授給學生這件事情上感受到越來越多的困擾。
我第一次涉足物理教學時，我還是一名助教。我采用了一種大家都認同的的教學方法。首先，我把一個主題在我的腦子里搞懂，然后，我將其解釋給學生們，我認為這樣做，他們就會和我一樣的清晰地理解這個主題。
至少在理論層面應該是這樣的。由于我是一名實驗方法論的虔誠信徒，因此，我總會測量一下結果。無論我如何測量學生們的學習質量，結果總是告訴我，這種教學方法是行不通的。學生們偶爾會在一些地方理解得和我一樣好，但是絕大多數的學生并不能完全理解我所教授的內容。
在傳統的課堂上，老師站在教室的前面，將其認為已經清晰理解的知識解釋給一群處于被動學習狀態的學生。
但是這種教學策略不能主動地影響到課堂知識的記憶，改進對于基本概念的理解，或者，影響到學生個人的信念（新知識是否會改變你對一個事物運行機制的看法）。
加州大學伯克利分校心理學教授 Alison Gopnik 曾經說過，“我不覺得有哪一位科學家認為我們在大學中采用的教學方法真的可以幫助學生更好地學習。”
實際上，我們只是將課堂講座設想為一種一對多的傳授知識方式。顯而易見，我們需要確保學生們能夠將這些接觸到的知識在自己的大腦中有效地保留下來。
Wieman 曾經提及三個案例，其中最后一個案例幾乎完美地凸顯了被動式課堂講座不能有效發揮作用的困惑點。
在最后一個案例中，Kathy Perkins 和我有幾次故意在講座中呈現了幾個不那么顯而易見的事實性知識，在大約15分鐘之后，我們做了一下測試，結果顯示，通常大約有10%的學生仍然記得這部分知識。這種現象不僅表現在學生身上。我曾經將這個實驗在一次由美國頂尖大學物理系教授和研究生參加的研討會上進行了重現，其結果是一樣 - 也是大約10%。
Wieman 認為，如果我們將其與人類的短期記憶結合來看，這些結果就具有了普遍的意義。
這項研究告訴我們，人類大腦能夠短期記憶的不同“東西”的數量大約是七項，能夠同時處理的“idea”大約不超過四項。但是在現實中，我們的學生需要在一個課時內記憶和處理的“東西”的數量遠遠超過了這個極限。
事實上，我們的課堂式教學方法不僅沒有更好地幫助學生從一名新手變成一位專家，相反，數據顯示，學生們的思維方式，在完成一門課程之后，變得更像一名初學者，起碼在思維上就是如此。
關于教學，我們依然有一個困惑沒有解決。老師，無疑是他（她）們所在領域的專家，但是無法有效地改進學生們的學習效果，這到底是怎么回事？
一些研究為我們提供了部分答案。
認知科學領域的研究人員針對各個領域專家特有的能力進行了研究。他們發現了幾個基本的要素。第一，領域專家知道很多領域相關的事實性知識。第二，專家具備有效獲取和運用已有知識的智力結構。第三，至少在他們精通的領域，專家具有自我監控思考（元認知）的能力。他們經常會反問自己，“我是否理解這個東西？我怎樣才能檢驗我的理解程度？”
一名傳統意義上的理工科領域的指導老師往往專注于講授事實性知識，似乎覺得專家特有的思考模式就會隨之產生，或者，伴隨其一起出現。但是認知科學卻發現幫助學生開發新的思維方式（專家思維）才是作為重要的。新的思維方式建立取決于學生已有的思維。因此，如果希望成功地傳授知識，你需要將關注的焦點放在學生們已有思維模式上。
這是基本的生物學理論。真正意義上的“理解科學”和“按照科學模式思考”取決于長期記憶。而長期記憶開發是通過創建和合成復合蛋白質而完成的。因此，一個人，如果不能擴展其心理或智力能力，就無法獲得專家思維并且完全掌握一門知識或技能。
這讓我們想起了 Charlie Munger 曾經在心理模型 那篇文章中說過的一些話：
什么是基本且通用的智慧呢？首要原則就是，你不可能真得了解任何你只能記住一些支離破碎事實的事情。如果這些事實沒有被正確的放置在一套理論體系（latticework of theory）之中，你就沒有把它們變成真正有用的形式。
在你的大腦里，你必須預先準備好一些模型。就是說你需要將你的經驗和經歷相互連接起來，而且要把它們形成一套體系。你或許注意到了，那些試圖僅僅記住一些事實的學生，無論在學校，還是生活中經常會遭遇各種困境和困難。
關于模型，最重要的是你必須具備多個模型。如果你只有一到兩個模型可以使用的話，根據人類心理的自然狀態，你就有可能曲解現實世界，甚至讓現實世界適應你的模型 ……
就像人們常常說起的那樣，“如果你只有一把榔頭，每一個問題對你來說，看起來都像一枚釘子。”
Wieman 認為，學生們需要改進獲取和應用知識的思維模式。“學生并沒有學會像專家那樣的思考方式，他們之所以能夠通過考試，只是依賴了死記硬背和一些解決給定問題的技巧。”
改進教學和學習的策略
許多教育和認知研究成果顯示，我們是通過構建自己的理解來進行學習的。但這并不是說，我們不需要任何幫助。有效的教學活動可以讓學生們深入到一個主題的內部，站在一定的層次上思考，然后，反思自己的學習過程，并且能夠指導自己逐漸變得具有專家那樣的思考問題的方式。
那么到底有哪些有效教學策略，以及怎樣才能提高學生們的理解性認知水平呢？
降低認知負擔
第一種可以改進課堂教學的方法就是處理短期有效記憶的問題。真正卓有成效的老師都應該為此做出一些努力。每次講述一個概念，學生們就可以學得很快。如果你在一節課中，講述內容過多，他們就無法做到有效理解，甚至不會學到任何東西。
因此，作為一名老師，你能夠做的就是通過各種辦法降低每次呈現的知識點的數量。有一些好的辦法，比如，將講課速度降下來，清晰地呈現一堂課的邏輯關系和核心內容等等。適當的使用圖形圖像呈現信息，而不是僅僅依賴于口頭描述，而且注意最小化技術術語的使用。所有這些都可以有效地降低不必要的認知負擔，并且能夠取得很好的學習效果。
處理自信/信念
第二種辦法就是，老師們可以通過重新認識學生對待科學的觀念的重要性來改進學習指導。我們發現學生們看待一個專業或者領域的態度和觀念，會直接或間接地影響到他們對于其主修專業的選擇。而且，老師特有的教學方式可以影響到學生的理念。即使是指導老師的一點點微小的干預，都會幫助學生們避免其對一個專業或主題的興趣的衰減。
這種幫助學生處理理念的特定干預活動可以通過討論一個主題的內容進行，為什么這個主題值得學習，這個主題在現實世界中如何被實際應用，其重要意義是什么，如何將其與學生已有的知識連接起來。實際測量的結果表明，進行這方面的活動，可以很好地提高學生對一個主題或專業的興趣，而興趣和實際的教學結果又是緊密相關的。
激發和指導思考
第三個改進教學和學習的方法就是吸引，監控學生們的思維變化并獲得有效的反饋。在現實中，師生互動在絕大多數的大學中主要體現在課堂教學這個環節。這就意味著老師必須持續地關注課堂上發生的事情。
為了有效地開展教學，老師必須首先了解學生們是如何看待這個主題的。這樣的話，老師們就能以此為基礎。接下來，老師應該組織相應的教學/學習活動，確保學生們主動地思考和處理這個領域的重要思想。最后，老師應該建立一種機制，探究和指導學生們在實際學習過程中的思維變化 - 也就是學生們的知識形成過程。
辯論是為了學習，不是爭取榮譽
另外，將辯論作為學習的一種手段，也是一種很好的嘗試。
在上課的第一天，我將學生劃分成組。一般情況下，三到四個學生一組，并且讓他們坐在一下。課程設計圍繞七到十個涉及當天主要學習目標的問題展開。我告訴這些小組，他們必須得出一個可統計的答案（利用答題器），而且，他們還需要為他們的選擇提供必要的解釋。這些將用在學生們處理新的思路和解決問題的時候采用的一對一辯論中。相互評價彼此想法這個流程不僅是為了取得一項統計結果，而且可以改進學生們科學辯論的能力，測試學生們自己的理解程度。
感謝 annie 補充這個好主意。
感謝：Happy 幫助推敲本文標題譯法
P.S. 如果你閱讀到這里，而且喜歡這篇文章，請關注一下我們。
