我是一名研究物理學(xué)家，過去十年來一直致力于改善從幼兒園到社區(qū)學(xué)院的學(xué)生的科學(xué)教學(xué)和學(xué)習(xí)。我參觀過各種各樣的景點(diǎn)，從市中心，貧困主導(dǎo)的學(xué)校到公立學(xué)校，為學(xué)生們?cè)谛@里生活了三年。

科學(xué)家可能是一位經(jīng)驗(yàn)豐富的教師，但很少是教育工作者，在總結(jié)性評(píng)估的世界中，或在教育系統(tǒng)的復(fù)雜互動(dòng)中，包括父母，教師，工會(huì)，學(xué)校董事會(huì)，城市和州教育官員，立法者，教科書出版商和教育學(xué)院 - 哦，是的，學(xué)生。

然而，大約十二年前，我和我的同事開始關(guān)注這樣一個(gè)事實(shí)，即絕大多數(shù)公立高中都在使用十九世紀(jì)開發(fā)的課程教授科學(xué)。這種俗套的方法遵循由大約1890年的國家委員會(huì)設(shè)計(jì)的序列，其中學(xué)生首先學(xué)習(xí)生物學(xué)，然后是化學(xué)，然后是十一年級(jí)或十二年級(jí)的物理學(xué) - 如果有的話。一百多年前，這是一個(gè)合理的序列，其理由是物理學(xué)研究需要比生物學(xué)更高水平的數(shù)學(xué)。然而，在2006年，這是一個(gè)荒謬的推理路線，忽視了這些核心學(xué)科在二十世紀(jì)獲得的所有革命性進(jìn)步。

今天，我們知道這些學(xué)科遵循自然的等級(jí)制度。把它想象成金字塔：基礎(chǔ)是數(shù)學(xué)，它不依賴或需要任何其他學(xué)科。但物理學(xué)，金字塔的下一層，在很大程度上依賴于數(shù)字科學(xué) - 以至于物理學(xué)家在絕望中發(fā)明了數(shù)學(xué)的子分支。

物理學(xué)上面是化學(xué)，它需要物理來解釋所有的化學(xué)過程。例如，在全球數(shù)十億個(gè)教室中展示的元素周期表實(shí)際上是原子的表格結(jié)構(gòu)。因?yàn)橐磺卸际怯稍訕?gòu)成的，所以它們的結(jié)構(gòu)和功能的一些意義應(yīng)該是早期科學(xué)學(xué)習(xí)的一部分。化合物形成的基本化學(xué)定律在原子結(jié)合制造分子的定律中得到了解釋。當(dāng)研究的分子足夠復(fù)雜時(shí)，我們正在進(jìn)入分子生物學(xué)。

20世紀(jì)20年代量子科學(xué)的發(fā)現(xiàn)，以及20世紀(jì)50年代的DNA結(jié)構(gòu)，確立了學(xué)科之間的關(guān)鍵聯(lián)系，并展示了科學(xué)如何運(yùn)作的關(guān)鍵因素。因此，用于研究科學(xué)的序列的逆轉(zhuǎn)早就應(yīng)該了。然而，除了少數(shù)有先見之明的機(jī)構(gòu)外，絕大多數(shù)高中仍然在九年級(jí)教授生物學(xué)，其次是化學(xué)，其次是物理。在這種對(duì)19世紀(jì)課程的瘋狂整合中，生物學(xué)是描述性的，充滿復(fù)雜的拉丁語，必須記住，并且在隨后的科學(xué)中幾乎沒有用處。

然而，改變順序只是創(chuàng)建二十一世紀(jì)課程的第一步。必須在沒有通常強(qiáng)調(diào)代數(shù)的情況下教授九年級(jí)物理。這并不意味著數(shù)學(xué)并不重要; 概念物理學(xué)的一個(gè)基本要素是讓學(xué)生了解數(shù)學(xué)為什么以及如何賦予學(xué)習(xí)者權(quán)力。然而，掌握概念是關(guān)鍵，并承諾在化學(xué)和生物學(xué)中使用這些概念。運(yùn)動(dòng)和引力等法律的廣泛應(yīng)用也是物理學(xué)自然的特征，在九年級(jí)生物學(xué)中非常困難。

學(xué)科之間的深層聯(lián)系也意味著職業(yè)發(fā)展的深刻變化。我建議大約20%的教師時(shí)間應(yīng)該用于創(chuàng)建新學(xué)習(xí)策略的學(xué)院互動(dòng)。討論的一部分應(yīng)該集中在講故事的需要上。使用敘事可以更充分地探索科學(xué)：它是如何工作的，它是如何工作的，科學(xué)的本質(zhì)，它的一些歷史，以及關(guān)于誰做它以及它是如何完成的。這種方法將減少每個(gè)學(xué)科的內(nèi)容，但這是一個(gè)必不可少的權(quán)衡。

由于缺乏集中的教育管理，美國在世界各國中是獨(dú)一無二的。我們有50個(gè)州，16,000個(gè)學(xué)區(qū)和25,000所公立高中。在二十一世紀(jì)，迫切需要在國家教育戰(zhàn)略中保持一致，這將教育二十一世紀(jì)的公民和二十一世紀(jì)的勞動(dòng)力，以維持對(duì)一個(gè)偉大國家至關(guān)重要的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和文化水平。 。我們過時(shí)的科學(xué)教學(xué)方法的革命性更新是一個(gè)很好的起點(diǎn)。