新课程在教授爱因斯坦之前,先教授牛顿,让年仅七岁的学生先接触相对论和量子力学,然后再学习一些之前被认为是“基础”的科学。

作为 Einstein-First 学校物理课程的一部分,学生们使用虚拟现实耳机
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尽管世界各地的科学教学各不相同,但经典牛顿物理学几乎总是在 20 世纪的发现之前教授。然而,十年来,西澳大利亚的一些学校一直在尝试一种截然不同的方法。这种被称为“爱因斯坦优先”的想法非常成功,现在已在全国范围内推广,同时还推出了一项名为“量子女孩”的新计划。其他国家的一些教师对这个想法非常兴奋,他们已经报名参加在线课程,学习如何在自己的学校开设这些课程。
按照科学发现的顺序来教授科学的观念已经根深蒂固,任何偏离这一顺序的行为乍一看都显得不负责任。如何向没有学习过 17 至 19 世纪基础的儿童教授 20 世纪物理学家的工作?
然而,我们知道科学教育效果并不好。在澳大利亚,和许多其他国家一样,高中和大学课程中选择科学和数学科目的学生数量正在下降。这不仅导致 STEM 毕业生人数太少,无法填补许多可能出现的工作岗位,而且导致社会严重缺乏理解重要问题所需的基本概念。气候变化否认者和其他伪科学家利用了这一点。
这新的方法该项目由一支团队推动,其中包括引力波猎人西澳大利亚大学名誉教授戴维·布莱尔和澳大利亚国立大学杰出教授苏珊·斯科特。两人共同获得了 2020 年澳大利亚最有价值的科学奖。
Scott 曾参与过一些最大物理发现的最近几年告诉 IFLScience,该项目的试点版本已经过严格研究。在参加课程之前和之后,学生们接受了测试,以了解他们对相关科目的了解程度以及对科学(尤其是物理)的态度。所有类别的学生都受益匪浅,但女孩和弱势群体的变化最为显著。

学生们正在学习大质量物体如何通过类似的弹性材料扭曲时空。
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学生们被问到的一个问题是“你觉得科学有趣吗?”。斯科特告诉 IFLScience,以 100 分制为标准,女孩的回答从之前的 20 多分上升到 80 多分。男孩的回答同样积极,但起点更高。试行该计划的 28 所学校包括昂贵的私立学校和主流公立学校。虽然反响非常热烈,但一些最好的结果来自西澳大利亚偏远北部地区的土著学生。
在 3 年级(7-8 岁)至 10 年级(澳大利亚义务科学教育的最后一年)期间,学生将学习狭义相对论的概念,例如时间膨胀以及来自广义相对论的思想,例如扭曲空间和黑洞。其他主题,如光子的性质,介绍了量子理论,而现代宇宙学、气候科学和可再生能源都得到了关注。考虑到负责人,这并不奇怪,引力波是教学大纲的重要组成部分。即使介绍了支持概念所需的数学知识,也是通过动手实验等引人入胜的方式来完成的。
当然,这些课程,尤其是小学课程,不可能像大学课程那样深入或数学化,因为学生们通常都是第一次接触这些概念。然而,“小孩子比成年人更容易吸收这些概念,”斯科特说。对于成年人来说,光子的波粒二象性可能很奇怪,难以抗拒,但斯科特发现孩子们却对它充满热情。
课程结束后,教学也不会停止。尽管名字叫“量子女孩”,但该项目面向所有 11-15 岁的学生。然而,为了打破物理学是男性专属领域的刻板印象,该项目正在培训 200 名女教师,介绍量子计算等主题。自愿的 STEM 俱乐部和黑客马拉松将在午餐时间和放学后举行,这些俱乐部和黑客马拉松旨在利用科学在团队中解决现实世界的问题,斯科特说,有迹象表明很多学生都渴望参加。
“我们的目标是在学生开始怀疑自己对科学的热爱时抓住他们的关键时刻。我们将他们的看法从‘科学不是我的专业’转变为‘科学是我的激情所在’,”帮助完成爱因斯坦第一并正在开发量子女孩,在一份声明中表示陈述。
小学教育改革需要很长时间才能显现效果。斯科特告诉 IFLScience,第一批参加 Einstein-First 的学生刚刚开始成年选择大学科目,因此目前尚无数据来判断是否有更多学生选择 STEM。然而,在低龄学生中出现的迹象非常好,因此团队认为是时候将这个想法推广给更广泛的受众了。据他们所知,其他国家没有类似的项目,但美国教师已经开始参加在线培训,尽管存在时差。
斯科特表示:“我们正处于培养未来 STEM 劳动力的关键时期。”说“无论是人工智能、气候变化还是计算的未来,挑战和机遇已经存在。但目前我们的学校系统未能满足我们对未来的需要。我们不能让这种情况发生。”