【芥末翻】是芥末堆全新推出的一檔學(xué)術(shù)欄目，由芥末堆海外翻譯社群的小伙伴們助力完成。我們致力于將全球經(jīng)典或是前沿的教育理念、教育技術(shù)、學(xué)習(xí)理論、實踐案例等文獻(xiàn)翻譯成中文，并希望能夠通過引進(jìn)這類優(yōu)質(zhì)教育研究成果，在全球教育科學(xué)的推動下，讓更好的教育來得更快！

圖片來源：pexels；選自：Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America(PNAS)；作者：Freeman, S.；Eddy, S. L McDonough, M；Smith, M. K；Okoroafor, N；Jordt, H；Wenderoth, M. P；譯者：劉博

講授式教學(xué)能夠最大程度的促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)和提升成績嗎？為了考察這一假設(shè)是否成立，我們針對225項現(xiàn)有研究進(jìn)行了一次元分析。這些研究中的數(shù)據(jù)均為大學(xué)生在傳統(tǒng)教學(xué)模式或主動學(xué)習(xí)模式下，在科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)（STEM）四門課程中取得的考試成績或不合格率。本次元分析的效應(yīng)值（Effect Size）表明，在參加考試和概念測試（concept inventory）時，學(xué)生在主動學(xué)習(xí)（n = 158）方式下成績的標(biāo)準(zhǔn)差增加了0.47，在傳統(tǒng)教學(xué)模式（n = 67研究）下，不合格比值比（odds ratio）為1.95。

上述結(jié)果表明，在主動學(xué)習(xí)方式下學(xué)生的平均考試成績提高了約6％，采用傳統(tǒng)教學(xué)方式的班級學(xué)生比主動學(xué)習(xí)方式下不合格的概率高出1.5倍。異質(zhì)分析表明上述結(jié)論適用于STEM課程涉及的各個學(xué)科，而且主動學(xué)習(xí)模式下學(xué)生在概念測試中分?jǐn)?shù)提升效果比課程考試更為明顯。此外，分析還表明，主動學(xué)習(xí)方式在不同班額條件下都會對學(xué)生成績產(chǎn)生積極影響，特別是50人以下的小班影響最為顯著。Trim and Fill分析和Fail-Safe N計算表明我們的結(jié)果不受發(fā)表偏倚干擾。因為對學(xué)生素質(zhì)和教師水平進(jìn)行了嚴(yán)格的質(zhì)量控制，所以盡管納入元分析的各項研究本身使用的方法不同，但是最后的分析結(jié)果依然顯示出較好的穩(wěn)定性。這是迄今為止針對本科STEM教育研究文獻(xiàn)的一次規(guī)模最大和緯度最全的元分析。研究結(jié)果讓我們對是否應(yīng)該繼續(xù)傳統(tǒng)講授的主導(dǎo)地位進(jìn)行一定的質(zhì)疑，并轉(zhuǎn)向支持主動學(xué)習(xí)作為一種有效的教學(xué)方式，應(yīng)作為日常課堂的首選。

自900多年前大學(xué)在西歐出現(xiàn)以來，講授法始終是一種占據(jù)主導(dǎo)地位的教學(xué)模式。雖然強(qiáng)調(diào)學(xué)生對知識的理解進(jìn)行自我建構(gòu)的學(xué)習(xí)理論已經(jīng)動搖了“講即為教”的理論基礎(chǔ)，但迄今為止依然沒有一項研究針對建構(gòu)主義教學(xué)方式與傳統(tǒng)講授教學(xué)對大學(xué)生科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)（以下簡稱STEM）學(xué)科成績影響進(jìn)行定量分析。因此，我們需要回答這一個問題：

在STEM的課堂上，我們究竟該“問”還是該“講”？

如果教授STEM課程的科學(xué)家們對教學(xué)方式的選擇更傾向于基于實際情況而不是傳統(tǒng)，那么回答這個問題就變得順理成章。同時，這個問題的答案還可能有助于為那些正在遭遇STEM教育“管道問題（pipeline problem）”的國家提供解決方案。例如，美國升入大學(xué)的學(xué)生中只有不足40％對STEM感興趣，對STEM感興趣的少數(shù)族裔學(xué)生中只有20%能夠獲得STEM方面的學(xué)位。 

研究方法

為了比較建構(gòu)主義與講授為主課程設(shè)計在教學(xué)成效之間的差異，我們只專注于課程教學(xué)環(huán)節(jié)，而不把實驗、作業(yè)或其他練習(xí)等納入到研究范圍之內(nèi)。我們對已正式發(fā)表和未發(fā)表的225份文獻(xiàn)進(jìn)行元分析，比較這些文獻(xiàn)在主動學(xué)習(xí)與傳統(tǒng)講授下對學(xué)生學(xué)習(xí)成績進(jìn)行比較的實驗結(jié)果。從強(qiáng)度和方法而言，不同的主動學(xué)習(xí)之間差異較大，種類繁多，其中包括小組問題解決、課堂工作（worksheet）或?qū)熜〗M輔導(dǎo)的使用，有或沒有同伴指導(dǎo)、個人反饋系統(tǒng)，以及工作室或工作坊形式等。我們遵循定量評估的最佳實踐，使用兩個結(jié)果變量評估學(xué)生表現(xiàn)：（1）考試成績，即同一或同等的考試、概念測試或其他評估的成績分?jǐn)?shù)；（2）不合格率，通常以成績?yōu)镈或F的學(xué)生，以及因各種問題退學(xué)的學(xué)生占全體學(xué)生數(shù)的百分比（DFW率）。

然后，分析聚焦于兩個相關(guān)問題：主動學(xué)習(xí)提高考試成績了嗎？降低不合格率了嗎？

結(jié)論

在同一或同等的考試、概念測試和其他評估中，總體平均效應(yīng)值是0.47（Z = 9.781，P <0.001）的加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)均數(shù)差。這意味著平均而言，主動學(xué)習(xí)與講授教學(xué)相比，不足半個標(biāo)準(zhǔn)差的學(xué)生成績獲得了提升。不合格率的總體平均效應(yīng)值是1.95比值比（Z = 10.4，P << 0.001），相當(dāng)于1.5的風(fēng)險率（Risk Ratio）。這意味著傳統(tǒng)講授方式下學(xué)生不合格的概率比主動學(xué)習(xí)方式高1.5倍。主動學(xué)習(xí)方式的平均不合格率為21.8％，傳統(tǒng)講授方式為33.8％。相較而言，傳統(tǒng)講授方式的不合格率高出55％（圖1和圖S1）。

圖1. 不合格率變化。（A）表示針對同一門課程，主動學(xué)習(xí)與傳統(tǒng)講授下不合格率的百分比變化。垂直虛線表示平均不合格率的變化百分比。（B）圖表示主動學(xué)習(xí)和傳統(tǒng)講授方式下不合格率的核密度估計。垂直虛線分布代表兩種方式的平均不合格率。傳統(tǒng)講授為33.8%，主動學(xué)習(xí)為21.8%。

影響

總統(tǒng)科學(xué)技術(shù)顧問委員會要求增加33％STEM專業(yè)的本科畢業(yè)生，并向推薦院校采用經(jīng)過實證研究驗證的教學(xué)方法作為實現(xiàn)該目標(biāo)的關(guān)鍵手段。本文的元分析研究結(jié)果表明，主動學(xué)習(xí)能夠使考試成績提高1.5個等級，傳統(tǒng)講授下的不合格率比主動學(xué)習(xí)的不合格率高55％。元分析支持這樣的理論，即通過增加主動學(xué)習(xí)，減少傳統(tǒng)講授方式，可以一定程度上增加獲得STEM學(xué)位的學(xué)生數(shù)量。

異質(zhì)性分析（研究間的差異不能差異太大啦~）顯示，無論對于考試分?jǐn)?shù)（圖2A; Q = 910.537，df = 7，P = 0.160），還是不合格率（圖2B Q = 11.73，df = 6，P = 0.068），STEM學(xué)科考試之間沒有統(tǒng)計學(xué)意義上的顯著差異。在每個學(xué)科都有超過10次考試符合元分析的入選標(biāo)準(zhǔn)，平均效應(yīng)值對于考試分?jǐn)?shù)或不合格率在統(tǒng)計學(xué)意義上都是顯著的。（圖2，圖S2和S3以及表S1A和S2A）。 因此，數(shù)據(jù)表明主動學(xué)習(xí)提高了STEM各學(xué)科的學(xué)生成績。

圖2.不同學(xué)科的效應(yīng)值（A）考試分?jǐn)?shù)、概念測試或其他評估數(shù)據(jù)。（B）不合格率數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)點下面的數(shù)字表示獨立研究的數(shù)量; 水平線是95％置信區(qū)間。

對于考試和其他評估的數(shù)據(jù)，異質(zhì)性分析表明，當(dāng)結(jié)果變量是由教師命題的考試時，學(xué)生成績表現(xiàn)的平均效應(yīng)值比概念測試題庫檢測時低。（圖3A和表S1B; Q = 10.731，df = 1，P << 0.001）。盡管在上述兩類評估中，學(xué)生學(xué)習(xí)成績都有提升，但我們推斷兩者的差異可能是由于考試成績與概念測試檢測的認(rèn)知能力水平不同造成的。我們的解釋與先前的研究結(jié)論一致，即主動學(xué)習(xí)對學(xué)生掌握較高水平的認(rèn)知技能會產(chǎn)生更大的積極影響。研究認(rèn)為大多數(shù)概念測試設(shè)計用于診斷學(xué)習(xí)者對已知概念的錯誤理解，而課程考試則強(qiáng)調(diào)對內(nèi)容的熟練掌握，或解決定量分析題的能力。大多數(shù)概念測試也經(jīng)過效度、信度和易讀性的檢測。

對于考試和其他評估的數(shù)據(jù)，異質(zhì)性分析表明，當(dāng)結(jié)果變量是由教師命題的考試時，學(xué)生成績表現(xiàn)的平均效應(yīng)值比概念測試題庫檢測時低。（圖3A和表S1B; Q = 10.731，df = 1，P << 0.001）。盡管在上述兩類評估中，學(xué)生學(xué)習(xí)成績都有提升，但我們推斷兩者的差異可能是由于考試成績與概念測試檢測的認(rèn)知能力水平不同造成的。我們的解釋與先前的研究結(jié)論一致，即主動學(xué)習(xí)對學(xué)生掌握較高水平的認(rèn)知技能會產(chǎn)生更大的積極影響。研究認(rèn)為大多數(shù)概念測試設(shè)計用于診斷學(xué)習(xí)者對已知概念的錯誤理解，而課程考試則強(qiáng)調(diào)對內(nèi)容的熟練掌握，或解決定量分析題的能力。大多數(shù)概念測試也經(jīng)過效度、信度和易讀性的檢測。

異質(zhì)性分析顯示，課堂規(guī)模會對結(jié)果產(chǎn)生顯著差異。主動學(xué)習(xí)對學(xué)生數(shù)量為50名及以下的班級影響最大（如圖3B和表S1C; Q = 6.726，df = 2，P = 0.035;圖S4）。然而，效應(yīng)值也顯示主動學(xué)習(xí)對所有三種規(guī)模的班級影響具有顯著性，即能夠讓中等班級（51-110名學(xué)生）或大班規(guī)模（> 110名學(xué)生）的學(xué)生受益。

圖3. 關(guān)于考試成績，概念清單或其他評估數(shù)據(jù)的異質(zhì)性分析。（A）基于評估類型進(jìn)行比較：概念理解與課程考試考試對比。 （B）按班級規(guī)模進(jìn)行比較。 數(shù)據(jù)下面的數(shù)字表示獨立研究的數(shù)量; 水平線是95％置信區(qū)間。

當(dāng)圍繞課程類型和課程水平緯度進(jìn)行數(shù)據(jù)元分析時，我們發(fā)現(xiàn)無論對于主修與輔修課程（Q= 0.045, df = 1, P = 0.883; Table S1D），入門課程與高階課程而言（Q = 0.046, df = 1, P = 0.829; Tables S1E and S2D），主動學(xué)習(xí)的效應(yīng)值并沒有統(tǒng)計學(xué)意義上的顯著差異。

為了評估研究者對于這些結(jié)論的信心，我們實施了兩種評估發(fā)表偏倚的方法。發(fā)表偏倚即因為低效應(yīng)值的研究未能發(fā)表而產(chǎn)生的影響。第一種方法是計算Fail-Safe值用于了解有多少效應(yīng)值為0的研究應(yīng)該發(fā)表，納入到元分析中，從而將總體效應(yīng)值（0.47考試成績和1.95不合格率）降到預(yù)設(shè)的顯著水平（0.20和1.1）。Fail-Safe N很高：114項考試成績研究和438項不合格率研究（SI材料與方法）。第二種方法為漏斗圖的分析（圖S5），結(jié)果也表明不具備發(fā)表偏倚（SI材料和方法）。

元分析在方法上存在的缺陷可能會造成本次研究中采用的STEM教育文獻(xiàn)難以支撐對研究結(jié)論的解釋。為此，我們需要檢查考試成績數(shù)據(jù)效應(yīng)值中的異質(zhì)性，即考察考試成績數(shù)據(jù)是否符合我們最嚴(yán)格學(xué)生和教師的一致性標(biāo)準(zhǔn)。我們創(chuàng)建四個類別來區(qū)分主動學(xué)習(xí)與講授教學(xué)（SI材料和方法）對學(xué)生一致性的質(zhì)量控制情況，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)在方法沒有異質(zhì)性（Q = 2.097，df = 3，P = 0.553）：學(xué)生被隨機(jī)分配的考試，與其他三種準(zhǔn)設(shè)計是一致的（表1）。對教師的差異分析也沒有產(chǎn)生異質(zhì)性的證據(jù)（Q = 0.007，df = 1，P = 0.934）：對于教師變量控制不良的情況，即兩個試驗組中教師不同，或者無法提供教師一致性數(shù)據(jù)時，生成的結(jié)果與在兩個試驗組中采用相同教師或隨機(jī)安排教師的情況下生成的結(jié)果是等同的（表1）。因此，整體效應(yīng)值對于已發(fā)表研究在方法嚴(yán)謹(jǐn)性上的差異而言是穩(wěn)定的。

討論

本項研究數(shù)據(jù)表明，主動學(xué)習(xí)方式下近標(biāo)準(zhǔn)差一半的學(xué)生考試成績獲得提高，而講授教學(xué)方式下不合格率則提高了55％。異質(zhì)性分析表明，（1）成績上升的情況在所有STEM學(xué)科，不同的班級規(guī)模、課程類型和課程水平都會發(fā)生；（2）主動學(xué)習(xí)在小班規(guī)模和概念測試情況下學(xué)生成績增加得更多。

作為迄今為止采集本科STEM教育文獻(xiàn)最大最全面的元分析，本研究的加權(quán)總平均效應(yīng)值為0.47，幾乎與之前公布的針對傳統(tǒng)講授方式對本科STEM課程影響的元分析結(jié)果0.50和0.51的加權(quán)平均效應(yīng)值相差不多。因此，我們的結(jié)果與其他研究人員的調(diào)查結(jié)果是一致的。

然而，本研究所得出的總平均效應(yīng)值會受到選取研究對象質(zhì)量的限制。例如，因為學(xué)困生比學(xué)優(yōu)生更有可能放棄課程，所以研究中所記錄的主動學(xué)習(xí)方式下退學(xué)率的降低應(yīng)該會降低評估的平均分——這意味著效應(yīng)值為0.47的考試和概念測試評分可能低估了迄今所進(jìn)行的研究中主動學(xué)習(xí)的實際影響（SI材料和方法）。相反，如果主動學(xué)習(xí)方式得到普及，那么這樣大小的效應(yīng)值是否還會出現(xiàn)就不確定了。在這些研究中實施積極學(xué)習(xí)的教師都是志愿者。如果所有教師都被要求采用主動學(xué)習(xí)方式教學(xué)，那么學(xué)生成績是否會提升這么多，就將成為一個沒有確定答案的開放性問題。

假設(shè)其他教師也都實施了主動學(xué)習(xí)方式，并且達(dá)到前面所說的平均效應(yīng)值，那么考試和概念測試得分發(fā)生的0.47的標(biāo)準(zhǔn)差變化，對學(xué)生來說意味著什么呢？

（1）在傳統(tǒng)講授模式下如果學(xué)生表現(xiàn)處于50%的位置，那么在主動學(xué)習(xí)方式下將提升至68%——也就是一名學(xué)生的成績比50%的同班同學(xué)成績高，而在接受主動學(xué)習(xí)方式后，將比68％接受講授教學(xué)學(xué)生成績高。

（2）根據(jù)對三門STEM入門課程的考試成績分析（SI材料和方法），0.47標(biāo)準(zhǔn)差的變化將帶來學(xué)生平均考試成績增加約6％，并使最終平均等級提升0.3%。在字母等級評價系統(tǒng)中，課程考試成績的中位數(shù)將從B-升至B或從B升至B +。另外，針對主動學(xué)習(xí)對本科STEM課程成績結(jié)果的影響也可以與大學(xué)值前的教育情況進(jìn)行比較。最近一項針對K-12進(jìn)行教育干預(yù)的文獻(xiàn)研究報告，在研究者自己命題測量主動學(xué)習(xí)的影響時，平均效應(yīng)值為0.39，與本文的分析結(jié)論相近；而在狹義標(biāo)準(zhǔn)化測試中，平均效應(yīng)值為0.24 ，與本文概念測試結(jié)論相似。因此，本科階段主動學(xué)習(xí)的效應(yīng)值比大于K-12中采取教育創(chuàng)新產(chǎn)生的效應(yīng)值，而對效應(yīng)值為0.20甚至更小情況，可被視為政策利益導(dǎo)致的.

對于STEM課程1.95的比值比的失敗風(fēng)險，我們至少有兩種視角來看：

  i） 如果試驗是按照藥物干預(yù)的隨機(jī)對照試驗來操作，那么會因為對患者利益的考慮而終止試驗。因為與對照組相比，試驗組的收益太明顯了，所以就會終止控制組的入選患者參與試驗。例如，最近一項對143例隨機(jī)對照藥物試驗就因為患者的利益中途終止了。因為，試驗發(fā)現(xiàn)他們的相對危險度中位數(shù)為0.52，范圍為0.22至0.66（15）。此外，最佳實踐表明，如果臨時分析涉及大規(guī)模樣本量，且P值低于0.001（16），那么數(shù)據(jù)管理委員會允許此類研究因為患者利益問題終止。我們分析的這一教育領(lǐng)域研究的失敗率結(jié)果均符合這兩個標(biāo)準(zhǔn)：平均相對風(fēng)險為0.64，整體比值比的P值為0.001。然而，任何與生物醫(yī)學(xué)試驗研究類比的研究均是合格的，因為涉及失敗率數(shù)據(jù)的研究均缺乏隨機(jī)化的設(shè)計。

 ii）關(guān)于不合格率的數(shù)據(jù)涉及67項講授教學(xué)試驗研究和29,300名學(xué)生。對于該樣本，傳統(tǒng)講授方式下的原始不合格率平均為33.8％，主動學(xué)習(xí)方式下為21.8％，這就意味著主動學(xué)習(xí)下這些STEM課程中不合格的人數(shù)會減少3,516人。基于保守估計（SI材料和方法），如果所有的學(xué)生都接受了主動學(xué)習(xí)，那么將為學(xué)生節(jié)約3,500,000美元的學(xué)費。鑒于2010年美國高校招收的2100萬學(xué)生中大約三分之一計劃選擇STEM專業(yè)，如果主動學(xué)習(xí)得到廣泛實施，那么節(jié)省的總學(xué)費將多達(dá)百倍。最后，提高成績和減少不合格將對“管道問題”的解決產(chǎn)生重大影響。例如，2012年總統(tǒng)科學(xué)技術(shù)顧問委員會的報告要求在未來十年內(nèi)在美國增加一百萬個STEM相關(guān)專業(yè)，這就需要從現(xiàn)在開始每年增加33％，并請注意單將現(xiàn)在的STEM保留率從40％增至50％，就可以實現(xiàn)該目標(biāo)的四分之三。根據(jù)國家教育統(tǒng)計中心最近的一項隊列研究（cohort study）數(shù)據(jù)表明，在STEM課程的一年級本科和副學(xué)士學(xué)位中選擇放棄的學(xué)生和繼續(xù)學(xué)業(yè)的學(xué)生之間的STEM課程平均分（GPA）之差分別為0.5和0.4。主動學(xué)習(xí)產(chǎn)生的0.3的平均成績提升，能夠讓選擇放棄的學(xué)生接近繼續(xù)學(xué)習(xí)學(xué)生的成績水平。針對放棄STEM專業(yè)的學(xué)生的其他分析表明，通過率提高、成績提高和課程中的參與度都會在增加學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)STEM方面發(fā)揮積極作用。

本項研究除了證明主動學(xué)習(xí)可以改善本科STEM教育外，對未來的后續(xù)研究也具有重要意義。這次元分析可以視為針對大學(xué)生STEM教育的第一代研究，研究人員側(cè)重于將多種不同方式和不同強(qiáng)度的主動學(xué)習(xí)方式與傳統(tǒng)講授教學(xué)進(jìn)行對比。鑒于研究結(jié)果，在后續(xù)的試驗中繼續(xù)將傳統(tǒng)講座作為對照組就值得商榷了。相反，如果將研究重點放在我們稱之為“第二代研究”上可能會更富成果。所謂第二代研究就是使用教育心理學(xué)和認(rèn)知科學(xué)的研究成果來促進(jìn)課程設(shè)計的變化，然后檢測何種主動學(xué)習(xí)對何種話題或何類學(xué)生是最恰當(dāng)和最有效的。第二代研究還可以深入探索，主動學(xué)習(xí)中哪些教師行為對于取得最好的學(xué)習(xí)效果影響最大，而且最近的研究工作表明準(zhǔn)備不足的和易被忽略的學(xué)生可能從主動學(xué)習(xí)方法中獲益大。此外，主動學(xué)習(xí)強(qiáng)度是“多就是好”這一問題的解決也很重要。雖然本研究中主動學(xué)習(xí)所需投入的時間差異較大，從只占10-15％上課時間的選擇題練習(xí)，到整節(jié)課都沒有講授的“工作室”都有。然而，由于缺乏數(shù)據(jù)我們無法評估主動學(xué)習(xí)強(qiáng)度（或類型）和學(xué)生表現(xiàn)之間的關(guān)系。

隨著研究持續(xù)深入，我們預(yù)期第二代研究對課程設(shè)計產(chǎn)生的影響，將進(jìn)一步提升學(xué)生的學(xué)業(yè)成就，特別是對課內(nèi)主動學(xué)習(xí)干預(yù)措施類型與課外練習(xí)有機(jī)融合起來效果會更好。

最后，更多數(shù)據(jù)表明STEM的教師可能會開始對日常教學(xué)中繼續(xù)使用傳統(tǒng)講授進(jìn)行質(zhì)疑，特別是當(dāng)他們關(guān)注到最近研究表明主動學(xué)習(xí)能夠讓家庭背景不佳的學(xué)生，或讓在男性主導(dǎo)領(lǐng)域中的女生更大程度獲益時。盡管在相當(dāng)長的時間內(nèi)，傳統(tǒng)講授依然會在大學(xué)本科教學(xué)中占據(jù)主導(dǎo)地位，而且擁護(hù)者眾多，但是顯在有證據(jù)支持的建構(gòu)主義者“提問，而非講授”的方法可能促進(jìn)學(xué)生成績的強(qiáng)勁增長，會推動了政策制定者和研究人員更加積極的呼吁，為正在改變本科STEM課程教學(xué)的教師們提供支持。

>>聲明

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