最古老的剑桥大学VS最先进的科学教育

北京师范大学国际与比较教育研究院   薛远康

120位诺贝尔奖得主、11位菲尔兹奖得主、7位图灵奖得主…从公元1209年建校至今，位于英国的剑桥大学在自然科学领域始终保持着霸主的地位。
    历史的车轮滚滚向前。随着各学科的交叉融合逐步深入，传统的高校人才培养模式面临着革新，本科生大类培养或“宽口径”培养成为当前高校教育教学改革的潮流。在这方面，发达国家先行先试，已经积累了较为成熟的经验。为此，我们以剑桥大学自然科学方向（Natural Sciences Tripos，简称NST）的本科生培养实践为切入点，管窥英国一流高校的本科生培养模式。
    科学家的摇篮
    自然科学方向包括数学、物理、化学、计算机科学、实验心理学、科学史与科学哲学等多个学科，对学生的要求较高。剑桥大学自然科学方向的本科学制为三年，在第一年的学习中，学生可以广泛地涉猎各类科目；从第二年开始增加专业方向的内容；至第三年实现完全的专业化学习。
    剑桥大学，自然科学的大框架下涵盖了物理科学课程（天体物理学、化学、地球科学、材料科学、物理学）生物科学课程（生物化学、遗传学、神经科学、病理学、药理学、生理学、发育与神经科学、植物科学、心理学、动物学），以及科学史和科学哲学，但不包括工程学、计算机科学、数学、医学这四个学科，后者提供单独的学位，不过在自然科学的框架中也会涉及相关内容。
    自然科学在剑桥已经有超过100年的历史，旨在把学生培养成为一名科学家，而不仅仅是一个物理学家、地质学家或遗传学家。
多元化的学习体验剑桥大学自然科学方向的培养方案有哪些独树一帜的地方？我们在剑桥官网上找到了答案，并梳理如下。培养目标：学术性与技能性共存一名到剑桥大学学习自然科学的本科生，前两年的学习经历为最后一年的专业化学习提供了广泛和深入的基础，其中，基础课程的广度帮助学生弥合传统学科边界之间的藩篱，而专业知识的深度则与传统上任何的单一性专业（ single science course）保持一致。以物理系为例，在其培养目标中明确提出：1）为本科生和研究生两级提供最高质量的物理教育，培养出符合工业、学术和公共服务要求的毕业生，以及未来的学术教师和研究人员；2）持续吸引各种背景的优秀学生；3）提供一个激发智力的环境，使所有学生不论背景如何，都有机会发挥最大潜能；4）在本科和研究生教学中保持最高学术标准，并根据学术进步和社会需要构建新的教学和研究领域；5）追求最高质量的物理学研究，保持剑桥大学在这些领域的世界领先地位。
    与此同时，由于并非所有学生毕业后都会继续在所学专业深造，因此除了学术性目标外，剑桥大学还注重培养学生广泛的技能，即被几乎所有行业雇主都看重的可迁移技能（transferable skills），主要表现为：1）智力技能，包括批判性思维，分析、解决问题等；2）沟通和表达能力，包括书面、口头、非口头等；3）组织能力，包括独立工作、时间管理等；4）人际交往能力，包括团队合作、谈判等；5）研究技能，包括数据管理和分析、批判性分析等；6）计算能力和计算机素养。
    培养过程：自由且灵活
    自然科学方向提供的课程具有很大的灵活性，有的学生在第一年学习计算机科学或数学，此后则深入钻研物理；也有一些学生在学习物理课程后，第二年改学计算机科学的相关课程；经过院系的同意，学生甚至可以在参加完第一年的自然科学课程后，转向其他领域，如管理研究等社会科学科目。
   这样的安排使得自然科学方向的学生能够充分体验新的或感兴趣的科学领域；发现明显不同的学科之间其实存在着相互联系；深     入了解不同的科学方法；推迟专业决定，直到确定想要的方向。
    教学方式：多种多样且富有特色
   剑桥大学为自然科学方向的学生提供了多元的学习方式，主要有授课、研讨会和实践活动，以及监督、承担研究项目和实地考察。
其中，授课是教学的基础，也是开始学习每一门课程的主要途径；在研讨会上，学生以小规模小组的形式讨论某个特定的主题，并被要求积极参与；实践活动通常在实验室展开，作为所有自然科学课程的重要组成部分，让学生在实验操作中运用学到的理论。
    作为剑桥的特色之一，监督是在学院的安排下，以小团体教学会议的形式进行，通常由两到四人组成，提供给学生澄清任何不清楚观点的机会，进而深入地解决问题，并探索感兴趣的话题。承担研究项目是大多数自然科学方向的学生在第三或第四年需要完成的，届时，学生将与该领域的专家一起工作，这不仅为学生提供真正接触科学研究的机会（项目论文得到发表机会的情况并不少见），还可以判断从事研究工作是否适合自己。实地考察对某些科目来说必不可少，而对其他科目则只是可选项，自然科学方向经常开展的实地考察包括第一年到阿兰岛（Isle of Arran）进行地球科学考察；在葡萄牙为植物专业的二年级学生开设野外课程；在希腊为地质专业的三年级学生开设构造地质学课程等。一名自然科学方向本科生的三年之旅从离散到聚焦，剑桥大学自然科学方向的本科教育按年份设置的课程如下。
     第一年课程（ Part IA courses）
    在第一年，学生将从以下广泛的课程中选择三门进行学习，基本上每个科目的学习都要求具有先修课程的基础。在为期八周的学期中，学生每周应参加每个科目的三次授课、一次监督和平均三到四个小时的实践活动。此外，学生所在学院的研究主任会就课外学习提供进一步的建议。
    此外，学生还需学习一个数学选项，包括数学（物理方向）和生物数学（Mathematical Biology）两个方向，前者由数学学院应用数学和理论物理系管理，后者由生物学院管理。
    剑桥大学对每一个选项的科目都详细规定了学习目标和应达到的水平，以及评价学生的方法。以物理科目为例，第一年课程为培养未来在化学、材料科学和地球科学等领域的人才提供物理学基础，旨在弥合中学和大学物理之间的差距，具体的学习目标包括：
1）巩固中学物理，并引入新的主题，包括相对论和量子力学；2）鼓励构建数学模型，拓宽视野，缩小中学与大学物理水平的差距，让学生领会物理规律的通用性；3）培养收集和分析实验数据的基本技能；4）为以后的物理和其他科学课程打下良好的基础。课程结束时，学习成果应体现为：1）物理基础达到良好水平，为第二年课程的物理A部分和物理B部分以及其他自然科学科目在第二年的课程做充分的准备；2）在基础物理方面具备解决问题的能力；3）通过实验室的一系列实际操作，提升实验和数据分析技能；4）在描述物理参数和报告实验结果方面提升沟通能力。最终，对学生的评价由两个维度组成，一是基于授课和实践活动材料的闭卷考试（unseen examination），考察学生在上述第一、第二、第四项学习目标和第一、第二项学习成果方面的达成情况；二是对实践活动的持续评估（continuously assessed practical work），测量学生在学习目标的第二、三、四项及学习成果的第三和第四项上的达成情况。
第二年课程（ Part IB courses）
    学生从以下课程中选择三门科目，在为期八周的学期中，每周应参加三门科目的三次授课、一次督导和长达六小时的实践活动。学院研究主任会就课外学习给出进一步的建议。
    课程选项为：生物化学和分子生物学、疾病生物学、细胞和发育生物学、化学A、化学B、地球科学A、地球科学B、生态与保护、进化与动物多样性、实验心理学、科学史和科学哲学、材料科学、数学、神经生物学、药理
学、物理A、物理B、生理学、植物和微生物学。

表1第一年课程（ Part IA courses）修读选项 科目选项修读要求
行为科学建议先修课程（Highly desirable）: Level生物学细胞生物学建议先修课程： Level化学可选先修课程（Useful preparation）: Level生物学化学必需先修课程（Essential）: Level化学 建议先修课程：AS/ Level数学（ Level数学对于在 Part IB中的化学A是必需的）地球科学必需先修课程： Level两门科学课 演化生物学建议先修课程： Level生物 材料科学必需先修课程： Level数学、化学或物理
物理 必需先修课程： Level数学和物理，或数学和进阶数学 建议先修课程： Level进阶数学（Further Mathematics生理学建议先修课程： Level生物和/或物理 表2第一年课程（ Part IA courses）数学修读选项数学选项 修读要求数学（物理方向）必需先修课程： Level数学 生物数学 建议先修课程： Level数学

第三年课程（PartⅡ courses）
第三年课程（Part II courses）中的许多科目建立在第二年课程（（PartB《courses，）的基础上。同时，某些课程的名额有限，学生需要根据商定的选择标准和协作程序做出决定。学生通常从下面列出的科目中选择一个专攻项，并深入学习：天体物理学※、生物化学、化学、遗传学、地球科学、科学史和科学哲学、材料科学、心理学及神经科学与行为、病理学、药理学、物理、生理学及发育与神经科学、植物科学、心理学、生态学（表示可以继续进入第四年学习的科目）。又或者，学生可以选择更通用的课程，即物理科学、生物或生物医学，从更广泛的主题中选择两门科目，以便为更高层次的学习进一步夯实基础。
      第三年成功完成学业后，学生将获得学士学位，满足一定条件的学生还可以申请继续进入第四年课程（Part III courses）的学习。英国大学历来采取分档制来划分学生的成绩优劣，即一等成绩（First Class）、二等一级成绩（Upper Second Class-2.1）二等二级成绩（Lower Second Class-2.2）、三等成绩（Third Class）和普通成绩（Ordinary Degree），并把大学成绩的及格线定在40分。一般少有学生可以拿到80分以上，能得到70分的就算作一等成绩。以化学为例，今年满足以下条件之一的学生都可以升入第四年的课程学习：1）2020年夏季第三年课程达到2.1成绩及以上；2）2018/2019年第二年课程成绩总体达到2.1成绩；3）2018/2019年第二年课程化学A和化学B达到2.1成绩；4）2018/2019年第二年课程化学A和化学B合计平均得分达到满分的60％及以上；5）对只选择化学A和化学B的学生，课程成绩需达到2.1
    可见这些条件并不低，而学生如果完成第四年的学业，将额外获得硕士学位。
   双保险的监管机制
    除了为学生提供丰富的课程和自由的选择外，多元主体的监督和高效民主的管理也是保障剑桥大学自然科学方向教学质量的重要环节。
   多元主体的监督
   剑桥大学自然科学方向设有各种内部和外部的监督机制。以物理系为例，主要包括1）学位认证和考试标准：学位课程由英国物理研究所（uk’s Institute of Physics）正式认可；2）大学监督：每隔五年左右，剑桥大学总委员会（University＇s General Board）在深入的学习和教学评估后，对每个学位课程进行重新评估；3）国家监督：学生事务办公室（Office for Students）以各种方式监督授予学位的机构；英国全国学生调查（ National Student Survey）要求学生反馈在校学习情况和对自己所在大学的看法；4）教学卓越框架（The Teaching Excellence Framework）:作为新的政府框架，运用来自国家统计局的指标和书面报告，描绘每个机构的教学情况，负责监督和促进英国大学的卓越教学；5）学生反馈：在物理系内定期进行问卷调查，以监测课程和学生反馈，同时定期召开两次教职员工学生咨询委员会（Staff-Student- Consultative Committee）会议，选出的学生代表将与课程负责人和系主任会面交谈。
高效民主的管理学

在课程管理方面，从第一年课程（Part IA courses）到第三年课程（Part II courses）的每个科目都有1~2名负责人，如第一年课程中的物理学课程由物理系本科主任（undergraduate office administrator）负责。与此同时，在总体架构方面，由自然科学方向的管理委员会（Committee of Management for the Natural Sciences Tripos）负责统筹各科系资源，委员来自各个参与的学院及其他相关机构，包括生物科学学院、物理科学学院、地球科学和地理学院、数学学院、化学工程和生物技术系、计算机实验室、科学史和科学哲学系以及材料科学和冶金系等。此外，委员中还包括两名自然科学方向的在读学生，充分体现民主性，尊重学生的权利。委员在每学期召开两次会议，主要职责包括：1）监督自然科学方向的管理；2）联络参与自然科学方向的各个机构；3）与自然科学方向的主考人联络；4）改进自然科学方向的运行方式；5）宣传和推广自然科学方向。

          （摘自上海教育 环球教育时讯2021.2）