最新的案例、最前沿的思维模型玩转数据

最新的案例、最前沿的思维模型玩转数据

在现代社会，我们很多时候需要根据不确定或变化的复杂数据做出一系列的判断和抉择，这个时候就需要用到批判性思维（critical thinking）。

批判性思维的概念可追溯到约翰·杜威（John Dewey）的反省性思维：能动、持续和细致地思考任何信念或被假定的知识形式，洞悉支持它的理由以及它进而指向的结论。科学教育的一个核心目标就是使学生能够对数据和模型进行批判性思考。能否自主地反思数据，测试证据是否支持结论，以及分清干扰信息、变量和有效信息，无论是对科学家、工程师还是其他职业的工作者，都是至关重要的。

然而，现有教育体系一直未能有效地培养学生的批判性思维。哈佛大学前校长德雷克·博克(Derek Bok) 曾在大量实证研究的基础上，考察了美国大学生取得的进步与本科教育目标之间的差距，他得出的结论发人深省：虽然大多数学生在很多重要的方面都有收获，但是在写作、批判性思维、数理能力和道德推理等方面的能力还远未达到期望的水平。

同样地，著名的钱学森之问也对中国教育提出质疑：为何我们的大学培养不出大师？为何我们的大学培养出的拔尖创新人才如此之少？也许，德雷克·博克已经给了我们答案：我们的大学教育，不仅缺少教育目标，还缺少教学方法，更缺少懂得使用先进教学方法的师资力量。要培养创新型人才，必须谈批判性思维能力；谈批判性思维能力，则必谈教学方法的改革。

已有的科学研究表明，批判性思维能力的习得是一个非常困难的过程。一般说来，在接受高等教育的过程中，学生批判性思维的习得分为两类：直接习得与间接习得。前者指学生经由专门的批判性思维课程而获得批判性思维的过程，内容包括逻辑学、思辨、科学方法论等；后者指学生经由具体课程的学习实践以及合作讨论而获得批判性思维的过程。在间接习得中，学生的批判性思维能力来自其对于知识以及知识习得过程的领悟与归纳。无庸置疑，教师在这一环节中的作用举足轻重。教学方法的优劣，直接影响到学生对蕴含于所学具体知识中的批判性思维技能和精神的理解与接收。斯坦福大学教育研究生院教授Carl Wieman，英属哥伦比亚大学的D. A. Bonn 和斯坦福大学物理系做博士后研究的N.G.Holmes就批判性思维的间接习得进行了深入分析，试图探究这种批判性思维过程所涉及到的认知过程，并据此设计出一套教学方法来引导学生内化这个过程。实验证明，他们设计的对比分析决策流程能够有效促进培养学生的批判性思维。这一研究结果9月8日刊登在《美国科学院院报》（PNAS）。

研究指出，科学家进行批判性思维时会进行一系列的重复对比和基于对比的决策行为：将新获得的数据同先前的数据及模型进行对比，然后根据对比的结果来选择相应的分析工具进行数据分析。这些行为的累计将逐渐提高数据质量并改进实验模型。在一般的实验设定中，实验者要做出种种决策，有时候是要提高数据测量的精度和准确性，从而能够发现隐藏的因变量；有的时候，他们需要根据实验数据决定采用、调整或舍弃相应的实验模型；而有的时候，需要设计出新的实验去解决出现的研究问题。在其他一些例如医学政策相关的实验中，虽然决策的种类不多，但是也要根据模型和数据表现一致或出现矛盾做出相应的决策，以及用数据去证实结论。

三位研究者表示：我们并非不切实际地要求大学一年级的新生就可以进行复杂的思考过程，但我们可以通过简化科学家们的决策过程，来训练学生们学习科学家的思维方式。

首先需要实现批判性思维过程的透明化，向学生展示这个思考过程如何帮助他们学习和探索；当然，仅仅向学生展示批判性思维的过程远不能够让他们学会应用。学生们必须通过练习和实践参与到这个过程中，并且这种练习和实践应当辅以一定的目标反馈进行重复。三位研究者们指出学生们之所以具有这种批判性思维，主要原因是现有的教育环境提供给学生进行这种思考过程的机会少之又少。因此，只有让学生最大程度地感受并参与到这种对比分析决策流程的思维训练，学生们才可以体会认识到他们所在领域科学的本质，从而渐渐习得并内化这种批判性思维。

研究者们选择了一所研究型大学物理专业的一年级和二年级学生，在他们的物理实验课上进行了为期十七周的两组对照实验。实验组的学生被要求反复多次地将数据同理想数据进行对比，反思自己所获得的数据能够如何提高，并且对实验模型做出判断和可能的改进，做到的学生将会获得额外加分。而对照组的学生采用传统的教学方法，没有这些要求和奖励机制。在实验组内，随着课程的推进，这种要求将逐渐减少，直至最后几周学生将完全自主完成实验和思考。当所有的要求和指示停止后，实验组的学生会展现出和传统教学的对照组学生怎样的不同呢？

在学期刚开始的第二周和学期末第十六、十七周的三次抽样结果显示经过一学期的对比分析决策流程的反复练习之后，到学期末即使没有要求和指导的情况下，实验组的大部分学生中能够主动反思自己的实验数据质量，并寻求改进的方法，而不是像传统对照组里的学生那样简单地将实验数据的低质量归因于测量误差和实验仪器精度不够。此外，实验组里有超过一半的学生能够主动寻求新方法去争取更高质量的数据，而这在传统的对照组中完全没有发生。实验组中有超过四分之三的学生能够识别数据和模型之间的矛盾，这一人数比例是传统对照组的整整四倍。实验组中超过一半的学生能用自己的实验数据去评价并解释物理模型的缺陷，而传统对照组中仅有10%的学生这样做。最后，对比分析决策的批判性思维流程重复的次数越多，学生对模型的分析也越来越精准和深入。他们对自己的数据也更加有信心，从而敢于去质疑给定的权威模型。而这种差异在大二学生的对照试验中也继续保持。

学生对外部知识高效接收、合理分析、全面总结的能力是培养批判性思维的重要内容。对比分析决策的批判性思维流程训练让学生能够对数据和模型进行自主独立的批判性辩证思考。这种自主能力和信心的培养对学生未来能否在科学研究中自主地改善模型将会起到至关重要的作用。它带来的不仅仅是一项技能的习得，更是一种研究态度的转变。这套对比分析决策的训练流程可以应用到很多涉及数据和模型的科学领域，对高校的教学方法改革也有一定的借鉴意义。

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