主动解决问题能加深学生对科学的理解，远比讲课有效。但很多大学教授并不乐于改变传统的教学方式。
疫情爆发：芝加哥理工大学的6名学生由于重度呕吐、腹泻、胃疼和呼吸困难而住院，其中几名学生病情危急。该大学的卫生中心随后发现了几十个同学出现类似症状。
17名大三、大四学生参与了由萨斯克汉那大学的生物学家泰米?托宾（Tammy Tobin）开设的创新病毒学课程，上述事件是这几个学生需要解决的案例。该课程里，学生们扮演联邦公共卫生官员的角色，负责找出病原体，跟踪传播途径，并找出解决办法――这些任务必须在期末前完成。
托宾表示，尽管芝加哥理工大学的病毒事件实属虚幻，但他尽力让案例显得更真实。如果学生决定检验血液样本，或进行基因筛查，托宾都会把肠病毒D68――一种真实存在的呼吸道病毒的相关数据发给他们。为防止学生从网上获得答案，托宾在案例中增加了一些以前少见的症状。如果学生要求去芝加哥实地考察，托宾会要求他们查询航班信息，确保有足够机票。
最后，学生们找出了病原，但他们也犯了错：例如，6人死亡，部分因为学生们对治疗不够重视。然而，托宾表示，只要学生们展示了他们的做法，各个措施是否有效，以及无效后采取哪些补救措施等，这些错误并不会影响他们的分数。重要的是，学生专注于这个问题，运用所学知识，结合各领域的知识来解决这个问题。托宾表示，“这个案例结合了政治、社会学、生物学，甚至基因组学的知识。”
目前，世界范围内兴起了一股科学课堂教学改革的热潮，而托宾的上课方式只是多种教学方法中的一种。有些方法和托宾的方法比较类似，复杂而让人身临其境的案例演习；也有基于小组的解决小问题的方法，比如说学生通过手持设备抢答老师们精心挑选的问题。这些方法都贯彻了一个经过千百次验证的理念：学生主动解决问题，相对于被动接受答案，更能加深他们对知识理解。
来自西苏格兰的计算机科学家汤姆?杜夫（Tom Duff）提出了一种基于小组的教学方法。他表示，采用这种教学方法后，学生的成绩有了20%的提高。其他科学教学改革的实践者也有类似的发现。去年华盛顿大学的斯科特?弗里曼（Scott Freeman）等人发表的一篇论文指出，在针对225个主动学习教学方法试验的调查中，学生的不及格率减少了三分之一。这些试验包含了多门学科：科学、技术、工程和数学（STEM）。
常青州立学院的微生物学家克拉丽莎?德克斯（Clarissa Dirks）认为，这种情况下，不采用主动学习教学方式不符合教师的职业道德。德克斯是美国国家科学院科学教学联盟的共同主席。美国国家科学院科学教学联盟率先在全国范围内发起了STEM教学改革活动。
主动学习正赢得大学管理者们的支持。在网络课程越来越普遍的今天，家长们开始问责教育者们：免费的网络课程随处可见，为什么他们仍需支付昂贵的学费？同时主动学习也赢得了各基金会、资助机构和科学协会的支持，他们认为主动学习是改变现有落后的科学教学的有效方法。在美国注册学习STEM专业的学生中，大约60%中途退学，或换到非STEM专业。少数民族和女性群体中，这一数字更是高达80%。
阻力重重
并不是每个人都喜欢主动学习这个理念，尤其是大学教师们。他们自己上大学时，都是接受传统的上课方式，对主动学习的有效性抱有怀疑。同时，主动学习的教学方式需要教师花费更多的时间来备课。但大学教师的另一项重要任务是科学研究，他们担心改变教学方式会占用宝贵的科研时间。
在理解的基础上克服这些阻力是教育改革者的首要任务之一。哈佛大学的德瑞克?博克教学中心的主任兼副主席罗伯特?鲁（Robert Lue）表示，很多大学教师认为科研是智力劳动，而教学只是机械劳动，这种想法必须根除。教师必须对教学和科研同样重视，抱有一样的激情和自我要求。“教学本身就是科研一线。更多的人投入到科研中，科研才能发展得更快。”
从表面来看，主动学习和传统教学差异不大。传统教学中，学生会围绕课程材料展开讨论，实验课上学生会动手做实验。但如果仔细观察，你会发现传统教学就像是给你一本食谱，让你按照食谱来做菜。学生阅读材料，然后讨论材料相关的问题，或是按照书上的步骤，学生就能得到预期结果。在主动学习课堂中，学生占据主动权，他们自己提出问题，发现问题，并解决问题。
在大学一年级的教学中，主动学习同样有效。教师也会提出问题，不过问题一般是通过具体场景来提出，而不是生搬硬套出一堆数据然后提出问题。举例来说，马里兰大学的神经科学家萨拉?勒文（Sarah Leupen）在生理学概论课上，要求学生列出下肢感觉神经。不过她通过下面的情景来提出问题：
你走在街上时，外星人破坏了你的腿部神经。请问会发生以下哪个情况？
a)你的步行动作没有发生明显变化。
b)你再也不能走路了。
c)你能走路，但步幅发生了改变。
d)你能走路，但动作不协调。
勒文表示，他们通常围绕这样的问题展开激烈的辩论。课堂的大部分时间都花在了讨论上。这样的讨论非常有趣。
这些问题的特殊之处在于，并不能通过简单的阅读教材就能获得答案――尽管学生在课前会预习教材。回答这些问题，要求学生运用所学的知识，经过分组反复讨论各个可选答案。讨论的过程中，学生不断理解和掌握知识，最后得到正确答案（这个问题的答案是D）如果一个小组答案错误，这也是件好事儿――犯错能让学生们记忆更深刻。
几十年来，越来越多的证据表明，主动学习的学生对知识的记忆比被动学习的学生更牢固，并且能更广泛地运用知识。但这些证据直至21世纪之初，才引起广泛关注。这要部分归功于卡尔?韦曼（Carl Wieman）。卡尔?韦曼一直是主动学习的提倡者，2001年他由于创造了波色-爱因斯坦冷凝物而获得诺贝尔物理学奖，这让他本人以及他所倡导的主动学习得到了广泛关注。韦曼表示，其实他在获得诺奖之前就积极倡导主动学习教学方法，只是当时他还是无名小卒，无人问津。
早在1980年代，韦曼就开始关注主动学习教学方法，当时他注意到他实验室的研究生。他说道，“这些学生在本科都是很优秀的，但是科研方面实在不行。”经过几年的培养后，这些学生逐渐掌握了如何成为一名优秀的科学家。但科研却与他们本科学习的课程毫无关联。
为寻找原因，韦曼开始研究传统教学方法。他得到了很多令人震惊的发现，例如传统教学中，学生能够通过考试，但对学科的基本概念框架都没有掌握。
其他科学家也有相同的认识，韦曼和他们一起开始尝试新的教学方法。韦曼得了诺奖，他们的努力也受到了关注。当时很多领域开始了“基于学科的教育研究项目”，该项目旨在寻找各科学分支有效的主动学习教学方法。
另一位有影响力的主动学习教学方法支持者是前美国科学院院长生物学家布鲁斯?艾伯茨（Bruce Alberts）。在2004年，艾伯茨将几个学会委员会合并成科学教育委员会。科教委员会的成员都是资深科学家，首任主席是韦曼。科教委员会发表了一系列关于教育改革的报告。最新的一份报告发表于2015年1月，内容为指导大学开展主动学习教学。
文化冲击
马里兰大学的生化学家，教师发展中心负责人琳达?霍奇斯（Linda Hodges）是即将出版的《克服教育改革障碍》一书的作者。她表示，目前仍有很多针对主动学习教学法的质疑。一大原因是，对很多科学家来说，主动学习与他们的教学理念相左。
科学家们很常见的想法是，教师的职责是简单的传递知识，教授教材中的事实性知识。这是主动学习的一大障碍，因为科学家们认为大量的小组讨论会浪费教学时间。马里兰大学负责教授进化学和生态学的遗传学家杰夫?雷普斯（Jeff Leips）表示，克服这个障碍需要古板科学家们的妥协。“不可能十全十美。”虽然讨论等主动学习教学活动会占用课堂时间，但这种方式让学生掌握了个更多的课程内容，让他们能运用这些知识。
霍奇斯表示，另外一个认知误区是，教授应该是课堂的主导。主动学习教学方法提倡教师把课堂的主导权交给学生，这对于很多教师来说是非常离谱的。雷普斯也赞同霍奇斯的看法，他认为这需要教师们掌握完全不同的教学技巧。他说道，“讲课就像是表演，你知道剧情和台词。”但主动学习教学更像是即兴表演，教师必须根据实际情况调整，随时应对各种问题。这对很多教师来说，是个挑战。
另外一大障碍是，如果教师们尝试主动学习教学方法，一旦效果不佳，或是学生在教学评价中写到“我不得不自学”、“老师应该告诉我们怎么做”这种评语后，他们就会立刻回归到原有的教学方式。
这种情况下，不采用主动学习教学方式不符合教师的职业道德。
一位不愿透露名字的教师告诉我说，一个化学老师让学生们小组合作，然后剩余的大半节课都在阅读教材。雷普斯对此表示，“如果主动学习教学实施不当，效果还不如传统的讲课。”2011年一项针对美国77所大学的生物教师的调查指出，尽管大部分教师认为自己至少采用了一些主动学习的教学方法，但很少人运用得当。
主动学习教学的反对者指出，只有大学系统的每个层面都形成创新时，才适合采用主动学习教学。为了提高生物教师使用主动学习教学法的能力，2004年起，美国科学院每年夏天开展为期5天的培训项目。博尔德科罗拉多大学生物学家威廉?伍德（William Wood）是该项目的负责人。他指出，目前已有1000多名教师接受过培训。
伍德说，一个重要的课程是让老师们像设计实验一样设计课程，而不是严格按照教材或大纲。他们应该有明确的目标――让学生掌握哪些概念和技能。然后根据这一目标，选择指导方法以及评估学生进步的方法。
勒文表示，夏季培训确实起到了一定效果，但参加培训是不够的。“如果学校其他老师都用传统方法，这些接受培训的老师也会随大流回归老方法。”
接受培训的教师回校后，继续得到支持非常重要。鲁表示，“科学是小组项目，如果你是神经科学家或是软物质物理学家，你会参加各种报告、会议，和志同道合的同仁交流心得。”他在哈佛的工作是为主动学习教学的教师们提供相互交流的平台，很多美国学校也在做相同的事情。
尽管这些措施都很有效，但它们并不能解决主动学习教学的最大问题――缺乏各界的合作。全球各地都在教育创新，人们对于主动学习教学的热情也高涨。德克斯举办了一些教学培训，他收到了来自约旦、土耳其、埃及、印度和马来西亚等国家教育者们的积极回应。韦曼等主动学习教学倡议者也经常收到欧洲、亚洲和澳大利亚等地的报告邀请。
但这远远不够，主动学习教学方法的理念在国际范围内传播依然有限。各国的教育系统不同，并且适合A国的方法在B国不一定适用。各国教学创新的研究者们也倾向于用本国语言发表研究成果。这进一步影响了教育创新的国际交流。
韦曼等人认为大学的激励系统是最根本的障碍。大学考核教师的唯一标准是发表的文章和基金，对教学并不重视。鲁说，除非教学也成为教师评职称的关键因素，否则教学改革不过是纸上谈兵。
一些科学家表示，情况正在好转，学校也逐渐意识到良好教学的重要性。一些规模小的大学，比如马里兰大学已经开始把教学作为招聘和职位评定中的一个关键部分。勒文表示，在马里兰大学，除非教师在教学上有所创新，否则终身教职评定中教学这一块分数就不够。甚至一些更大的、以研究为中心的大学，例如哈佛也开始强调教学。德克斯说，“这是因为学界都在传播这个概念，人们开始接受它。”
资料来源Nature
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