预测一年级物理成功的因素-经验而不是天赋

随着这个国家面临系统性种族主义和其他形式的歧视，我们这些在高等教育领域工作的人，包括物理系，需要反思我们可能是如何无意中支撑起这些障碍的。我的研究小组一直在研究决定学生在大学物理入门课程中取得成功的因素，数据显示，物理教学和当前的课程如何支持系统性歧视。一个主要的促成因素是这样一个概念，即学生可以根据他们的“天赋”进行分类，这被认为是反映他们做物理能力的一个基本数量。

众所周知，新冠肺炎疫情对各少数民族群体的影响不成比例。这并不是因为他们的生物学上有一些根本的不同。这是因为他们的生活和工作条件以及他们能够获得的医疗保健方面的不平等。同样，不同大学物理入门课程学生之间的差异主要反映了我们社会中的教育不平等，而不是个人之间的任何天生差异。在这个国家，K-12教育中的不平等现象与冠状病毒暴露和治疗中的不平等现象相似。在这两种情况下，不同人口群体之间的不平等可以追溯到社会经济地位的差异和维持这些差异的结构性偏见。

与生俱来的天赋还是特权的准备？完美的音调被认为是拥有一些非凡的遗传天赋的结果，直到有人认真地试图教授它。现在已经证明，如果得到正确的指导，几乎任何孩子都可以被教导拥有完美的音调。

当各部门将学生表现的差异归因于人才的差异，而不是教育特权的差异时，它们正在维持并加剧这些系统性的不平等。通常，这些不平等会因为部门为这些更有特权的学生提供特殊教育机会和支持而进一步放大，比如“荣誉课程”、研究机会等。当一个人成为教育特权的受益者时，特别难承认教育特权，我这一代人中的大多数物理教职员工也是如此，包括我自己在内。当然，我们都非常努力地工作，以获得我们所取得的专业知识和成功，但这并不意味着，如果他们有同样的机会，就没有数百万其他儿童可以取得同样的成功，但他们没有。

我的团队调查了哪些因素可以预测大学物理的成功[1]。高中物理准备的基本测量是我们发现的唯一有意义的因素，它们是出人意料的好预测因子，解释了大约30%的方差和大部分不及格率。这是相当粗糙的准备措施。实际效果更大，正如我们看到的那样，我们通过对即将到来的物理准备的更完整和更详细的措施来扩展这项工作。在控制了这些准备措施后，性别、第一代大学生和少数民族身份在预测模型中没有贡献。

我们确实看到，这些人口统计群体在高中期间系统地接受了较差的物理准备。西摩和亨特进行了一项比我们更广泛但不那么详细的研究[2]，他们还发现，学生事先的准备对科学和数学入门课程的表现有很大影响。他们的数据显示，不同人口群体之间准备水平的总体差异主要取决于学生所在学区的社会经济水平。西摩和亨特还展示了这些入门课程的低表现如何对学生从STEM专业转学产生了重大影响。

物理系通过开设入门课程，在不知不觉中将许多来自代表性不足群体的学生赶出了物理和其他STEM领域，在这些课程中，准备不足的学生可能表现不佳。这些学生唯一的“错误”是来自贫困家庭，或者更准确地说，来自收入较低的学区，因此物理教学也较差。我们采访了许多有抱负的STEM学生，他们进入斯坦福大学时物理准备相对薄弱，他们描绘了一幅美国K-12系统物理教学的严酷而令人不安的图景，对于那些像我这样来自富裕大学城的人来说，这让他们感到震惊。他们对高中物理课程的描述充满了这样的例子：“我们学校没有物理老师，所以我们一年到头只有一系列的代课老师，他们都不懂物理”，或者“教我们AP物理课的人第一天就告诉我们需要自学，然后他就离开了整个学期”，他说，“我们高中物理课的老师第一天就告诉我们需要自学，然后他就离开了，剩下的学期他都不会学了。”还有许多其他几乎同样糟糕的故事。

的一个显著特点

一所典型的学院或大学的招生办公室适当地考虑了许多不同的学生素质，因此学生永远不会仅仅基于他们的物理准备而被录取。在任何一所有合理选择的学校，每个学生都有一些特殊的品质或成就，其中大多数都比物理教学对他们所在学区的经济不那么敏感。因此，许多物理准备薄弱的学生将被录取，并进入斯坦福这样的好学校，认为他们将能够从事STEM职业。他们直到太晚才意识到，他们的物理准备，而不是招生办公室提到的所有成就，实际上将决定他们可以攻读哪些专业，不可以攻读哪些专业。虽然入门课程对学生的职业选择最为关键，但斯坦福大学物理专业的整个课程模式大同小异，都是针对准备程度最高的学生进行了优化，同时也给那些渴望攻读物理但准备不足的学生设置了巨大的障碍。

我敢肯定，斯坦福在这方面并不是独一无二的，许多其他物理专业和其他科学专业都有类似的特点，因为物理“人才”的概念是如此无处不在。我在几十个物理系和其他科学系发表过关于教与学的研究的演讲。几乎在每一个案例中，我都会被问到这样一个问题：“我怎样才能应对班上分布广泛的学生呢？”奇怪的是，这个问题经常来自精英大学的研究生课程讲师和社区大学的入门物理教师。在大多数情况下，话题很快就会转向“怎样才能教得最有才华的学生，又不会无望地失去那些才华较差的学生。”

对于物理系来说，要想在减少而不是维持我们社会中存在的系统性歧视方面取得进展，他们必须从根本上改变他们对学生的分类方式。他们需要认识到，学生的成功与“天赋”关系不大，与“教育特权”有很大关系。有相当多的研究[3]支持这一说法。在对许多不同领域的专门知识的研究中，已经表明，任何实质性的专门知识水平的获得，主要取决于一个人所做的“刻意练习”的数量，而不是取决于任何人能够找到的对该学科天赋的任何先验衡量。“刻意练习”是一种特殊类型的密集学习活动，通常出现在最好的研究生培训和一些非常好的教学课程中。它会导致神经元连接的变化-这些变化体现了增强的专业知识。这种认为努力学习(“刻意练习”)压倒天赋的观点与我们的文化神话非常不一致，但这项研究有力地支持了这一观点。在当前社会讨论的背景下，也许值得注意的是，某些“有才华的”人天生优越的概念可以追溯到19世纪高尔顿的工作。他的目标是提供英国贵族天生优越的“科学”证据，证明他们的世袭特权是正当的。

除了根据学生的受教育特权而不是他们的才华来思考学生差异的根本变化之外，物理系应该做些什么来避免默许地接受和增加系统性的歧视？我不相信有任何简单的解决方案，所以我没有提供任何解决方案。这将需要改变长期以来的信念、课程和资源配置。指望我们可以迅速或轻松地消除或补偿新生人口准备方面的差异，无论是什么来源，似乎是不现实的。简单地指责K-12教育系统并对问题置之不理也是不负责任的。每个系都应该检查它的学生人数、教育实践和学生成绩，寻找它在哪里以及如何歧视那些唯一失败的学生，他们唯一的失败就是缺乏教育特权。

然后，它需要对它可以和应该做出哪些改变来解决这种教育不平等进行痛苦的审查-痛苦的原因是，除了改变对学生差异的基本想法外，这可能还涉及将资源从准备最充分/最不享有特权的人转移到最不发达的人。例如，改变一些入门课程的覆盖范围和速度，使其在准备最少的情况下针对三分之一的分布进行优化，并从讲课转换为主动学习的教学方法，这对准备较少的学生尤其有益。也许可以用针对准备不足的新课程来取代一些“荣誉”课程，这样学生就有了一条舒适的成功之路。

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编辑：David Voss Staff Science撰稿人：Leah Poffenberger供稿记者：Sophia Chen，Alaina G.Levine出版物设计和制作：Nancy Bennett-Karasik