要毕业于科学专业，大学生必须完成40到60个学分的科学课程。这意味着他们在整个本科生涯中要在课堂上花费大约2500个小时。
然而，研究表明，尽管做了这么多努力，大多数大学科学课程只给学生提供了对基本科学概念的零散理解。这种教学方法强化了对孤立事实的记忆，从教科书的一个章节到下一个章节，不一定要把它们联系起来，而不是学习如何使用信息，并有意义地把这些事实联系起来。
建立这些联系的能力在课堂之外也很重要，因为它是科学素养的基础:使用科学知识准确评估信息并根据证据做出决定的能力。
作为一名化学教育研究员，自2019年以来，我一直在与同事索尼娅·安德伍德(Sonia Underwood)合作，以更多地了解化学学生如何将其知识整合并应用到其他科学学科中。
在我们最近的研究中，我们调查了大学生如何运用他们的化学知识来解释现实世界的生物现象。我们通过让他们做一些活动来建立跨学科的联系。
我们发现，尽管大多数学生没有得到类似的机会来帮助他们建立这些联系，但像这样的活动是有帮助的——如果它们是课程的一部分。
Three-dimensio部分学习
大量研究表明，无论是理科专业还是非理科专业，传统的科学教育在教授理科学生如何应用科学知识和解释他们可能没有直接学到的东西方面做得并不好。
考虑到这一点，我们在“三维学习”框架的指导下开展了一系列跨学科活动。
简而言之，三维学习，即3DL，强调大学生的教、学和评估应该涉及到一个学科的基本思想的使用。它还应该包括支持学生在学科内部和学科之间建立联系的工具和规则。最后，它应该让学生使用他们的知识。该框架是在人们如何学习的基础上开发的，作为一种帮助所有学生获得对科学的深刻理解的方法。
我们与丽贝卡·l·马茨(Rebecca L. Matz)合作，她是科学、技术、工程和数学教育方面的专家。然后我们把这些活动带到教室。
让科学的联系
首先，我们采访了28名主修科学或工程的一年级大学生。所有学生都选修了化学和生物入门课程。我们要求他们确定这些课程的内容与他们认为的每门课程的关键信息之间的联系。
学生们给出了他们在课堂上学到的广泛的话题、概念和技能清单。有些人，但不是所有人，正确地识别了每一门科学的核心思想。他们知道他们的化学知识对他们理解生物学是至关重要的，但他们不知道反过来也可能是正确的。
例如，学生们谈到他们在化学课程中获得的关于相互作用的知识——即吸引力和排斥力——对理解组成DNA的化学物质如何以及为什么聚集在一起很重要。
另一方面，在他们的生物课上，学生们谈论最多的核心思想是结构-功能关系——化学和生物物种的形状如何决定他们的工作。
接下来，设计了一套跨学科的活动来指导学生使用化学核心思想和知识来帮助解释现实世界的生物现象。
学生们复习了一个核心的化学概念，并使用这些知识来解释一个熟悉的化学场景。接下来，他们用它来解释一个生物场景。
一项活动探讨了海洋酸化对海贝壳的影响。在这里，学生们被要求用基本的化学思想来解释海水中二氧化碳含量的增加是如何影响珊瑚、蛤蜊和牡蛎等造壳海洋动物的。
其他活动要求学生运用化学知识来解释渗透作用——水是如何在人体细胞中进出的——或者温度是如何改变人类DNA的稳定性的。
总的来说，学生对自己的化学知识很有信心，能够很容易地解释化学场景。他们很难应用同样的化学知识来解释生物场景。
在海洋酸化活动中，大多数学生能够准确地预测二氧化碳的增加如何影响海洋的酸性水平。然而，他们并不总是能够解释这些变化是如何通过阻碍贝壳的形成来影响海洋生物的。
这些发现强调了学生在科学课程中学到的知识和他们应用这些信息的准备程度之间仍然存在很大的差距。尽管2012年，美国国家科学基金会(National Science Foundation)提出了一套三维学习指南，以帮助教育者使科学教育更有效，但这个问题仍然存在。
然而，我们研究中的学生也报告说，这些活动帮助他们看到了两个学科之间的联系，而这些联系是他们在其他情况下无法察觉的。
所以我们也得到了证据，我们的化学学生，至少，希望有能力获得对科学的更深入的理解，以及如何应用它。
