数据可视化人才

看了http://www.davidmccandless.com/网站上面的数据可视化的例子,非常受震憾。不管是需要深入挖掘才能看到的模式或者规律,还是简单的事实,David Mccandless都呈现得非常好。

以后,这样的人才——从数据里面发现规律的人才和把规律用直观的容易理解的方式呈现出来的人才——会越来越重要。看起来,物理学家(已经会数学、物理、计算机)以后又多了一样基本功要学——数字媒体和艺术赏析,呵呵。

能不能找一个这样的学生培养试试?不过,提供材料,提供机会,提供不了太多指导。

科学计量学研究什么?

从文章、专利,以及其它形式的发表记录(例如博客、政府报告等等)中获取数据,从这些数据中回答以下的问题:

第一、如何评价文章、科学家、学校、国家、学科领域的贡献。这个主要为管理部门的决策提供参考。
第二、如何描述科学的发展面貌,例如最基础性的研究主题、前沿的新出现的研究主题、最热的研究主题等等,某学科内的主要研究主题以及它们之间的关系。这个可以同时为科学家和管理部门的决策提供参考。
第三、科学研究行为的规律,有关研究者的行为或者研究领域的行为的共性与个性的特征。
第四、科学领域与技术领域之间的影响关系,科学领域之间的影响关系,以及其它各种学术单位(例如国家、基金会、城市、大学或者研究所、科学家)之间的影响关系的研究。
第五、自动总结、自动综述,把研究论文的内容放到整个科学领域的合适的位置。这个主要是帮助科学家,尤其是新的研究者的。

一、二传统上做的比较多,三、四我们在做一些,五是以内容为基础的科学计量学,应该是将来的主流的科学学。一、二基本上利用形式数据,三、四主要利用形式数据,结合一点内容数据,五主要依赖于内容数据(和本体研究、概念地图相关)。这个过渡,我称之为“从形式到内容的科学学”。

自由选择的力量

消费者购买商品的时候,尽管可以被误导和操纵,基本上是有自由选择权的。于是,好的商品才能战胜差的商品,生产方也才有动力去开发更好的产品。

在大学课堂里选课的学生是购买学习经验的消费者,也应该是自由选择权的。当然,大学,除了商品(学习经验)的提供者之外,还承担了执照授予单位的职责,因此,大学还可以对最终的取得各种各类执照的毕业生提出各种要求。但是,除了最终这些执照要满足的要求,对于学生的学习历史、学习方式和顺序等等,都是没有权利要求的。因此,一个设计好了每一个学期的培养计划的大学,不是一个合适的学习经验的提供者,而是为了满足某些从学校的角度设想出来的关于执照的拥有者的理念而设计好的一个学习顺序和学习内容。

这个就好像是,服装厂相信自己有足够好的设计师(这个设计师脑子里面的消费者是一个或者很多个理想模型,而不是真正地从看见消费者来设计的),于是,这个服装厂就仅制作和销售它的伟大的设计师设计出来的服装,而且要求所有的消费者必须按照它设计好的顺序(例如从婴儿到寿衣的所有的安排)来购买和使用这些衣服。毫无疑问,在一个穿衣服仅仅是为了保暖的时代,这样的工业化体系是很有好处的。但是,在一个穿衣服就是为了体现和精炼自己的思想的时代(假设我们的时代已经是这样的,仅仅用来比喻),这样的工厂显然是不够的。

现在,我们的大学就是这样的服装厂,我们的学生需要按照实现设计好的教学计划,而不是教学目标或者说毕业要求,来“成才”。甚至,在规定的教学计划的范围内,如果能够提供多位老师开设的平行课程的选择,也会在一定程度上增加学生选择的自由。而往往,这个平行课(多位服装设计师给同样年龄段同样什么什么特征设计的多种服装)也没有在大学好好地实现。如果学生可以在全校范围内选课,只要是类似的课程其学分就能够得到承认,就算不取消培养方案,也是可以给学生一定的选择的自由的。全校的类似课程都是平行课。平行课可以是一个很好的暂时替代品。

过去的几年,我在条件允许的范围内,自己做了一些教学上的探索,我发现,给学生选择的自由,会大大提高学生的学习的效果。我自己承担的《量子力学》和《系统科学基础》课程,在目前的培养方案之内本身的定位是必修课。经过一些协商和努力,我把这两门课程定位在必修课和选修课之间:学生可以不选,但是——保送我们自己的研究生的本科生需要修《量子力学》而其他学生不限制;研究生需要在5门(包含《系统理论基础》)研究生专业基础课中选择3门来获得硕士学位。

当然,我的目标是完全没有必修课和选修课的限制,而仅仅有课程关于内容上的联系——也就是课程之间的先修课关系(所有的国外的正规大学都会有课程编码系统——每一门课程一个编码,课程相同名称细节要求不同的课程给另外一个相邻的编码。课程之间的唯一关系就是依赖关系——学习Phys200之前必须有Phys101、Math101的基础),加上学位方向上的学分要求(例如物理学士学位要有多少多少物理类的课程学位分,多少多少科学类的,多少多少社会理科学、艺术类的学分),而完全没有培养计划或者培养方案。可是这个目标毕竟在目前的制度有难度。因此,以上的方案已经是我能够做到的最好的了。

我们来看一下,这个新的尝试下学生的表现。由于样本非常少,本科、研究生各两年,下面的结果是不可靠的。但是,我认为启发性足够强了。

在第一年的本科《量子力学》课程中,尽管我强调了很多次,这门课程会非常难(内容很难,与之前的量子力学完全不同的义Feynman量子力学讲义为基础的体系,英文授课),这门课程是选修课,为了拿学分的去选修其它课程,但是基本上所有的学生都选了这门课程。最后学生基本上就没有学懂的,课堂问题和讨论很少,有的讨论就是非常平庸的讨论。最后,上课基本没有学过的学生(当然Down了),还告诉我说,这门课程是必修课他们不得不选。

在第二年的本科《量子力学》课程中,第一次课之后就剩下了一半以下的学生,而且是我一再警告下(很难,不必修,自己愿意理解点量子力学的才来)留下来的。最后,课堂表现好很多(当然,与活跃的要求还是有很大的距离,离深入就更远一些),学习效果非常好,都超出了我的预期。大部分学生感叹,过程确实虐心,学习体验很好,要不是自己的选择,自己的兴趣,自己的好奇,早就坚持不下来了。

这个就是自由选择的力量。只要给学生自主权,自己来决定和设计自己的培养方式,只要在最终毕业要求的框架之内可以任意的组合,那么学生的学习效果和学习体验就会与被迫的学习完全不一样。

研究生的课程也已经观察到类似的效果。但是,有待于更多的观察和总结。

Three stages of learning a course and what teachers can offer towards these three

I roughly classify the process of learning a course into three stages.

Stage 1: Understanding the contents. Learners should have a systematic view of the contents beyond just being able to prove all the theorems, being able to finish all the assignments. Learning how to use concept mapping and using it for meaningful learning is helpful to achieve the goal at this stage. At this stage, good textbooks, good teachers, good classmates/study buddies can be helpful too. However, none of those helpers work if there is nobody (if not you, who else? So you are willing to gain understanding of contents of this course it the most important condition) to help.

Stage 2: Knowing how to use the contents, by mimicking others especially master pieces, working on problems which were once considered as a progress in the field. Here research papers, excellent textbooks and books on exercise questions can be helpful.

Stage 3: Forming intuitions about the contents of the course and knowing how to use the contents creatively. This requires to play with many aspects of the course contents, to work on new questions to which the course contents can be potentially applied, to be mentored by an expert in the field.

These three stages while in a progressive order, are not necessary ordered in time line. Quite often you will have to jump among the three. Also, it is not necessary to reach all the three for all courses, but only for those courses that you know you will be with it all along in your life time. Oops, this creates another problem: How can you know which courses are such courses for you?

课程学习的境界和老师的作用

学习一门课程的第一个阶段是理解,而且是比较深入的比较系统的理解。这个阶段,好的教材,好的本课程的老师,好的同学和学长,都能够帮上忙。当然,学生自己学会运用理解型学习(例如,通过概念地图技术)是最关键的。其他人只能是帮忙,自己才是决定因素。

第二个阶段是会用,会模仿着用,类比着用。这个阶段需要做大量的习题,欣赏和复现比较重要的例子,大师的作品。这个时候,文献会有一点作用,好的习题集也会有一点作用。

第三个阶段,需要对这些知识和技能的运用有感觉和体会。这个时候,需要大量非平庸的例子,有一定创造性的例子。这个时候你的研究生导师,或者非常投入的本课程的老师会有一点作用。

这三个阶段有递进的关系,但是时间顺序上不一定是前后的,往往是交叉的。对于完成一门普通课程的学习来说,第一个阶段就够了。但是,如果这门课程是你以后重要的基石,那么,达到第三个阶段是有必要的。

可是,你又怎能知道哪些课程才是你这辈子一直会打交道的课程呢?因此,以上的讨论都是术,真正的问题在于你的兴趣,让你激动的东西是什么?