中美科學(xué)啟蒙教育大不同

滿威寧

從一個(gè)小學(xué)生科研比賽結(jié)果談起

2019年我參觀了一個(gè)美國的科學(xué)競賽，參賽的小學(xué)生們做了很多原創(chuàng)研究。一個(gè)五年級(jí)學(xué)生的研究《Wi-Fi輻射對(duì)植物有害嗎？》得了整個(gè)學(xué)區(qū)的第一名，引發(fā)了諸多討論。

簡單地說，這名小學(xué)生想研究無線Wi-Fi信號(hào)對(duì)植物的影響，經(jīng)過12天的實(shí)驗(yàn)，他聲稱：靠近Wi-Fi路由器的那盆“快死了”，遠(yuǎn)離的那盆則“長得很好”。得出結(jié)論：Wi-Fi如他想象的一樣，嚴(yán)重危害了植物，大家要小心輻射。還配有一張數(shù)據(jù)圖表，是他稱的“植物的重量”，從第1天到第12天，單位是克。還標(biāo)示出藍(lán)色代表A盆植物，距離Wi-Fi近;橙色的代表B盆，距離Wi-Fi遠(yuǎn)。于是，我把實(shí)驗(yàn)內(nèi)容發(fā)到我的學(xué)生群里，請(qǐng)孩子們看看。我提到：“首先要肯定這個(gè)孩子的創(chuàng)造性想法和努力，但大家對(duì)這個(gè)結(jié)論有沒有什么疑問？能想到哪些問題？”

群內(nèi)的中小學(xué)生立刻各抒己見：

A：Wi-Fi真的會(huì)影響植物的生長嗎？對(duì)人體也有影響嗎？

B：在種植過程中，泥土的重量相同嗎？土質(zhì)一樣嗎？每次澆水的克數(shù)一樣嗎？植物生長的溫度、濕度、陽光照射一樣嗎？離窗戶的遠(yuǎn)近都相同嗎？否則會(huì)導(dǎo)致蒸發(fā)不一樣，吸收陽光的程度也不一樣。

C：靠近機(jī)器有光源和熱的話，是適宜病蟲害的溫度，會(huì)不會(huì)蟲子比較多？

我覺得這些質(zhì)疑很好，大家都對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的一致性提出了合理的懷疑。我于是又提醒大家，再仔細(xì)看看原作者本人的數(shù)據(jù)圖表，還能發(fā)現(xiàn)哪些問題？馬上有同學(xué)提出來說，作者是以重量為單位的：

D：這個(gè)實(shí)驗(yàn)中是不是可以用整體植株高度的變化來當(dāng)測量數(shù)據(jù)？

E：我認(rèn)為還可以觀察植株的色澤。

F：用植物葉片的數(shù)量與葉片的大小及葉片的顏色來做數(shù)據(jù)，可能會(huì)比植物的重量做數(shù)據(jù)更合適。

G：還是量高度或根莖粗細(xì)好一些。

我說：這些都是很好的想法。不過，12天以后，確實(shí)有一盆長得沒有另一盆好。用葉片的多少、植株高低的差別，就可以得到結(jié)論“Wi-Fi讓這株植物受害了”嗎？

假設(shè)、實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)、結(jié)論之間的邏輯關(guān)系到底應(yīng)該是怎樣的？這是一個(gè)絕佳的例子，用來真正培養(yǎng)孩子們的科學(xué)思維方式。很快同學(xué)們就注意到原數(shù)據(jù)圖表的重大問題：

H：植物的重量是如伺稱出來的呢？從第1天到第12天植物總重量呈下降趨勢，這與植物生長規(guī)律是違背的！

I：如果土壤重量.澆水量都一樣，并且都在室內(nèi)，只是離Wi-Fi的距離遠(yuǎn)近不同的話，我認(rèn)為他測量數(shù)據(jù)有問題。植物吸收水分養(yǎng)分生長應(yīng)該越來越重，可是B的重量卻比A少？

首先他們開始質(zhì)疑“植物的重量”減少的原因，然后紛紛表示：

J：這個(gè)實(shí)驗(yàn)中植物的重量是如何測量的？是包含土壤的重量嗎？

K：水的蒸發(fā)是無法計(jì)算的。

L：他沒有考慮到盆間土壤水分蒸發(fā)的差異。

這個(gè)過程就是著名的鍛煉批判性思維（criticalthinking）的方法，即使這是一個(gè)在比賽中拔得頭籌的項(xiàng)目，其他人也照樣可以提出質(zhì)疑。

進(jìn)而，又有同學(xué)提出：

M：一次實(shí)驗(yàn)不足以得到結(jié)論，偶然性太大，需要多次驗(yàn)證。

N：有養(yǎng)花經(jīng)驗(yàn)的人知道，即使是一樣的植物在一樣的環(huán)境下，也可能有差別，太多偶然因素可以導(dǎo)致差別。

孩子們的條理變得越來越清晰起來。總之，如此不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)過程和不一致的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，怎么能夠說明植物長得不好的原因是Wi-Fi影響呢？原作者可能是因?yàn)閺?qiáng)烈的主觀愿望，選擇性地指向心儀的結(jié)論，把自己都騙到了。但是為什么這樣的項(xiàng)目能在美國得獎(jiǎng)？從中我們能得到什么啟發(fā)或者反思？

記憶中的中國科學(xué)啟蒙

記得在國內(nèi)小學(xué)自然課講天氣記錄，講種子發(fā)芽時(shí)，大部分的時(shí)候和思想品德課一樣是全程背誦的，需要思考的內(nèi)容很少。我們那時(shí)的自然科學(xué)課，一味地只講“事實(shí)”、講現(xiàn)象、講結(jié)論，就像詳盡精準(zhǔn)的說明文?；緵]有涉及過：討論事實(shí)與觀點(diǎn)之間的區(qū)別，討論怎樣去尋找答案的過程，培養(yǎng)批判性的思維方式和訓(xùn)練科學(xué)的思維方式等等。

到了中學(xué)，我有幸遇到幾位很好的老師，在物理化學(xué)生物方面讓我學(xué)到了范圍又深又廣的豐富的知識(shí)，這是我之后在自然科學(xué)領(lǐng)域能深入學(xué)習(xí)研究的基礎(chǔ)。但那時(shí)候?qū)嶒?yàn)課唯一的目的是去驗(yàn)證書本原理的正確性，如果實(shí)驗(yàn)結(jié)果不吻合，要想辦法湊出“理想的結(jié)果”。而不是讓我們?cè)诮Y(jié)果的分歧中去探索和發(fā)現(xiàn)背后的原因。習(xí)慣了結(jié)論先行，再去湊理想實(shí)驗(yàn)結(jié)果的思維，是沒法在科學(xué)上做出任何新發(fā)現(xiàn)的。

重點(diǎn)是：沒有人教過我們“怎么做科學(xué)”。我一直非常肯定國內(nèi)基礎(chǔ)教育在數(shù)學(xué)方面非常成功，在物理化學(xué)生物方面也有很多可取之處：基本功功底扎實(shí)，比國外很多地方都強(qiáng)。但卻僅限于提供了很多科學(xué)“事實(shí)”（知識(shí)點(diǎn)），沒有怎么提供機(jī)會(huì)讓學(xué)生自己去探索、發(fā)掘和思考。

美國科學(xué)啟蒙優(yōu)與劣

那么美國的科學(xué)啟蒙教育又是怎樣的？