科学教育得有四点内涵 80后科学家奶爸透彻解读

大秦教育外滩教育2018-03-07 11:15

文 | 王立铭 编辑 | 李臻

插图丨立铭老师的女儿丫丫

和她的好朋友千千、典典

当我们提到“科学教育”的时候,我们实际上在说什么?我觉得,这里面至少有四个递进的内涵:“技能”、“知识”、“方法论”和“价值观”。

1

技能

科学教育中最直观,也最没有必要专门学习的层面。

四个内涵中,“技能”是最直截了当的。比如说学会手机支付、搞清楚买回家的电器怎么用、吃药前看看说明书,了解下可能的副作用,都可以算是某种程度的“科学技能”。而且这几个例子,可能还正是生活在今天的中国城市里必须会的“科学技能”。

但是,在我看来,“技能”反而是最没必要专门去学的。或者说,在我们谈及孩子的科学教育的时候,不需要重视具体的技能。

打个比方,我已经听到不止一个家长说起过,还是需要给孩子从小买个iPad来玩玩游戏学学怎么操作,因为从长远来看,平板触摸设备将越来越多地出现在我们的生活中,甚至有不少中小学都开始将部分的教学活动放在平板电脑上来进行了。

但是如果我们仔细想想,会意识到这种未雨绸缪是没有必要的。

首先现代科技产品的趋势就是越来越友好,如果说台式电脑的Windows系统还确实需要学一下才能上手的话,iPad上的应用和游戏已经设计的非常用户友好,大多数时候任何人上手试试就会用,没有必要专门去学。

反过来,这些科技产品的迭代速度是非常惊人的,就算孩子学会了,也可能会很快成为用不上的技能点。二十年前国内还到处都是各种打字培训班,花几个月学一个五笔输入是挺高级挺复杂的技能,但是今天还有谁觉得中文输入需要辅导班?拼音输入、手写乃至语音输入已经把问题解决了!

对于我们这一代人来说,一个特别经典的回忆大概是小学的时候学珠算。在那个时代,会计、出纳、银行柜员、很多职业岗位都离不开一手熟练的珠算,学会了珠算也许就意味着铁饭碗。但是今天再回头看,尽管账目记录的需求仍然旺盛,但是具体的技能点——珠算——却被计算机和电子会计系统彻底扫进了故纸堆。

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那么反过来,今天我们觉得生活中必须具备的、甚至可以拿来安身立命的科学技能,等孩子们大了以后,是不是也会毫无用处?

也许特别值得一提的,是编程技能。这个技能从某种程度上其实有点像珠算。在今天这个时代IT和互联网行业成了新的风口和铁饭碗,从小接触编程知识也许就能帮助孩子在职业选择和发展的时候多一份竞争力。因此各种五花八门的编程课、可编程玩具、可编程游戏层出不穷,也广受家长们的欢迎。

公平地说,在儿童编程中用到的某些逻辑,比如条件、循环、逻辑判断等等,已经超越了具体技能的层次,成为思维方法的一部分了。但是单就具体的写代码技能而言,参考珠算的例子,我实在是乐观不起来。

2

知识

割裂地学习知识,知其然而不知其所以然,也不是令人满意的科学教育。

技能之上是 “知识”内涵。现在大家提到科学教育,或者一个具体的儿童科学教育产品,想到最多的可能是这个层面的内容。

比如一本讲人体知识的科学绘本,不外乎告诉你:人有皮肤骨骼肌肉,分别长什么样子;告诉你身体里有循环系统,动脉和静脉循环往复;告诉你吃了饭会进到胃里磨碎了进入小肠等等等等。

相比具体的技能点,科学知识的迭代速度要慢得多了。学习起来,至少不需要担心自己掌握的信息很快就过时。比如说著名的神奇校车系列产品(The Magic School Bus),最早的书诞生于1986年,电视剧集诞生于1994年,也都是三十年“高龄”的科学产品了。但是故事中的绝大多数内容看起来都仍然成立(当然,故事中关于太阳系“九大行星”的说法就过时了。2006年,国际天文学联合会投票开除了冥王星的行星“籍贯”)。但是我仍然不满意停留在知识层面的科学教育。

打个极端一点的比方:给孩子们讲我们的身体里有许多血管,可以运输氧气和营养;血管分成氧气多的动脉和氧气少的静脉,固然是好事。但是如果把知识点换一换,直接替换成一千多年前中国传统医学的认知,讲人体里面有十二正经奇经八脉,心脏负责思考、肾主骨生髓,到底哪里不一样?

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你也许会说,区别就是前者正确后者错误啊。

但是问题是,我们所谓正确的前者,不过是在今天的科学认知范畴中正确而已,也许哪天仍然有可能会被更新的研究所更正和修改。而所谓错误的后者,在我们的祖先看来也充满合理性和建设性啊。而对孩子们来说,两者更是没有差别,不过是一些必须记住的、备考的知识点嘛。

对孩子们来说,他们不知道这些知识是如何发现的、也更没有机会来判断这些知识到底对不对。因此他们能做的事情完全一样——不论如何,先囫囵吞枣记住再说。

当然了,这么说有点太负面。作为一个现代人,对自己、对自己所处的世界有一些基本的理解也是理所应当的——这里自然包括人体的基本知识。而且我自己作为一个科学家,对现代科学的方法论有着基本的信仰——相信血管分成动脉和静脉,无论如何都比相信“十二正经奇经八脉”要靠谱。

我在这里想说的主要是,用现在这样的方法带孩子们学科学知识,真的是最好的、最有效的吗?

3

方法论

科学的方法论,才是科学教育的核心要素。

这里就要说到一个更宏大的问题,为什么我们希望孩子懂一点科学?

除了因为我们自己的生活方式已经离不开科学之外,是不是还隐含着这样一个想法:用科学的逻辑思考,用科学的方法验证,这样的科学“方法论”本身就是一种非常有力量的生活方式?

很多爸爸妈妈们可能看过那本风靡世界的《人类简史》。在书里,作者尤瓦尔.赫拉利(Yuval Noah Harari)用认知革命(出现人类智慧)、农业革命(人类开始定居、形成稳定的社会)和科学革命这三个里程碑来概括人类历史的发展进程。

科学革命的含义不是某一项特定的科学突破或者技术发明,而是一整套认识世界的方法论:利用观察形成理论,在观察和实验中检验和修正理论,再利用理论积极地预测和改变世界。

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仅仅获得一些正确的科学“知识”,其实对于形成这一套科学“方法论”来说,效果是很差的。毕竟在获取具体“知识”的过程中,孩子们其实并没有发自内心的提出问题——更多时候是书本里的人物在提出问题;也没有真的特别热切的希望知道这个问题的答案——血管是有两种还是五种、太阳系有八个还是八十个行星对他们来说真的有趣吗?当然,也更加不可能有机会去观察验证和总结。

哪怕是对于今天的一个农民来说,是地球绕着太阳转还是太阳绕着地球转,太阳系有几颗行星,对于他/她理解季节、规划劳作、预测晴雨年成实际上并没有什么不同。

甚至看看科学历史我们也会发现,在很长一段时间内,哥白尼的日心说所推测的行星运动轨迹,还远比不上托勒密以地心说为基础推演出来的《实用天文表》。日心说取代地心说有着更深刻的哲学和科学理由,并不是因为前者比后者更准确。

当然了,现代人如果不理解地球是围绕太阳旋转的、不理解万有引力定律,生活还是会出现很多困扰的(比如他/她大概很难理解美国人怎么没有头下脚上地掉下去)。但是如果以实用主义为标尺的话,今天世界上积累的绝大多数科学知识,对于一个普通人来说都是难以理解的、没有实际功用的。

但是如果我们从具体的知识点出发,多问一个问题,从“是什么”走向“为什么”,问问“我们为什么说地球绕着太阳转”,“我们为什么说地球/冥王星是行星”,就立刻进入了科学方法论的范畴。

“为什么”这个问题非常重要,因为它代表着科学思想是如何来认识这个世界的。然后我们立刻会看到,具体的知识点“活”过来了。

我们需要知道,我们的祖先是通过日复一日地记录天空每颗星星的位置,发现了有些星星的运动和其他所有星星不同,因此找到了金木水火土五大行星。

而接下来,为了解释行星的奇怪运动轨迹,假设地球和这五大行星都绕太阳转,要比假设所有星星都围绕地球转要容易得多。

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沿着这样的思路走下去,人类不光观测总结出了五大行星的运行轨道(开普勒三定律),还发现了解释这一切的万有引力定律。而万有引力定律的发现又帮助科学家在笔下准确地猜测了新的未知行星——海王星。也是同样的逻辑和热情让人们误打误撞地发现了冥王星,却又在数十年后意识到冥王星和其他行星的差别从而改变了对冥王星的归属……

正是在这个过程里,我们的祖先们和朋友们永不停歇地观察和实验,无数次推翻错误的假设和猜测,一步步逼近客观世界的真实面貌。也正是这个过程才会让我们和我们的孩子理解,人类科学知识的积累和应用会产生怎样的移山填海的惊人效果。因此在我看来,这一整套方法论的教育才是科学教育最核心的要素。

4

价值观

科学教育最高级的层面,也是我们最想传递给孩子的。

而在方法论之上,还有一层科学的价值观。在我看来,所谓科学价值观,其核心就是如何回答“为什么”,也即,相信我们自己,和我们所处的客观世界,从根本上是可以被认识、被理解、被改变的。

举个例子吧。大家可能知道,照相机是在一百多年前被洋人们带到中国的。这个体型巨大的怪东西却着实把中国人吓得不轻,甚至觉得这个怪物“能摄魂”。今天的我们当然觉得这个观点很可笑、很幼稚,但是放在那个时空里,这种想法是非常自然的。

为什么呢?相机这个东西看起来简单,但是它背后其实代表着欧洲科学数百年复兴的成就,至少包括:

光学——光的直线传播,折射定律,小孔成像;

生物学——知道人眼睛看到东西是光入射而不是人眼睛发光,知道晶状体是块放大镜;

化学——卤化银见光分解产生银颗粒,显影和定影技术等等。

把这么多科学成就堆积在一个方盒子里突然呈现在对现代科学一无所知的中国人面前,他们不觉得惊骇才怪!套用神秘主义和阴谋论的解释大概反而更顺理成章一点。

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而到今天,如果你把一个普通中国人带到 C919 的驾驶舱或者大亚湾核电站的反应堆面前,他其实也铁定理解不了这些庞然大物里面的那么多让人眼晕的结构和零件都是干什么的。但是我相信,他不会需要依赖神佛或者阴谋论来理解眼前看到的一切。

为什么?因为他一定从中学的课本里学到了牛顿三定律,学到了原子核结构,知道了一点点流体力学(比如升力),知道了一点点核裂变。尽管普通人了解了这些知识以后,距离理解 C919 和核反应堆还有一个一辈子可能都无法逾越的认知障碍。但是没关系,他/她会从这些基本知识出发,进行下面这个合理的推测:

我知道,空气在一个物体表面流的越快压强就越小(或者,我知道,一个重的原子核分成两个较轻的原子核会损失质量、释放大量的能量)。我眼前的庞然大物就是根据这样的道理制造出来的。如果有几千个聪明人坐在一起再沿着这个科学道理详细地研究分析几百年,制造出这样的机器也不奇怪嘛。

这种信念我觉得就是科学的价值观,而它建立在具体的科学知识和科学方法论之上。

对于一部分孩子来说,这种方法论和价值观是他们未来改变这个世界的基础。他们会带着人类千百代祖先的智慧荣光,继续推进科学和技术的边界。

对于绝大多数不会直接从事科学技术事业的孩子们来说,他们有幸(当然,有些人会说不幸)生活在一个技术爆炸的时代,科学技术在持续和强有力地改变我们已经习惯了几千年的生活常识。对于他们来说,仍然也需要这样的方法论和价值观,来理解、认同和欣赏这个最好也是最坏的时代。

王立铭童行计划教研总监、联合创始人

喜马拉雅儿童类销售首位节目《给孩子的万物启蒙课》主讲人

浙江大学生命科学研究院教授、博士生导师

王立铭

the end

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