1935 年，奥地利著名生态学家、诺贝尔奖获得者洛伦兹发现一个有趣的现象——像小鸭、小鹅这类动物，总是喜欢在破壳的前两天追逐它第一次见到的活动物体。比如：第一次见到的是母鹅，就追母鹅；第一次见到的是人，就追人，以为人就是自己的妈妈。并且这个习惯会长期保持。如果在这一两天内将它与母鹅或人分开，那么过后，母鹅或人与小鹅再怎么接触，它也不会追逐母鹅或人了，这是由大脑的结构决定的。洛伦兹把这种现象叫“印刻现象”，把小鹅的这个时期叫关键期。经过脑科学家的研究，发现自然界的所有动物，包括人，在大脑发育的过程中都有一个发育计划时间表：在哪一个阶段哪些功能先发育，哪些功能后发育。如果抓住了这个大脑发育的时间表，在那些大脑功能正在发育的高峰期，对孩子适时实施教育，效果就要好的多。反之，错过了大脑发育的关键期，再对孩子实施教育，效果就要差许多。

那么，对孩子进行科学启蒙的关键期在什么时候呢？

意大利幼儿教育学家蒙台梭利通过研究指出，幼儿对文化学习的兴趣，萌芽于 3岁，而到了 6~9 岁，即在我国小学中低年级阶段，则出现想探究事物的强烈需求。因此，这时期孩子就像一块肥沃的土地，准备接受大量“理性种子”的播种。这个时期的孩子，非常好奇，爱动脑筋，问题特别多，而对学校的课程感觉“吃不饱”。父母可以在其兴趣的基础上，提供丰富的资讯，包括自然、科学、文学、艺术等资源，满足他们如饥似渴的探究需求。

无数例证可以说明早期科学启蒙教育的重要性。女儿读初中时，有篇阅读训练叫做《科学家是如何炼成的》，读了挺有感慨。这篇文章里讲了几位科学家的成长故事，其中有个叫霍普菲尔德，他是 2001 年ICTP狄拉克奖获得者。小霍普菲尔德生长在一个宽容、鼓励孩子大胆探索的家庭。孩提时代，只要父亲做那些修理的活儿，他都会守在旁边看。稍大后，母亲鼓励他在厨房里做化学实验，对照着《儿童化学实验指南》，“玩”出了各种花样。对大多数人来说，一般只有进入中学化学实验室后才能初次见到酸性试剂，但小霍普菲尔德在家里就看父亲用红色洋白菜作试剂，观察到了随着溶液酸度的不同，红色洋白菜或变红或变蓝的神奇现象，并从中接触到了酸性试剂。为什么小霍普菲尔德最后成为科学家？其中一个原因是，他的父母在他很小的时候，不失时机地为他营造了良好的家庭科学氛围，在他的心田播下了科学的种子。

诺贝尔物理奖获得者费曼在他的著作《你干吗在乎别人怎么想？》中也记载了他父亲在他小时候对他进行的科学启蒙——

那时我父亲常在周末带我去卡次基山，在漫步丛林的时候，我爸说：“看见那鸟儿了么？那是只斯氏鸣禽。”（我那时就猜想其实他并不知道这鸟的学名。）

他接着说：“在意大利，人们把它叫做‘查图拉波替达’，葡萄牙人叫它‘彭达皮达’，中国人叫它‘春兰鹈’，日本人叫它‘卡塔诺·特克达’。现在你仅仅是知道了世界不同地区的人怎么称呼这只鸟，可是终了还是一点也不懂得它。我们还是来仔细瞧它在做什么吧——那才是真正重要的。”（我于是很早就学会了“知道一个东西的名字”和“真正懂得一个东西”的区别。）

他又接着说：“瞧，那鸟儿是在啄它的羽毛，它为什么要这样做呢？”

我说：“大概是它飞翔的时候弄乱了羽毛，所以要啄着羽毛再梳理整齐吧。”

他说：“如果是那样，那么在刚飞完时，它们应该很勤快地啄，而过了一会儿后，就该缓下来了——你明白我的意思吗？”

“明白。”他说：“那让我们来观察一下，它们是不是在刚飞完时啄的次数多得多。”

不难发现，鸟儿们在刚飞完和过了一会儿之后啄的次数差不多。

我说：“得啦，我想不出来。你说道理在哪儿？”

“因为有虱子在作怪。”他说：“虱子在吃羽毛上的蛋白质。虱子的腿上又分泌蜡，蜡又有螨来吃，螨吃了不消化，就拉出来粘粘的像糖一样的东西，细菌于是又在这上头生长。”

最后他说：“你看，只要哪儿有食物，哪儿就会有某种生物以之为生。”现在，我知道鸟腿上未必有虱子，虱子腿上也未必有螨。他的故事在细节上未必对，但是在原则上是正确的。

又有一次，我长大了一点，他摘了一片树叶。我们注意到树叶上有一个Ｃ形的坏死的地方，从中线开始，蔓延向边缘。

“瞧这枯黄的Ｃ形，”他说：“在中线开始比较细，在边缘时比较粗。这是一只蝇，在这儿下了卵，卵变成了像毛毛虫似的蛆，蛆以吃树叶为生。于是，它每吃一点就在后边留下了坏死的组织。它边吃边长大，吃的也就越多，这条坏死的线也就越宽。直到蛆变成了蛹，又变成了黄眼睛、绿翅膀的蝇，从树叶上飞走了，它又会到另一片树叶上去产卵。”

同上一例一样，我现在知道他说的细节未必对——没准儿那不是蝇而是甲壳虫，但是他指出的那个概念却是生命现象中极有趣的一面：生殖繁衍是最终的目的。不管过程多么复杂，主题却是重复一遍又一遍。

在很小的时候，父亲就让费曼认识到，认识事物不能光看表面现象，要透过现象看本质，通过深入观察，发现现象背后更具有本质意义的东西。这种思维品质可以说影响了费曼一生，所以，费曼才会在著作中将儿时的记忆写得如此之详尽。科学探究的一个重要意义就是培养孩子一种“透过现象看本质”的思维习惯。人人都有好奇心，人人都有探听真相的欲念。可有的人满足于道听途说，另外一些人则喜欢自己去挖出真相。自己探究真相，除了强烈的探究欲之外，还要有一整套探究的方法。从费曼父亲关注的重点我们可以发现，费曼的父亲从小就在费曼的心灵中种下了这样一颗种子——不要关注表面的知识点——鸟的名字，甚至最重要的不是那最终的结论，而是要学会探究、设想、验证，不断地用实际观察的结果来检验自己原来的设想，来进行推论，不断地深究。

我们知道，走出课堂之后，知识是容易淡忘的，而思想却可以深入血脉！从思维方法的角度说，费曼父亲教给费曼的就是科学工作常用的思考程序。实际上，这套思维程序不仅可以用在科学研究上，日常生活中也可以用到。如果掌握了这套思维程序，就如同在孩童心里种下了一粒科学的种子，就可能举重若轻，游刃有余。我们看到一些杰出人物才思敏捷，出口成章，背后就是经年累月坚持科学思考的功力。

科学素养的形成是长期的，一个人的科学素养形成是长期的过程，早期的科学教育将对他的科学素养形成起到决定性的作用，因为小学阶段是一个人长身体、长知识的关键期，也是心理发展的重要转折期。这一阶段，学生将掌握基本的学习方法，养成学习习惯，学到的知识将对后继学习产生重大的影响。国学大师、“教授中的教授” 陈寅恪先生一生把“独立之精神，自由之思想”作为奉行的准则，并身体力行。显然，儿童科学本质之追求境界就是陈寅恪先生所倡导的“独立之精神，自由之思想”。而科学探究将会引导儿童走向自由，因为科学本质的特征必将使儿童遵循自然和研究的双重法则的调控，而形成批判精神。台湾《自然与生活科技纲要》说的好：

经由科学性的探究活动，自然科学的学习使学生获得相关的知识与技能。同时，也由于经常依照科学方法从事探讨与论证，养成了科学的思考习惯和运用科学知识与技能以解决问题的能力。经常从事科学性的探讨活动，对于经由这种以探究方式建立的知识之本质将有所认识，养成重视证据和讲道理的处事习惯。在面对问题、处理问题时，持以好奇与积极的探讨、了解及设法解决的态度，我们统称以上的各种知识、见解、能力、态度与应用为“科学素养”。

《科学本质在科学课堂上的体现》这个专题切中了当下科学课堂的要脉，体现了现阶段我们的课堂追求，我们追求这样的课堂——课堂，是一种高度紧张中的新奇历险，一种新奇历险中的意外惊喜，一种意外惊喜后的深刻启迪，一种深刻启迪后的满载而归，一种满载而归后的志得意满，一种志得意满后的深深陶醉。不仅如此，追求这样的教学还拓展了教师的科学教育的视界，为科学教师提供了一把理性的“手术刀”，为当下的科学课削去遮蔽在教师思想上的苔藓，让清新的风惊动和唤醒深埋在学生心田里的理性思维的种子，使它们抽芽、吐叶、开花。

作者：郝京华（南京师范大学教授，博士）