• 郝京华:埋下一粒科学的种子
  • 作者:千课万人  发表时间:2017-09-07 13:46:37

  • 埋下一粒科学的种子
     

    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)

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