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麻省理工博士:如何对孩子进行科学思维启蒙?

【摘要】MIT(麻省理工学院)博士,为何不做科研,改做教育?


MIT(麻省理工学院)博士,为何不做科研,改做教育?


我从小到大可以说是典型的学霸,理工科一直非常好,我本来觉得我科学方面非常强,但是到了美国之后我发现自己其实并没有学到真正的科学所以今天想跟大家分享下:科学本身是什么?科学的美,怎样才能让孩子们感受到?


科学是什么,为什么科学启蒙对孩子来说这么重要?


科学不是数理化!


大家说到科学,往往想到的是一些非常复杂的方程式等等,其实我觉得这是一个非常大的误解 —— 把科学变成了一个个学科。也就是说,我们只是重视学科里面具体的知识,比如物理、化学、生物,乃至数学,但是至于科学本身是什么,其实我们从来没有真正被教育过。在国外的高中阶段,学生们深入学习理化生学科之前,总要先学科学哲学,把科学是什么讲清楚。我觉得这是一个比较正确的方式。



科学,来自人类对大自然发自内心的好奇。其实我们从人类文化发展的历史来看,科学认识世界的方式,出现得是比较晚的。直到牛顿的时代,才渐渐地建立起现在科学认知的基本模式。在那之前,我们都是在用神话、宗教等等来解释这个世界。就是因为人类的这种好奇,不断地想探索明白这个世界到底是怎么回事,它有没有规律可循,才发展出科学。所以希望孩子们的好奇心可以受到保护,让他们能一直保持对世界的好奇心,才能一直感受到科学的魅力。


外一点是,科学只是认识世界的方式之一。现在有一种思潮 —— 把科学等同于正确,而我希望家长们能够从更深的层面来理解这个问题。从社会发展的角度来看,科学的价值在于:科学是我们现有的认知方式中被实践证明比较合理的一种,带给我们生活非常多的便利,所以非常值得教给孩子。但是世界上也有很多事情是科学不能解释的,很多领域是非科学的,同样有很高的价值,比如宗教,也是我们人类文化的瑰宝。所以在教育孩子的时候,要有多元化的态度。



科学地认识世界的

方式到底是怎样的?


美国国家科学教育标准里非常明确的指出,科学的认知方式有三个要素,第一个是事实依据,第二是逻辑关系,第三是审辩性思维,也就是critical thinking.


那什么是事实依据呢?就是说所有科学结论,都要建立在一个我能够看得见摸得着的事实证据之上,然后我才能够相信。科学的领域内,一个理论是一定有事实去支持它的。在物理、化学、生物这些学科中,都是通过实验,取得实验数据,来证明理论。如果理论没有事实依据,那我们就不能够相信。重视事实依据,就不容易被那些煽动性言论所吸引,他会更关注背后的事实真相


下一点就是逻辑推理,logic. 逻辑推理是连接事实依据与科学结论之间的桥梁。简单讲,大家可以把它理解为因果关系,也就是说,这个事实,能不能够支持你得出的结论?这一点其实是我国的教育是比较欠缺的。很多成人,即使大学毕业,也没有系统地学习过逻辑学,并且逻辑水平是比较差的。


严密的逻辑思维不仅能帮助人在科学方面有所建树,在日常生活方面也可以避免许多问题。有的家长会担心,孩子这么小,给他们讲逻辑是不是他们听不懂?其实逻辑只是思维方式,在学校教育不够重视的前提下,家长如果能够引导,会有很大的帮助。


比如我的孩子只有三岁,我就经常会问他一些问题,比如A是B发生的原因吗?A是唯一原因吗?还需要其他原因吗?A有别的结果吗?不需要介绍充分必要条件等名词,孩子说错了也不一定用“纠正”,有条件的话和孩子一起动手验证他们的想法,这样慢慢地他们逻辑思考的能力就会提高。有些家长认为自己的逻辑也不是很好,那么除了逻辑学相关的专著之外,我推荐一本经济学的书,张五常的《经济解释》第一章,是学习逻辑很好的材料。


科学思维的第三个要素是critical thinking——审辩性思维


critical thinking 更经常翻译为批判性思维,我不太喜欢这个翻译,因为它给人一种总是挑错的负面印象。但其实critical thinking是一个很中性的词,意思是独立地思考,不要人云亦云。


对于科学,critical thinking之所以重要,是因为科学是可证伪的,因此有不断进化发展的过程。旧的理论不断地被推翻,被新理论所替代。正是因为人们不断地进行critical thinking,各自独立思考事实是否支持理论、逻辑是否合理,有了新的事实发现,会去验证之前的理论,看看会不会证实或者推翻之前结论,看结论里面有没有隐藏的假设(任何的结论都有一定的适用范围,这一点我们一定要注意),才逐渐建立起了我们今天看到的无比宏伟的科学大厦。


前面说的科学研究中,我提到了科学家会对于新的理论进行验证,正是出于审辩性思维的立场。大家经常听说的学术造假,就是因为其他科学家没有成功重复并且提出质疑,所以造假在科学的世界里是非常容易被发现的。但我们日常生活中,critical thinking就尤为重要了。现在是信息爆炸的时代,任何人都可以发出声音,传播某种结论,结论的真实性并没有人去帮你验证,所以避免人云亦云非常重要。


观察到事实 -- 用逻辑推出结论 -- 批判性看待结论并对其进行调整 -- 寻找新的事实,这样一个循环,构成完整的科学思维体系。这种思维方式,是违背我们人类本能的。因为人是群居的动物,天性倾向于合作和听信他人,因此这种思维方式是需要后天刻意练习习得的。科学思维的方法比科学知识本身更为重要,也是家长进行科学启蒙的重点。



理想的科学教育长什么样?



我理想中的科学教育,会是一个金字塔。最底层(核心)的东西,是训练孩子的品格,包括好奇心,热情,有趣,勇于尝试,独立思考。让孩子体会到学习是有趣的事情。勇于尝试是因为在科学道路上必然会遇到很多失败,如何有勇气在明知道有很多困难的前提下坚持也是非常需要家长帮助培养的。独立思考的能力如前所说,非常重要。


以这样的品格作为基础,再上面是方法论的内容,包括逻辑,审辩性思维,设计实验等等,最表层才是现在大部分学校教授的知识类的内容。方法论和品格才是我们教育中更需要重视的东西。



如何在家中进行科学教育?

三步曲:阅读,做实验,学会提问。


》》科普阅读 

现在大部分家长都很热衷于绘本。绘本中有很大一类是科普绘本,又可以分为发展兴趣和补充未知两类


发展兴趣是针对孩子已经有的兴趣进行拓展。比如很多家长提到了孩子很喜欢汽车、火车等,就可以根据他们的兴趣买相应的绘本。


另外一种是补充未知。现代孩子们的生活范围是非常有限的,很多知识不在他们生活范围内的,绘本就是很好的补充。比如给孩子读《地底下的动物》,他们读过之后会开始去公园地下挖一挖。


第二点是与现实生活联系,让孩子有参与感,主动将生活中遇到的现象联系书本,让他们体会到书并不是一个独立的世界。


最后一点是,家长不要以掌握知识为目的。因为家长很容易心理上陷入一种期待,就是我给孩子读了很多书,他应该会知道很多知识,还能够跟别人家孩子比较一番,但是家长要注意控制这种心态,因为培养科学的思维才是更重要的。


》》做实验 

做实验没有想象的那么高大上,不需要很多专业的实验器械,核心的思路就是:什么事情不知道怎么回事的时候“试试看”。比如:孩子去厨房看到调味罐里面的东西,与其直接告诉他盐糖醋,不如直接让他自己用勺子去尝尝。做实验的时候牢记科学三要素:事实依据,逻辑关系,审辩性思维。


实验源于生活。比如拉回力车的次数与回力车跑的距离之间有关系吗?


具体的实验过程:


1.假设:是不是回力车往后拉的次数多,则跑得远

2.实验工具:手机上的计时器

3.实验步骤:分别拉1.2.3次,记录轮子转的时间长短


三要素:事实依据:用表记录真实时间。逻辑关系:轮子转的时间长,所以跑得远,是不是因为拉的次数多导致轮子转的时间长?critical thinking:这辆车是如此,其他的车呢?


生活中很多道理都可以用做实验的方式与孩子交流,实验也是回答孩子们“十万个为什么”的好办法。


》》学会提问

提问是训练孩子思维能力的一种核心方法。所谓思维就是思考的过程,通过回答问题来思考是一个很好的办法。孩子3、4岁以后会有很多问题。大部分家长会直接回答问题。但更好的办法是先肯定孩子的提问,然后将问题拆分成小问题再反问回去。孩子会跟着反问回去的问题进行自我思考,从而一步一步达到思维训练的目的。问题就从科学三要素来引发。


下面举两个例子:


干冰VS冰箱的冰。问:都是冰,这两个有什么不一样(问事实)。孩子:干冰会冒烟。问:冒烟的东西是不是都是热的(审辩性的角度)。孩子(摸一下),答:不热,颠覆了孩子的基本认知,孩子开始有兴趣。问:那块冰热吗?答:冰是很凉的。问:(逻辑切入)桌子上的菜冒烟,是因为冒烟所以热吗?孩子会意识到因为冒烟所以热的因果逻辑是有问题的。但是大人不会直接告诉孩子是因为热所以冒烟,也不要说孩子生活经验之外的内容。问:还有什么不一样?答:干冰长白毛。捏一下,化了。答:像雪一样。问:为什么冰箱里面的冰反而没有白毛呢?孩子回答不出来,也不再解释。让孩子有个印象就可以了。最后总结问一下:这两块冰是一样的冰吗?答:不一样,干冰是神奇的有魔力的冰。这一轮提问就结束了。长期的交流下,孩子也能自己开始想问题,能够引导孩子达到思考的乐趣。


总结一下提问的切入点


问事实你看到了什么,发现了什么,比较一下有什么不一样。


问原因这件事情发生的原因是什么,A发生了一定会导致B发生吗,还有什么其他东西会导致B发生吗?


问可能这件事情是这样的,还可能会是什么其他情况吗?


心态需要放平和,三分教育,七分等待。孩子的思维跟我们不一样,大人不要着急。也许当时没有什么反应,但是后续会激发出来。大人需要持续地按照科学思维的方式去引导,不要纠结结果,慢慢地都会产生正向的作用。大人播种下了科学思维的种子,按照孩子自身的成长规律进行,一定能够达到很好的效果。



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