在科學思維的引導上，什麼樣的具體啟蒙方法才是更好的？美國教育帶來了什麼啟示？
加州州立大學舊金山分校物理與天文系終身教授滿威寧分享了自己對美國科學教育的分析。
從一個小學生科研比賽的結果談起
2019年，我參觀了一個美國的科學競賽，小學生們做了很多原創研究。
最終，一個五年級小孩的研究得了整個學區的第一名：《WIFI輻射對植物有害嗎？》，引發了很多討論。
簡單地說，這個小學生想研究無線WIFI信號對植物的影響，經過12天的實驗，他聲稱：靠近WIFI路由器的那盆「快死了」，遠離的那盆則「長得很好」。
得出結論：WIFI如他想像的一樣，嚴重危害了植物，大家要小心輻射。
還配有一個數據圖表，是他稱的「植物的重量」，從第1天到第12天，單位是克。(藍色代表的A盆，距離WIFI近；橙色代表的B盆，距離WIFI遠。)
剛好我在網上開了一個物理啟蒙課，於是，我把實驗內容發到我的學生群裡，請孩子們看看。
我說 : 「首先肯定這個孩子的創造性想法和努力。但大家對這個結論有沒有什麼疑問？能想到哪些問題？」
群內的中小學生立刻各抒己見：
A: WiFi真的會影響植物的生長嗎？對人體也有影響嗎？
B：在種植過程中，泥土的重量相同嗎？土質一樣嗎？每次澆水的克數一樣嗎？植物生長的溫度、溼度、陽光照射一樣嗎？離窗戶的遠近都相同嗎？否則會導致蒸發不一樣，吸收陽光的程度也不一樣。
C: 靠近機器有光源和熱的話，會不會蟲子比較多，適宜病蟲害的溫度？
我覺得很好，大家沒有白上我的課，都對實驗條件的一致性提出了合理的懷疑。
我於是又提醒大家，再仔細看看原作者本人的數據圖表，還能發現哪些問題？
馬上有同學提出來說，作者是以重量為單位的，但植物重量不好稱：
D: 這個實驗中是不是可以用整體植株高度的變化來當測量數據？
E: 我認為還可以觀察植株的色澤。
F: 用植物葉片的數量與葉片的大小及葉片的顏色來做數據，可能會比植物的重量做數據更合適。
G: 還是量高度或根莖粗細好點。
我說：這些都是很好的想法。
不過，12天以後，確實有一盆長得沒有另一盆好。用葉片的多少、植株的高低的差別，就可以得到結論說「WIFI讓這株植物受害了」嗎？
假設、實驗、數據、結論之間的邏輯關係到底應該是怎樣的？
這是一個絕佳的例子，用來真正培養孩子們的科學思維方式。
果然，很快同學們就注意到原數據圖表的重大問題：
H: 植物的重量是如何稱出來的呢？從第1天到第12天植物總重量呈下降趨勢，這與植物生長規律是違背的！
I:如果土壤重量、澆水量都一樣, 都在室內，只是離Wi-Fi的距離遠近不同的話，我認為他測量數據有問題。植物吸收水分養分生長應該越來越重，可是B的重量卻比A少？
是啊，大家都發現了，首先「植物的重量」怎麼減少了？
其次，大家紛紛反應過來：
J: 他實驗中植物的重量是如何測量的？是包含土壤的重量嗎？
K: 水的蒸發是無法計算的。L: 他沒有考慮到盆間土壤水分蒸發的差異。
這就是鍛鍊批判性思維（critical thinking)。即使老師說這是得了第一名的項目，你也一樣可以質疑。
進而，又有同學提出：
M: 一次實驗不足以得到結論，偶然性太大，需要多次驗證。
N: 有養花經驗的人知道，即使是一樣的植物在一樣的環境下，也可能有差別，太多偶然因素可以導致差別。
越來越清晰了。
總之，如此不嚴謹的實驗過程和不一致的實驗環境，怎麼能夠說明植物長得不好的原因是WIFI影響呢？
原作者可能是因為強烈的主觀願望，選擇性地指向心儀的結論，把自己都騙到了。
可是，為什麼這樣的項目能在美國得獎？從中我們能得到什麼啟發或者反思？
美國科學啟蒙優與劣
美國的科學啟蒙教育是怎樣的？
首先不要迷信美國。
來美近二十年，我了解到，美國的文科教育（語言、閱讀、演講、寫作、哲學等等）很棒， 可美國的數學教育在全球排名非常靠後，科學更一言難盡。
一個現實是：在美國，直到高中畢業，物理、化學、生物都可以不是必修課。只有想上好大學的學生才選修這些課。
另一現實是：小學初中通常是一個老師教全班所有的功課。一個大學文科畢業做老師的人，或許只上過幾門必修科學掃盲課，就可能擔任全部學科的老師，效果可想而知。
而且美國完全沒有正式的教材和課本，老師自由發揮，學生自求多福。（好的私立學校或頂尖公立學校另當別論。）
即使如此，我還是要強調一下美國科學啟蒙教育有一個非常好的思路：在小學初中沒有太多具體的知識點要求，更多地強調怎樣做科學。
以這次的小學生科研展覽比賽為例，你必須親自研究一個屬於你自己的問題。
歷時幾個月的流程是這樣的：
1
提出你想回答的問題，儘量精準明確
比如：在水泥地上拍籃球是不是比在木板地上拍更費勁？
2
提出你對答案的假設
比如：假設「籃球與水泥地相撞比與木板地相撞會損失更多能量」；
3
做背景研究和調查
通過背景研究和調查，了解基本的名詞，相關的變量，了解常識。
4
設計實驗，去驗證你的假設
比如：用同一個籃球，從相同高度自由落在不同質地的地板上，測量反彈高度，來比較反彈時損失的能量。
5
分析數據
根據數據來判斷假設是不是成立，再得到結論。有時候還需要設計後續實驗繼續深入研究和驗證。
6
寫科研摘要，講清楚幾大問題
這個課題是什麼，為什麼重要，為什麼需要研究它，我具體怎麼研究的，得到的結果或結論是什麼（what, why, how, what）。
你看，這完全是正經大學和研究所的學位論文項目或科研競標項目的研究流程。
這裡面是一套完整的訓練，從提問、推理、假設、實驗、比較、驗證，一直到得出結論和準備後續計劃。
取長補短，中西合璧
對於國內的老師和家長來說，我們應該做什麼？
不要光想著國內教育太死板，要珍惜那些訓練基本功和積累各科知識點的機會，樓閣不能建立在空中。
也不要光想著美國的教育太膚淺，而是要虛心學習那些培養思維方式和研究習慣的理念和方法，把探索未知的過程還給學生們。
怎樣做成功的科學啟蒙？我們要教「科學知識」，也要教「怎樣做科學」，兩者缺一不可。
科學啟蒙，是讓學生們通過「自己去發現」的過程，真正理解科學原理，養成勤於思考的習慣，隨時提出問題，敢於嘗試解決問題。
那麼我們要避免做什麼？
1、淪為記憶背誦知識點，滿足於知道很多顯淵博的名詞，卻不知道如何深入思考和提問；
2、習慣被動接受信息, 沒有批判式思維，甚至因為沒有理解而根深蒂固地留下似是而非的錯誤印象。
3、同時我們也不要迷信美國的STEM。理念和初衷是好的，但效果也還是要看具體老師的功力。
如果動輒強調「創造力」「新發明」，非要顛覆已知認知，但只是浮於表面，就會變成典型的花架子素質教育。
至於說，為什麼在那麼多優秀的作品當中，這個漏洞百出的項目得了第一呢？它沒有優點嗎？
當然有優點：首先，它關注了一個人人自危的問題，到底WIFI有害嗎？大家都感興趣。另外，它的版面設計視覺上做到了有吸引力。
不過，這個項目得了第一名也暴露了學區師資力量的局限。居然沒有一個指導老師看出那些很明顯的問題！二來，這個結果也反映了一種好大喜功，「政治正確」 的主流流行口味。
當小孩子出來宣傳所謂「科學家還沒發現或承認的危險」時，自帶英雄主義的光環。人們好像格外欣賞小孩做出「反對權威」或「保護世界」的「壯舉」。環保少女Greta Thunberg就是典型例子。
沒有足夠的知識儲備去判斷，再加上英雄主義光環影響，求是的科學精神就泯滅了。
比如一個被美國總統表彰頒獎的中學生科研項目：給非洲孩子造一種白天用來踢的足球，順便滾著滾著發了電，夜裡就用球裡儲存的電點燈讀書。
這個項目靠噱頭賺足了眼球和讚美，浪費了很多錢。每個「援助非洲發電足球」造價一百多美元，效率很低，又容易壞，效果其實遠不如二十美元的足球和簡單手搖發電機。
科學誠我不欺，無論有多少噱頭和光環，沒有什麼偽科學逃得過時間的檢驗。不要僅僅教科學「知識」，忽略了培養如何做科學。
同樣，也不能忽略基本功的培養，一味追求創新和「顛覆」，盲目追求空中樓閣而不自知。
作者：滿威寧
來源：問對教育