STEAM教育觀點:伊利諾伊大學物理學教授談如何科學激發好奇心?

2021-01-13 STEAM在線

看點 :如何科學地激發好奇心,是很多老師和家長都很關注的問題。今天我們推薦伊利諾伊大學物理學教授納迪亞·梅森教授在TED上的著名演講。她通過一系列的現場操作的物理實驗,讓臺下的觀眾體會到科學研究的樂趣與神奇,也了解到激發人的探索欲望並不是一件很困難的事情。

納迪亞·梅森(Nadya Mason)是伊利諾伊大學香檳分校的一位著名物理學教授,她的工作重點是電子在「低維」材料(例如碳納米管和石墨烯)中的行為和相互作用方式。納迪亞·梅森教授說,獲得物理學學位最好的事情是,她可以從事有趣而刺激的職業。她非常享受自己的工作,享受研究的樂趣。

快樂地研究物理實驗的樂趣,源自於好奇心的驅使。如何科學地激發好奇心,是納迪亞·梅森教授在TED上的一個著名的演講。她通過一系列的現場操作的物理實驗,讓臺下的觀眾觀賞到了科學研究的樂趣與神奇,激發了人探索更多科學小知識的欲望。很多與我們的生活息息相關的物質的特性,我們其實並不是很了解。她的實驗,真的讓人很驚奇,原來生活中有這麼多的科學小樂趣!

很遺憾的是,我們並沒有發現我們身邊的電子產品,原來有這麼多有趣的科學原理。很多時候,我們與身邊的電子科技產品是脫節的,我們對它們並不了解,也缺乏探求的欲望,更無從發現這裡面所隱藏的科技奧秘了。那如何激發好奇心呢?

一、如何科學地激發好奇心?

好奇心是興趣的起源,是創造力的開始。有個兒童教育學家曾說:「好奇心可以被父母的無知摧毀,也可以被父母的愛心培養出來。」有許多父母,常擔心孩子因為好奇心過重而遇上危險或惹上麻煩,或是自己正在做事而無暇顧及解答或不屑解答孩子的問題,慢慢的孩子的好奇行為就被阻止了。

如何科學地激發好奇心呢?

納迪亞·梅森教授的觀點是,我們可以通過動手做實驗,和我們身邊常用的設備建立聯繫,從某種意義上讓它們重新變得更加人性化。為什麼呢?因為實驗是檢驗假設、證明事實的一個過程。這是我們運用感官、運用雙手、去連接世界、理解世界如何運行的方式,可以修復我們缺失的聯繫。

二、觸控螢幕工作原理的實驗

納迪亞·梅森現場做了一個實驗,用來理解觸控螢幕的工作原理。

這個實驗只需要兩塊金屬板,其中一塊板用電池通電,用電壓計測量電荷分離。當在兩塊板附近揮手的時候,會看到電壓的變化。就像用手對觸屏作出的反應一樣。同樣,再用一塊木頭和一塊金屬代替手,在兩塊金屬板之間揮動時,就會發現,當木頭揮動時,電壓沒有變化,但當金屬揮動時,變化就很明顯。

這就說明了為什麼可以用手觸屏的原因。因為人體是導電的,但戴上手套就不行了,那是因為手套是不導電的。觸屏,我們每天都在使用的一個電子設備的功能,就是運用了這麼簡單的一個物理學原理。

三、動手做實驗有哪些好處?

這個實驗說明了什麼呢?

這是個人與設備的一場互動和交流。通過實驗,可以破解這項技術背後的秘密,更加直觀鮮明地看到實驗效果,可以很清晰地明白其中所包含的物理原理。

納迪亞·梅森教授闡述了做實驗的優勢:做實驗比拆開物品更近一步。實驗室進行檢驗,並在動手時運用批判性思維。她說她在做各種實驗時,都能掌控並理解,她所使用的物品的基本原理。

首先做實驗是在用手,這能夠改善我們的健康;做實驗時,也是在進行動手學習,這能夠增進理解與記憶,甚至能激活大腦中更多區域。因此通過實驗進行的動手思考,能夠讓我們的理解,甚至讓我們的活力,同我們的物質世界,以及我們使用的物品聯繫起來。在網上查閱信息,就沒有這樣的效果。

納迪亞·梅森教授同時也分享了自己的成長經歷,她說自己小時候並不知道物理實驗研究是做什麼的,她姐姐有一套化學實驗工具,但是從來不給她用。她自己感覺好像與世界脫了節。

但自從做了實驗之後,漸漸地就感受到:物質世界是能夠被檢驗和理解的。這時她才開始對世界的運作方式,以及自己在其中的位置,有了完全不同的感受。後來通過做實驗,她開始了自己對世界的研究,開啟了自己的檢驗和理解,這時,她和世界的連接才變得完整。

並不是每個人都是實驗物理學家,但每個人都可以動動手,多做一些小實驗。我們都是可以做到的。

帶領學生做實驗收穫的趣事

下面分享的是,她自己帶領學生做實驗的趣事。

納迪亞·梅森教授最近在輔導一些中學生,幫助他們學習磁性原理。

她給學生們發了一個磁性畫板,讓他們進行拆解。開始沒有人願意碰它。學生們接受過不要弄壞東西的教導。這讓他們早已習慣了被動地使用物品。

接著,納迪亞·梅森教授開始問他們問題。磁性畫板的工作原理是什麼?哪些部位是有磁性的?你們能建立假設並進行檢驗嗎?但他們還是不願意把畫板拆開。他們其實想把畫板拿回家。直到一個小孩終於把畫板剪開,在裡面發現了很有意思的東西。

納迪亞·梅森教授現場也剪開了一個畫板。這種畫板挺容易拆開的,它裡面有一個磁鐵,還有一些粘稠的東西。在這上面動筆時,可以看見上面牽連的這些纖維。孩子們看見了之後,紛紛驚呼:太厲害了。此時,他們開始變得很興奮,全都開始撕開畫板。

一邊拆,一邊喊出他們發現的東西。這些磁性纖維是如何粘在磁性筆上的,而這就是磁性筆寫字的原理。或者說是那些粘稠的白色物質,是如何讓顆粒分離,讓人們可以寫字的。當他們離開教室時,兩個孩子轉身對納迪亞·梅森教授說,好喜歡這節課,這周末要回家做更多實驗。

看!這不就是成功地把孩子們的興趣和探索的欲望給激發出來了嘛。

也許有些家長們會感到擔憂,但這是件好事。實驗是好事,它可以讓孩子們的心靈得到滿足,實驗也可以豐富他們的生活。即使是最基本的磁鐵實驗,也是既簡單又複雜。我們在家裡也可以實驗一下,你可以問問自己,同樣的材料為何既能吸引也能排斥呢?

四、更多的實驗樂趣

比如,現在手裡拿著一塊磁鐵,如果這塊磁鐵能夠讓另一塊磁鐵旋轉,另一塊磁鐵能有什麼用處呢?或者是紙幣的實驗,磁鐵能把紙幣吸起來,這是為什麼?又有什麼用處呢?這是因為裡面藏著磁性墨水,這樣可以防止偽造假鈔。

再比如,拿著磁鐵去吸一些捏碎了的麥麩麥片,結果卻可以吸起來,真的很意外!可這也在情理之中!這說明了什麼呢?說明麥片也是有磁性的對吧?因為它裡面含有鐵,但這對我們的健康是有益的,對吧?

再看另一個實驗,有個東西是沒有磁性的,沒法用磁鐵把它吸起來。現在給它降溫,同樣的東西,冷卻後,把它放在磁鐵上時,不知怎地它就能和磁鐵相互作用。很明顯,想要理解這個現象,需要進行更多的實驗。

事實上納迪亞·梅森教授的大部分科研生涯都在研究它,它叫做超導體。超導體,是非常複雜的一個概念。但簡單的實驗,也能讓我們更好的與世界連接。

如果現在教授說,快閃記憶體的工作原理就是旋轉小型磁鐵。那麼你就能想像出來,因為剛才已經做過這個實驗了。或者如果說磁共振成像儀器,是運用磁鐵旋轉你體內的磁性粒子。大家也已經見識過了。此時此刻,經過一系列的實驗,你已經與科技互動,並理解這些設備的科學基礎。

有時候,我們很難將更多事情加入到生活裡。尤其是實驗,但這是一場值得嘗試的挑戰。思考某件物品的工作原理,然後把它拆開進行檢驗。通過操控某件物品,向自己證明某條物理原則。這樣的實驗方法,可以讓人回歸到科技之中,會對你能建立的聯繫感到驚喜。

五、老師和家長如何保護好孩子的好奇心?

在學習成長中,孩子的好奇心越多,專注力就越出色,學習的主動性越強,越有可能成功。

在對學習產生好奇心之前,孩子都會對他身邊幾乎一切的事物都充滿好奇心,然而,家長往往會忽視或者壓制孩子以探索求知為目的的好奇心。比如孩子喜歡玩水、玩沙子、玩泥巴、愛走坑坑窪窪的小路……

孩子這些「獨特」的愛好,在家長眼裡卻是一種「錯誤」。久而久之,孩子對自己喜歡的東西沒有了興趣,好奇心的缺失也會導致孩子越來越不喜歡學習,與父母產生對立。

因此,家長、老師要善待孩子的「為什麼」,把孩子的好奇心轉移到學習上,轉移到對未知的知識奧秘探究當中。

允許孩子多提問,耐心對待。對於孩子的「十萬個為什麼」,家長首先要表示肯定,讚揚孩子主動提問的做法,「不知道」「你長大了自然就知道」等諸如此類的話千萬不要對孩子說。對於容易回答的提問,家長要及時作出回答;對於確實不易作答的問題,家長可以陪伴與引導孩子共同搜集資料,找尋答案。最重要的是做到有耐心,因為這個過程正是孩子形成與建立自己認知的階段。

創造環境,滿足孩子的好奇心。在日常生活中,孩子會經常對身邊的情境、物品等產生好奇心,因此家庭環境會成為孩子好奇心不斷發展和培養的學習場所。家長首先需要排除家庭環境中的不安全因素,再添置一些孩子有興趣的材料和用具,讓孩子放手去探索。

允許犯錯,學會觀察和思考。在孩子因好奇心驅動的探索過程當中,難免會犯下一些錯誤,家長不能著急去批評指責,這樣會打擊孩子的好奇心和探索精神。而且,犯錯反而會讓孩子產生更多的好奇心,產生刨根問底的鑽研精神,進一步增強孩子的觀察力和思考力。

親近大自然,激發好奇心的最好「舞臺」。小溪裡的蝌蚪、落葉的變化……大千世界,在孩子的眼中都是一個個未解之謎,孩子的好奇心會越來越強烈,在這個過程中逐漸形成善於發現、勤於思考與探索的習慣。與日俱增的好奇心,正在鼓勵孩子對大千世界的主動學習與興趣探索,提升孩子的認知程度和水平,增強孩子探尋事物真相的本領。

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