為什么我們學(xué)了那么多數(shù)理化卻不擅發(fā)明創(chuàng)造，看看美國(guó)小學(xué)生的科學(xué)課就知道了 …

大家好，又到了周二的思維和方法時(shí)間了，今天來(lái)說(shuō)一個(gè)新話(huà)題。

開(kāi)年后，我一直在讀書(shū)。知道我為什么喜歡小花生這份工作么？因?yàn)楦羧砦寰湍苁盏绞澜绺鞯爻霭嫔缂膩?lái)的最新樣書(shū)，我覺(jué)得可以每天什么都不干，讀讀這些書(shū)就好，順便幻想一下如果小時(shí)候就有這些書(shū)可讀，我現(xiàn)在會(huì)是什么樣？老板說(shuō)，行啊，檁子，只要你把讀到的東西寫(xiě)成推送 ... 好吧！

瞧，這是2017最新版的美國(guó)小學(xué)科學(xué)教科書(shū)，叫Science Dimensions，前身就是大家知道的 Science Fusions. 我最近在讀這個(gè) ...

美國(guó)的科學(xué)教育是從幼兒園就開(kāi)始的，每個(gè)年級(jí)都有一本厚厚的教材，學(xué)習(xí)四個(gè)方面的內(nèi)容：

科學(xué)方法 （Scientific Methods）：科學(xué)、科技、工程 ... 

生命科學(xué)（Life Science）：動(dòng)物、植物、生態(tài)環(huán)境 ... 

地球和空間科學(xué)（Earth and Space）：資源、氣候、宇宙 ... 

物理科學(xué)（Physical Science）：物質(zhì)、能量 ... 

從幼兒園到小學(xué)五年級(jí)，每個(gè)年級(jí)一厚本，疊起來(lái)能“砸死人”！

記得小學(xué)時(shí)，我們上的是自然課，會(huì)學(xué)到一些動(dòng)物、植物、自然環(huán)境的知識(shí)，但感覺(jué)很輕量，也不是學(xué)校和老師特別重視的課。進(jìn)了中學(xué)，正式開(kāi)始學(xué)數(shù)理化，一上來(lái)就是大量的概念、公式、習(xí)題，感覺(jué)非常抽象，不容易學(xué)，也就沒(méi)什么內(nèi)在興趣；好像大多數(shù)時(shí)間我們都在做習(xí)題、掌握套路，目的就是應(yīng)付考試。

而我這次翻閱美國(guó)小學(xué)科學(xué)課本，真的是感觸良多：我們的孩子在花大量時(shí)間做習(xí)題、練套路的時(shí)候，他們?cè)趯W(xué)習(xí)用科學(xué)方法去解決實(shí)際生活中的問(wèn)題。怎么教小朋友學(xué)科學(xué)呢？他們的課本編寫(xiě)思路其實(shí)也很簡(jiǎn)單: 從問(wèn)問(wèn)題開(kāi)始，試著去解釋你周邊的世界 ...

老規(guī)矩，我們還是從例子出發(fā)。

今天，我就以手頭的書(shū)為例，和大家一起感受下老美的科學(xué)教學(xué)法，比如，他們是怎么讓少不更事的小學(xué)生理解高大上的 Design Process 并動(dòng)手實(shí)踐的 ... 這是Dimensions五年級(jí)的一節(jié)課，What is a Design Process（怎么做工程設(shè)計(jì)？）

最近，“設(shè)計(jì)思維”- Design Thinking 這個(gè)詞很流行，但總感覺(jué)有點(diǎn)抽象。我看了這節(jié)課，感覺(jué)真的是把這個(gè)概念說(shuō)清楚了。事實(shí)上，孩子們從小學(xué)一年級(jí)就開(kāi)始學(xué)習(xí)和訓(xùn)練這方面的內(nèi)容了！

1、從生活現(xiàn)象出發(fā)，看看我們要解決什么問(wèn)題 

Defining a Problem

看美國(guó)小學(xué)科學(xué)課本，我有一種深切的感受，就是原來(lái)科學(xué)一點(diǎn)不抽象，不是公式的堆積，更不是沒(méi)玩沒(méi)了的做題，而是從現(xiàn)實(shí)中來(lái)又回到現(xiàn)實(shí)中去。

一節(jié)科學(xué)課，往往是從一個(gè)生活中常能遇見(jiàn)的現(xiàn)象開(kāi)始的。比如，這節(jié)課從一個(gè)孩子極可能遇到的現(xiàn)象開(kāi)始：你去爬山，發(fā)現(xiàn)靠近山頂?shù)纳降澜?jīng)過(guò)大自然的風(fēng)水雨打，發(fā)生了嚴(yán)重的侵蝕（erosion），成了一條深深淺淺的溝，很難安全通過(guò)，需要修復(fù)。

這就是一個(gè)從生活中來(lái)的真實(shí)問(wèn)題。事實(shí)上，大量的發(fā)明創(chuàng)造，就是從生活中一個(gè)需求、一個(gè)需要解決的問(wèn)題起步的 ... 

2、做背景研究 

Background Research

很多人遇到問(wèn)題，或者接到一個(gè)任務(wù)，往往就直接一頭扎進(jìn)去，做了好一會(huì)兒，卻發(fā)現(xiàn)自己越做越糊涂，不知道相關(guān)知識(shí)，不了解有哪些前人經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，一句話(huà)，缺乏研究，沒(méi)有研究能力。

其實(shí)，研究能力主要是在做項(xiàng)目（Project）過(guò)程中逐漸形成的。還是老問(wèn)題，做題和應(yīng)試占據(jù)了大多數(shù)孩子的大部分時(shí)間，從小學(xué)甚至到研究生畢業(yè)都沒(méi)有機(jī)會(huì)做很多像樣的projects，所以研究意識(shí)、研究能力都很弱。

而在美國(guó)小學(xué)科學(xué)課上，做研究是要專(zhuān)門(mén)學(xué)習(xí)的 ...

比如，在這個(gè)山道修復(fù)問(wèn)題中，提出問(wèn)題后，第一步就是要做背景研究。

首先，要了解這個(gè)地區(qū)的天氣、地理特征，老師也會(huì)給一張等比例地形圖，帶孩子們讀圖，讓孩子搞明白這個(gè)問(wèn)題是在什么樣的情況下發(fā)生的，最大程度地靠近現(xiàn)實(shí) ...

研究過(guò)程中，還有一個(gè)重要的 Criteria- Constraint 分析要做。解決任何問(wèn)題，我們都需要考慮兩個(gè)重要方面：

1、我們希望達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)（Criteria）是什么？比如，你認(rèn)為這個(gè)山道侵蝕問(wèn)題要解決的好，要達(dá)到這三項(xiàng)要求：通行安全、能減緩降水對(duì)山地的侵蝕、修復(fù)過(guò)程中盡量少用建筑材料。

2、我們面臨的限制（Constraint）有哪些？比如，實(shí)施這項(xiàng)工程，資金、材料、空間、時(shí)間 ... 有哪些約束條件？

老師會(huì)讓孩子做點(diǎn)簡(jiǎn)單練習(xí)，理解這個(gè)問(wèn)題中的 Criteria 和 Constraint 分別有哪些？

說(shuō)到這里，我還是很感慨。這個(gè)分析雖然很簡(jiǎn)單，但充滿(mǎn)辯證，其中原理幾乎可以應(yīng)用在我們生活和工作的方方面面。不管做什么，我們的資源永遠(yuǎn)是有限的，具體的如資金和時(shí)間，大的如生命本身，這個(gè)過(guò)程中，什么是對(duì)我們重要的，什么是我們的局限所在，對(duì)兩個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮，我們才能做出合理的決策。

這個(gè)道理，很多人要經(jīng)歷很多年才能明白 ... 而小學(xué)科學(xué)課，一個(gè)小小的案例，就能讓年幼的孩子開(kāi)始領(lǐng)悟這層道理。

3、頭腦風(fēng)暴，碰撞解決方案 

Brainstorming

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（Project-based Learning），基本都是團(tuán)隊(duì)合作進(jìn)行。團(tuán)隊(duì)合作也是一門(mén)高度實(shí)用的技巧，我們以后再談。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)研究，有些初步想法后，就可以來(lái)個(gè)“頭腦風(fēng)暴”了。頭腦風(fēng)暴的關(guān)鍵是：要心態(tài)開(kāi)放，學(xué)會(huì)傾聽(tīng)不同意見(jiàn) ...

課本上先提供了一些方案建議，老師讓孩子們討論每個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)。

比如，可以在山道邊上放一些大石塊，石塊可以防止水土流失，降低對(duì)山道的侵蝕 ...

在周邊的泥土上放一層山草覆蓋物。這樣，土壤會(huì)比較濕潤(rùn)，濕潤(rùn)的泥土比干燥的會(huì)少一些侵蝕 ...

還可以在周?chē)狡律戏乓恍┱系K物，比如建一個(gè)木頭或混凝土的矮墻，這樣能減弱山上下來(lái)的水流，降低對(duì)土壤的侵蝕 ...

這些方案有一個(gè)特點(diǎn)：都是真實(shí)的，讓孩子真切感受到解決實(shí)際問(wèn)題的“現(xiàn)場(chǎng)感”。滿(mǎn)足所有要求的完美方案一般不會(huì)有，每個(gè)方案都有人贊成，有人反對(duì) ... 接下來(lái)怎么辦呢？

4、用決策矩陣來(lái)確定方案取舍

Decision Matrix

熟悉小花生的朋友知道，我們向大家介紹各種“思維圖表”很多年，比如，Thinking Maps, Mind Maps, Anchor Chart, Graphic Organizers，等等。這些圖表有一個(gè)共同特點(diǎn)，就是能把思維可視化，給出信息分析框架，把一個(gè)人的思路理得清清楚楚。

在歐美中小學(xué)教科書(shū)里，Graphic Organizer 是用得最多的，到了隨便說(shuō)一個(gè)問(wèn)題都要畫(huà)一畫(huà)的程度。

這節(jié)科學(xué)課上，面對(duì)前面說(shuō)的各種方案，到底該如何取舍呢？這時(shí)候，老師會(huì)引導(dǎo)孩子用一個(gè)矩陣框架，做決策分析 ...

比如，針對(duì)每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)（Criteria），給每個(gè)方案打分，再參考每個(gè)Criteria的優(yōu)先級(jí)；如果一個(gè)方案的總分比較高，而且在優(yōu)先級(jí)高的Criteria上得分比較高，那么就可能成為最后被選中的方案。

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選好了方案，下面進(jìn)入制作模型和測(cè)試階段了 ...

5、動(dòng)手做模型，測(cè)試自己的方案

Hands on Activity

科學(xué)課里，一大部分是跟著課本、跟著老師親手做實(shí)驗(yàn)。像這一課，當(dāng)然不太可能讓孩子去實(shí)景地做實(shí)驗(yàn)，但動(dòng)手部分毫不含糊，會(huì)要求五年級(jí)的孩子做一個(gè)山地的 Scale Model（按比例縮小的立體模型），親自測(cè)試自己的解決方案。

比如，模擬降水情況，看看這個(gè)方案是否可行 ...

即使是做這么一個(gè)實(shí)驗(yàn)，也是分四部分12個(gè)步驟一步步走下來(lái)的，這四個(gè)部分是確定實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)（Objectives），設(shè)定實(shí)驗(yàn)步驟（Procedures），分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果（Analyze Results），得出結(jié)論（Draw Conclusions）。非常詳細(xì)，滿(mǎn)滿(mǎn)的方法論，

做完實(shí)驗(yàn)，也許結(jié)果并不完美，這時(shí)，就要不斷改進(jìn)解決方案，通過(guò)數(shù)次嘗試，逐漸靠近目標(biāo)，讓孩子體會(huì)到 Design Process 其實(shí)也是一個(gè) trial and error process（試錯(cuò)過(guò)程）。有句話(huà)孩子聽(tīng)到耳朵都能起老繭：

If at first you do not succeed, try, and try again. 

一次不能成功，那就繼續(xù)嘗試吧！

而親自去解決一個(gè)實(shí)際問(wèn)題，就能讓他理解這句老話(huà)的真實(shí)含義，并去做到這一點(diǎn)。

6、體驗(yàn)完整的設(shè)計(jì)過(guò)程

It's a Process

走了這么一大段路，現(xiàn)在，和孩子總結(jié)一下什么叫 Design Process，就水到渠成了 ...

發(fā)現(xiàn)一個(gè)需求（問(wèn)題）

做研究

精確定義問(wèn)題所在

共同討論解決方案

做方案評(píng)價(jià)，選擇最優(yōu)

做測(cè)試模型（model, prototype）

評(píng)價(jià)測(cè)試結(jié)果

說(shuō)起來(lái)，真的不難；但做起來(lái)，并不容易。這種從小養(yǎng)成的思維習(xí)慣和技能，對(duì)于未來(lái)從事任何“和發(fā)明創(chuàng)造、解決問(wèn)題有關(guān)的工作”，都是非常寶貴的財(cái)富。

7、放寬眼界，相信自己可以改變世界

Take it Further

我們小時(shí)候讀數(shù)理化，每次提到科學(xué)家，都是“超級(jí)明星”級(jí)別的，不是牛頓，就是愛(ài)因斯坦，感覺(jué)離我們好遙遠(yuǎn) ... 比如，我奶奶的院子里有棵蘋(píng)果樹(shù)，無(wú)論蘋(píng)果從樹(shù)上掉下來(lái)多少，都不會(huì)讓我對(duì)研究物理多一分興趣。

但是，小學(xué)科學(xué)課本里介紹的這些生活在當(dāng)代、平凡的科學(xué)家卻讓我感到親切和動(dòng)容。比如這節(jié)課里提到的是一位黑人女性科學(xué)家，叫 Wangari Maathai，她出生在肯尼亞，在美國(guó)和德國(guó)接受過(guò)教育。她的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域是地質(zhì)侵蝕（erosion）和森林流失（deforestation），這正是肯尼亞目前面臨的兩大問(wèn)題，也是這位女科學(xué)家正在努力研究和解決的問(wèn)題。

解決這么大的一個(gè)問(wèn)題，原理和方法和解決課本里的“山道修復(fù)”也差不多，也是在限制條件下（Constraint）尋求最優(yōu)解的過(guò)程。老師還告訴孩子，可以把大問(wèn)題分解成小問(wèn)題，一個(gè)個(gè)去解決。

所以，站在更高處看科學(xué)，科學(xué)不是冷冰的公式和定律，科學(xué)更不是一大串習(xí)題，科學(xué)是有趣的，也是有意義的，我們可以用它去改變世界 --- 這是我們可以引導(dǎo)孩子去擁有的格局。

好了，國(guó)外小學(xué)的科學(xué)教育真的是內(nèi)容超級(jí)豐富，我還在理解消化中，以后會(huì)再找一些有趣的主題，和大家舉例分享。

必須說(shuō)，中國(guó)孩子在數(shù)理化基本功上其實(shí)很不錯(cuò)，如果能借鑒一些國(guó)外科學(xué)學(xué)習(xí)方法，真的會(huì)“如虎添翼”，成為一個(gè)真正熱愛(ài)科學(xué)的人；因?yàn)橹挥袩釔?ài)，才能找到發(fā)明創(chuàng)造之路。

小花生會(huì)在2017這一年里，和大家分享更多的科學(xué)“故事”，我們大家一起努力，讓我們的孩子把科學(xué)學(xué)得棒棒噠！