 |
马冠中 |
 |
《像科学家一样思考： 怎么做？怎么教？》 马冠中 著 教育科学出版社 |
□ 长江日报记者马梦娅
科学思维是可以人人拥有的吗？如果不大可能，那么是可以通过教育培养、从而达到更多人拥有的状态吗？最近南京大学陶行知学院青年学者马冠中推出了一本新书《像科学家一样思考：怎么做？怎么教？》，他认为答案是肯定的，科学思维是可以大面积培养，在每个孩子心中萌芽生长、茁壮成参天大树的，并且最好“从娃娃抓起”。这个积极的教育观点，对于当下正在大抓创新、尤其大抓科技创新的我国，显然十分重要，具有强烈的现实针对性和引领性。下文是长江日报《读+》周刊对马冠中的专访。
■ 人人都有的“种子”需要被呵护
关于未来的憧憬，最让家长们欣喜的回答之一，就是听到孩子说：“我长大要当科学家”。一名科学家到底需要具备怎样的素养？他们的思维是否天生注定，是否可以复制和学习呢？
作为重视科学教育的家长和老师们，总是希望给孩子更多的科普知识，来让孩子拥有科学思维。很多父母乐于给孩子买科普书，我也不例外，家里有几套儿童百科全书，都是孩子很爱看的。
儿童科普书里都是怎么讲“科学”的呢？大部分是将科学原理表述得生动有趣、浅显易懂，再搭配充满吸引力与童趣的图片，帮助孩子理解。
还有的科普书讲科学的形式更活泼一些，书本可以做成异形，书页可以拆分，在触摸和体验中，孩子立体地感受科学知识。
非常受欢迎的还有线上线下热卖的“科学实验包”，实验包里集合了大大小小若干迷你的试验器材，例如气球、试管、蜡烛、小苏打等，附上图纸，让孩子们去一一照着做些小实验，理解例如浮力、重力、熔点等知识。
孩子们做这些小实验，更多的是验证科学知识，但很少经历认识自然现象探究过程，更很少在探究过程中使用和发展科学家的思维方式。
科学思维不同于其他思维类型，其独特性在于实验思想，而科学的实验过程不仅要建立在客观的观察之上，还要运用分析、归纳、演绎等逻辑思维工具对观察数据进行加工——反复锤炼与提升，才能获得观点。
想要培养科学思维，先从好奇心出发。爱因斯坦说，有时候提出一个问题往往比解决一个问题更重要。
科学家认识自然现象时运用的思维方法，才是真正的科学思维。和其他学科相比，科学思维特别强调事实，特别强调通过观察、实验获取的证据，特别强调严格论证基础上的观点及理论的建立。这和猜谜是一个道理，喜欢猜谜的人一定不急于打听谜底，一定很享受猜谜烧脑的过程。
在《像科学家一样思考：怎么做？怎么教？》一书中，思维是可视化的：记录表、过程线、模型图、气泡图的巧妙使用，不仅使复杂的思维过程变得简洁流畅，而且客观地记录了学生观察、实验的过程和结果，也为开展有理有据的论证活动提供了科学的依据，由浅入深地表达“授人以鱼不如授人以渔”。
当科学家不容易，但拥有科学家一样的思维是可以培养且适用于人一生的。掌握了科学思维，等于拥有了好奇心循环法则，而好奇心和求知欲正是突破与创新的不竭动力。
综观所有的科学理论，莫不具有这一属性。
我们每个人小时候都曾经问过这样的问题：海水为什么不结冰？在秋天，为什么叶子会变黄？好奇是人的天性，从孩提时代起每个人都有问不完的为什么，为什么会打雷，为什么我们看不见风，为什么天会黑，为什么会下雨……这些提问和表现与科学家有许多类似的地方。不同的是，科学家不仅有这种思维方式，还有大量的科学背景知识作为支撑，科学家的逻辑更缜密，考虑事情更全面、更系统。
人人的大脑里都蕴藏着一颗优质的科学思维种子，我们要做的就是精心呵护它，培育他，让它慢慢长大。
■ 头脑里的“工具包”，越用就越有用
科学思维不是固定的思维方式，实际上，科学家的思维方式其实是动态的——从人类开始进行科学探究开始，纵观科学家认识世界的视角和思维方式以及实践发生了很大变化。
可以把科学思维理解为认识世界的一套系统，或者说它是一种“软件”，相当于头脑当中的工具包。它不仅仅属于个人，也是科学共同体一起享用的。
这个“工具包”很神奇，“越用就越知道我需要的是什么”。当然，工具包本身也会进行一些更新迭代，不断完善丰富。
这个头脑里的“工具包”可以复制给他人吗？简单复制可不行，而是要将事件与反思结合。知识和思考是分不开的，教师应在科学课上就传授思维模式，经历与反思，一样都不能少。
拥有科学思维的人渴望追求真理，他们不执着于自己的观念与想法，而是想知道什么更接近客观事实，只要有足够的说服力，他们更愿意接受新观点。这是能够突破局限，找到创新的动力。
我们期待着人人都能拥有科学思维，最好是从娃娃开始大抓科学思维。实际上，任何一个行业要想出拔尖的人才，都需要一个相当大的人才库。科学界要出现一批杰出的人才，也必须要有广泛的群众基础。
培养孩子的科学思维需要从两方面来努力。一方面，要在基础教育阶段就全面铺开，让更多的学生接触科学思维，进行科学探究；另一方面，要请相关的教师开发实施和改进他们原有的科学课堂教学。邀请真正的科学家，让科学家亲自去参与指导。让教师与科学家有真正亲密接触的机会，教师们走入科学家的实验室，真正地践行科教融合——只有当教师们拥有丰富强大的“工具包”，才能引导孩子看见思维之光的瑰丽。
也许，当孩子再次发问“为什么月亮会发光”的时候，我们无需着急帮他搜索出标准答案念出来，或是递给他一本书说“这里面写清楚了”。而是可以引导他：物体在什么情况下会发光？造成光亮有哪些可能性？然后再去探究这些问题背后的答案，由他们自己得到结论，并思考这个结论是否合理。
【访谈】
■ 培养科学思维，经历与反思不能少
读+：在您看来，什么是科学思维？像科学家一样去思考，有哪些特点？
马冠中：首先，科学思维并不是一个脱离一个具体目的的思维方式。它的目的就是要认识自然世界，世界为什么会是这个样子？它是怎么变成今天这样？……科学家就是要回答这样一些有关自然世界的问题。
科学思维，实际上就是科学家在认识自然世界的过程当中所使用的一种思维方式。科学思维是为了发展、为了实现目的而不断发展起来的这种思维方式，这应该算是比较正式的定义。
科学思维有这么几个特点。第一，它有一个很明确的指向性。就如同我刚才所说的，它是有“认识自然世界”这样一个目的。在认识自然世界的过程当中，认识的方式有所差别，这就要讲证据和逻辑，也就是说，我们要看什么观点对于自然现象的解释是更符合可靠、充分的证据的。第二，是它讲究证据和逻辑。证据和逻辑帮助我们确定自然世界的运行的规律是什么样子的。第三，科学思维实际上是一种集体的思维方式。科学思维是科学家所具备的一种思维方式。严格来说，它是科学共同体所具备的一种集体性的思维方式。以科学共同体的形式去决定什么样的研究方向是重要的，什么样的问题对于长期的发展科学知识、认知自然世界是更有意义的。
读+：在人们一般印象里，科学思维似乎是一种非常个性化的天赋，“可遇不可求”，很多人会以为这种思维很难大面积复制、推广、提升，您怎么看待这个问题？
马冠中：我们国家课程标准当中有相关的设定。不同年龄段的孩子，对于科学探究的要素上有不同的要求。比如提出问题这件事，对于一二年级的孩子来说，只要能够提出他感兴趣的问题就可以。对于更高年级的孩子，我们就要求他能够针对围绕自然现象，提出可探究的科学问题。
孩子们在这些任务中，表现出来跟科学家许多类似的地方，例如，很多问题都是针对一些自然现象背后的原因。不同的是，科学家不仅有这种思维方式，还有大量的科学背景知识作为支撑，科学家的逻辑更缜密，考虑事情更全面、更系统。
对于教师来说，即便你没有专门教学生科学思维，他们本身也是具备一些科学思维的雏形的。我觉得比较合适的说法是，学生的思维里都蕴藏着一颗很优质的种子，我们要做的就是精心呵护它，培育他，让它慢慢长大。
读+：我们要不要专门开设这样的课来培养科学思维？
马冠中：目前，义务教育阶段的小学的课堂当中，我们需要在这方面进一步加强，或者说，我们正在往这个方向努力。但是由于我们教师自己都不是以“像科学家一样去思考”的这种方式去学习的，所以在教学生科学思维的时候，还存在着一些问题。
专门开设这样的课当然是好的，但是要澄清一点，教师要让学生参与到探究自然现象的过程中，在发展科学知识的过程中支持学生学习科学思维。
就回到我们刚才提到的，科学思维是科学家在认识自然现象的过程当中使用和慢慢发展起来的一种思维方式。发展学生科学思维，就要让他像科学家一样去做科学，在做的过程中，逐步地去使用科学思维，不断完善发展这种思维。
读+：从娃娃抓起，大抓科学思维培养，应该怎么做呢？
马冠中：这是一个很好的问题，也是我们一直在做的方向。要发展学生的科学思维，第一个是要有经历，第二个就是要反思。
首先，他得要有亲身参与真实的科学探究的机会，切身实际地去做这件事。其次，在学生参与后、谈得出经验的基础上，教师们去帮助他回顾探究经验，进一步反思这个经验，最后给予指导，帮助学生明确“在探究过程中是怎么认识自然世界的”。
读+：其实做任何实践都是这样，先做、再回头、再来总结、再去做，一步一步地把它完善。
马冠中：没错，我一般跟老师做讲座的时候会这样比喻：大伙都谈对象对吧？要想理解爱是什么，你必须要有体验，然后还要有反思……慢慢就理解什么是爱了。
同理，只讲什么是科学思维，你很难理解，你要真的去做，投身进去；光做没有反思也不行，回顾、反思与提炼，才能帮助你不断提升。
■ 从幼儿园开始“抓机会”，“群众基础”很重要
读+：这些年我国在科技创新方面打下了较为坚牢的基础，取得了较大成就，与先进国家相比也还存在一些差距。在您看来，这种差距是否与“科学思维欠缺”有关系？这种基础性工作该如何做得更好？
马冠中：日本好像确实有这个现象，近20年来获得了不少诺奖。
从基础教育的角度上讲，我看到日本 NHK有一个频道叫做NHK for school，有点类似于教育电视台，它集合了日本科学界的科学家资源，征集一线的科学老师，一块开发了大量的科学教育资源，尤其是视频资源。针对不同的年龄段，教师们带着孩子去探究“一个现象是怎么研究出来”，并形成科学知识。
我们比较常见的是以喜闻乐见的方式来展现科普知识，最近，我观察到出现了不少很火的科普动画节目。但从科学探究的角度来说，我们还是有点差距的。
实际上，任何一个行业要想出拔尖的人才，都需要一个相当大的人才库。就跟我们国家乒乓球长盛不衰一样，群众基础非常好，科学界要出现一批杰出的人才，也必须要有广泛的群众基础。
我们期待培养能够得诺奖级的拔尖创新人才，需要很大的人口基数，并且要具备高质量的科学素养。在基础教育阶段就需要全面铺开，让更多的学生接触科学思维，进行科学探究，在一定时间之后，学生都普遍具备比较高的科学思维水平。
读+：一些科技强国的科学家，屡屡在前沿科技方面取得突破，这跟他们“硬件方面强”的关系更大，还是跟创造力、科学精神、科学思维等“软实力”关系更大？如何缩小咱们跟他们的差距？
马冠中：在我看来，“硬件方面”的条件我们还真不缺，缺的是突破性或者原创性的科研成果，也就是从0到1的科研成果。
从人才上如何实现？我想，可能需要从孩子上幼儿园开始，就培养他们探究科学思维的能力，培养思维习惯。这并不是说要从娃娃开始找一些苗子出来，而是抓住尽可能能够抓住的机会，让他们有更多的科学研究体验，这才是最重要的。实际上，即使一个人读到博士，对于科研漫长的过程来说，也可能只处于打基础的阶段——科研是无穷尽的。
现在，有些中学在做拔尖后备人才、科技创新后备人才的培养，包括大学里也有相关的强基计划，专门培养技术科学的人才，这些是另外的一些好的方式。
■ 让教师和科学家真正“亲密接触”
读+：您本人是怎么做到像科学家一样思考的？又是如何把自己掌握的这些理念方法具体化，运用到本书的写作当中的？
马冠中：我现在研究的科学教育领域中，包含若干年国内外的大量的科学教育研究成果，我们要做的就是去开发、实施和评估，改进有效的教学方法，帮助学生发展科学思维。
这本书里呈现的教学方法，大量都是来自科学教育相关的研究成果。它主要呈现两方面的内容，一个是科学家怎么做？另一个是科学思考怎么教？科学家这个共同体具备什么样的思维方式，在做科研过程中应该如何提出问题、作出假设，进行实验论证观点，如何实践这些要素。
我在书中举的例子是小学科学的例子，这是考虑到受众群体主要是学生、科学老师，以及一部分家长，所以更适合用特别熟悉的案例来表达。
科研案例这件事，可不是“我给你一个菜谱，就直接去照着菜谱做饭就完了”。对方即使做完了，也并不知道“这道菜”到底是怎么搭配的。所以在书里我也表达了，只提供案例是不行的，一定要把案例当成一种手段，也就是要结合利用这个案例去学习更多的内容。
读+：接下来，您对于实践、推广科学思维的方式有怎样的计划？
马冠中：其实目前有些状况是很尴尬的。许多教师教科学课，但绝大多数老师这辈子都没有做过真正的科学，也不认识科学家。而在二十世纪八九十年代，美国就通过国家科学基金会资助了大量的科学教师培养和培训项目。
接下来，有两件事需要我们的努力。第一就是要联合一线科学教师一块来开发更多的课堂教学的案例，形成案例集，这样就会有更多的老师能够直接用这样的案例上课。
第二就是开发相应的教育教师培养和培训的课程。培训课程的目标就是让他们认识科学家是怎么思考的，再请他们一块去开发实施和改进原有的科学课堂教学。我希望在培训课程中，会邀请真正的科学家，让科学家亲自去参与指导。
让教师与科学家有真正亲密接触的机会，老师们走入科学家的实验室，进行一些短期的科研实习，真正地践行科教融合。