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顶尖物理学家:很遗憾,一年级的第一堂科学课,就在以错误的理念

2019-11-08 08:50:09来源:卿头门户网站

应该如何学习科学?想想我们在高中学习数学、物理和化学的经历,大量的概念、公式、练习...恐怕大多数人的记忆都不会太好,除了少数恶霸。

边肖今天向你推荐的是一位伟大的物理学家费曼在全国科学教师协会会议上的演讲。

在演讲中,费曼分享了他对科学的理解。他以一年级的科学教科书为例指出,直接给孩子灌输定义是完全错误的。真正的科学是观察、思考、一系列发现,同时保持怀疑。有了这些想法,我们可以帮助我们的孩子,减轻学习科学的痛苦,发现科学探索的乐趣。

父亲对我的“科学启蒙”

很难清楚地解释“什么是科学”,我不喜欢哲学表达,所以今天我想用一种非常不寻常的方式来表达我的观点。我想告诉你我是如何理解科学的。

我父亲让我知道什么是科学。据说当我母亲怀上我时,我父亲说,“如果是个男孩,我会把他培养成一名科学家。”他是怎么做到的?他从未对我说过这样的话:你应该成为一名科学家。他自己也不是科学家。他是一名商人,也是一家制服公司的销售经理,但他热爱科学,经常阅读科学。

当我很小的时候,我仍然需要坐在高脚高椅子上吃饭。晚饭后我父亲会和我一起玩游戏。他从长岛市的某个地方买了很多长方形的旧浴室地砖。我们一个接一个地摆放瓷砖,然后把它们放成长条。然后,我父亲允许我拆掉最后一块瓷砖,然后我们看着整排瓷砖落下。很有趣。

后来,游戏升级了。瓷砖有不同的颜色。他让我依次放一个白色的,然后两个蓝色的,然后一个白色的和两个蓝色的,这样就排列好了所有的瓷砖——我可能想先放一个蓝色的,但是根据他的要求,我必须先放一个白色的。

我想你已经领会了其中蕴含的教学智慧,但实际上它并不深刻——让他先像游戏一样,然后慢慢地向其中添加教育内容!

相比之下,我妈妈更敏感。她开始意识到她父亲的好意。她对父亲说:“麦尔,如果这个可怜的孩子想放一块蓝色的瓷砖,你可以让他放。”

父亲回答,“不,我想让他注意上面的图案。这是我现在唯一能教他的东西。它相当于基础数学。”

如果我说的是“什么是数学”,我想我已经告诉你答案了。数学是对模式的探索。

事实上,这种教育确实有一些效果。当我在幼儿园的时候,我必须参加一个实地测试。那时,我们上了一堂编织课。在课堂上,我们用彩纸在垂直带上编织图案。幼儿园老师很惊讶。她给我父母写了一封信,说这个孩子很不寻常,因为他能提前知道接下来会织什么样的图案,还能织出惊人的复杂图案。

似乎当我还是个孩子的时候,瓷砖游戏确实帮助了我。

我父亲告诉我的另一件事是——所有的圆,不管有多大,周长与直径的比率都是一样的。

对我来说,这并不是很难理解,但是这个比率非常奇妙,它是一个奇妙的数字,一个非常深奥的数字,它被称为“π”。那时,我还是个孩子,不能完全理解这个数字的奥秘,但这是一件伟大的事情。从那以后,我到处寻找这个π。

后来,我上了小学,学会了如何计算小数位数。我的结果是3.125,我想,我知道另一种写圆的周长与其直径π之比的方法。老师把它改到了3.1416。

我说这些只是为了说明早期教育的影响:“这仍然是一个未解决的秘密”和“这个数字很惊人”的想法对我来说非常重要,数字本身并不重要。

过了很久,我组装了一台收音机和一些小玩意。渐渐地,通过书籍和手册,我开始发现一些方程可以用于与电有关的事情,比如电流和电阻。

有一天,在一本书里,我发现了一个计算振荡电路频率的公式:

其中l是电感,c是电路的电容。这里有一个π,但是圆在哪里?

你在笑,但我在认真思考这个问题。在我的印象中,π是与一个圆相关的东西。现在电路中有一个π,那么圆在哪里?它代表什么符号?你们这些笑着的人,你知道π是怎么来的吗?

我不禁爱上了这个东西。我情不自禁地寻找和思考它。然后,我意识到线圈是圆的,一定和它有关。大约半年后,我看到了另一本书,它有圆形线圈和方形线圈产生的电感。它也能产生电感,这些公式中有π。

我又开始思考了。我意识到π不是来自圆形线圈。他们之间没有关系。现在我能更好地理解圆周率,但是在我心里,我仍然不知道圆周率在哪里,圆周率从哪里来...

科学是思想,不是概念。

我想就语言和定义说几句话。首先,我想打断一下我的小故事。因为我们必须学习语言。这不是科学,但这并不意味着我们不能仅仅因为它不是科学就教语言。我们不是在讨论如何教学,我们是在讨论什么是科学。

知道如何将摄氏温度转换成华氏温度不是科学。这种知识非常重要,但从严格意义上说,它不是科学。同样,如果你在讨论什么是艺术,你不会说艺术等同于“3b铅笔比2h铅笔软”的知识。这两件事完全不同。

为了与其他人交谈,我们必须使用语言,仅此而已。你想知道这两者有什么区别。很好。知道我们什么时候教授科学工具,比如语言,什么时候教授科学本身也是一件好事。

为了使这一点更清楚,我将选择一本科学教科书,并指出一些问题,这可能不是很宽容。

这是一年级的科学教科书。不幸的是,在一年级的第一堂科学课中,它教导小学生用错误的观念学习科学——教科书本身的观念对什么是科学是错误的。

书里有几幅图片:一只玩具狗可以卷起来,一只手按下卷起来的按钮,然后狗就可以动了。

最后一张照片的底部是一个问题:“是什么让它移动?”接下来是一张真正的狗的照片,或者是这样一个问题:“是什么让它动了?”

在这后面是一张摩托车的照片和同一个问题——“是什么让它移动?”一路上问吧。

起初,我以为他们会向学生介绍科学学科,如物理、生物和化学。但事实不是我想的那样。这本书的教学参考给出了这样一个答案:“能量使它运动。”

能量是一个难以捉摸的概念,人们很难正确理解它。我的意思是,如果人们想正确地使用能量的概念,用能量的概念很难正确地推导出一些东西。这超出了一年级学生的接受范围。

更好的说法是“思想让它移动”或“移动让它移动”(就实际效果而言,这个答案与“能量让它移动”相同)。

那本书里的问题提出得很好,答案有些不足,因为他们想教给学生的是能量的定义,但是学生什么也没学到。

这是启蒙运动中第一堂科学课的样子。难道不可能给科学教育带来毁灭性的灾难吗?我认为仅仅为了在第一堂课上回答问题而学习一个神秘的单词是太糟糕了。

科学是观察和奇妙的发现。

我父亲也谈到了“能量”。在我稍微理解之后,他开始使用“能量”这个词。如果他向我解释能量,我想他会做的——他确实做了类似的事情,尽管他举的例子不是玩具狗。

如果他真的以一只玩具狗为例,他会说,“它因为阳光而移动。”我会说,“不,这和阳光有什么关系?它动了,因为我把它卷了起来。”

"那么,我的朋友,你怎么有力量在这个春天结束?"

“我吃过了。”

“你吃了什么,我的朋友?”

"我吃过食物了。"

“食物是如何生长的?”

“因为阳光。”

狗也是如此。汽油在哪里?它也是太阳能的积累:植物吸收太阳能,然后储存在地下。其他事物也是如此,它们最终与太阳有关。你看,这也是一个自然问题。我们的教科书很死板,但在这里却很生动。我们看到的所有移动的东西,都可以因为阳光而移动。

这确实解释了一种能量可以转换成另一种能量。然而,孩子可能不接受这样的解释。他会说:“我不认为这是因为阳光。”然后你可以和他讨论。

这只是一个例子,展示了抛弃那些物理术语和实际教授科学之间的区别。那些物理术语是必不可少的,我们反对的是在第一堂课上谈论它们。学完之后,我们必须介绍这个名词的定义,告诉你什么是能量,而不是简单的“是什么让狗动”的问题。

科学,重要的是观察。即使经过观察,我也不能得出最后的结论。观察到的结果是一块金子,非常有价值和神奇。同时,科学也需要耐心。如果你仔细看,如果你仔细看,你真的会集中注意力,你会得到巨大的回报(尽管不是每次)。

因此,当我长大后,我会煞费苦心地研究这个问题,一小时一小时地工作,像一天一样坚持几年——有时是很多年,有时是很短的时间。

这些工作中有许多失败了,许多东西都被扔进了废纸篓,但是这个问题时不时会出现曙光和新的突破。这就是我小时候所知道的期望——观察到的结果。因为我知道观察是值得努力的。

费曼在诺贝尔奖晚宴上搞笑

科学应该经得起再检验

什么是科学,我认为,可能是一回事:在这个星球上,生命已经进化到一个阶段,智能生物已经出现——不仅是人类,还有会玩耍的动物。他们可以从这些活动中学到一些东西。

但是在这个阶段,每种动物只能从自己的经历中学习。它们逐渐进化,直到一些动物变得更有学习能力,不仅更快地从自己的经历中学习,而且还从其他方式中学习,例如观察其他动物的经历,或者让其他动物亲自向它们演示,或者能够模仿其他动物。

也许在那之后有一个阶段,当一只动物的学习效率提高到一定程度时,整个事情突然呈现出一种新的面貌:一只动物学到了一些东西,然后它被传递给另一只动物,然后它又被传递给下一只动物,它们传递知识的速度如此之快,以至于知识不会在这个群体中消失。因此有可能积累整个人口的知识。

这种现象被称为时间约束。我不知道是谁发明了这个词。无论如何,刚才提到的物种中的一些动物现在正坐在这里,试图将这种经历与那种经历结合起来,并且它们中的每一个都试图向另一个学习。

一个群体对自己的群体有记忆,积累的知识代代相传。这是自然界中的一种新现象。然而,这也有一个缺点,因为有可能传播错误的东西——对民众不利的想法。这个群体有想法,但有些想法不一定是有益的。

所以我们来到了这样一个时期,思想积累得非常缓慢,不仅包含实用和有用的东西,还夹杂着大量的偏见和奇怪的信仰。

后来,人们找到了避免这种疾病的方法,即怀疑。人们不确定所传下来的是真是假。他们想亲自核实事情的真相,不想盲目相信他们所学到的东西。

这是科学:重新测试的知识是可信的,而不是前人留下的知识。这就是我对科学的看法。这是我能给出的最好定义。

学习科学的意义

学习科学塑造了我们的世界观。我们重新验证我们的知识,从中我们可以发现大自然的美丽和神奇。

也就是说,我刚才提到的事物的神奇和美丽:物体移动的原因是因为阳光普照。

学习科学后,我们看到的世界变得非常不同。例如,我们知道树木生长的原材料主要来自空气中的二氧化碳。当树木燃烧时,它们被释放到空气中。燃烧释放的热量是最初来自太阳的热量。他们过去在光合作用中发挥作用,利用空气中的二氧化碳来形成树木的有机养分。最后有一小堆灰烬,不是来自空气,而是来自土壤。

这些都是美好的事情。科学界充满了这些奇妙的东西。它们很有启发性,也可以用来启发他人。

科学的另一个价值是倡导理性思维。它还倡导自由思考的重要性。怀疑前人教给我们的一切是否正确,结果是理性思考。

你必须区分科学和科学研究的形式或过程(后者有时能促进科学的发展),尤其是在教学中,你的老师必须区分两者。

告诉我们科学研究的过程,比如我们写报告、做实验、观察等等。,他们只是模仿科学研究的形式。

这种伪科学模仿的结果是许多专家被创造出来,你们中的许多人都是专家。你们老师,真正从事基础教育的老师,你们也可以不时地怀疑专家。但是在学习了科学精神之后,你必须怀疑专家。事实上,我也可以从另一个角度定义科学:科学就是当我坚信专家也有无知的时候。

当一个人说“科学左右我们”,他并不十分准确。科学并没有教会我们这些,而是经验教会了我们。如果他们对你说,“科学表明...“这个和那个,”你应该问,“科学是如何证明这一点的?科学家是如何发现这一点的——如何、什么和在哪里?”

能够解释这个问题的不是科学,而是实验,实验结果能够解释这个问题。你和别人有同样的权利。在获得实验结果的基础上,你可以自己判断我们是否得出了一个可以通过这个实验再次使用的结论。

在一个真正的科学还没有发展到一定程度的复杂领域,我们必须依靠一种古老的智慧——绝对的坦诚。我想鼓励从事基础科学教育的教师保持乐观,对常识有信心,有自己的想法。你应该知道指导你的专家可能是错的。

在传授祖先知识的问题上,我们很有必要教给学生一种技能:如何在“取其精华”和“去其糟粕”之间保持平衡,这需要相当的技巧。在其发展过程中,所有的科学学科都吸取了这样一个教训:相信先辈和大师说的每一句话都是绝对真理是非常危险的。

每个人都继续努力工作!谢谢大家!

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