为什么我们学了那么多数理化却不擅发明创造，看美国小学生的课

大家好，又到了周二的思维和方法时间了，今天来说一个新话题。

开年后，我一直在读书。知道我为什么喜欢小花生这份工作么？因为隔三岔五就能收到世界各地出版社寄来的最新样书，我觉得可以每天什么都不干，读读这些书就好，顺便幻想一下如果小时候就有这些书可读，我现在会是什么样？老板说，行啊，檩子，只要你把读到的东西写成推送 ... 好吧！

 

瞧，这是2017最新版的美国小学科学教科书，叫Science Dimensions，前身就是大家知道的 Science Fusions. 我最近在读这个 ...

 

 

美国的科学教育是从幼儿园就开始的，每个年级都有一本厚厚的教材，学习四个方面的内容：

• 科学方法 （Scientific Methods）：科学、科技、工程 ... 

• 生命科学（Life Science）：动物、植物、生态环境 ... 

• 地球和空间科学（Earth and Space）：资源、气候、宇宙 ... 

• 物理科学（Physical Science）：物质、能量 ... 

 

从幼儿园到小学五年级，每个年级一厚本，叠起来能“砸死人”！

 

 

记得小学时，我们上的是自然课，会学到一些动物、植物、自然环境的知识，但感觉很轻量，也不是学校和老师特别重视的课。进了中学，正式开始学数理化，一上来就是大量的概念、公式、习题，感觉非常抽象，不容易学，也就没什么内在兴趣；好像大多数时间我们都在做习题、掌握套路，目的就是应付考试。

而我这次翻阅美国小学科学课本，真的是感触良多：我们的孩子在花大量时间做习题、练套路的时候，他们在学习用科学方法去解决实际生活中的问题。怎么教小朋友学科学呢？他们的课本编写思路其实也很简单: 从问问题开始，试着去解释你周边的世界 ... 

 

 

老规矩，我们还是从例子出发。

今天，我就以手头的书为例，和大家一起感受下老美的科学教学法，比如，他们是怎么让少不更事的小学生理解高大上的 Design Process 并动手实践的 ... 这是Dimensions五年级的一节课，What is a Design Process（怎么做工程设计？）

 

 

 

最近，“设计思维”- Design Thinking 这个词很流行，但总感觉有点抽象。我看了这节课，感觉真的是把这个概念说清楚了。事实上，孩子们从小学一年级就开始学习和训练这方面的内容了！

 

1、从生活现象出发，看看我们要解决什么问题 

Defining a Problem

看美国小学科学课本，我有一种深切的感受，就是原来科学一点不抽象，不是公式的堆积，更不是没玩没了的做题，而是从现实中来又回到现实中去。

一节科学课，往往是从一个生活中常能遇见的现象开始的。比如，这节课从一个孩子极可能遇到的现象开始：你去爬山，发现靠近山顶的山道经过大自然的风水雨打，发生了严重的侵蚀（erosion），成了一条深深浅浅的沟，很难安全通过，需要修复。

 

 

 

这就是一个从生活中来的真实问题。事实上，大量的发明创造，就是从生活中一个需求、一个需要解决的问题起步的 ... 

 

2、做背景研究 

Background Research

很多人遇到问题，或者接到一个任务，往往就直接一头扎进去，做了好一会儿，却发现自己越做越糊涂，不知道相关知识，不了解有哪些前人经验可以借鉴，一句话，缺乏研究，没有研究能力。

其实，研究能力主要是在做项目（Project）过程中逐渐形成的。还是老问题，做题和应试占据了大多数孩子的大部分时间，从小学甚至到研究生毕业都没有机会做很多像样的projects，所以研究意识、研究能力都很弱。

而在美国小学科学课上，做研究是要专门学习的 ... 

比如，在这个山道修复问题中，提出问题后，第一步就是要做背景研究。

首先，要了解这个地区的天气、地理特征，老师也会给一张等比例地形图，带孩子们读图，让孩子搞明白这个问题是在什么样的情况下发生的，最大程度地靠近现实 ...

 

 

研究过程中，还有一个重要的 Criteria- Constraint 分析要做。解决任何问题，我们都需要考虑两个重要方面：

 

1、我们希望达到的标准（Criteria）是什么？比如，你认为这个山道侵蚀问题要解决的好，要达到这三项要求：通行安全、能减缓降水对山地的侵蚀、修复过程中尽量少用建筑材料。

2、我们面临的限制（Constraint）有哪些？比如，实施这项工程，资金、材料、空间、时间 ... 有哪些约束条件？

 

老师会让孩子做点简单练习，理解这个问题中的 Criteria 和 Constraint 分别有哪些？

 

 

说到这里，我还是很感慨。这个分析虽然很简单，但充满辩证，其中原理几乎可以应用在我们生活和工作的方方面面。不管做什么，我们的资源永远是有限的，具体的如资金和时间，大的如生命本身，这个过程中，什么是对我们重要的，什么是我们的局限所在，对两个方面进行综合考虑，我们才能做出合理的决策。

这个道理，很多人要经历很多年才能明白 ... 而小学科学课，一个小小的案例，就能让年幼的孩子开始领悟这层道理。

 

3、头脑风暴，碰撞解决方案 

Brainstorming

项目式学习（Project-based Learning），基本都是团队合作进行。团队合作也是一门高度实用的技巧，我们以后再谈。发现问题，经过研究，有些初步想法后，就可以来个“头脑风暴”了。头脑风暴的关键是：要心态开放，学会倾听不同意见 ... 

 

 

课本上先提供了一些方案建议，老师让孩子们讨论每个方案的优缺点。

比如，可以在山道边上放一些大石块，石块可以防止水土流失，降低对山道的侵蚀 ...

 

 

在周边的泥土上放一层山草覆盖物。这样，土壤会比较湿润，湿润的泥土比干燥的会少一些侵蚀 ... 

 

 

还可以在周围山坡上放一些障碍物，比如建一个木头或混凝土的矮墙，这样能减弱山上下来的水流，降低对土壤的侵蚀 ... 

 

 

这些方案有一个特点：都是真实的，让孩子真切感受到解决实际问题的“现场感”。满足所有要求的完美方案一般不会有，每个方案都有人赞成，有人反对 ... 接下来怎么办呢？

 

4、用决策矩阵来确定方案取舍

Decision Matrix

熟悉小花生的朋友知道，我们向大家介绍各种“思维图表”很多年，比如，Thinking Maps, Mind Maps, Anchor Chart, Graphic Organizers，等等。这些图表有一个共同特点，就是能把思维可视化，给出信息分析框架，把一个人的思路理得清清楚楚。

在欧美中小学教科书里，Graphic Organizer 是用得最多的，到了随便说一个问题都要画一画的程度。

这节科学课上，面对前面说的各种方案，到底该如何取舍呢？这时候，老师会引导孩子用一个矩阵框架，做决策分析 ... 

 

比如，针对每个标准（Criteria），给每个方案打分，再参考每个Criteria的优先级；如果一个方案的总分比较高，而且在优先级高的Criteria上得分比较高，那么就可能成为最后被选中的方案。

 

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选好了方案，下面进入制作模型和测试阶段了 ... 

 

5、动手做模型，测试自己的方案

Hands on Activity

科学课里，一大部分是跟着课本、跟着老师亲手做实验。像这一课，当然不太可能让孩子去实景地做实验，但动手部分毫不含糊，会要求五年级的孩子做一个山地的 Scale Model（按比例缩小的立体模型），亲自测试自己的解决方案。

 

 

比如，模拟降水情况，看看这个方案是否可行 ...

 

 

即使是做这么一个实验，也是分四部分12个步骤一步步走下来的，这四个部分是确定实验目标（Objectives），设定实验步骤（Procedures），分析实验结果（Analyze Results），得出结论（Draw Conclusions）。非常详细，满满的方法论，

 

做完实验，也许结果并不完美，这时，就要不断改进解决方案，通过数次尝试，逐渐靠近目标，让孩子体会到 Design Process 其实也是一个 trial and error process（试错过程）。有句话孩子听到耳朵都能起老茧：

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

一次不能成功，那就继续尝试吧！

而亲自去解决一个实际问题，就能让他理解这句老话的真实含义，并去做到这一点。

 

6、体验完整的设计过程

It's a Process

走了这么一大段路，现在，和孩子总结一下什么叫 Design Process，就水到渠成了 ... 

• 发现一个需求（问题）

• 做研究

• 精确定义问题所在

• 共同讨论解决方案

• 做方案评价，选择最优

• 做测试模型（model, prototype）

• 评价测试结果

 

 

说起来，真的不难；但做起来，并不容易。这种从小养成的思维习惯和技能，对于未来从事任何“和发明创造、解决问题有关的工作”，都是非常宝贵的财富。

 

7、放宽眼界，相信自己可以改变世界

Take it Further

我们小时候读数理化，每次提到科学家，都是“超级明星”级别的，不是牛顿，就是爱因斯坦，感觉离我们好遥远 ... 比如，我奶奶的院子里有棵苹果树，无论苹果从树上掉下来多少，都不会让我对研究物理多一分兴趣。

但是，小学科学课本里介绍的这些生活在当代、平凡的科学家却让我感到亲切和动容。比如这节课里提到的是一位黑人女性科学家，叫 Wangari Maathai，她出生在肯尼亚，在美国和德国接受过教育。她的专业领域是地质侵蚀（erosion）和森林流失（deforestation），这正是肯尼亚目前面临的两大问题，也是这位女科学家正在努力研究和解决的问题。

 

 

 

解决这么大的一个问题，原理和方法和解决课本里的“山道修复”也差不多，也是在限制条件下（Constraint）寻求最优解的过程。老师还告诉孩子，可以把大问题分解成小问题，一个个去解决。

所以，站在更高处看科学，科学不是冷冰的公式和定律，科学更不是一大串习题，科学是有趣的，也是有意义的，我们可以用它去改变世界 --- 这是我们可以引导孩子去拥有的格局。

 

好了，国外小学的科学教育真的是内容超级丰富，我还在理解消化中，以后会再找一些有趣的主题，和大家举例分享。

必须说，中国孩子在数理化基本功上其实很不错，如果能借鉴一些国外科学学习方法，真的会“如虎添翼”，成为一个真正热爱科学的人；因为只有热爱，才能找到发明创造之路。

小花生会在2017这一年里，和大家分享更多的科学“故事”，我们大家一起努力，让我们的孩子把科学学得棒棒哒！