美国STEM教育都从家庭开始，指导孩子在家做实验，你需要知道啥？

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美国STEM教育都从家庭开始，指导孩子在家做实验，你需要知道啥？

Original 2016-12-11 史军果壳童学馆

史军

科学实验微课回顾

植物学博士，果壳阅读图书策划人，科学松鼠会成员。毕业于中国科学院植物研究所。著有《大嚼科学·大豆的N种死法》，《植物学家的锅略大于银河系》。

“

大多数人一听实验，脑海里想到的是什么白大褂（阿玛尼同款），实验室，烧杯玻璃瓶。

实验服，啊不，白西装......

(mp.itc.cn)

大概都是这个样子是吧。我相信很少有人在这些地方玩过，就更不用说工作过了。那么我们都没有实验过么？肯定不是，比如小时候做一把好弹弓是不是需要实验，当然需要了，树杈选择，皮筋选择，弹丸选择，最后有个最佳组合，这都是实验得出来的经验啊。

还有比赛纸飞机，我们不断变化机翼的大小形状，机头的形状等等，这都是实验。

这种实验还包括怎么不被罚站。

（patsplanes.com）

给大家讲个我印象特别深的实验。大概是二年级的时候，忽然明白了碘酒和酒精是可以消毒的，于是就捉了好多蝗虫来做实验。把蝗虫身上剪开一口子，然后用碘酒消毒，或者用白酒消毒，哈哈哈。结果可想而知，这些倒霉的蝗虫。它们也算为科学事业贡献了宝贵的生命。（向所有为人类科学和健康事业献出生命的实验动物致敬）。

言归正传，我们来说点严肃的，只要是展示或者探究科学命题的行为都可以归类为科学实验的范畴。我要告诉大家的就是所谓科学实验范围很广，包括大家日常会玩的淀粉实验，发芽实验，叶绿素实验。但是，我们要细细分析的话，就会发现，这些实验好像跟实验室里科学家做的实验有些不一样。可是又说不出来哪儿不一样。

我今天主要想解决这个问题。

科学实验其实可以分为三类

其实科学实验可以分为三种类型，哪三种呢？探索性实验，验证性实验，还有展示性实验。

第一类探索性的实验

简单来说就是探索未知的实验。比如，天天晚上观察星空，这就是个实验。因为绝大多数小行星其实是天文爱好者们在自己家阳台上发现的，并不是科研机构搞的。这就是一种探索性的实验。

skylook.org

发现新物种什么的都可以归类为探索性的实验。

第二类验证性的实验

我们预设了一个假说，想证明这个想法是不是对的，于是就开始做实验了。什么是假说呢，就是我们根据现有已经知道的知识提出的一个假设。比如说，我的想法是“给蝗虫抹碘酒可以消毒”。

蝗虫：“......吓得我赶紧抱紧了叶片。”

（news.xinhuanet.com）

好，我们就得把蝗虫分成不同的组，分出一些抹碘酒，一些不抹碘酒，看哪些蝗虫能活下去这是个关键。这其实是科学实验的重头戏，为什么这样说，我们下面会继续解释。

第三类演示性的实验

用实验的方法，展示科学原理。对小学生来说，这类实验最多。比如把白醋和碱面兑在一起冒泡，或者在紫甘蓝汁里加入碱面或者白醋，紫甘蓝汁液会变色，这都是展示型的实验。

图为曼妥思加可乐的实验。

（picphotos.net）

因为我们本来就知道，碳酸盐和酸可以反应释放二氧化碳，而花青素在酸碱度不同的时候会变色。我们只是展示了一个原理的现象，结果是我们可以预期的，或者说我们在做之前就知道会发生什么。只是为了让更多人得到或者理解这个知识才做这样子的实验。

好，讲到这里，我们又会碰到一个新的问题。

我们为什么要做科学实验

因为这三类实验的目的显然是不一样的，操作步骤当然也是不一样的了。

探索性的实验，就是为了探知未知的世界。比如最近特别有名的屠呦呦先生，她做的就是一种探索性的实验。

为什么这样说呢？因为在她之前没人知道究竟什么药物能把疟疾完全搞定，当然屠呦呦先生也不知道。那就满世界去找，不断从各种植物，各种化合物里面找找找。

所以人家能获得诺贝尔奖。

(nauzero.com)

如果大家去过植物化学实验室就会发现跟我们家里的厨房差不多，成天就是把植物磨碎然后又泡又煮，然后把这些汁液中的成分进行一次又分离，得到新的物质之后就拿去做实验。

比如，用青蒿素溶液泡点疟原虫（当然不是泡菜那样简单），或者给的疟疾的动物注射，看看有没有用。如果没有用，那好，再继续重复这个步骤，如果找到了，那就太棒了！注意，这个过程是不断重复的。注意，重复几乎可以说是科学实验的精髓。屠呦呦先生之所以能发现青蒿素，就是因为他之前一直一直的坚持。这个筛选的工作不是一年两年，而是十年二十年，不断重复上面的工作，指导有结果。所以，真正能做科研的人至少都有一个品质，那就是韧劲。这就是探索性实验了。

下一阶段的实验，验证性的实验。

验证性实验就是为了验证自己的想法。也就是我刚才说的假说。当然，这种实验可以在脑子里完成，被称为思想实验，比如著名的自由落体的思想实验。

“Ouch！”（.bing.com）

我们假设轻的物体落的慢，重的物体落的快，主观感觉是这样，那如何验证呢。好办，我们想一下，如果把一个木球和一个铁球绑在一起，那按理说轻的落的慢，所以木球会减慢整体的速度；但是反过来想，木球和铁球捆绑在一起又更重了，那应该是落得比铁球快，这样就出现了悖论。唯一合理的解释就是大家落的一样快。

但是有些实际的实验就不能光靠想了，比如说我们要验证青蒿素是不是能够治疗疟疾，那就得找很多得疟疾的老鼠来。有的喂浓的青蒿素，有的喂稀的青蒿素，有的不喂，看看究竟有没有疗效。这就是一个实验，当然具体的操作可能很复杂，比如还有给药方式，给药时间，与其他药物的相互关系，等等。

实验的基本模式是一样的，那就是用实际操作的方法来检验我们的想法究竟是对的，还是错的。这是实验的基础。所以说实验的假设应该是可以被验证或者验错（证伪）的。如果不符合这个条件，那就不是科学。比如说，人类是女娲用泥巴做的，这个命题就不是科学。

女娲：“蓝瘦，香菇。”

（pp.sohu.com.cn）

好，说到这儿，我们大致介绍了实验室里的两种常见的实验探索性的和验证性，但是这两者的界限也不是严格的。它们之间也会有交叉。比如在进行验证实验的时候，发生了意外的情况，就变成了探索其他事情的实验。这里面最著名的就是伟哥这种药物的发现。当初这种药物是为了治疗心脏病设计的，但是对心脏病的疗效并不是很好，而且还有强烈的副作用（副作用是啥我就不多说了）。敏锐的科学家发现了这种药物的新用途，就是为很多人带来了性福……这就是典型的实验类型的变化。

好，说完了实验室，我们再说一下家长和孩子们更关注的、接触更多的实验，演示性实验。

（siteaboutchildren.com）

就像我们刚才说的那样演示性实验是我们已经预知了结果的情况下来操作的实验。这样的实验，通常有很强的目的性，比如淀粉遇到碘酒变蓝，种子发芽后的向光性生长等等。这些基本上是按照我们的预期来进行的。看起来，这应该是最简单的一类实验。或者说根本就没有技术含量。其实不然，我们有很多值得思考的问题。

家长，甚至老师在带孩子做实验的时候本身就有很强的目的性，比如我做花青素实验，那是不是加入碱性物质，紫甘蓝汁一定会变蓝。如果没有变蓝，是不是这个实验就失败了，或者我们就再来一次？很多人的选择都是再来一次，但是，这里恰恰遗漏了一个最重要的环节。大家有没有想过，这次实验为啥会失败呢？

我记得有一次，我做花青素的展示实验。结果，加了好多那个碱面然后都不变色，大家都觉得是操作有问题，但是试了两次都不行。后来就逐一排查，这才发现准备的时候，那个朋友家没有纯碱了，换成了小苏打，这一换就改变了实验的结果。小苏打的碱性远没有碱面那么强。这也是一个新的发现啊，否则那一天的实验也就那么过去了。所以，即便是展示性的实验，也有很多值得探索的问题，而不是照着条令，得到最终公认的结果，就完了，这不是实验的核心目的。

四个做科学实验的误区

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误区一：科学实验都是高深的，特别是实验室里的实验。

这就是个极大的误区，科学实验未必是高深，比如我开头说的，用碘酒给蝗虫消毒，这其实也是科学实验，当然，那个时候的我也只是误打误撞而已。再说到我的博士论文的课题，基本上就是成天在山上看兰花和虫子。

（soso.com）

看虫子是怎样被花朵骗的。就是这样不断地重复了5年。但是这个实验对于我们理解兰花进化很重要，虽然推动只有那么一点点。

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误区二：科学实验一定要高大上。

我就想到一个段子，中国农大的一个教授帮儿子想了个题目，说西红柿炒鸡蛋放盐时间点跟口味的关系。结果被老师给毙了，说这也能叫实验。好像只有做转基因，全球变暖才是实验。

baike.soso.com

这其实暴露了老师的科学素养不足。西红柿炒鸡蛋放盐时间点跟口味的关系是一个非常好的实验，首先这个实验是个典型的验证性实验，是开头放盐，还是中间放盐，还是出锅放盐，这真的能检验出来。而且还有一定的指导意义呢，怎么能说不是实验呢？平凡的生活中其实有很多好的科学实验，未必非要去什么神奇的实验室，搞基因什么的才叫科学实验。我们的学术圈，我们的科技圈，甚至教育圈的理念都不是很正常。这个需要慢慢转变。

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误区三：科学实验就是创新发明。

好像没有自己的一点新东西，不跟别人不一样就挺丢人的。这也是一个很大的误区，科学实验就像我前面讲过的，绝大多数情况下是在不断的重复。天才的点子是需要的，但是科学实验本身的目的不是为了产生天才想法，而是为了验证天才的想法。前段时间我参加一个青少年科技展示项目的评审，就发现很多孩子为了展示，就搞出一些稀奇古怪又没啥用处的东西。让人很无语。有一个孩子只是做了一个特别规范的实验设计，验证了不同物质对冰凝固点的影响，我给了高分。因为那真的是一个实验。比那种装出来的奇思妙想要有用的多。我想这样的训练会让孩子在科学的路上走的更远。

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误区四：实验一定需要高级的设备。

很多孩子要做实验就要高级的仪器，比如显微镜什么的。如果孩子真的有兴趣，可以买，但不是说没有仪器我们就不能做了。你看那个冰点的实验要啥仪器呢，顶多几个电子温度计就ok了。所以，做实验的核心是对思维的训练，而不是器材的比拼。

怎样带孩子一起来做实验？

其实方式有很多种，我们需要尊重孩子的意愿，如果孩子想知道酱油醋兑到可乐里是什么味道，我们不要阻止。总之，我们是引导者，而不是裁决者。这是非常非常非常重要的，千万不要扼杀孩子的好奇心。另外，父母需要做的是让孩子有安全的概念，比如不能把屋子点着了，比如不能把自己误伤了，也不能伤害别人，在这样的原则下，就让孩子们尽情去探索和验证自己的想法吧。

祝大家能享受愉快的实验过程。谢谢大家！

互动环节

请问学龄前的女孩子（5岁）有什么易上手的实验么？

史军

有！把不同颜色的花泡在醋和碱水里面。

想买个学生用的显微镜，请问有比较适合的牌子推荐的吗？

史军

显微镜跟相机一样没有尽头，如果只是想入门，可以先买个400块左右的学生显微镜，等玩出兴趣了再上不迟。学生显微镜价位的差别不大，我家买的是凤凰的，医用镜检的那种，性价比还可以。

家长分享

家庭造纸术文字说明：

1.废纸剪碎，加水浸泡，然后用搅拌机搅碎。

2.用铁线做成个圈，缝上纱布（要绷紧）。