香港双心理学博士妈妈王贞琳：孩子怎样学「科学」？（附音频）｜公开课
爱贝睿学堂每月一期公开课，本期由来自香港教育学院的王贞琳老师跟大家聊聊，孩子眼里的世界，是个什么样子？
各位爸爸妈妈有没有发现，小朋友眼里的世界跟成人眼里的世界很不同？好像他们是生活在另一个星球上一样！
比如你告诉他地上脏， 有很多很小很小的虫子，叫细菌，如果吃到肚子里会生病，所以不可以用舌头舔地板。小家伙很不以为然地告诉你：我没有看到虫子呀，不脏呀。顺便瞟你一眼，好像是说：你是不是瞎掰啊，明明干净的地板，哪有虫子？这反映了儿童对世界的看法确实和成人的看法是不一样的。
在认知发展上把孩子的这种不成熟的、甚至是错误的看法叫做朴素理论，也有人叫天真理论。
那孩子到底是怎么了解世界呢？大家的第一反应可能是：小朋友是通过知识的积累。当然了，这是一个很重要的元素。但是在孩子的认知发展过程中更重要的一个成长机制是概念的变革。
什么是概念的变革？
首先我们想一想科学家是怎么了解世界的。科学家在现有理论的基础之上，建立假设，收集数据，验证或推翻假设，重新建立假设，重新收集数据。其实孩子也是用同样的过程来了解世界的。儿童的概念发展就和科学的进步是一样的，是在不断地修改，推翻先前的概念的基础上发展的。
我举一个我家宝宝小海豚的例子啊。他对屏幕的经验都来自ipad,所以他在我办公室第一次看到台式机屏幕就用手去戳。也就是说，他的理论假设就是屏幕都是用手来操纵的。
等他收集的数据显示台式机屏幕对手戳没反应，就得推翻这个假设，重新去建构理论。那这次有妈妈帮忙，就演示给他看怎么用鼠标，鼠标操作就成了适用于台式机屏幕的新理论。
所以孩子在自由探索过程中不断尝试错误本身就是理论建构的一个必经环节。
科学理论的变化依靠的是范式的进步。
范式就是库恩的科学哲学里面提的paradigm. 它指的是共享的概念和实践模式的网络。
范式的变化不具有累积性，而是革命性的：旧的范式被淘汰，由新的范式替换。
我举一个例子啊，什么叫做范式。比如说如果你跟我同龄呢，我们年轻的时候听音乐用的是walkman，录音磁带，walkman在那个年代很酷的。但是后来有了CD，数字化了，再后来有了mp3, 之后有一段时间用napster, 多谢Steve Jobs,现在年轻人用itunes。这就是范式的更新。我们在不停地用新的形式去解决同一个问题。
范式更新过程中很难确定地说新的范式比先前的更合理、更好，因为整个概念网络和研究模式都不同了，所以你很难比较这两个范式。
儿童的概念发展也是一样的。一方面孩子需要渐进地增加科学知识。另一方面孩子也在不断地推翻先前的理论范式，建立新的范式。先前的知识或概念会成为垫脚石帮助孩子发展新的概念。
旧的理论/概念跟新的理论/概念可以在同一段时间内共存，它们是不冲突的。而且朴素理论的更新也不一定总是线性的。有时候可能会开倒车。比如说有一段时间孩子已经学会了一个新的概念，但是到另外一个情景的时候他又用旧的概念来解释。
比如对地球形状的理解：根据孩子日常的经验，他们会认为地球是平的，但是成人又告诉孩子地球是圆的，这时候就产生了认知冲突，孩子就会用自己的推理去重新加工这个信息。
有一个孩子想了想，突然豁然开朗地说：哦，我知道了，地球是像一个盘子那样的形状。你想想啊，地球是盘子形状这个理论其实很有道理：一方面我看到的地面是平的，你又说它是圆的，那它一定是盘子了，它即是圆的， 又是平的，所以才能支撑得起上面的各种东西。
这就是范式更新的一个例子。旧的范式是平面地球，新的范式是盘子地球。
所以，每个孩子天生就是一个小小科学家，他们认识世界的方式其实是和科学研究方式类似的。
不管是细菌，地球，还是进化论，这些概念是需要成人介绍给孩子的。这样的概念发展并不是简单的信息的累加，知识点必须得放在一个概念框架里才能很好地被理解。就像前面讲的地球的例子，你可以告诉孩子地球是圆的，地球是球体，但他不一定明白，他要从自己的概念框架去理解的，所以得出盘子地球的结论。
那从家长和老师的角度来讲呢，我们要尊重孩子的概念体系和理论框架，允许孩子犯错误，这是他们的学习过程。有的时候，你要容忍在一段时间内孩子保持错误甚至自相矛盾的概念。你这时候着急是没有用的，你一定要教给他正确的理论也是没有用的。
切忌武断下结论：你说的是什么乱七八糟，全是错的。为什么呢？因为从幼儿到研究生阶段，科学教育的目的永远都是学会科学探索和思维的方法，而不是简单的科学知识的积累。所以不能用结果是否正确来作为科学教育的标准。
试想科学史上人们曾经认为是对的理论，有多少已经被推翻，被更新。如果没有更新，我们这些做科学家的就没事做了。比如说伽利略以前人们认为太阳绕着地球转，现在我们认为地球绕着太阳转。科学进步就是以这种推陈出新，范式更替的方式进行的。
我现在考一考爸爸妈妈的科学知识，看看爸爸妈妈们有没有错误概念：
答案是蜻蜓。看汉字就知道了，只有蜻蜓有虫字，其他的都是鸟字的形旁。所以蜻蜓是昆虫，其他的都是鸟类，虽然鸡和企鹅都不太会飞。爸爸妈妈都答对了吗？
有家长、幼儿园老师, 甚至有研究儿童发展的专业人士问过我这个问题。这个问题可以从两个方面解答。
第一，孩子在生活中接触到很多科学知识。以生物学知识为例，儿童会接触受伤，生病，饮食安全，健康均衡饮食等概念。也能对这些概念给出合理的因果解释机制。所以说深入探讨生物概念的因果关系（比如细菌和生病的关系），是有必要的，并且是有足够准备的。
我以前介绍过一个儿童英文绘本叫做《子儿，吐吐》。那本书说的就是儿童自发的朴素生物学理论：你如果把籽埋在土里会发芽长树，吞到肚子里也应该会在头上长树吧。
上次介绍完这本书很多家长都回信说自己小时候也有过类似的担心：长树。可见这是一个非常普遍的自发的错误概念，里面涉及到类比和推理的过程，其实是很有「科学道理」的错误概念。在这个概念基础上帮助孩子区分动物的饮食排泄跟植物的生长的区别就是水到渠成，顺理成章了。
第二，儿童天生有系统的科学探索的能力。他们是天生的小小科学家。对科学概念的探讨是孩子的自发要求。一个发展心理学家Alison Gopnik曾经演示过孩子的问题解决方式其实是利用贝叶斯推理(Bayesian inference)的方式进行的。
简单地说就是儿童在自由探索的过程中会有系统地尝试各种可能性，迅速地利用每一种可能性出现的概率统计出来哪一种可能性最靠谱。
比如遇到一个新的电动玩具，孩子会去尝试用各种方式让它动起来，每一次尝试都是一个新的假设验证的过程。几个回合下来，孩子就已经知道，我按红的键有时候启动，有时候不能启动，那这就是一个小概率事件；可是我如果按蓝的键，每次都能启动，这就是一个大概率事件，所以我以后要按蓝色的键。
同样的，孩子在游戏的时候自己会发现，你把塑料的玩具放在浴缸里，大部分时间都会浮起来，把金属的玩具放在浴缸里，大部分时间都会沉下去。于是就会得出结论：塑料材质的东西会浮，金属材质的东西会沉，当然这也是错误的概念，我们后面会讲。
这就是贝叶斯推理。
给大家一个链接，是Gopnik在TED里面的一段有他对贝叶斯的研究录影（Gopnik TEDtalk中文字幕: ）。
所以呢，科学教育在儿童这个年龄，不是坐下来教书给孩子。科学不只是地球人都听不懂的外星语言，更多的时候科学是我们生活中的十万个为什么。孩子有了解科学的愿望，也有科学探索的能力。我们在日常生活中，跟和孩子的交往过程中，已经在不知不觉地、或者是有目的地给孩子很多科学知识了。
那说到这，大家就会问了，那我怎么教科学概念呢？其实有一些错误的概念可以在不自觉中自我纠正，不需要专门教，比如孩子随着经验的增长，自己就能理解吃饭让人长高长大，但是人不可能一直长高长大，所以爸爸妈妈每天也吃饭，但是他们不会长成大巨人。
所以这种自发的概念转变，父母可以做的是，提供丰富的环境刺激，给孩子探索的机会。在适当的时候你可以通过问题激发孩子的科学思维，而不能专门去教。
有一位研究者兼妈妈的同行，提到自己女儿的生物学概念：她说女孩有一天在吃饭的时候突然说：「Isn’t it funny the chicken （盘子里的鸡肉） we eat sounds just like chicken （农场里可爱的小鸡）?」。她问：我们盘子里吃的鸡肉发音听上去和农场里的小鸡是一模一样的。妈妈就解释给她听，这两个概念的关系，女孩受到极大的冲击，之后吃了一个星期的素食！
这个例子告诉我们经验的重要性。城市里长大的孩子只知道鸡肉是超市里买来的，却不知道农场里的鸡和盘子里的鸡的关系。但是如果有农村生活经验的孩子就不会犯这样的错误。
最近我给儿子小海豚读一本书叫做Everybody Poops (Taro Gomi, Amanda MayerStinchecum)，一个日本的绘本画家，书名叫《每个人都拉粑粑》。3岁的孩子对拉粑粑这件事特别热衷，所以这本书就非常受欢迎。
书里最后一句话是说：All livingthings eat, everyone poops. 就是：所有的生物都吃，所以每个人都要拉。这么简单直白的生物学概念符合儿童的生活经验，一读就懂，就更不需要有意识地去教了。
但我说它简单直白，并不证明它不是 45 33909 45 15288 0 0 3785 0 0:00:08 0:00:04 0:00:04 3786科学，这是一个非常重要的生物学的概念。
但是有一些概念，尤其是现代科学的一些概念，比如说前面提到的细菌，地球的形状，这些和我们日常生活的经验不一致，有时候甚至冲突，有悖常理，这种时候就不可能是孩子在自由探索中自己发现了，就一定要成人来教了。
教孩子这些科学概念首先要了解孩子当下的理论是怎么样的，然后有目的地激发孩子的认知冲突，通过验证假设，类比，或者思维实验（thought experiment）的方式有目的地解释澄清新的概念。
有必要的时候要提供新的概念来支持理论转变，比如说你要讲细菌，讲生病，可能病毒就是一个新的概念；或者是地心引力是一个新的概念。
1.了解孩子当下的理论
要了解孩子当前的地球形状理论是怎样的，可以请孩子画一张地球，还有人住在地球的什么地方。有研究者做过这样的研究，就发现孩子的地球模型，他们的心理模型是各种各样的：
有的是画一个圆碟子，人站在碟子上面；
有的是画一个空心的球，人住在地球里面，
有的是二维的正方形，
有的是扁平的球体，人住在球体的上半部，
还有所谓的双地球模型：他的理解呢，我们住在地面上，地面是平的，那地球你说它是一个球对不对，那它是天上的一个星球。
这些模型体现了孩子是把科学概念和日常经验糅合在一起，既想画一个符合科学描述的球形、旋转天体的地球,又固守已有的日常观察:大地是平面,支撑万物,天空和日月星辰都置于大地上方。所以这就是一个方法，去了解孩子当下的理论了：你可以请他画画。
2.激发认知冲突
等你明白了孩子现在的认知状态之后呢，可能要帮助孩子去解释他的认知冲突。比如说，孩子洗澡的时候可能会注意到有的玩具可以在水里浮起来，有的会沉下去。这是一个很好的机会讨论沉浮的概念。可以让孩子预测一下，什么东西会沉啊，什么东西会浮啊，然后什么样的材质会浮，什么材质会沉；并且找出这些东西的共同特征。
其实这就是一个提出假设的过程对不对。小朋友可能会假设说：塑料的东西会浮，金属的东西会沉。这个时候你就可以引入认知冲突。
什么是认知冲突呢，你可以提出一些反例来质疑孩子的假设：金属的东西会沉，但为什么轮船是金属做的，但是轮船可以浮呢；塑料的东西会浮，可能我这里有一个实心的硬塑料球，我把它放在水里，它就会沉下去呢？
3.验证假设、类比，或思维实验
关于沉浮的概念，接下来就可以做探索性的实验了：收集各种各样的物体放到水里，检验你刚才的假设：归纳沉和浮的特征，并系统地比较和记录。
类比的方法可以用来解释一些比较不容易观察到的现象。比如细菌非常非常小，我们的肉眼看不到。那如何让孩子明白有细菌这个东西呢？你可以领孩子在楼下的花园里观察蚂蚁，蚂蚁很小，但是如果我们趴在地上是可以看到的。
你再带孩子上楼从阳台看，现在我们知道蚂蚁在花园里，但是因为我们离得太远，蚂蚁又太小，所以看不到。细菌也是一样的，它们太小了，所以我们看不到。
细菌这个概念还可以用解释的办法：比如你可以做个实验，把面包放在空气里放两天，看它上面长毛变黑，为什么呢？因为有细菌在上面生长。
教地球的形状也可以用上面讲的类比的方法：如果你能找到一个最大的球，在上面钉一个大头针，假设大头针是一个人，这个人能看到的区域就是视线所到“地平线”的范围就是一个圈。假想自己就是这个大头针人，用笔画出这个圈。现在看看这个圈，几乎是平的是不是！所以我们认为地球是平的，是因为地球太大，我们太小。
另外，你还可以尝试做思维实验：还是以地球为例，如果地球是平的，你沿着一条线一直走下去,你会走到哪呢? 如果能够走得更远,会到哪里? 你会不会从地球上掉下去呢?你会掉到哪呢?
下面我们就给家长们提供一些小贴士，碰到孩子的问题或碰到孩子的错误概念时，我们应该做什么。
第一，你要了解孩子当前的知识状态。即使是不完全正确的朴素理论， 也可以为孩子学习正确知识提供框架，所以要尽量启动孩子现有的知识。你可以画画、问问题，多给一些例子，看孩子的解释。
第二，不要太快给出正确答案。我前面讲了，你给正确答案，很多时候也没用，一定要孩子自己思考，能转过这个弯儿。而是让孩子自己思考、尝试解释和预测，如果地球是平的，一直往前走会走到哪里呢？
第三，可以提开放性的问题。比如说：你为什么这么认为？你真么认为有证据吗？你能不能给我一个例子呢?你从哪儿知道这个道理的呢？用这些开放性的问题去促进孩子继续思考。
第四，帮助孩子有系统地检验假设。其实就是帮助孩子系统去记录和检验他刚才提的这些问题。比如你收集了5样东西，可以逐一检验他们是沉还是浮。然后可以把检验结果画出来：网球浮起来了、乒乓球浮起来了、金属小火车沉下去了，浮起来的画在上面，沉下去的画在下面，最后归纳：什么特征的东西会浮，什么特征的东西会沉。
第五，提供反例，挑战孩子的错误概念。比如：为什么金属做的船会浮？
第六，必要的时候提供关键的科学概念和知识。比如孩子对球状地球理论最常见的问题的是，如果地球是个球，为什么住在下面的人不会掉下去？这时候你可能需要引进地心引力概念。我们不掉下去是因为地心引力把我们吸向地球，所以不管你住在地球的什么地方，都不会掉出去。这就是用新的概念帮助他解答以前的知识系统里面的困惑。
第七，最重要的是要能够容忍错误概念的存在。有可能经过了父母的循循善诱孩子还是转不过弯来，没关系，科学探索的过程远比结果更重要。你的孩子可能至今还认为吃了籽儿头上会长树，我相信总有一天他会转过这个弯的。我们作为父母不都是经历了这个过程，现在读《子儿，吐吐》时才会心一笑。何况保留孩子一点想象力又何尝不是一件好事呢？
科学与想象可以和平共处
说到这，我想起前面讲绘本的时候曾经有爸爸妈妈问过：读绘本的时候有很多充满想象但不符合科学的内容，不知道会不会给孩子造成科学常识的混乱。这个问题其实大可不必担心，你我小时候也认为吃了籽儿头上长树，现在不也挺好吗？科学的世界观和想象力并不矛盾。科学是需要想象力的，没有想象力人类不可能登上月球。
科学和想象都来源于人类区分于动物的最根本的认知能力之一：表征能力，就是在头脑中加工不存在于眼前的东西的能力。
什么叫做表征呢？你可以想象石头缝里蹦出一个齐天大圣孙悟空，也可以背诵化学元素周期表，这些东西都是存在于我们的头脑中，是我们头脑中的表征。孩子的表征能力在发展过程中，所以他们的现实和虚幻的界限比较模糊，对想象的世界更宽容一点。
有研究显示，大约有40%的孩子在发展过程中，在某一个阶段都有过想象中的朋友，就像电影inside out（《头脑特工队》） 里面的那个几乎被遗忘的角色一样。他们也更容易接受故事里有创造性的想象情节，他们更宽容。孩子自己的故事、自己画的画儿，也比成人的更有想象力。但是随着年龄的增长，这些都会被逐渐淡化或者由科学的世界观代替。
换一个角度想，对科学的误解其实是必要的要经历的一个过程。就像小朋友不可能理解地球是球状的一样，我们不会掉出地球是因为有引力。在科学里给一些想象空间给孩子是学习科学概念必须的。
从这个意义上讲，科学和想象都是在给问题找一个「合理的」因果解释。你想想原始人对世界的认识，不都是去找个因果解释吗？打雷闪电是因为雷公电母发怒了。这个理论现在听上去是想象，在当时这种用人的情绪特征解释天文现象，这个假设可以说是非常说得通的「科学」解释。即使是在科学年代的今天，当我们去试图去解释一些难于理解的情形的时候也会模糊想象和科学的界限。
况且我们对于世界的认识是有所谓的领域独特性的（domain specific）。
孩子很小就明白：适用于一个领域的知识并不见得适用于另一个领域。我曾经和一个4岁的孩子讨论彼得潘，他告诉我彼得潘会飞，但那是假的，是书里的。我问他真正的男孩子会不会飞呢。他告诉我说，真正的男孩不会飞，那都是书里的，是想象的。
有研究表明父母在和孩子玩假装游戏的时候，会用夸张的表情，动作和音调来和现实世界作区分。即使是两岁的孩子都能够非常准确地判断出什么时候妈妈是假装喂我吃东西，什么时候是真的喂我吃东西。所以父母大可放心，想象和科学可以和平共处。❖
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