构建可复制的成全式教育生态
题图：来自https://unsplash.com.
作者：作者小飞机，微博@熊猫小飞机。海归博士仨娃妈，不求孩子当学霸，育儿路上同成长，不忘初心去爱他。
我是三个孩子的妈妈，曾经也是一个科学家，本科学的是化学专业，之后在生物化学领域、制药领域做科学研究，并且在美国麻省理工学院（MIT）获得了博士学位。我的研究算小有成就，发表了不错的文章，而且也被MIT的校刊报道过。但在完成博士学业后我很快离开了科研领域，现在在做K-12的教育。
所以今天，我想从曾经当科学家和现在作为一个妈妈的视角，讲一下“科学教育或者是科学启蒙该怎样进行”，然后把我的个人经历，以及我从科研到教育的转型带来的一些思考分享给大家，希望能够给大家带来一些帮助。01、科学是什么，为什么科学启蒙对孩子来说这么重要？02、在家里对孩子进行科学启蒙的一些比较具体的、有实操性的经验。03、现在比较热门的教育产品，比如STEAM、编程思维、设计思维，（从我的视角看）都是怎么回事，大家应该如何去做选择。
对大树的“肌肤”十分好奇的小土豆
我们首先要搞清楚一个误区。在我这代的大部分人眼里，可能觉得科学就是数理化、科技是第一生产力，后来被我们老师衍生出来“学好数理化，走遍天下都不怕”，我们就是在这种环境下开始努力地学习理科。如果学得不太好，别人就说你好像脑子不是那么聪明，去学文科吧。
说到科学，大家想到的往往是一些非常复杂的方程式，我觉得这是一个非常大的误解 —— 把科学变成了一个个学科。也就是说，我们只是重视学科里面具体的知识，比如物理、化学、生物，乃至数学，但是至于科学本身是什么，其实我们从来没有真正被教育过。
在国外的高中阶段，学生们深入学习理化生学科之前，总要先学科学哲学，把科学是什么讲清楚。我觉得这是一个比较正确的方式。
科学，来自人类对大自然发自内心的好奇。其实我们从人类文化发展的历史来看，科学认识世界的方式，出现得是比较晚的。直到牛顿的时代，才渐渐地建立起现在科学认知的基本模式。在那之前，我们都是在用神话、宗教等来解释这个世界。就是因为人类的这种好奇，不断地想探索明白这个世界到底是怎么回事，它有没有规律可循，才发展出科学。所以，希望孩子们的好奇心可以受到保护，让他们能一直保持对世界的好奇心，才能一直感受到科学的魅力。另外一点是，科学只是认识世界的方式之一。现在有一种思潮 —— 把科学等同于正确，而我希望家长们能够从更深的层面来理解这个问题。从社会发展的角度来看，科学的价值在于：科学是我们现有的认知方式中被实践证明比较合理的一种，带给我们生活非常多的便利，所以非常值得教给孩子。但是世界上也有很多事情是科学不能解释的，很多领域是非科学的，同样有很高的价值，比如宗教，也是我们人类文化的瑰宝。所以在教育孩子的时候，要有多元化的态度。
大家经常听说科学是可证伪和可预测的。“可证伪”这一点，有时候大家会有一点误解。“可证伪”就是能证明科学是错的吗？其实不是这样的。可证伪性，就是针对一个理论，可以假设出来一种条件，这种条件如果不成立的话，那这个理论就是错误的。如果某个理论具备这样的条件，我们就认为它是可以用科学的方式来对待的。举个例子，比如像上帝是否存在这种事情，为什么不能用科学去研究呢？因为在“上帝是全知全能的”这个前提下，对于“上帝存在”这一命题，不管出现什么样的情况，都可以说这是上帝的意志，那么就不存在一种条件，可以使得“上帝存在”这一命题是假的。因此它是不可证伪，就不是科学研究的范畴。可预测是说，在条件成立的情况下，你的结论在过去是对的，在将来也是对的。也就是说科学理论在时间上是连续的。基于科学的这两个特质，我们才能够基于科学的规律建造工具、发展技术和推测将来的情况。
美国国家科学教育标准里非常明确地指出，科学的认知方式有三个要素，第一个是事实依据，第二是逻辑关系，第三是审辩性思维，也就是critical thinking.那什么是事实依据呢？就是说所有科学结论，都要建立在一个我能够看得见摸得着的事实证据之上，然后我才能够相信。科学的领域内，一个理论是一定有事实去支持它的。在物理、化学、生物这些学科中，都是通过实验，取得实验数据，来证明理论。如果理论没有事实依据，那我们就不能够相信。所以很多时候科学领域有了一个新的发现，比如一个新的重要文章发表了，科学家会很快地重复这个实验，也就是确认这个事实。而不是像我们现在的很多媒体一样，看到一个标题，马上改成一个更吸引眼球的标题，然后传播出去。对于孩子来讲，重视事实依据，就不容易被那些煽动性言论所吸引，他会更关注背后的事实真相。下一点就是逻辑推理，logic. 逻辑推理是连接事实依据与科学结论之间的桥梁。简单讲，大家可以把它理解为因果关系，也就是说，这个事实，能不能够支持你得出的结论？这一点其实是我国的教育是比较欠缺的。很多成人，即使大学毕业，也没有系统地学习过逻辑学，并且逻辑水平是比较差的。我举个例子，达尔文的进化论大家都很熟悉，并且认为是毋庸置疑的科学理论。但是如果真的去读《物种起源》，其中是有逻辑错误的。比如，一个假设说，如果人的祖先是猴子，那么人的骨骼和猴子的骨骼就会有相似之处。而人的骨骼确实与猴子相似，那人的祖先就是猴子。乍一听很有道理，但是我换个说法，你就会听出这里面的问题。如果你的生父其实是你的伯伯（父亲的哥哥），那么你就会跟伯伯长得比较像。事实是你确实跟伯伯有点像，那你的生父就是伯伯。大家听出这里面的问题了么？在科学研究的过程中，这种逻辑错误要严格避免的。严密的逻辑思维不仅能帮助人在科学方面有所建树，在日常生活方面也可以避免许多问题。有的家长会担心，孩子这么小，给他们讲逻辑是不是他们听不懂？其实逻辑只是思维方式，在学校教育不够重视的前提下，家长如果能够引导，会有很大的帮助。我的孩子只有三岁，我就经常会问他一些问题，比如A是B发生的原因吗？A是唯一原因吗？还需要其他原因吗?A有别的结果吗？不需要介绍充分必要条件等名词，孩子说错了也不一定用“纠正”，有条件的话和孩子一起动手验证他们的想法，这样慢慢地他们逻辑思考的能力就会提高。有些家长认为自己的逻辑也不是很好，那么除了逻辑学相关的专著之外，我推荐一本经济学的书，张五常的《经济解释》第一章，是学习逻辑很好的材料。老师正在以提问方式引发小土豆们观察、思考
科学思维的第三个要素是critical thinking——审辩性思维。critical thinking 更经常翻译为批判性思维，我不太喜欢这个翻译，因为它给人一种总是挑错的负面印象。但其实critical thinking是一个很中性的词，意思是独立地思考，不要人云亦云。对于科学，critical thinking之所以重要，是因为科学是可证伪的，因此有不断进化发展的过程。旧的理论不断地被推翻，被新理论所替代。正是因为人们不断地进行critical thinking，各自独立思考事实是否支持理论、逻辑是否合理，有了新的事实发现，会去验证之前的理论，看看会不会证实或者推翻之前的结论，看结论里面有没有隐藏的假设（任何的结论都有一定的适用范围，这一点我们一定要注意），才逐渐建立起了我们今天看到的无比宏伟的科学大厦。前面说的科学研究中，我提到了科学家会对于新的理论进行验证，正是出于审辩性思维的立场。大家经常听说的学术造假，就是因为其他科学家没有成功重复并且提出质疑，所以造假在科学的世界里是非常容易被发现的。但我们日常生活中，critical thinking就尤为重要了。现在是信息爆炸的时代，任何人都可以发出声音，传播某种结论，结论的真实性并没有人去帮你验证，所以避免人云亦云非常重要。但是目前在我们的家庭中培养critical thinking是比较困难的，因为中国传统崇尚听话的氛围，对家长和长辈的话要服从，目前学校中也依然是教师、长辈威权比较盛行。因此，家庭中家长保护并且赋予孩子独立思考的权利是很必要的。同时，在家庭教育中如何做到有criticalthinking，又不会没礼貌，不会吹毛求疵，不会故意抬杠，这是个很大的学问，我们需要不断实践和思考。观察到事实 —— 用逻辑推出结论 —— 批判性看待结论并对其进行调整 —— 寻找新的事实，这样一个循环，构成完整的科学思维体系。这种思维方式，是违背我们人类本能的。因为人是群居的动物，天性倾向于合作和听信他人，因此这种思维方式是需要后天刻意练习习得的。科学思维的方法比科学知识本身更为重要，也是家长进行科学启蒙的重点。
仔细观察大自然的小土豆
第一，孩子生活的时代将是信息爆炸的时代，辨别能力尤为重要。现在我们每天看到很多信息，哪些是对你有价值的，哪些是谣言，能一眼就看穿的能力，对我们孩子来说将是生存的基本技能。第二，当人类的知识已经积累到现在的程度，而还在加速积累，未来知识会是一种被封装的状态，也就是黑箱状态。比如说手机，很少有人懂它的硬件软件的原理，但是大家都会用，我认为未来的知识也是这样子。既然具体的知识已经没有那么重要，唯有思维才有价值，思维能力才能保证当我们需要去了解某个原理，以及需要去扩展人类知识的疆界的时候，让你有相应的能力去做。第三就是科学的思维方法是人类文化的精华。现在整个人类的生活都建构在科学发展的成果之上，而科学发展本质是来源于科学的思维方式。这种目前来看也许是人类最为成功的认知世界的方法，我们有责任让我们的孩子继承下去。我理想中的科学教育，会是一个金字塔。最底层（核心）的东西，是训练孩子的品格，包括好奇心，热情，有趣，勇于尝试，独立思考。让孩子体会到学习是有趣的事情。勇于尝试是因为在科学道路上必然会遇到很多失败，如何有勇气在明知道有很多困难的前提下坚持也是非常需要家长帮助培养的。独立思考的能力如前所说，非常重要。以这样的品格作为基础，再上面是方法论的内容，包括逻辑，审辩性思维，设计实验等等，最表层才是现在大部分学校教授的知识类的内容。方法论和品格才是我们教育中更需要重视的东西。
三部曲：阅读，做实验，学会提问。
▍ 科普阅读
现在大部分家长都很热衷于绘本。绘本中有很大一类是科普绘本，又可以分为发展兴趣和补充未知两类。发展兴趣是针对孩子已经有的兴趣进行拓展。比如很多家长提到了孩子很喜欢汽车、火车等，就可以根据他们的兴趣买相应的绘本。例如喜欢火车的孩子，对应的绘本《地铁开工了》、《火车出发了》，即使内容比较深，因为他们对内容感兴趣，所以他们也会很努力地去理解阅读，这会增强他们的成就感。另外一种是补充未知。现代孩子们的生活范围是非常有限的，很多知识不在他们生活范围内的，绘本就是很好的补充。比如给孩子读《地底下的动物》，他们读过之后会开始去公园地下挖一挖。科普阅读的重点，第一个是让孩子发现没有观察过的事实，比如地铁是怎么开动的，地底下也有动物，小鸟不全住在树上，有些住在地下。
第二点是与现实生活联系，让孩子有参与感，主动将生活中遇到的现象联系书本，让他们体会到书并不是一个独立的世界。最后一点是，家长不要以掌握知识为目的。因为家长很容易心理上陷入一种期待，就是我给孩子读了很多书，他应该会知道很多知识，还能够跟别人家孩子比较一番，但是家长要注意控制这种心态，因为培养科学的思维才是更重要的。选书的时候，最好是一些主题比较明确的，不要一本书里面有好多方面的内容，低年级的孩子注意力非常有限，另外知识要比较准确，图画生动，容易吸引孩子注意力，字不要太多。▍ 做实验
做实验没有想象的那么高大上，不需要很多专业的实验器械，核心的思路就是：什么事情不知道怎么回事的时候“试试看”。比如：孩子去厨房看到调味罐里面的东西，与其直接告诉他盐糖醋，不如直接让他自己用勺子去尝尝。做实验的时候牢记科学三要素：事实依据，逻辑关系，审辩性思维。实验源于生活。比如拉回力车的次数与回力车跑的距离之间有关系吗？3.实验步骤：分别拉1.2.3次，记录轮子转的时间长短三要素：事实依据：用表记录真实时间。逻辑关系：轮子转的时间长，所以跑得远，是不是因为拉的次数多导致轮子转的时间长？critical thinking：这辆车是如此，其他的车呢？
生活中很多道理都可以用做实验的方式与孩子交流，实验也是回答孩子们“十万个为什么”的好办法。▍ 学会提问
提问是训练孩子思维能力的一种核心方法。所谓思维就是思考的过程，通过回答问题来思考是一个很好的办法。孩子3、4岁以后会有很多问题。大部分家长会直接回答问题。但更好的办法是先肯定孩子的提问，然后将问题拆分成小问题再反问回去。孩子会跟着反问回去的问题进行自我思考，从而一步一步达到思维训练的目的。问题就从科学三要素来引发。面对提问，积极解答的小土豆
下面举两个例子：
干冰VS冰箱的冰。
问：都是冰，这两个有什么不一样（问事实）。
孩子：干冰会冒烟。
问：冒烟的东西是不是都是热的（审辩性的角度）。
孩子（摸一下），答：不热。（颠覆了孩子的基本认知，孩子开始有兴趣。）
问：那块冰热吗？
答：冰是很凉的。
问：（逻辑切入）桌子上的菜冒烟，是因为冒烟所以热吗？（孩子会意识到因为冒烟所以热的因果逻辑是有问题的。但是大人不会直接告诉孩子是因为热所以冒烟，也不要说孩子生活经验之外的内容。）
问：还有什么不一样？
答：干冰长白毛。捏一下，化了。
答：像雪一样。
问：为什么冰箱里面的冰反而没有白毛呢？孩子回答不出来，也不再解释。让孩子有个印象就可以了。
最后总结问一下：这两块冰是一样的冰吗？
答：不一样，干冰是神奇的有魔力的冰。
这一轮提问就结束了。长期的交流下，孩子也能自己开始想问题，能够引导孩子达到思考的乐趣。
还有一个关于天上的飞机为什么不需要扇翅膀的例子。
问：为什么飞机不扇翅膀，鸟要扇翅膀？
答：飞机有发动机。
问：有发动机的就一定能飞吗？
答：汽车有发动机，汽车不能飞。
问：为什么飞机能飞呢
答：因为飞机有翅膀。
问：一定是有翅膀的才能飞吗？
答：直升飞机，风筝，热气球都没有翅膀也能飞。
问事实：你看到了什么，发现了什么，比较一下有什么不一样。问原因：这件事情发生的原因是什么，A发生了一定会导致B发生吗，还有什么其他东西会导致B发生吗？问可能：这件事情是这样的，还可能会是什么其他情况吗？注：这里面需要注意的是家长的心态。心态需要放平和，三分教育，七分等待。孩子的思维跟我们不一样，大人不要着急。也许当时没有什么反应，但是后续会激发出来。大人需要持续地按照科学思维的方式去引导，不要纠结结果，慢慢地都会产生正向的作用。大人播种下了科学思维的种子，按照孩子自身的成长规律进行，一定能够达到很好的效果。
▍STEAM
这是美国提出的概念，在国内非常流行。本质上强调学科融合，不要把每个单向的东西孤立出来，用一种项目制学习的方法来做一些综合的学科融合，希望孩子能够得到一些综合的训练。目前市面上的产品大多数都比较表面化，没有达到学科融合的精髓，是一类噱头多于实质的产品。▍ 编程思维
并非如市场上宣传的那么神奇和必不可少，实际上还是一种技术。编程思维的核心价值是思维可视化。让孩子们将思考的步骤用某一种语言呈现出来，把思维分步。想要实现思维可视化也可以做思维导图。编程思维的课程如果能够让家长感受到实现了思维可视化的目的，是可以接受的，但是如果仅仅只是编个软件，编个游戏的课程，基本上没有什么特别大的价值，也违背了做科学启蒙的初衷。
▍ 设计思维（包含3D打印）
设计思维是从工业设计的专业课程衍生出来的解决问题的一套方法论。有明确的五步法，包括如何设计产品，如何迭代等等。设计思维确实有一些自身的价值，但是与科学启蒙并没有很大的相关性。并且设计思维是一种方法，我认为并不是一种核心素养。任何时候学都能很快掌握，看看相关的书籍即可，特别是小年龄段的孩子不是非常必要。小土豆正在展示自己设计的甲骨文字书
对孩子的教育，不仅是科学教育，最核心的内容是保护孩子的好奇心和激发孩子的热情。所有的方法也好，理念也罢，都是为这两点服务。我们的目标是让孩子成为终生学习者，对未知的世界总是保持好奇，同时对喜爱的东西能够有非常大的热情，足以支持他克服在追寻过程中遇到的各种困难。具备这两点素质，这个孩子的教育就是成功的。
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