生活处处有科学
导 读
科学的形式多种多样，对工作的贡献超出您的想象。
译者: 陈能场（广东省生态环境技术研究所研究员、中国科协环境生态领域首席传播专家）
日期：2020年3月5日
原题: Science isn’t just for scientists
作者：西尔克·施密特（Silk Schmidt）
出处：https://www.sciencenewsforstudents.org/article/science-isnt-just-for-scientists
“孩子们像所有人类一样，一直在做科学，”科学老师戴维·罗帕（David Ropa）说。例如，在老师或其他成年人的帮助下，发射火箭使用了物理学和运动的基本科学原理。LightFieldStudios / iStock / Getty Images Plus
在阳光明媚的日子里，一辆黄色的校车前往威斯康星州麦迪逊市的埃尔弗公园。车内的七年级学生们非常兴奋，因为他们即将去发射他们在课堂上建造的火箭。
在公园里，学生们找到了分配给他们的的旗柱，他们带着火箭、笔记本、铅笔和量角器。一次两人进军发射台，准备火箭发射。他们等待老师的信号，开始倒计时：5、4、3、2、1…开始！
借助量角器和一些数学知识，他们可以估算每枚火箭的最大高度。他们计算出火箭如何与其他同学和老师制作的90枚火箭相抗衡。
“借助火箭装置，我可以教授物理和运动的基本原理，”戴维·罗帕（David Ropa）解释说。他在Spring Harbor中学教科学，并喜欢边做边学。这包括将数学和科学带入公园。
Ropa说：“孩子们像所有人类一样，一直在做科学。”他补充说，他们通过玩耍探索世界，无论是堆放玩具还是建造自行车坡道。他们先有个假设，然后进行测试，分析结果，最后调整策略。
Ropa说，他的学生在学校使用的工具与许多成年人在工作中使用相同的的工具。成年人中有一些穿着白大褂，并带有“科学家”一词的名片，但大多数并没有。
厨师，音乐家和园丁经常使用科学方法，尽管他们可能不会这么称呼，但他们在实际工作中运用了很多现实世界中教科书的科学原理。
烹饪科学
J. Kenji Lopez-Alt是位于加利福尼亚圣马特奥的一家受德国风格的啤酒厅和餐厅的厨师，他还是"严肃饮食"的烹饪总监，这是一个有关“任何食物和饮料”的获奖博客。洛佩兹·阿尔特（Lopez-Alt）在其“食品实验室”部分中“通过科学揭示了家庭烹饪的奥秘”，他还就这个主题写了一本畅销书。
洛佩兹·阿尔特18岁时，想像他的父亲和爷爷一样成为一名科学家。他在剑桥的麻省理工学院上过生物学课，还在生物实验室工作。
但是成为科学家的想法很快就失去了吸引力。他解释说：“尽管我热爱生物学，但我发现日常实验室工作很无聊。” “几十年来一直做这个我会失去自我。”
洛佩兹-奥尔特在实验室外寻找暑期工作，偶然发现了烹饪。一家蒙古餐厅急需一名初级厨师。在那份工作中，他爱上了烹饪。尽管他毕业于建筑专业，但仍继续回到厨房。他在几家餐厅里努力提高自己。
他煮得越多，就越开始质疑食谱背后的假设。烹饪是个传统的活，但是，他想知道，我们通常的做法方法是否有其科学的理由？
在餐厅工作中，洛佩兹·阿尔特（Lopez-Alt）没有时间去解决这个问题。当他开始在《厨师画报》工作时，情况发生了变化。这本烹饪杂志的特色是详细的食谱，描述了如何进行测试和调整。洛佩兹·阿尔特（Lopez-Alt）最初是一名测试厨师和作家。很快，他成为了这本杂志的科学顾问。
洛佩兹·阿尔特（Lopez-Alt）说道：“作为一名在线厨师，我终于可以回答在我脑海中浮现的所有这些问题。”他特别喜欢将其物理和化学知识应用到家庭烹饪中。
肯德·洛佩兹·阿尔特（Kenji Lopez-Alt）在微碱性的水中煮土豆，然后在烤箱中烤。这让土豆有喷香的的棕色外壳，而内部又不会太软。肯吉·洛佩兹·阿尔特
洛佩兹·阿尔特（Lopez-Alt）仍然通过质疑假设创造了许多新的食谱。例如，人们经常用纯的pH中性自来水煮土豆。但是，烤土豆的外表酥脆，中心有奶油味，因此味道最好。为了达到那种味道，洛佩兹-阿尔特（Lopez-Alt）向水中添加了小苏打，这样提高了它的pH值。现在用的水略呈碱性，而不是中性。
这对达到理想中的味道很有帮助。因为水果和蔬菜中的细胞壁含有果胶，这种淀粉在碱性水中更容易分解。因此，在水中煮沸的马铃薯块的外表面变软，而里面则保持坚硬。当涂上油并在烤盘上烤时，该柔软的表面会变得酥脆可口。
另一个长期的传统是在平底锅里烤牛排，然后在热烤箱中烤熟。洛佩兹·阿尔特（Lopez-Alt）更喜欢他的“反向轻烤”方法。他首先在温暖的烤箱（摄氏275度；摄氏135度）中缓慢加热肉。最后轻烤。科学解释了为什么这样会煎出一块更嫩的牛排，并带有一层均匀的褐色外壳。
首先，当牛排的中心在热烤箱中达到三分熟时，其外层已经煮熟。这种牛眼效应来自物理原理，一个物体（牛排）和其环境（烤箱）之间的温度差越大，物体内部的差也越大，那是热力学定律之一。
其次，牛排中含有的酶会在温暖的环境中破坏其结缔组织。当肉在低温烤箱中缓慢烘烤时，那些酶有时间使它嫩化。但是，如果烤箱太热，则酶则不能其作用。
第三，蒸发一克水所需的能量是从冰冷到沸腾所需的能量的五倍。（这又是物理上的问题。）先烤生肉首先会浪费能量，干燥其潮湿的表面，产生了褐色的外壳。但是在烤箱蒸发水分后将其轻烤，使它更快、更均匀地变成褐色。
钢琴科学
像烹饪一样，音乐将艺术与科学融为一体。保养乐器时也是如此。
“钢琴调音的过程是一门物理课，”唐·米切尔（Don Mitchell）说。他是华盛顿州温哥华市一位退休的钢琴技师，曾在盲人钢琴技术学院任教。
钢琴调音器使用扳手拧紧乐器内部琴弦上的金属销。“钢琴调音是一门物理课，”退休的钢琴技师唐·米切尔（Don Mitchell）解释说。ahavelaar / iStock / Getty Images Plus
米切尔（Mitchell）在俄勒冈州一个热爱音乐的家庭中长大。他从小就对科学着迷，喜欢唱歌，并弹钢琴、吉他、班卓琴、曼陀林和贝斯。
米切尔（Mitchell）自出生起就失明了，主要依靠听来学习弹奏这些乐器。他的工作将这些听力技能与科学相结合。他使用声音物理学（声学）、运动力学和音阶数学。
钢琴键是钢琴内弦的机械控制杆。按下琴键会用小锤子敲打这些琴弦。移动的琴弦使空气中的分子振动。振动作为声波在空气中传播。
琴弦的长度和粗细决定了声波的频率或音高。短而细的琴弦会产生高音，我们会听到中音和高音的音色。较长和较粗的琴弦会产生较低的音调，这是低音音符。
但是短弦的声音不如长弦。较高的音调组合多达三根琴弦，使它们足够响亮，可以听到。这就是为什么大多数钢琴有88个键和大约230个弦。
为了调音钢琴，米切尔（Mitchell）用扳手转动了连接在弦上的金属调音销。通过调整弦的张力和长度来改变弦的音高。但是调音不仅仅是让每个键产生一个特定的音调。
米切尔必须一起调节多个振动弦，以使音符之间的间隔与音阶中的间隔匹配。这些比例基于音高之间的数学关系。为了描述它们，科学家们以赫兹或每秒的振动来测量每个音调。例如，中音C上方的音符A的音高需要为440赫兹。音符B旁边的音高应约为494赫兹。
调音的挑战在于，对于每架钢琴而言，多个琴弦的相互作用是不同的。因此，米切尔必须将自己的数学技能与出色的音乐能力相结合。他必须使音高之间的所有间隔听起来正确。不论钢琴演奏者的音符组合如何，调律良好的钢琴都具有顺滑，丰富而悦耳的声音。
米切尔（Mitchell）修理钢琴时，他采用了科学家相同的检验假设的策略。他每次更改一个部分，同时保持其他所有部分不变。他补充说：“最终，凭借多年的经验，您会听到声音，并且已经很清楚哪里出了问题，对于盲人来说尤其如此。”
解决飞行问题
Lynze Price的童年梦想是成为一名宇航员。最后，她找到了一份更脚踏实地的工作：她帮助飞机安全飞行。在佛罗里达州代托纳比奇的Embry-Riddle航空大学，她获得了航空维修科学学士学位。
作为公司的航空技术员，她将对物理的热爱与对修理东西的诀窍相结合。她称自己为“飞机外科医生”。她必须诊断问题并找出解决问题的方法。
Lynze PriceLynze Price将她对科学的热爱与诀窍相结合，以确保自己照顾下的每一架飞机都安全并且可以起飞和降落。
例如，飞机天线通过屏蔽线发送或接收电信号，这些信号帮助飞机导航到目的地并与交通控制进行通信。
当天线不能正确感应机场跑道时，Price研究飞机的接线图。它显示了飞机的所有电气连接。具有高级学位的电气工程师设计了该系统。Price必须在图上找到与问题相关的导线。然后，她可以搜寻电线以修复松动的连接或其他问题。
制动阀是另一个例子。飞机的计算机系统控制着这些阀门。计算机工程师将这个系统组合在一起。当制动器出现问题时，Price利用她的故障排除技巧来找出问题所在。有时，制动器需要一个新的气门。有时候，是需要稍作调整的计算机系统。
“作为一名航空技术员，我正在做一些与工程师相同的实际工作。”Price说，“我不是坐在桌子后面并设计整个系统的人。”
照顾植物
Leslie Hunter还使用解决问题的技巧来保持系统正常运行。但是她负责的是植物，而不是飞机。她八岁时开始了自己的菜园。她的父母耕种土地，但她负责其他所有事务。
在爱荷华州的大得梅因植物园里，莱斯利·亨特（Leslie Hunter）照顾植物并设计新的花园。在这里，她刚刚摘出了一种特别大的蓟草。由莱斯利·亨特（Leslie Hunter）提供
在大学里，亨特发现了园艺。这是种植水果，蔬菜，花卉和观赏植物的科学和艺术。今天，她在爱荷华州大得梅因植物园工作。
作为她工作的一部分，亨特定期测试土壤的pH值以及诸如磷和氮等营养素的水平。她利用化学和土壤科学来决定哪种肥料最能让植物长得好，例如，许多绿叶植物更喜欢氮。但是在开花植物中，多余的磷会促进开花。
从土壤科学知识中，亨特知道常绿树、杜鹃花需要酸性土壤，pH值低于7。枫树和蝴蝶灌木丛更喜欢碱性土壤，pH值高于7。在某些花朵中，pH值甚至决定了花朵的颜色。
昆虫（昆虫学）和植物（植物学）的科学可以帮助Hunter控制花园中的害虫和杂草。这对于了解何时以及如何修剪灌木和树木也很重要。
有时，亨特在花园中测试新的植物品种。她使用遗传学来了解植物育种者如何创造这些品种。这有助于她确定它们是否可能适合得梅因。
角色扮演和榜样
在麦迪逊的埃尔弗公园，学生们让火箭尽可能地飞高，这教会了他们飞行物理学。罗帕说，这也给人一种惊奇和希望的感觉。
有些孩子永远不会忘记火箭的发射的情景。对于其他人，犯罪现场调查部门可能会将他们吸引到科学领域。
“孩子们有着极大的好奇。”罗帕说，“当一条死鱼在湖边冲刷时，请看着他们（的眼神）。”
首席侦探罗帕在一个教室里的简报室里介绍了一起可疑谋杀案。地板上有一个人体轮廓，上面有验尸报告、指纹和一些样本。（Ropa从真实报告中删除了尸体的图像，并添加了虚构的名称。）
Ropa火箭发射科学老师David Ropa（左）帮助学生发射他们在课堂上建造的火箭（下）。这就是他的七年级学生非正式学习物理原理的方式。SilkeSchmidt
学生用科学解决案件。为了了解报道的死亡时间，他们了解了心脏和肺的工作原理。他们决定如何使用样本进行DNA测试。他们弄清楚了如何将指纹和DNA结果变成可疑名单。
学生利用他们的数据对谁做以及为什么做一个假设。罗帕听取他们的辩论并捍卫他们的想法。在接下来的两个月中，他仅以首席侦探罗帕的身份回答问题。
雷恩·雷（Ryan Lei）是宾夕法尼亚州哈弗福德学院的心理学家，他说，这种榜样可以使学生对科学产生兴趣，并使他们保持对科学的兴趣。他的研究表明，教师使用的语言可以很有用。
雷说，当老师们使用这些话时，孩子们对“做科学”更加充满信心。谈论“成为科学家”实际上可能会降低他们的信心，在这个研究项目中的孩子从学龄前到小学晚期不等。
雷说，随着孩子的成长，对科学和科学家的态度通常会发生变化。影响这些态度的因素也是如此。年长的学生可能更关心成人榜样，而不是老师的语言。但是那些成年人不必是科学家，他们只需要模拟我们与生俱来的人类好奇心。
亨特说：“科学家的确是真正喜欢好奇的人，他们在工作中保持着好奇心。”
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