培訓學時
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《科學課中的科學思維啟蒙——以物質科學為例》
陳征博士上海交通學院國家級化學實驗教學示范中心
本次會議采用了遠程直播培訓的新方式，可以分享一下您的體會嗎？
我認為經過此次疫情的洗禮，你們對在線網路直播的形式都比較熟悉了。這個直播的方式帶來的益處你們也都能感遭到。往年我們在一個大會室上面，不管這個大會室有多大，最多也就容納幾千人，而且一旦才能網路直播，那就可以同時成千上萬的人同時來參與，所以它的覆蓋面和影響力會遠小于原先的線下的方式，所以整體上講，經過此次疫情的洗禮，我們在壞事中也能發覺他好的一些事情，網路在線直播就是我們你們互相交流信息很有效的方法。由于他節約了好多成本，你們不須要花好多時間在路上。
另一方面，就是同時面對特別多的人，每一個人雖然都能感遭到那個環境，就是人比較少的時侯那個比較好的體驗，所以我認為從這個角度看，網路直播在未來可能是一個必不可少的，我們未來傳播的一個方法其實現下也有它的用處，面對面的交流會更便捷，這三者我認為相輔相成，未來應當是二者漸漸的互相配合，達到一個更好的療效。
在培訓會中，您報告的題目是《科學課中的科學思維啟蒙——以物質科學為例》，請您探討一下這個報告對一線班主任有哪些樣的影響？是哪些誘因使您想把自己的科學探求之路詮釋給你們呢？
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我之所以昨天以科學思維啟蒙的作為題目，而不是科學思維，這兩個的差異在哪里呢？對于小孩而言，我們曉得認知能力是隨著年紀的下降一點兒增強的，在這個過程中，對于高中階段的兒子而言，他的認知能力還在培養過程中，我們在這里雖然并不非常指出要教會兒子多少科學思維，就像不指出教會她們多少科學知識一樣。指出的是哪些？是他有這個意識，用這些方法去思索，這就是所謂啟蒙的含意。我明天分享一些內容，由于時間關系沒才能好多的展開，然而我們以化學學為例，對俺們一線班主任產生一些建議，供你們參考。
我們由于在傳統上仍然是以院長知識為主，我們教學的基本導向，也特別指出知識的內核，本身就是有關中學生的知識點把握等等物理在線北京交通大學，這種是我們很注重的，并且在明天我仍然在指出，在網路環境下，我們的背景環境發生了巨大的變化，知識點在實際應用的場景，在考試的時侯，其實中學生不能查手機，并且在實際生活當中，實際應用的場景下，你們是很容易通過搜索引擎、通過數據庫、通過網路去獲取須要的東西，所以在明天，中學生能把握的知識點，或則說能完全被他消化吸收的，我們過去覺得的把握的知識，這個知識采集的過程，他能采集到的總數相對于我們世界上的知識總數而已，實在是太小了，是不可能完成學完所有知識的這件事的，從這個角度，我希望我們在教學的過程中，院長知識其實是必不可少的，并且我把院士知識這個過程視為一個舉例說明的過程。就是我們院士的知識應當是以這個知識點為例，去讓他懂得一個哪些道理，這么這樣才有舉一反三的可能性。我們過去雖然也很指出舉一反三物理在線北京交通大學，然而最終，由于考察知識把握程度是最好考察的，才會落到這個層面上。
高中科學課，我認為在這方面有一點點空間，在哪里呢？就是高中科學課這個階段，父母也好女兒也好，還沒有這么矯飾。不像到初小學之后，由于中考的壓力就會顯得更矯飾，更關注考試，那在中學階段，兒子還是有更多的時間，父母更樂意讓兒子去培養所謂的能力。那在這個過程中，我就非常希望一線老師，一方面是你們從這個艱巨的教學工作上面抽出這么一點點時間，靜下心來想一想，梳理一下自己的思想，就是讓自己腦子里面兒，有更多的科學思維，對所院士的這門學科有更多的設計層面上的理解，之后在院長的過程中，我們可能教同樣的知識，并且稍有一點表述的不同，或則稍有一點設計的不同，還會讓兒子意識到這背后，還有一些他不曾注意的東西。如同我的分享里面舉的反例，這種都是我們很熟悉的東西，不管是物質是由原子組成，還是電和磁是一體的東西，我說這簡單到電究竟是哪些東西這件事上。當你認真思索的時侯，你會發覺天上的閃電和我們身邊的磨擦起電，這兩個現象居然是相同的本質，這件事兒本身有多么神奇。我們明天認為天經地義，我們的院長的時侯也甚少提及這種。
我們在明天教的時侯，也是認為一上來都會告訴你們天上的電、地上的電都是一回事兒，但實際上這兒邊就忽視掉了科學家在探求過程中，應當說是人類認知的一個巨大的飛越，由于在過去，閃電是哪些樣的威力？給人哪些樣的體會？我們平時的磨擦起電是哪些樣的威力？給人哪些樣的感受？在兩千多年的時間里面兒，甚至比兩千年還長的時間里，我們對天上的閃電仍然敬若神明，而生活中的磨擦起電現象，雖然常年以來你們根本就沒有在乎過。所以，我們回過回頭去看歷史，在整個電磁學的歷史上，這個磁是由于手冊在歷史上還有所應用，磨擦起電這件事兒在相當長的歷史時期里面兒，它只是古書籍里角落的一條有意思的記載，從來沒有人把它當回事兒。
直至近代科學構建上去之后，從17世紀開始我們拿計算機，之后再系統的研究。到19世紀，電子感應的構建，近200年的時間，我們這個電才有了翻天覆地的認識，所以在這個過程中，背后有什么科學思維？這思維就是科學家究竟是如何看待那些事兒，那我們還原到無知的狀態去看天上的閃電和身邊的磨擦起電的現象。從這些狀態重新領著女兒，把我們怎么認識的一步一步走一遍，在這兒邊，我們不敢保證所有的小孩都能真正理解這背后的意思，而且我想有一些小孩都會遭到啟發，完成了啟蒙。就是：問一下，假如我要想說他為何這樣呢？我就得把它們領到一塊兒，當我發覺她們有相同的效應的時侯，有這個證據，我能夠說她們可能有相同的本質，明天我們說他有相同的本質，雖然還是由于我們后續還有更深入的研究能夠說有相同的本質。
所以我的分享，我認為對一線班主任的最重要的一點就在于我們的一線班主任在面對女兒的時侯，由于我們中學科學課能教的東西，兒子能理解的東西相對來說比較淺的，這么相應的有些描述也很難描述的這么精準，這個時侯小孩都會有好多疑惑，面對女兒的疑惑的時侯。要注意不要輕易的給他“是”或者“否”的答案。由于一個兒子對這件事有疑惑的時侯，意味著他早已在思索，那這個時侯應當帶他走幾步，而不是究竟對不對，由于這樣就有可能讓他停在這個地方。我在報告中講的這個狀況，科學為何容許空白？為何不輕易給出一個答案？就是由于一旦把答案給了，那么即使真理就在前方一步之遙，你也再也不會跨出這一步。
所以我是希望對一線班主任來講，我的看法就是供你們參考。在遇見兒子問這樣問題，問一些稀奇奇特問題的，不要著急否定問題，或則肯定問題，或則給出一些簡單的答案，帶他走兩步。跟你們分享的一個很重要的緣由是我自己是學院老師，帶學院生做各類各樣的，尤其是在做創新訓練的時侯，都會發覺我們的學院生在搞創新活動時，就是對這些沒有標準答案的問題的時侯。焦慮、無從下手、完全沒有技巧。這么這件事兒我認為須要從小就抓起，等到學院生的時侯再漸漸的，這應當就是這如同體育運動一樣，該啟蒙教練教的東西就應當交給他，等到進了國家隊重現教如何打球這件事兒，就有點兒來不及了。
培養中學生的動手能力和追求科學真理的信心是極其重要的。您可以為科學班主任提供一些具有可操作性的施行建議嗎？
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我認為對于培養兒子動手能力這件事兒，最重要的一點就是讓他樂意玩，之后勇于玩。其實我們說的勇于玩的前提，要保證他的安全。就是我們要鼓勵兒子動手。最重要的是要準許兒子犯錯誤。我個人覺得，以我自己的學習和工作經歷，我認為所有的最有用的東西都是在錯誤當小學到的。就是當你背了一份說明書，從頭到尾把一個完整的實驗流程完成，常常雖然沒有學到多少東西，而且當你出了錯，去排查、找緣由的時侯，這才是真正學到的東西。所以我的建議很簡單，就是鼓勵小孩們多動手，多嘗試，錯不要緊，失敗是正常的。
科學探求的成功才是非常碰巧的，失敗是個常態。所以要鼓勵她們去探求，之后不要要求她們一定成功。就是探求，探求完了之后，把自己的感受說下來，這就是一個梳理思想的過程。假如失敗了，我們一起去嘗試找答案，找不著也沒關系，這是我的基本的一個理念。由于我自己的經驗就是，例如說像我們不管是做實驗也好，還是設計一個裝置也好。假如不出錯，做完之后是沒有哪些體會，說實話你也沒有太多提升，而且出錯，然后跟那種錯誤斗爭的過程，我這輩子我感覺我這一多半的本質是摔跟頭過程中、是出錯的過程、是找問題的過程小學到的。
這些我認為是一個非常實際的建議，就是讓小孩試，錯事沒關系，引導她們如何面對錯誤，這就是最重要的，而不是說“你做的最好，你做的最快”。這個值得鼓勵，而且我覺得如何面對錯誤這個是最重要的，這個裝置出了問題，你的實驗不順利，你能不能從不順利當中找到緣由？這才是重要的。
可以簡單談一下您對未來科學公路發展的展望嗎？在未來，您都會進行什么科學探究呢？對于實際應用將有如何的意義？
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我自己是光學出身，而且那些年研究這塊兒做的并不多。那些年我認為更多的精力放到了教數學。之后把這個更多的時間挪到了去做更多的實驗，之后讓更多人了解我們，把更多精力放到了這個角度，所以科研這塊我認為明年實際上沒有沒有太多的工作，去年最主要的精力還是置于科學教育相關的，這方面我們必需要考慮要面對的幾個深刻的改革，一個是網路信息化給我們帶來的整個人類的認知模式的新的變化，我們過去是處在知識短缺時代，我們一切以追求知識為源動力。在明天，知識的獲取太容易了，造成整個這些傳統的模式可能要重新檢討，由于明天我們的工具實在是太多了，可是我說這個的意思并不是我們舍棄工具使用的訓練，例如說有估算器，我們就不練1+1了，然而要注意我們這種訓練不是要把人訓練成計算機，而是須要訓練如何思索，這是第一。
之后就是我自己所在的一種領域，尤其是化學實驗領域，未來我們還是希望更多的人還能真正通過做實驗來接觸化學這一學科，而不是通過書本。化學是一門靠手來學的學問，我那些年很旨在于去做這件事，設計各類各樣的實驗，讓小孩才能動手來做，只有他親自動手做，他才對這學科產生深刻的理解，如同我們在分享活動上面，我們最后做了幾個小實驗，都是極其簡單的東西，尤其是來自于的那種觸電的小實驗，從我自己在教學的這個領域的應用來看，會給人留下深刻的印象，這就是所謂的體驗，就要體驗身體的經驗。這么通過身體才能把科學現象刻在腦海里，這時侯他再回頭去討論相關的數學，例如說力的時侯，都會顯得直接，而不是對著書本“靜電放電形成火花”還不如我背首詩，我背一首詩還有格律。對著這樣無趣的文字，認為能本事下脾氣把它讀出來就早已是很不容易的事情，并且讓他去體會一下，回過頭來再講道理，這個人的這個狀態會有所不同。
對于整個數學學科的發展，我認為現今我們實際上早已卡在基礎這塊，基礎的名子卡了許久，我們實際上你看基本數學體系完善上去，基本數學理論構建上去，從上世紀30年代相關規則都早已幾乎就已然達到了高峰，如今是21世紀20年代，我們早已進入了21世紀的第三個六年了，馬上2021年，一晃八九六年過去了，雖然基礎理論沒有太多突破，我們以為科技進步特別快，技術應用方面確實是這樣，但基礎科學，我希望基礎科學這方面我們有一些真正的革命性的突破。例如說引力究竟是如何形成的。數學學里更多的研究的是我們世界邊界，在這個邊界上面你們怎樣更小巧，更巧妙的運用讓我們生活顯得更好，這種其他工程技術領域的解決問題，我們數學學沒有太多的關注那些事情，那就是我們希望人類的認知邊界能在往外擴一點，如今我們還是這個田螺殼里做道場，在我們已把握的這兒面盡可能優化，數學學還是希望能把這個殼體再往外擴一點。
可以分享一下您在科學研究中所遵循的理念嗎？
我仍然遵循著一個理念，今天我最后當然也分享了這句話。就是我們教科學的，讓兒子起碼應當構建這樣一個意識，就是科學是求真的。在實際在操作的過程中，就是拿證據說話，用數據說話。所有跟科學有關的東西，你就記住一條，請告訴我如何檢測？請給我實驗數據，沒有這個東西，僅憑自己的好惡去判定一件事，我們明天社會上好多爭辯在科學家眼中就認為意義不太大，問題出在哪？就出在這。就是你們都僅憑自己的主觀好惡說事，而不是這件事本身是怎樣樣。
所以我認為我們的女兒從小應當構建一個概念，就是從科學的角度討論問題，我們只討論哪些是真的，這么請拿證據說話，判別一件事是不是對的，原則就是檢測和數據。我們在做實驗的過程中，在教學的過程中，這一點是重中之重，這是我們首先應當扎根于內心的基本的理念。
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