中國有句俗話：“學好數理化，走遍天下都不怕。”一直以來，數理化作為基礎學科對于國家建設和個人發展的重要性不言而喻。然而，很多人對于這些科目的態度卻始終感覺“愛不起來”。原因在于這些學科都需要大腦進行復雜的邏輯思維、抽象思維，比起簡單直觀地重復似乎要難得多。

圖源：Ousa Chea, via Unsplash

這種“畏難情緒”不僅僅出現在當代年輕人身上，也不僅僅只是流傳在中國人之間。對于數理化的“怕”可謂不分國界。2018年，美國公共廣播電視網（PBS）播出的節目中有個片段，展示了一名幼兒園教師的“尷尬”：孩子們好奇心非常旺盛，常常會提出一些老師們也答不上來的問題，這種因為科學知識儲備不足產生的“權威沖擊”，或者不知道該如何用淺顯易懂的語言解釋相對深奧問題的“難看”，讓老師們對數理化等STEM課程的教學產生了焦慮感。

“師傅領進門，修行在個人”。若是從師傅開始，就對數理化有著畏懼與焦慮，那么在教學過程中，這種感覺難免會在不經意之間流露出來。有研究表明，教師對科學的態度直接影響到學生的學習興趣和發展。當教師自身對科學缺乏自信或持有負面態度時，這種情緒會潛移默化地傳遞給學生。例如，在某些課堂上，教師可能會無意中傳達出“女生不適合學數學”或“男生更擅長物理”的觀念，從而限制了部分學生在科學領域的發展潛力。

但實際上，教師們的個人體驗和情緒還在其次，整個教育體系的出發點可能才是問題的關鍵：在兒童科學教育中，我們對孩子心智的錯誤認識導致更喜歡采取灌輸—考察的模式，而這種評估方式往往助長了他們的“無能感”，進而使他們對科學產生消極態度。當前，早期科學教育的重點大多集中在學習名稱、顯著屬性和分類上。雖然我們可能會討論因果關系，但很少為孩子提供“普遍適用的分析方法”來幫助他們解讀世界，相反，因果關系通常被簡化為一些呆板的概念，例如“動物適應環境”“動植物需要能量”或“原因先于結果”。許多教學內容局限于科學過程的表面，如測量、分類和排序，而其他課程則年復一年地強調“證據”的重要性，而很少解釋為什么。

然而，許多孩子最想了解的科學知識——如何解釋事物的那些可被觀察到的屬性及其內在原因——卻被剝奪了。40年前，心理學家瑪格麗特·唐納森、芭芭拉·蒂扎德和馬丁·休斯在研究學生興趣喪失的原因時，反復指出傳統課堂如何將兒童與成人之間以好奇為導向的互動提問，轉變為以應試為導向的問答模式。教師通常直接向孩子提問，以檢查他們是否記住了某些事實。結果就是，孩子們逐漸失去了提問的興趣——和書上寫的一樣，有什么好問的。

傳統私塾三字經：念背打

與此相反，當采用基于解釋的教學方法時，孩子們會獲得一種掌控感。孩子們能夠利用學到的知識建構出一種自己能夠理解的解釋模式，并且通過尋找更多的專業知識來豐富其內容。相互關聯的因果關系有助于在回憶中相互支持，從而更快速、靈活且令人滿意地解決問題和創新。

例如，在講解狼的特征時，除了列出其外貌特征，還可以解釋這些特征如何支持其捕獵行為：朝前的眼睛和耳朵幫助定位獵物，鋒利的爪子和牙齒用于捕捉和撕咬，增強的嗅覺和視覺能力幫助追蹤獵物，短距離沖刺速度可達60公里\小時，使其能夠迅速接近目標，而強大的下顎則確保獵物無法逃脫。更進一步，可以解釋這些特征如何因果相互作用，形成一套完整的捕獵機制，幫助它生存下來。

圖源：pixabay.com

一些想要做出改變的教師會嘗試完全不同的方式來推進教學活動。一位負責一到六年級科學課程的教師格特魯德·亨尼西修女與學生一起創作故事，將他們的學習與自我意識聯系起來。通過培養這種元認知，她幫助學生理解科學知識不斷發展的本質，以及它如何通過討論、提問和探索而改變。格特魯德修女希望孩子們能夠清晰地表達自己的想法，并解釋為什么支持這些觀點，并且學會如何在得出結論的同時，承認自己的觀點依然存在局限性和弱點，以及這些觀點在哪些方面可能缺乏內在連貫性。到了六年級，她的學生談論科學的方式已經與大學生很像了。一位跟著她學習了六年的六年級學生曾寫過這樣一段話：

“過去，我認為桌上的書只受到一種力，那就是重力。我看不出其他物體對它產生的反作用力。然而，我的想法已經改變了。修女幫助我理解了宏觀和微觀層面的區別。我開始以不同的方式看待桌上的書——去年我從宏觀層面思考，而今年我關注的是分子層面。當我終于想通時，我可以從不同角度看待事物。我發現，我可以毫不費力地思考兩種平衡的力，而不僅僅是重力對書的作用。現在，我到處都能看到平衡的力！平衡的力是產生恒定速度所必需的。桌上的書速度為零，這意味著它的速度穩定為零。我的思維已經擴展到更復雜的想法！”

格特魯德修女和研究該班級的學者一致認為，這樣的認識能力對她班上的孩子們來說是一種平均水準，而不僅僅是少數“天才”的表現。她成功地讓幾乎所有學生都意識到改變信念的樂趣，使他們能夠“無處不在”地看到新事物。

圖源：pixabay.com

另一個例子是杰西·奈特，他負責四至八年級的學生的科學課。奈特先生的課堂總是充滿活力和樂趣，每堂課都像一場戲劇表演。他大部分時間都在講課，但隨時可能向任何學生提問，要求他們用自己的話解釋某種現象或機制。與格特魯德修女一樣，他全神貫注地與每個學生交流，實時掌握他們對基本概念的理解。奈特先生的課程巧妙地將歷史知識融入其中，通過歷史故事解釋科學原理，使內容更易理解和記憶。例如，在講解內燃機的工作原理時，他從化學能的概念開始，解釋了能量如何通過化學反應釋放，并追溯到公元1000年左右中國人如何發明火藥。他通過幽默的故事和課堂實驗，生動地展示了火藥的威力，并引導我們思考如何以更可控的方式利用能量做功，例如為汽車提供動力。奈特先生的課程不僅涵蓋了科學原理，還展示了失敗在科學進步中的重要性。他通過歷史敘述，將復雜的科學概念與學生的日常生活聯系起來，使學習變得有趣且有意義。

哈佛大學前校長詹姆斯·布萊恩特·科南特也曾通過歷史方法教授科學，強調發現過程的重要性。科學教育學者也認為這種方法在從大學到小學的各個階段都具有價值。歷史敘述不僅增強了學生對概念變化和科學本質的理解，還激發了他們的內在興趣。

要讓科學教育真正激發孩子的好奇心和探索欲，我們需要從根本上改變教學方式，從單純的知識傳授轉向能力培養和思維訓練。歷史敘述、基于解釋的教學方法以及教師的謙遜態度，都是推動科學教育進步的關鍵。只有這樣，我們才能打破對科學的恐懼，培養出更多具有科學素養和社會責任感的新時代人才。

參考文獻：

https://thereader.mitpress.mit.edu/when-teachers-dread-science-students-suffer/