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我们为什么要鼓励孩子做科学实验?

来源:FutureX科学  时间:2016-12-29 10:40:55

大多数人一听实验,脑海里想到的是什么白大褂,实验室,烧杯玻璃瓶。大概都是这个样子是吧。我相信很少有人在这些地方玩过,就更不用说工作过了。那么我们都没有实验过么?肯定不是,比如小时候做一把好弹弓是不是需要实验,当然需要了,树杈选择,皮筋选择,弹丸选择,最后有个最佳组合,这都是实验得出来的经验啊。


还有比赛纸飞机,我们不断变化机翼的大小形状,机头的形状等等,这都是实验。


所谓科学实验范围很广,包括淀粉实验,发芽实验,叶绿素实验。但是,我们要细细分析的话,就会发现,这些实验好像跟实验室里科学家做的实验有些不一样。可是又说不出来哪儿不一样。


今天我们就来解决这个问题。



科学实验可以分为三类


其实科学实验可以分为三种类型,哪三种呢?

探索性实验,验证性实验,还有展示性实验。


第一类 探索性的实验

简单来说就是探索未知的实验。比如,天天晚上观察星空,这就是个实验。因为绝大多数小行星其实是天文爱好者们在自己家阳台上发现的,并不是科研机构搞的。这就是一种探索性的实验。

发现新物种什么的都可以归类为探索性的实验。


第二类 验证性的实验

我们预设了一个假说,想证明这个想法是不是对的,于是就开始做试验了。什么是假说呢,就是我们根据现有已经知道的知识提出的一个假设。这其实是科学实验的重头戏,为什么这样说,我们下面会继续解释。


第三类 演示性的实验

用实验的方法,展示科学原理。对小学生来说,这类实验最多。比如把白醋和碱面兑在一起冒泡,或者在紫甘蓝汁里加入碱面或者白醋,紫甘蓝汁液会变色,这都是展示形的实验。因为我们本来就知道,碳酸盐和酸可以反应释放二氧化碳,而花青素在酸碱度不同的时候会变色。我们只是展示了一个原理的现象,结果是我们可以预期的,或者说我们在做之前就知道会发生什么。只是为了让更多人得到或者理解这个知识才做这样子的实验。



我们为什么要做科学实验?


因为这三类实验的目的显然是不一样的,操作步骤当然也是不一样的了。


先说探索性实验。探索性的实验,就是为了探知未知的世界。比如最近特别有名的屠呦呦先生,她做的就是一种探索性的实验。为什么这样说呢?因为在她之前没人知道究竟什么药物能把疟疾完全搞定,当然屠呦呦先生也不知道。那就满世界去找,不断从各种植物,各种化合物里面找找找。如果大家去过植物化学实验室就会发现跟我们家里的厨房差不多,成天就是把植物磨碎然后又泡又煮,然后把这些汁液中的成分进行一次又分离,得到新的物质之后就拿去做实验。比如,用青蒿素溶液泡点疟原虫(当然不是泡菜那样简单),或者给得疟疾的动物注射,看看有没有用。如果没有用,那好,再继续重复这个步骤,如果找到了,那就太棒了!注意,这个过程是不断重复的。注意,重复几乎可以说是科学实验的精髓。屠呦呦先生之所以能发现青蒿素,就是因为他之前一直一直的坚持。这个筛选的工作不是一年两年,而是十年二十年,不断重复上面的工作,直到有结果。所以,真正能做科研的人至少都有一个品质,那就是韧劲。这就是探索性实验了。


然后就进入了下一阶段的实验,验证性的实验。验证性实验就是为了验证自己的想法。也就是我刚才说的假说。当然,这种实验可以在脑子里完成,被称为思想实验,比如著名的自由落体的思想实验。我们假设轻的物体落的慢,重的物体落的快,主观感觉是这样,那如何验证呢。好办,我们想一下,如果把一个木球和一个铁球绑在一起,那按理说轻的落的慢,所以木球会减慢整体的速度;但是反过来想,木球和铁球捆绑在一起又更重了,那应该是落得比铁球快,这样就出现了悖论。唯一合理的解释就是大家落的一样快。但是有些实际的实验就不能光靠想了,比如说我们要验证青蒿素是不是能够治疗疟疾,那就得找很多得疟疾的老鼠来。有的喂浓的青蒿素,有的喂稀的青蒿素,有的不喂,看看究竟有没有疗效。这就是一个实验,当然具体的操作可能很复杂,比如还有给药方式,给药时间,与其他药物的相互关系,等等。但是实验的基本模式是一样的,那就是用实际操作的方法来检验我们的想法究竟是对的,还是错的。这是实验的基础。所以说实验的假设应该是可以被验证或者验错(证伪)的。如果不符合这个条件,那就不是科学。比如说,人类是女娲用泥巴做的,这个命题就不是科学。


说到这儿,我们大致介绍了实验室里的两种常见的实验探索性的和验证性,但是这两者的界限也不是严格的。它们之间也会有交叉。比如在进行验证实验的时候,发生了意外的情况,就变成了探索其他事情的实验。这里面最著名的就是伟哥这种药物的发现。当初这种药物是为了治疗心脏病设计的,但是对心脏病的疗效并不是很好,而且还有强烈的副作用(副作用是啥我就不多说了)。敏锐的科学家发现了这种药物的新用途,就是为很多人带来了性福……这就是典型的实验类型的变化。



说完了实验室,我们再说一下家长和孩子们更关注的,接触更多的实验,演示性实验。就像我们刚才说的那样演示性实验是我们已经预知了结果的情况下来操作的实验。这样的实验,通常有很强的目的性,比如淀粉遇到碘酒变蓝,种子发芽后的向光性生长等等。这些基本上是按照我们的预期来进行的。看起来,这应该是最简单的一类实验。或者说根本就没有技术含量。其实不然,我们有很多值得思考的问题。


在家长,甚至老师在带孩子做实验的时候本身就有很强的目的性,比如我做花青素实验,那是不是加入碱性物质,紫甘蓝汁一定会变蓝。如果没有变蓝,是不是这个实验就失败了,或者我们就再来一次?很多人的选择都是再来一次,但是,这里恰恰遗漏了一个最重要的环节。大家有没有想过,这次实验为啥会失败呢?


我记得有一次,我做花青素的展示实验。结果,加了好多那个碱面然后都不变色,大家都觉得是操作有问题,但是试了两次都不行。后来就逐一排查,这才发现准备的时候,那个朋友家没有纯碱了,换成了小苏打,这一换就改变了实验的结果。小苏打的碱性远没有碱面那么强。这也是一个新的发现啊,否则那一天的实验也就那么过去了。所以,即便是展示性的实验,也有很多值得探索的问题,而不是照着条令,得到最终公认的结果,就完了,这不是实验的核心目的。



怎样带孩子一起来做实验?


其实方式有很多种,我们需要尊重孩子的意愿,如果孩子想知道酱油醋兑到可乐里是什么味道,我们不要阻止。总之,我们是引导者,而不是裁决者。这是非常非常非常重要的,千万不要扼杀孩子的好奇心。另外,父母需要做的是让孩子有安全的概念,比如不能把屋子点着了,比如不能把自己误伤了,也不能伤害别人,在这样的原则下,就让孩子们尽情去探索和验证自己的想法吧。


祝大家能享受愉快的实验过程!



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