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。

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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。

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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?，F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。

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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?？茖W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/