科技教育情报资料(2003第三期) 《2001—2005中国青少年科技活动指导纲要》实施项目总课题组 上海市青少年科技教育中心 编印 （上海岳阳路45号 邮编200031） 最紧迫的科学问题是什么？ 美国没有科技部，但却设有总统科学顾问，就重大科学问题向总统提供咨询。每年岁末，科学网站Ｅｄｇｅ．ｏｒｇ 的出版商Ｊｏｈｎ Ｂｒｏｃｋｍａｎ要向一流科学家、作家和未来学家提出一个科学方面的问题。２００２年，他向受访者提出的问题是： “什么是美国和世界面临的最紧迫的科学问题？近日的《纽约时报》发布了一些受访者所做的回答。 普林斯顿高等研究院退休物理教授Ｆｒｅｅｍａｎ Ｄｙｓｏｎ提出：实施“行星基因组测序工程” “行星基因组测序工程”用来识别和我们共同生活在这个星球上的所有数百万物种的基因组的所有片段。我们的目标是，在不到半个世纪的时间内、以与人类基因组计划相似的成本完成生物圈的测序。该工程将使我们对地球生态系统的了解有巨大增进，从而使我们能够找到保护和改善生态环境、同时又能保证经济持续高速发展的实用方法。该工程的实施还将使大气层的破坏和气候异常变化得到控制。 《摇篮中的科学家》一书作者Ａｌｉｓｏｎ Ｇｏｐｎｉｋ提出：“重视儿童和妇女的科学教育” ５岁以下的儿童和照顾他们的妇女（包括少数男人）是这个国家中最缺乏经费的科学群体，也是最需要我们支持的科学群体。这些“科学家”和“教育家”对国家基础知识体系的建设所做的贡献比任何其他群体都多。他们每年都要在物理学、生物学、数学和心理学等领域做出基础发现，同时还要确保将前辈科学家的发现传授给后辈的人们。我们需要给我们的孩子们提供所有科学家都需要的东西：午餐、适当的玩具、安全玩耍的地方、需要求解的有趣的问题等等，让他们创造一个新世界。 Ｆｏｒｅｓｉｇｈｔ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ创始人Ｅｒｉｃ Ｄｒｅｘｌｅｒ提出：“重视分子制造技术研究”美国一直在加强其在纳米技术领域的研发努力。纳米技术的名称来自希腊语中“侏儒”一词，指的是在分子尺度上进行的机械制造。基于分子制造的技术将会催生比我们今天的计算机功能强大１０亿倍的计算机系统、结构重量比今天小９８％的航天器、以及可以在显微水平上修补组织、器官和细胞的医疗器械。 分子制造将基于能够操纵和组装分子部件来制造较大产品的分子机器系统。 ＭＩＴ量子力学工程教授Ｓｅｔｈ Ｌｌｏｙｄ提出：“科学不应该过分保密” 科学研究成果除非有明显的安全风险，否则都要发表。为什么？因为科学属于人民。他们出钱让你做的研究，所以他们应从中受益。如果科学知识向所有人公开，让所有人去验证，那么科学知识所创造的利益将会非常快地增长。 新西兰堪特伯雷大学哲学系Ｄｅｎｉｓ Ｄｕｔｔｏｎ提出：“慎重对待科学预测”上个世纪７０年代，很多气候学家警告将出现一个冰期，这个冰期到２０００年将造成农业严重减产。１９７２年，美国禁止了ＤＤＴ的使用，但几年后却发现，ＤＤＴ这种杀虫剂对人类具有有害影响的证据不足。上个世纪７０年代，有人预测，到９０年代，世界上基本就没有石油了。 今天，有些科学家们仍然爱进行预测。据我所知，科学界有这样的传言：如果科学家能指出自己的研究工作有可能发现一个严重威胁或问题，他们获得政府或私人研究经费支持的可能性就会大一些。媒体也喜欢渲染和报道坏消息，同时一些非政府组织也经常就一些可怕的预测向政府施加压力。这些都是造成科学家喜欢预测未来的原因。 我们并不是要对科学时尚持愤世嫉俗的态度，而是要在对纯科学研究以及实用技术研究是否提供支持的时候要了解得足够多，以便能够做出明智的选择。 作家Ｒｕｐｅｒｔ Ｓｈｅｌｄｒａｋｅ提出：“让科学真正流行起来”如果把目前科研经费的１％用于纳税人真正感兴趣的研究，科学将会变得更加流行。也许有必要创建一个新的研究机构，其名称可以是“国家发现中心”（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ Ｃｅｎｔｅｒ）。这个中心将由一个代表广泛利益（包括非政府组织、学校和志愿者协会等）的委员会来领导。个人可以通过互联网向该中心提出建议。地方和国家组织可以向该中心游说项目。潜在的研究项目可在新闻媒体上进行讨论。这一新机构将使科学对年轻人更有吸引力，刺激他们对思考科学问题和验证科学假说的兴趣，帮助消除很多人对科学所产生的敬而远之的感觉。 （摘自《中国科普网》2003/2/17） 指给孩子什么样的科学道路？ 我们周围的环境提供了大量的学习资源，但学生在校学习的时间有限，所以有必要挑选一些科学活动推荐给学生。就通过实践获取知识而言，不同的实践主题价值并不相同。教师根据时间、地点和孩子的兴趣选择主题，当然也要考虑到他们自身的条件和兴趣。 获得真正小发现的实验 不同国家的孩子对物质世界的认识具有共同的特点，那些孩子最易于理解的知识并非总是我们认为的那些知识。 例如，人们习惯认为“地球是圆的”应当是小学掌握的知识，看上去更难理解的电的知识应当中学时才涉及。然而，知道地球是圆的，并且人不会掉到另一头去，会使孩子产生与现实相去甚远的奇妙想法：有些孩子认为人类生活在地球的内部或者半球平面上——地心引力对他们来说很难想象。同样的，很多小孩对电的认识有错误，他们以为只要将灯泡放在圆柱形电池的顶端就可发光。但是，跟我们想象的相反，只要让孩子进行一个简单的电路安装，让他学会用实际操作来解释电的运动，他就可以理解电的概念。而他对地心引力的理解则要困难得多。 所以我们不能以同样的方式引入所有的现象，孩子不会对每一个现象都有同样水平的认识。因此，应当把小学教授的概念限制在儿童能自己获得的范围之内，能通过简单的实验被孩子掌握，其他知识则留给老师以后再讲。 获得间接概念和理论 实践愉悦孩子，但不能白白进行：它应当让孩子有所发现。“动手做”要求操作中伴随着问题、假设、描述、解释，并进行实验记录，以获得真正的知识——即便只是一种间接的概念和理论。它在保持了孩子用语的同时接近科学的概念，不会对今后更准确概念的学习构成障碍。 当然间接概念有“好”、“坏”之分，如“孩子是用种子种出来的”这一想法反映了男女角色的古老比喻——男人是劳动者，女人是待种的土地。这种想法妨碍了对遗传的正确理解，说“孩子是两个半粒种子种出来的”就稍好些。 相反，某些间接概念就十分好。如从幼儿园起我们可采用不同的实验让孩子简单地接触地心引力现象：在斜板上滚动不同大小的球，孩子很快会发现与他起初想象的相反，球的大小不会造成太大的差别。这一间接理论简单，近似但无误，也不会对今后关于重力的学习（有度量单位和具体参量）构成障碍。 掌握同类现象 某些概念可以让孩子理解并同时解释几种现象，对整体情形做出预见。当然，这之前他们得逐个解释每个特别。 例如，许多孩子正确地认为燃气把锅烧热是因为给了它热量，但他们却错误地认为毛衣能发热、铁能降温。这对孩子来说是一个重要而神奇的阶段，因为他将知道这两种情况下都涉及到了热量传递，也会知道毛衣包裹的冰块不易融化，咖啡在不同容器中冷却快慢不同，这两个现象有共同之处。间接概念“热量传递”包括一系列现象，它促使孩子下一步深入学习热传导知识。 其他关于近似概念的例子：知道阳光下形成的影子和镜子中形成的像都是由光的作用产生的，对于大多数小学生来说是重要但又困难的。 这些间接概念还没能让孩子分清热量和温度的区别，也没能让他们掌握几何光学的原理，但这正是科学最重要的一面——间接概念可以对大量的同类现象做出最原始的解释。由此孩子学着用同样的术语解释这些现象，建立并测试模型，通过与同学和老师讨论得出严谨的结论。 帮助老师的好设备 各种现象不尽相同，老师应当根据标准选择科学活动推荐给孩子，比如科学的重要性标准：决定一个人个性的世界观形成过程中必须教给他正确而又基本的知识，应由科学家们确定现代人理解自然和物质的最关键的、起统一作用的知识。另外，从上面的标准又引出其他标准：孩子碰到的间接理论应具有延续性和一致性。从不同角度和层次考查同一概念，避免将不同类型的主题“串在”一起。我们不能只对老师们提出这么多的要求！他们要做的事已经够多了：关注孩子的成长过程和他的所作所为。在“启蒙”活动中遇到的困难让我们感到，不能要求老师有太多的发明，太多的个人研究，太多的专业能力。应该为他们考虑制造严谨的设备，以支持他们的工作。 （选自《法国小学科学教学实验计划》第二章，黄 颖 苏文平 安 延 译黄 颖 校） 做中学案例——“如何长时间保存冰块？” 该实验有双重目的：一方面让孩子发现毛线的隔热属性，另一方面让孩子掌握语言。孩子需要在卡片上写出如何制作棒冰。学生被问及如何在班上尽可能长时间保存冰块，他们给出不同的方法：放在比较凉快的走廊里；放在窗台上；放在阴影里；放在冷水桶里；放在恒温箱里；放在报纸里。 老师又问：冰块在哪里化得最快？回答：电炉上；阳光下；热水中；羊毛套衫里； 如何确定？回答：试试；做实验； 孩子们建议将冰块放在玻璃杯（打开或加盖）中，塑料杯中，木桶中，阴影里和太阳下。老师把建议逐条列在黑板上让孩子抄下来，并根据自己的判断编号：从融化最快的到最慢的。随后孩子们分配各自的任务和第二天实验要带的物品。第二天一进教室，他们就把冰块放在前一天选定的条件下，并注意观察。当冰块融化掉时，就到黑板上记下先后顺序。 把冰块放在冷水中的孩子十分沮丧，他们是第一个到黑板上写下编号的：这不可能！ “老师我可以再来一次吗？这水可能不够凉，我没有让水流动”。 “好的，没问题。” 两分钟后结果一样：冰块没了。 “我再来一次好吗？这次我会让水一直流的。” “好。” 可惜啊，第三块冰也化了。看来冰块在冷水中融化得很快。孩子总结说，失望但没办法：事实不容置疑。把冰块放在羊毛衫中的孩子在试验开始时十分后悔，他觉得自己肯定是最先失去冰块的人之一（另外没有任何人想跟他同组）。但一上午过去了，他的同学都到黑板上写下了编号，而他的冰块却仍好好地保存在羊毛衫中。看着别人的冰块都融化了，而自己的还完好，那学生是多么兴高采烈！随后老师要求学生将自己的判断和结果做一个对比，尤其是最快的五个和最慢的五个。 “你怎么解释？” “我们的实验不公平，我的冰块比贝尔特朗的小。” “也许教室各处的温度并不一样，我可以用温度计测一下吗？”“啊，不出我所料。” “我们没有同时开始，我没法把杯子打开，它被卡住了。” 大家决定再来一次，同样大小的冰块，同时开始，容器放在同一地点，但结果却是一样的：冰块在水中融化得快，而在毛线中保存较好。 “这真奇怪，老师，羊毛是保温的，人穿毛衣为了暖和。” 为了帮助孩子弄清原因，老师给每个人发了一杯热水和一块冰。他们观察所发生的一切，为了观察得更细致，画下了所见到的现象。在老师的耐心指导下，他们了解了杯中的对流运动和热量交换。冰块在毛衣中之所以不易融化，就是因为毛衣妨碍了热量交换。这样孩子就接触到了绝热的概念。 这次试验后，孩子们自制了一些棒冰。从那以后，他们知道了携带冰块要用毛料衣服、塑料桶甚至是恒温箱：“我给它加了双重保护，老师！” （选自《法国小学科学教学实验计划》第二章，黄 颖 苏文平 安 延 译黄 颖 校） ） 《科学》预测2003年科技界六大热点 美国《科学》杂志12月19日公布了2003年世界科技领域最值得关注的六大热点：地球表面冰盖移动状况、太阳活动与气候变化的联系、各国科研经费投入、基因组学与物种进化间的关系、一些新天文探测卫星的升空，以及反物质研究。 这份杂志在年终特刊中预测，冰川学家们正试图搞清地球上哪些冰川最有可能在温室效应下消失。目前，山地冰川、格陵兰岛及南极大陆的冰雪贮备都面临着威胁。借助卫星雷达和其他一些新型地球物理观测工具，对不断变化的地球冰盖展开监测，将有助于更好地把握全球气候的未来。 太阳活动对地球气候的影响已成为不少研究人员感兴趣的课题。他们不仅在对上个世纪全球变暖的模拟研究中，将太阳活动的微小波动作为认真考虑的因素，而且在努力识别太阳活动与气候变化间的物理联系。受太阳调节的宇宙射线会对地球云层产生何种效应，有望成为这一研究领域的突破口。 在基因组学领域，科学家们目前已拥有绝大多数主要微生物的基因组数据，越来越多的复杂生物的基因组也正得到破译，这将有助于更好地理清物种间的进化关系。人类遗传变异图谱研究以及黑猩猩基因组测序计划，将为理解人类的起源及其独特性提供更多线索。 2003年，欧美多个天文探测卫星将发射升空或开始发回观测结果，它们的观测范围都在光学波段之外，有望为天文学家们收集更多有关伽马射线、微波辐射等数据。 在反物质研究领域，反氢原子是个有力工具。2002年，科学家们首次大量制造出了低速运动的反氢原子，《科学》杂志的编辑认为，虽然2003年反氢原子研究不一定会有实质性突破，但这个领域的前景“正前所未有地光明”。 (摘自《中国公众科技网》作者毛磊) 如何让数学走近公众-来自国际数学家大会的热点话题 数学在数学家眼里是诗、是歌、是画，数学里充满了公式美、逻辑美、秩序美。数学家为数学而梦绕神牵，数学令他们痴迷陶醉。而数学在普通人心目中却常常是枯燥的代名词，数学家的形象是孤独的苦修者的形象。数学究竟该怎样在社会生活中找到自己的位置？ 数学教育缺点什么 从迈进学校大门开始，每一位学生都要与数学课相伴。在我国，数学一直被当作主课受到高度重视，特别是近几年，面对升学的压力，各地又兴起各类“奥数班”，孩子们如此这般地深陷数学“题海”之中，不知有几个人体会到了数学家们所说的数学之美？ 这几年，我国参加国际数学奥林匹克竞赛的中学生，常常能拿金牌、银牌。有人感到不解：为什么我们中学生能够取得这样的好成绩，而到了“菲尔茨奖”就不行了？实际上，那些中学阶段的数学尖子，到了大学已没有几人还在继续钻研数学。 许多专家谈到，缺少兴趣培养，是我国基础数学教育中的失误。现在的中小学数学教育，侧重在技术性训练，培养的是应试能力，鼓励的是拿了奖就是好学生，不少原本对数学很有兴趣的学生，变成了做题机器，在机械性的劳动中逐渐失去了对数学的兴趣。 在数学领域，兴趣是成功的关键。所有在数学上有所建树的人都是源于兴趣。陈省身深谙其中的真谛。在大会期间，他向参加中国少年数学论坛的孩子们赠送了一幅题词：“数学好玩”。这一充满童真语气的题词，其实包含了这位数学泰斗的良苦用心：要用孩子们最能接受的方式，将他们引领进数学的大门。 （摘自《科学教育网》） 爱因斯坦的学习方法 爱因斯坦在科学上的伟大成就，是与他及早认识自己，掌握了科学的学习方法是分不开的。爱因斯坦最突出的特点是善于根据目标的需要进行学习，使有限的的头脑空间得到充分的利用。然后把握自己的命运，凭自己的学识发挥充分的现象。他创造了高效率的定向选学法，即在学习中找出能把自己的知识引导到深处的东西，从而使他集中了力量和智慧攻克选定的目标。爱因斯坦自己说过：“我看到数学分成许多专门领域。每个领域都能耗费去我们短暂的一生。因此，我觉得自己的处境像布里丹的骡子一样，它不能决定究竟应该吃哪一捆感干草。这显然是由于我在数学领域里的直觉能力不够强，以致不能把真正带有根本性的最重要的东西与其余那些多少是可有可无的广博知识明确地区分开来……诚然，物理学也分成了各个领域，每个领域都能耗费一个人短暂的一生……可是，在这个领域里，我不久就学会了识别出那种能导致深化知识的东西，而把其他许多东西撇开不管。” 在应用知识上，爱因斯坦为了阐明相对论，专门学习了非欧几何知识。这种定向选学法，使他的立论工作得以顺利进行和正确地完成。如果爱因斯坦没有意向创立相对论，大概不会在那个时候非学非欧几何不可的。如果那时候他无目的地涉猎各门数学知识，相对论也未必能这么快就产生。 爱因斯坦认为，人不能一辈子老是盲目地学习。东抓一把西抓一把，毫无目的地堆积各种知识，是难以做出独特成果的。《死灵魂》中讲述的彼得而希加，他爱书如命，凡书皆读，却一事无成。有志于寻求知识并应用知识的人，应及早认识自己，走定向选学的路子，专注于某一项事业，吸取人类文明参观，在发挥自己的想象和潜力，那就一定会做出惊人的成绩。 （摘自《脑力训练》 作者袁劲松） |
