刘默耕的科学教育思想——自然课到底是干什么的？
刘默耕
简单说来，自然课的任务是对儿童进行科学启蒙教育。教育孩子们从小爱科学、学科学、用科学。
通常大家讲的科学，指的是那些书本，那些前人积累下来的一套套的知识，这个理解并不全面。那些"系统的科学知识"，只能讲是科学成果，科学遗产。科学，除了这些之外，还应当包括获得这些知识的过程。比如说，植物学，不仅指那些积累下的植物学著作，还应当包括现在正在进行的对植物的生理、资源、遗传和变异等等课题的研究过程；天文学，应当包括每日每时对宇宙星空的观察和探索，对天体运动规律的研究和计算，对行星探测器送回来的数据进行分析和处理等等。我们的自然教学大纲，就是把科学当成一个过程，一个实践来对待的。让孩子们爱科学、学科学、用科学，就是要让孩子们热爱大自然，喜欢到自然界去观察、分析、探究，从小学会进行科学实验的本领。
我们的新大纲和新教材上，第一性的教材不是课本，不是读书，而是引导孩子们自己去探索自然界的规律。用一个词来概括，就是教孩子们"搞科学"。自然课就是教孩子们"搞科学"。这个"搞"字，既包括读书，接受前人的科学成果，更重要的是让孩子们在实践中学到探究科学规律的本领。
地球的历史有四十多亿年，从单细胞生物进化到人，大约要经过三十亿年。而今天，在母亲的子宫里，只要280天就可以完成这个过程。婴儿刚生下来，只有猿猴的智力水平。两年到三年后，会说话，会走路，学会简单的生活自理，他就超过了猿猴的水平。在人类历史上，从猿到人却要经过几十万年哩！人学会用火，有五十万年的历史，懂得燃烧的本质却只有200年。科学往往要经过几千年、几百年、几十年，经过若干代人的努力，才能取得某个成就。
我们的小学科学教育，就是要在老师的精心指导下，在正确的教育思想和教学方法干预下，让孩子们在40分钟内跨越人类几千年、几百年的科学过程。我们要让他们自己去经历、去探索，而不是单纯灌输给他前人积累的现咸的知识，要让他在这个过程中爱上科学，迷上科学，把他们的思维，引向广阔的天地，这样，我们的智力开发就会前途无量。
当然，孩子们"搞科学"，跟幼儿学会走路、穿衣、吃饭一样，有个幼稚过程，开始不可能那么精确、严密、整齐划一。他讲的话，想的主意，都可能是奇奇怪怪，抓不住要领的；也可能是漫无边际，甚至错误的。这时候怎么办？是鼓励他、引导他，还是斥责他、制止他，甚至索性让他去把"正确的"结论背下来呢？
中国有句古话："诗从胡说起"。搞科学也是从"胡搞"开始，"胡想"、"胡说"、"胡做"。看看人类的科学史，最早的"科学"不是胡想吗？不是很幼稚吗？"燃素说"统治了几百年，炼金术开拓了最早期的化学活动，成熟的、正确的科学成果不正是从这些错误的、幼稚的阶段脱胎而来吗？过去人类认为，太阳绕着地球转。哥白尼说，是地球绕着太阳转。为了宣传这个真理，布鲁诺牺牲在罗马的鲜花广场。科学家进行的研究，在没有成功之前，都只能是"假想"、"假说"；也可能就是"胡想"、"胡说"。在没有掌握科学规律之前，必须反复试验。
科学家尚且如此，科学的结论尚且不断在修正，怎么能要求小孩子"搞科学"一步登天呢？因此，我们要以赞赏的、鼓励的眼光去看待孩子们"搞科学"的幼稚行动，要"见微而知著"，从幼稚的举动中看到伟大的科学真理的萌芽。
有一个学生，坚持记了一年的自然日记。他发现太阳高度的变化是有规律的，有一个节气前后连续几天是阴天，观察不到太阳高度，他就根据太阳高度变化的规律估计了一个数值补进去。这个举动很幼稚，可是很不简单哩！要知道这是科学研究中处理数据的"内插法"、"外推法"，是大学工程数学的内容呵！这个孩子在"搞科学"中，居然接近了现代科学思想。
小仲马有一句艺术性的语言："小孩是小的，而他却包含着成年人；头脑是狭小的，而它却隐藏着思想；眼睛只是一个小点，它却能环视辽阔的天地。"
我们的自然课就是要充分开发学生的智力，要解放小孩子的脑、思想、手、脚、嘴和时间，要给孩子们创造条件，让他们胜过你。陶行知说："如果不解放孩子，我们的民族要毁的。"自然课就是要通过老师的努力和再创造，把孩子们本能的对自然界的好奇心，孩子们本能的探究反射和收集欲，引导到科学的道路上来，引导到对科学的热爱上来，要千方百计让孩子们去热爱科学，喜欢科学，有了这种热爱，就有了将来的一切。
刘默耕的科学教育思想——良好的科学基础启蒙教育对未来的积极影响
有人说，小学自然课里教的，好像是些娃娃游戏似的东西，知识是粗线条的，不完整的，是不大管用的，将来要重学的。那何必要费这么大劲去教呢？干脆让他长到20岁时，一下子去学高级精密的科学概念不好吗？这里就涉及到科学启蒙教育的必要性和重要性的问题。
从生物进化的历史来说，从单细胞进化到人，经历了三十亿年的漫长过程。现在在母体内完成这个过程却只要280天。但是，现代人的受精卵如果得不到适当的环境、条件，如果没有母体子宫的十月怀胎，尽管它是有良好的遗传素质，也不可能变成人。
婴儿出生时是很软弱的，能力和智力甚至比小鸡还差。。1、鸡刚出壳，就会用小爪子刨土找食吃，就会走、会跑，而婴儿只会啼哭和吸吮乳头。然而，人的遗传基因和生物基础，经过几十万年的进化，已经决定了他的发展将远远超出一切动物。在人类社会中成长的婴儿，3岁之后，智力和手的发展就胜过了动物界的骄子大猩猩。成年人作为万物之灵，已经能探测遥远的星系，能洞察微观世界的奥妙，能"呼风唤雨"，能移山填海。这一切都有一个重要的前题--社会环境的影响，教育的成果。人的遗传基因如果得不到适当的环境和条件，它也发展不起来。
比如，人是能直立行走的，自由地独立的行走，两只手完全解放出来，两岁的孩子就会。但设想有一个婴儿，从出生起就总让他躺着，抱着或背着，不让他下地，到2岁，甚至5岁，把他放到地上，他会走吗？肯定不会。
又比如，人是会讲话的，2岁就能说简单的句子，4岁就可以讲比较连贯的话了。这说明人的听力、语言能力和理解能力，已经成为遗传因素包含在他的遗传物质里面，人具备掌握语言的先决条件。但这仅仅是个可能性，语言的学习要靠后天的环境影响。先天耳聋的人，不仅2周岁、4周岁不会讲话，20岁也不会讲话，刚出生便与人类社会隔绝的儿童，也学不会人类的语言。
1920年，印度发现两个狼孩，大的七八岁，小的两岁左右，取名为卡玛拉和阿玛拉。她们在狼群中长大，只会像狼一样车叫和爬行。阿玛拉于两年后死去，卡玛拉经过人们长达7年的艰苦的教育，才勉强学会了直立行走，能听懂几个简单的句于，总共不过学会了45个单词，根本不会讲话。死时17岁，智力只有4岁女孩的水平。
为什么这个孩子经过那样努力的教育，仍然不能发展得和正常人一样呢？因为她在野兽身边度过了人类智力发展的最重要和最关键的婴幼儿时期，这个损失是不可弥补的。从科学思维和科学能力的发展来讲，早期教育的重要作用更是不可估量的。爱尔维修讲过：即使是普通的孩子，只要教育得法，也会成为不平凡的人。反之，如果没有适当的教育，如果没有良好的社会、环境因素作用于他，如果不给他创造发展的条件，那么，即使是天才的幼苗，也只能成为普通人。我们的小学自然课，看来浅显，好像游戏，实际上却是给孩子们创造发展的条件，让他们去经历科学发展史上几千年的进程，没有这个教育过程，他的先天的遗传素质就发展不起来，天才的火花就不会迸射。许多事实证明：早期的启蒙教育奠定了良好的基础，以后的教育就会取得出色的成效。早期的启蒙教育没有搞好，以后是吃力不讨好。
从科学教育的角度讲，尽管小学自然课做的是些娃娃游戏的东西，学的东西许多是古典的，甚至是原始的，但它在一定程度上，是在重复人类几千年的科学发展史和认识能力发展史。这就是给孩子们创造条件，给他们施加教育，让他们在短短的几十分钟内，走过人类科学发展史上的几十年、几百年，这就是科学启蒙教育的伟大意义。如果我们不把这个基础打好，不让孩子的智力和能力得到良好的发展，或者基础教育不进行科学教育，那就相当于小孩失学，不认字，到了成人再去扫盲。而扫科盲比扫文盲又不知要困难多少倍！
几千年科学活动的创造成就，在不同水平上向人们提供了对客观世界中各科自然规律的认识，同时又把一种令人赏心悦目的和谐的世界图景贡献给人类。在科学史上的每一个阶段，都可以找到出自科学家之手的美的创造。一项项发现。发明，就如珍贵的艺术品陈列在人类历史的大厦中。"对不辨音律的耳朵来说，最美的音乐也毫无意义。"不同的人具有不同水平的艺术美的鉴赏力，也有不同水平的科学关的鉴赏力。前者决定于人的艺术素养，后者取决于人们的科学素养。
我们民族的科学素养，在很大程度上，要靠小学阶段良好的科学教育。让儿童们在自然课上"经历人类几千年科学发展的进程"，领略到人类创造实践的美，科学的美，从而在他们的心目中引起强烈的献身科学的激情和创造的冲动。这正是千千万万科学家成才的开端。在"形状和承受力"这一课里，我们看到孩子们在完美的圆筒形"建筑"面前全神贯注着，当老师把所有的大小木块全部加到这个圆柱的顶端时，孩子们情不自禁地欢呼雀跃。谁能知道，这不会是一个伟大的建筑师、一个伟大的设计师成长的开始呢？
良好的科学启蒙教育对未来有着积极的影响，而不好的、不得法的基础科学教育也就从相反方面潜伏了深远的不良影响，这方面也大有例子可举。比如说，我们天天学习马列主义，反对教条主义和主观主义，可是总也反不掉。谁也没去学过主观主义、教条主义，谁也没把它当成经典去贯彻，而它就像天生的一样很难摆脱。天天学的不易立起来，天天反的又反不掉，原因在哪儿呢？就是由于我们几千年的教育就是教条主义、本本主义、唯上唯书。这种影响深到什么程度？深到几乎成为一种下意识的本能，甚至有时接近真理了都会交臂而过。
比如试教《自然》第一册"水的蒸发和沸腾"这一课，老师给孩子们每人一杯水，两支温度计，让他们一支测气温，一支测水温，然后让孩子们猜一猜，从水中拿出的温度计会有什么变化。因为气温比水温高，大多数孩子都说水银柱会上升；少数说不变，因为他们在测量温度的实验中发现，温度计的变化需要时间。没有一个孩子说水银柱会下降的。等他们把温度计一提出来，怪了，所有的温度计上水银柱都下降了。孩子们都惊讶了，开始了热烈的讨论和研究。是温度计坏了吗？没有呀！是气温变了吗？可另一支温度计没变化！想来想去，试来试去，孩子们已经发现：怪事的发生和温度计沾上了水有关系。这时完全可以由孩子们发现真理：事实告诉我们，水蒸发带走了热。可是老师呢，他这时说："大家知道为什么吗？去翻书吧，书上告诉我们：水蒸发带走了热。"真遗憾呵！唯上唯书已经成了习惯，习惯成自然，不习惯从事实得出结论，没有养成辩证唯物主义的思维习惯。这一课的前半节上得很好，下面又回到老路上去了。
我们的新大纲，新的小学自然教学法和传统的旧教法不同的，正是它强调要从事实得出结论，不是从理论出发，从概念出发，不是先灌输给你什么科学结论，再用这个结论去套自然界，去强加于自然界。新的教学方法和教学思想，是让孩子们从小养成良好的习惯，不迷信、不教条，从事实出发，对科学规律进行探究研讨。这就是我们启蒙教育的重要内容。将来到了中学、大学，当然要读书，而且要大量读书，去获取知识，但是他有了，小学阶段对大自然的丰富的感性认识，有了对科学的追求和热爱，有了辩证唯物主义的思想方法，有了好习惯（这些通过我们的科学启蒙教育，已经不知不觉地成了他的思维方法，成了他的世界现）。他再去读书时，就不会主观主义、教条主义地生吞活剥。而会分析、思考，用实践去检验，他就会有变革的思想和勇子创新的精神。这就是成为一个优秀的科技工作者不可缺少的素质。
人类从脱离野蛮时代以来，在认识上，在大脑的发展上，都有了长足的进步。已经成为我们的遗传因素一代一代传下来了。现在的小孩比我们小时候，不知要聪明多少倍。良好的教育能使他内在的因素得到惊人的发展，智力开发能创造出千百个科学巨人，不知会涌现出多少优秀的人才。而相反的，用错误的方法去教育他，他的良好因素就被抑制，天才的火花就会被扑灭。因此，科学基础启蒙教育开好头，带好路，带对方向，非常非常重要，差之毫厘，失之千里。
正确的教学路线，良好的科学启蒙教育，关系到一代代科学人才的成长，关系到我们民族的国家的荣辱兴衰，因此，是一件极有意义的大事。
刘默耕的科学教育思想——小学阶段科学教育要达到什么程度
小学整个阶段，从知识水平讲，大体上只能发展到前概念水平，还达不到概念水平。那么，什么叫前概念水平呢？美国哈佛大学教授兰本达在北师大的演讲中，引用苏联唯物主又心理学家维果茨基的论述，把人们自然概念的形成分为四个发展阶段。第一阶段，最低水平，称之为"混合思维"。第二阶段，是小学儿童的年龄特征，称为"复合思维"。第三阶段，前概念思维。第四阶段，概念思维。概念思维一般要到青春期才能很好发育。所谓"概念"，兰本达说，是指"一个抽象和另一个抽象的联系，没有具体的东西做参照。"比如说，"光合作用是一个过程，通过它，植物用太阳的辐射能制造碳水化合物。"这里是两个抽象--"辐射能"和"碳水化合物"的联系。
在前概念思维中，儿童虽然开始学习抽象的专门名词，比如"光合作用"，而且也能正确地使用这些名词，但在他们表述的语句中，往往夹杂着具体的东西做参照物。例如，前概念思维水平的儿童说："在光合作用中，植物用太阳的能做成淀粉和糖。"
概念思维水平属理性认识的阶段，而复合思维则可以说是感性认识阶段。前概念思维就介于这两者之间，但基本上还是感性认识，或者说更偏于感性认识。人的认识总是从感性认识上升到理性认识的，这中间并没有一条截然的界限，而是一个从量变到质变，从渐变到突变的过程。前概念思维中，有一定成分的理性认识，但更多的是感性认识。整个小学阶段就达到这么一个程度。大纲上讲的恰当地掌握程度、分量，留有余地，也就是这个意思，当然，我们不排斥有个别智力特别好的学生到达概念思维的水平，也允许有些智力差的孩子停留在感性认识阶段。
例如我们过去的（自然常识）教材里讲水，要定义国体、液体、气体这三个概念，什么是固体呢？--有一定形状、有一定体积的物体；什么是液体呢？--没有一定形状，有一定体积的物体；什么是气体呢？--没有一定形状，也没有一定体积的物体。这真是"一个抽象和另一个抽象的联系"，是纯理性认识，是概念思维水平。要知道，"形状"本身，就是一个抽去了具体的个性，概括了一切物体共性的大概念。让孩子们死记硬背这几句话，他们可以做到，但真正理解了多少呢？何况对于概念思维来说，这样的定义还远不是精确的、严密的。
我们现在的《自然》教材，一开始就让孩子们去接触实际的水，去闻、去看、去摸、去尝，通过他自己的感官输入信息。如果不要求用语言表达，两三岁的孩子都知道什么是水，他在玩水中获得了感性认识，那是纯感性认识水平。我们介乎这两者之间，就要在孩子们亲身体会的基础上，引入几个名词来称呼它，如形状、味道、气味，还要让他们辨别有没有气味，有没有味道。最后引入一个概念：像水这样的就是液体。这是"夹杂着具体参照物"的概念，不是纯理性认识的概念，没有抽象的定义。通过他亲身的感受，他认识了水，也知道了什么是液体，以后见到液体，他就会这样来称呼，听惯说惯，如此而已。这就是新教材要求达到的前概念水平。也就是小学阶段的科学教育从知识水平上所达到的程度。
有人说，连定义和概念都背不下来，那学了半天，落下点什么知识呢？在这儿，我们要破除对"知识"的偏见，知识并不只是那些死条条，正如科学并不只是那一套套的书一样。知识也包括孩子们在实践中获得的丰富的感受，包括他们从中领略到的只可意会，不可言传的妙处。一个孩子从亲身感受中明白了什么是液体，尽管背不出那个定义，却决不会把"液体"这个词用错，在他成长、学习的过程中，这个词从感性到理性，不断深化、精密，直到用分子运动与分子结构的概念来解释。而另一个只会背下"液体"的定义的孩子，却极有可能在实践中弄错，因为"形状"、"体积"这些概念他还不甚了然呢。更进一步说，这个孩子的记忆如果不大牢固，他的这些关于固体、液体和气体的粗糙的概念还会和中学、大学里学习的更精确，更严密的概念打架，使他不得其益，反受其累。
因此，我们新的大纲里讲，要用生动具体的知识来武装儿童的头脑，就是指的这一点。没有亲身的感受，背下来的'知识"是不牢靠的。
前概念水平，是不是就是原始的、低级的科学水平呢？也不是。用一句话来概括，叫做："行虽微而旨趣远，出虽浅而寓意深。"
1 978年，我们在北京香山编写教材时，邓小平同志指示：要用现代先进的科学技术知识充实中小学教学内容。当时我们的理解很肤浅，认为把最新出来的科技成果写进去就是了，因此在《自然常识》书中，装进了超声波、红外线、X射线，仿生学等等内容，既讲不细，又讲不清，好像"天书"。
通过这一轮自然教材的编写，我们悟出了一点：要通过那些通俗浅显、方便易得的东西，促使孩子们去探究、去钻研。从中渗透现代的、先进的科学方法和科学思想，寓有深意，这才能对未来的科学人才的成长施加良好的深远影响。
例如"观察空气的存在"这个小实验，让孩子们把空杯子压进水里，然后倾斜杯子，水把空气赶出来，冒出了一串串气泡。这个实验很简单，可是大有深意哩！用看不见的甲物体去搅动看得见的动物体，"呵，冒泡了！看见了！"研究基本粒子的威尔逊云空、气泡室，不也是同样的原理吗？不过，气泡室里装的不是水，是液态气，高能粒子穿过，就会产生气泡，用高速摄影机拍下来，可以研究这些看不见的基本粒子的径迹。我们的小实验和那个大装置在本质上并无不同。孩子们今天会用这个办法来观察空气，将来就会研究高能物理。让孩子们从小就受到现代科学方法的训练和培养，这就是我们的编写意图。
我们也不反对老师给孩子们讲讲最新的知识，讲讲现代的科技新闻，比如阿波罗登月啦，旅行者2号探测土星、木星啦，人体器官移植啦，等等。就是书上没有。也可以当个消息讲给学生听，开阔他们的眼界，激发他们探究科学的兴趣、但是科学基础启蒙教育更多地是考虑感性的东西，要通过各种感官大量地给孩子们输入信息。孩子的大脑犹如一个空的存贮器，140亿个脑细胞，可以存贮三千亿个信息，几乎和银河系的星星一般多呵！潜力无穷！基础是感性认识，为了统帅这些感性认识，也要引入一定的科学概念，比如"动物"、"植物"，他学会了就会用来称呼千千万万个这一类的东西。有了"液体"这个词，他可以把酒精、牛奶、煤油、水银等等都称之为液体。又如"果实"的概念，日常生活中已经形成，但不完整，老师给他提高点、扩大点，让他学会区别什么是果实，什么不是果实。这就是我们讲的"前概念思维水平"的含义。这是从知识水平的角度来讲的。
至于能力发展方面，可以说是无止境的。在良好的教育下，孩子们的聪明才智会充分发挥出来。他们的"探究"和"研究"常常会得出令人惊叹的结果，尽管孩子们还不懂，但那是有可能接近现代科学水平，可以与大学生、研究生们媲美的呵！比如前面曾提到的那位学生，在观测太阳高度的活动中不自觉地使用了现代工程数学的"内插法"、"外推法"；一位二年级学生"设计"出从未见过的开关桥、吊桥；某些学生在测算蚂蚁奔跑速度中，自己想出来了测不规则曲线长度的办法。从能力的角度讲，真是八仙过海，各显神通，群星灿烂，美不胜收。我们希望老师们源于教材，高于教材，为学生创造良好的条件，良好的环境，发展他们的才能，也许就能在你的班上成长出一个爱因斯坦来。
