做成功的科学启蒙，既要教“科学知识”，也要教“怎样做科学”，为何两者缺一不可，如何让两者相辅相成，希望本文能给你一些启发。
多年来一直想写一篇文章，比较一下中美的科学启蒙教育，谈谈怎样取长补短。这次借这个美国小学的科学比赛为引子，终于把一些思考和心得写出来分享，或许对教育工作者和家长都能有一些启发。
2019年，我参观了一个美国的科学竞赛，小学生们做了很多原创的研究。
这个五年级小孩的研究得了整个学区的第一名：《WIFI辐射对植物有害吗？》国内也有很多教育类公众号报道了这条消息，并引发了很多讨论。简单地说，这个小学生想研究无线WIFI信号对植物的影响，经过12天的实验，他声称靠近WIFI路由器的那盆“快死了”，远离的那盆则“长得很好”。他得出的结论是：WIFI如他想象的一样，严重危害了植物，大家要小心家里的辐射。
我在网上开了一个物理启蒙课《无处不在的物理学，百万个为什么》，于是我把这些发到开课的群里请同学们仔细看看。我说：“首先，肯定一下这个孩子的创造性想法和努力。大家对这个结论有没有什么疑问，甚至质疑？能想到哪些问题？”群内的中小学生各抒己见：
A: WiFi真的会影响植物的生长吗？对人体也有影响吗？
B: 在种植过程中，泥土的重量要相同，土质需要一样。每次浇水的克数要相同，都放在温度相同的室内或室外，不能一盆放室外一盆放室内。因为这样会导致蒸发不一样，吸收阳光的程度也不一样。
C: 在WIFI环境下和不在WIFI环境下的光照、湿度都是一样的吗？
D: 两盆植物环境是不是不一样？一个放室内，一个放通风口什么的？还有这两盆植物离窗户的远近都相同吗？如果不相同的话那么对实验的结果也是有很大的影响的。
E: 靠近机器有光源和热的话，会不会虫子比较多，适宜病虫害的温度。
我觉得很好，大家没有白上我的课。我对他们和我指导的研究生都经常强调：设计比较型实验的时候，一定要保证其余条件都尽可能一致（不变），才能把要研究的那个条件的对应后果单独体现出来，才有可能得出有效的结论。大家都对实验条件的一致性提出了合理的怀疑，我于是提醒大家再仔细看看原作者本人的数据图表，还能发现哪些问题？
很快，同学们注意到原数据图表的重大问题：
I: 植物的重量是如何称出来的呢？从第1天到第12天植物总重量呈下降趋势，这与植物生长规律是违背的。
J: 前3天重量都一样，第4第5天重量都有增加，估计可能浇了水，称重是什么时候称的呢？如果浇了水马上称是不是表示她浇的水重量不一样。
K: 如果土壤重量、浇水量都一样，都是在室内，只是离Wi-Fi的距离远近不同的话，我认为他测量数据有问题。AB的数据是反了：植物吸收水分养分生长，应该越来越重，可是B的重量却比A少。
是啊，大家都发现了，首先“植物的重量”怎么减少了？还有数据与结论似乎有矛盾，包括八岁多的BuBu小朋友，也独立提出质疑：“为什么说远离WIFI的那盆长得好，但在图表里它的重量却低呢？”然后我提醒大家数量级的概念，那么一撮指甲盖大的小叶子大约多重？300多克大概是多少？原作者到底称的是什么？
大家纷纷反应过来：
N: 老师，他实验中植物的重量是如何测量的？是包含土壤的重量吗？
L: 称重问题怎样解决？虽然可以用总重量减去泥土和水分的重量，但水的蒸发是无法计算的。
O: 不会是称的土加上植物吧，整个过程12天不浇水吗？
I: 可能是第1天浇水之后就没有再浇过水了，然后称了整盆的总重，但这就没有考虑到盆间土壤水分蒸发的差异。
咣当！我们要锻炼批判性思维，而不是被动接受信息！即使老师说这是得了第一名的项目，即使他的图表标示这是“植物的重量”，你也要能够质疑他测量的到底是什么？
姑且不论他混淆了质量和重量的概念，重要的是，想到大半瓶矿泉水才能有300多克，你就会意识到原来他称的是整个塑料皿加上那层土。此外我们还能分析出什么呢？
R: 前4天重量一样，第5天两盆植物的重量都增加，应该在这一天有浇水，需要把两盆植物的浇水的量标示出来，后面几天两盆植物的重量出现迅速下降趋势，可能与他花盆是否挪动位置有关，与阳光的照射有关，（后者）会影响水分的蒸发。
总之，如此不严谨的实验过程和不一致的实验环境，怎么能够说明植物长得不好的原因是WIFI影响？
真正成功的科学启蒙不是提前学了多少书本知识，也不是被告知一些解题技巧和实验成功的套路，而是去经历严密的逻辑思考训练，被给予机会去反复观察，实验，思考，提问，验证，从而全方位地培养这些能力。
记得国内小学自然课讲天气记录，讲种子发芽，不过大部分的时候和思想品德课一样是全程背诵的，需要思考的很少。我记得小学时候深夜抄写和背诵塑料的定义，我记得背了名词左右心房心室后我一度误以为心脏在这四个地方轮流居住。
而我们那时的科学课，却一味地只讲“事实”（facts），讲现象，讲结论，就像详尽精准的说明文。基本没有涉及过：讨论事实与观点之间的区别，讨论怎样去寻找答案的过程，培养批判性的思维方式，训练科学的思维方式……等等。
到了中学，我有幸遇到几位很好的老师，在物理化学生物方面让我学到了范围又深又广的丰富的知识，这一点很重要，是我以后在自然科学领域能深入学习和做研究的基础。但那时候绝大多数的时间是用来“纸上谈兵”——练考题的。实验课唯一的目的是去验证书本原理的正确性，如果实验结果不吻合，要想办法凑出“理想的结果”，有很详尽的经验细节让我们严格遵循，以得到理想的结果，而不是让我们在结果的分歧中去探索和发现背后的原因。
习惯了结论先行，再去凑理想实验结果的思维，是没法在科学上做出任何新发现，解决任何新问题的。重点是：我们一直被告知，书上说的是科学本身，没有人教过“怎么做科学”。
美国的科学启蒙教育又是怎样的？首先不要迷信美国。来美近二十年，我了解到，美国的文科教育（语言，阅读，演讲，写作，哲学等等）很棒，可美国的数学教育在全球排名非常靠后，科学则一言难尽。一个现实是：在美国，直到高中毕业，物理、化学、生物都可以不是必修课。当然，想上好大学的学生常在中学选修这些功课。另一现实是：小学初中通常是一个老师教全班所有的功课。
即使如此，我还是要强调一下美国科学启蒙教育的一个非常好的思路：在小学初中没有太多具体的知识点要求，科学课的教学大纲和考试大纲都更多地强调怎样做科学。以这次的小学生科研展览比赛为例，你必须亲自研究一个属于你自己的问题。历时几个月的流程是这样的：
1、提出你想回答的问题，尽量精准明确。
2、提出你对答案的假设。
3、做背景研究和调查，了解基本的名词，相关的变量，了解常识。
4、设计实验，去验证你的假设。
5、分析数据，根据数据来判断假设是不是成立，再得到结论。
6、写科研摘要，讲清楚几大问题：这个课题是什么，为什么重要，为什么需要研究它，我具体怎么研究的，得到的结果或结论是什么。
你能意识到这些东西的重要性吗？简单地说：取长补短，中西合璧。要慧眼识珠吸取精华：不要光想着国内教育太死板，要真心珍惜那些训练基本功和积累各科知识点的机会，也不要光想着美国的教育太肤浅，瞧不起他们需要计算器算简单算术；而是要虚心学习那些培养思维方式和研究习惯的理念和方法，把探索未知的过程还给学生们。
科学启蒙有很多误区：沦为记忆背诵知识点，知其然不知其所以然，满足于知道很多显渊博的名词不知道如何深入思考和提问，习惯被动接受信息，没有批判式思维，甚至因为没有理解而根深蒂固地留下似是而非的错误印象……这些是家长和老师一定要避免的。至于说，为什么在那么多优秀的作品当中，这个漏洞百出的项目得了第一呢？它没有优点吗？首先，大家要看到它的优点：它关注了一个人人自危的问题，到底WIFI有害吗？
把这个事情弄清楚是大家都感兴趣的。另外，它的版面设计视觉上做到了有吸引力。
作为普林斯顿物理博士和从事微波十几年研究的学者，我负责任地告诉你，不用担心家里WIFI的危害。辐射这个词经常被误解，其实所谓的电磁辐射与放射性电离辐射不是一个概念。理解电磁波有害与否，要从两个角度来考虑：一个是不同波段单光子的频率和能量，一个是整体的强度（单位时间穿过单位面积的电磁波能量）。
无线电波、微波、毫米波、红外线和可见光都属于普通电磁辐射，从单个光子的角度来说，它们频率够低，光子携带的能量远不足以破坏原子或分子的结构。
关于强度，在这里引用普林斯顿大学对全校范围室内外覆盖WIFI研究的结论：新泽西州环境保护部测量了普林斯顿大学校园内无线网络发出的射频辐射水平，并确定可归因于WIFI网络的射频辐射水平通常无法检测到，即使在直接与接入点天线接触时也只测到比联邦、州和国际指南或监管限制小得多的数值。整个评估，包括直接测量传输功率和计算机建模，表明在任何情况下使用WIFI网络都不会对射频暴露给旁观者产生任何重大影响。