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去年， 我的教室壞了好幾個自動削鉛筆機， 琢磨了好久也不知道怎麼修好。 結果有一天我的學生Ethan跑過來：“楊老師， 你把你壞了的削鉛筆機給我吧！ 我想好好研究！”
反正我也不會修， 我就給了他兩個壞了的削鉛筆機。 別說， 這娃還挺會廢物利用， 過了半個月， 他給我拿來一個修好的削鉛筆機， 我問他：“你怎麼修好的？”
他神神秘秘地拿出一個展板， 這是我的另外一個削鉛筆機， 他居然把它的每一個部件拆開，
他得意的說：“這是我的科學發明比賽項目， 我做的是revise engineering（逆向工程）， 我一邊做， 一邊就學會怎麼幫你修鉛筆機啦！” 哇！沒想到這樣的廢物利用還能幫助孩子解決問題！
看看， 下面是我一個學生把家裡的XBOX給拆解了：
他說提到的科學發明比賽在我們學區一年舉辦一次， 比賽一共分為六類：科學探究、逆向工程、科學發明、科學小說、環境發明、3D 列印。
不僅僅是三年級學生， 我們學校幼稚園的孩子也會參加這個活動， 別看他們年紀小， 做出來的內容也是獨具匠心！
那麼， 小小年紀如何培養科學思維， 讓他們像科學家一樣思考呢？其實在家裡就可以做到！這裡小楊老師跟大家分享一下。
逆向思維：鼓勵熊孩子“搞破壞”
逆向工程是科學發明比賽最流行的選項。 它的要求是拆解一項機械製品或者電子產品， 標出每一個零件， 並且解釋是怎麼樣拆解的。 最好這個物品是大家所熟悉的， 但是每個人都會很好奇它的運作原理。 例如一個簡單的鬧鐘， 是怎麼運作的呢？拆開看看裡面的結構， 會有大發現！
在以前， 趁爸媽不注意， 偷偷在家拆鬧鐘、拆手錶、拆收音機的娃都被稱為熊孩子舉動， 其實， 這些熊孩子聰明著呢！用恰當的方式引導這些愛拆東西的孩子， 不僅僅鍛煉了動手能力， 也能培養他們的科學思維， 讓孩子從小理解每一個運作的物體都是由這些細微的部件構成。
沒錯， 有時候我們就是需要鼓勵熊孩子“搞破壞”。
愛搞破壞的孩子， 運氣可能也不會太差。 除了現在耳熟能詳的在車庫鼓搗東西的約伯斯和比爾蓋茨， 還有一個人大概不會被忘記。 她發明了一個程式設計界著名的電腦術語——“bug”。 她就是海軍準將格蕾絲·霍普。
據說在1947年的時候， 一隻蛾子飛進了霍普當時正在研發的一台早期電腦， 此後她發明了“de-bug”這個詞語（譯注：原意是“去掉蟲子”， 在電腦領域引申為“消除故障”）。
而事實上從7歲的時候她就開始了自己的工程師生涯。 她把家裡的七臺鐘——從小號的臺式鐘直到大號的座鐘， 全部給拆了個七零八落， 零件擺滿了房間， 卻無法把它們還原。 然而她的父母並沒有責怪她的行為， 反而通過正確的鼓勵和引導為她以後的事業做鋪墊。
在美國小學， 家長往往從小鼓勵孩子去動手實踐各種東西， 比如下面這個是我的學生做的拆分鎖的內部結構——為什麼一把鎖只有一把鑰匙呢？他給我很詳細地解釋了原理。
在拆解的過程中他用到了三把鎖：一把是原件外觀展示， 一把是拆分後的細節展示， 還有一把是透明的鎖！
透過這個透明的鎖我可以清晰地看到裡面的齒輪和結構：
家裡的小玩具電動車壞了怎麼辦？千萬別扔， 你可能錯過一個培養科學家的好機會！下面是我的學生把他小時候玩壞了的玩具電動車拆解後的樣子：
女生也可以參與逆向工程的動手環節， 例如我的一個小朋友把平時她用來吹風的小電風扇給拆了：
科學探究：讓孩子自己去調查
父母還可以做出的科學引導就是：與其直接告訴孩子事實， 不如讓孩子敢於提問， 並且為自己的問題去做假設和執行調查。 科學探究分為六步， 探究的步驟包括：
運用科學理論
提出問題
做調查， 提出假設
設計調查、執行調查、收集資料
得出結論
展示
例如， 下面這個我的小朋友Jayden做的。 他一直在思考一個問題：如果把可樂罐扔到水裡面去， 是會浮起來還是沉下去呢？裡面放的東西能決定它的沉浮嗎？
於是Jayden做了假設：我猜想所有的可樂罐都會沉下去， 因為可樂罐很重。 然後他自己動手嘗試， 發現的結果是：裝有糖的可樂罐沉了， 沒有裝糖的可樂罐浮起來了。
最後他得出了結論：糖的重量會影響可樂罐的沉浮。
儘管是一個小小的實驗，但是整個思考的過程讓Jayden明白——遇到好奇的問題，可以自己去做假設，然後採用生活中的簡單例子來證明對錯，最後得出一個自己驗證過的結論，意義遠遠比翻書找已有的事實要有意義。
下面這個展板也很有趣，這是我班上三個吃貨做的小調查：西蘭花配什麼好吃？他們調查了各種各樣的調料。
最後他們發現：西蘭花加糖和肉桂都很好吃，西蘭花加咖喱很難吃。當然，這美國人的口味跟我們中國人很不一樣！作為湖南人，我覺得加辣椒更好吃...
除此之外，我在課堂上經常和小朋友們做分組項目式探究學習，我給他們一些工具，讓他們自己去創作，解決一些問題。
例如，我給小朋友一些電線和小管子，然後把一隻小熊放到瓶子的底端，讓他們用電線和小管子把小熊從瓶子底端救出來。
給孩子一些木片和連接泡沫，讓他們設計出一個橋，來承受儘量多的重量。一開始摸索好幾次失敗，最後孩子們發現——原來三角形是最穩定的！
這個活動我帶著孩子們去戶外做的，因為實在太髒啦！但是小朋友們說，就喜歡這種髒髒亂亂捏泥巴的感覺！
我們用泥土、木棍、石頭設計一個大壩，然後往量杯裡灌滿水，假裝是洪水來襲，活動的目的是要儘量多地阻擋住洪水，保護大壩後面的人類：
環境工程：從小培養環保思維
讓孩子思考環境與人類的關係，也是科學思維的一個部分。看到街邊的
垃圾、被砍伐的樹木、污染氣體不合理的排放，都可以問孩子他是怎麼想的，如何改進這樣的現狀。
美國小學一個優秀的環境工程設計包括：
要提出一種辦法來減少環境的污染，保護生態系統和生物的多樣性
可以包括綠色建築、節能、治理環境污染、產品管理等等專案
要準備一個執行方案，包括一個時間計畫表、預算和合作夥伴
可以與小發明結合
我們班幾個女生做了環境保護的設計——為何要保護森林。她們做了一個計畫來最大程度保護樹木避免被砍伐。在保護的過程中，他們想到了具體的執行方案，包括到幾幾年要種多少棵樹、實現什麼樣的生態保護系統等等。
下面這個是我的學生做的如何保護沙灘的環保設計，這個學生還在當年的學區科學奧林匹克競賽中獲得了金牌：
科學發明：破爛變寶貝
我記得我小的時候有一個“發明罐”，罐子裡都是平時我存起來的小物件——冰棒棍、果凍殼、小木板等等。我常常有一些異想天開的想法，然後我就從發明罐裡面淘東西出來，組合創作成我想要的東西。
後來慢慢知道，其實鼓勵孩子做這樣的創作性發明，也是科學思維的一種。孩子的奇思妙想，不一定需要大工程才能完成。把家裡一些零碎的小部件拼湊起來，也許就能實現孩子小小發明家的夢想。在美國小學，的一個成功的科學小發明包括：
詳細的觀點的描述
模型展示
書面解釋：需要的材料，這個發明怎麼運用，它的用處在哪裡，還需要一個詳細的說明來解釋這個發明。
比如，下面是我學生Mark發明的水動力車，這已經是兩年前的作品了，那個時候特斯拉還沒有現在這麼火，現在看來，Mark的設計還挺有預見性！
Mark是一個狂熱的車迷，寫作的時候說自己的夢想是將來要買一台法拉利，畫的東西全是畫各種不同造型的跑車。他詳細地解釋了這輛車的原理和生產計畫。
他需要十億美元的投資。在合作夥伴上他也是精挑細選——選了特斯拉的老總Musk做他的搭檔。
更精確的是，Mark還給了詳細的時間軸——他們計畫2040年開始設計驅動系統（2040年大概是他34歲），2045年設計車身，2049年開始拍攝廣告，2050年開始建立管道商，2052年他們就開始賺錢啦！
最後Mark沒有忘記寫：從2052年開始，就會有水能源動力車給人類帶來新鮮的空氣！
科學小說：鼓勵孩子講腦洞大開的故事
孩子最會構想的就是故事了。從牙牙學語開始，孩子就有各種各樣的科學奇思妙想，有的甚至看上去那麼的“不切實際”。然而，這些看似“不切實際”的思想，也是科學思維的一種！美國有很多兒童科幻小說作家，給孩子們帶來無窮的科學啟發。電影《星球大戰》也是影響了好幾代美國人。
從小鼓勵孩子構想科學小故事，讓孩子天馬行空地展開想像吧！這些科學小說可以是虛構的，但是，也是要讓人是信服的(Believable Content)小說。可以寫未來的小說，科技小說，時空旅行，外星人等等。
我有個學生，是個十足的科學迷。他每天都有各種各樣關於科技的奇思妙想。他的這些奇思妙想大部分都來自於各種各樣的科學小說——
每天吃飯、走路、甚至是有一次帶他去博物館春遊，他都手上拿著厚厚的一本科技書，爭分奪秒閱讀！
說起未來科技的發明創造，他的理論可是一套一套的，一個完整的科幻故事，架構在一個聽上去很有邏輯的虛幻背景上。後來他寫了一篇十頁的科學小說，順利在科技比賽中脫穎而出。
3D列印：培養空間思維
以前，孩子們的奇思妙想只存在在畫裡、文字裡，現在我們可以通過3D列印把它們變為可以接觸的事物。
3D列印要求孩子指跳出點、線、面的限制，能從上下左右，四面八方去思考問題的思維方式，也就是要“立起來思考”。
我強烈推薦我們學校使用的是Tinkercad的3D設計軟體（https://www.tinkercad.com/），介面很適合小朋友使用，設計完以後可以直接用3D印表機列印出來，而且這個軟體現在也已經引入中國了。
我們學校的電腦教室有一台3D印表機。我們學校的孩子從三年級開始就學著在電腦上製作3D模型啦！
有一年，小朋友們自己在電腦上設計吉他撥片，然後用3D印表機打出來，在音樂課上用自己親手打造的3D吉他撥片彈吉他，多麼酷的一件事情！
做3D設計的高階段要求是：孩子可以重新改造一個已經存在的產品，通過這種改進方法可以極大的提高這個產品的作用。
在美國有一些3D列印店，可以提供3D列印的服務，讓孩子們列印自己的作品。
有的家長可能會覺得孩子太小，對科學的概念還不夠瞭解，但我覺得科學的思維是可以從小培養的，這些方法完全可以運用到生活中來。最後，小楊老師總結一下可以從生活點滴來培養孩子科學思維的方法：
幫助孩子去“搞破壞”
與其告訴孩子事實，不如讓他們自己提問、做假設、做驗證
看到環境污染引導孩子思考人類與地球的關係
廢物利用拼湊出科學小發明
帶孩子講科幻故事啟發大腦
3D設計培養孩子空間思維
從現在開始吧！
往期精華
儘管是一個小小的實驗，但是整個思考的過程讓Jayden明白——遇到好奇的問題，可以自己去做假設，然後採用生活中的簡單例子來證明對錯，最後得出一個自己驗證過的結論，意義遠遠比翻書找已有的事實要有意義。
下面這個展板也很有趣，這是我班上三個吃貨做的小調查：西蘭花配什麼好吃？他們調查了各種各樣的調料。
最後他們發現：西蘭花加糖和肉桂都很好吃，西蘭花加咖喱很難吃。當然，這美國人的口味跟我們中國人很不一樣！作為湖南人，我覺得加辣椒更好吃...
除此之外，我在課堂上經常和小朋友們做分組項目式探究學習，我給他們一些工具，讓他們自己去創作，解決一些問題。
例如，我給小朋友一些電線和小管子，然後把一隻小熊放到瓶子的底端，讓他們用電線和小管子把小熊從瓶子底端救出來。
給孩子一些木片和連接泡沫，讓他們設計出一個橋，來承受儘量多的重量。一開始摸索好幾次失敗，最後孩子們發現——原來三角形是最穩定的！
這個活動我帶著孩子們去戶外做的，因為實在太髒啦！但是小朋友們說，就喜歡這種髒髒亂亂捏泥巴的感覺！
我們用泥土、木棍、石頭設計一個大壩，然後往量杯裡灌滿水，假裝是洪水來襲，活動的目的是要儘量多地阻擋住洪水，保護大壩後面的人類：
環境工程：從小培養環保思維
讓孩子思考環境與人類的關係，也是科學思維的一個部分。看到街邊的
垃圾、被砍伐的樹木、污染氣體不合理的排放，都可以問孩子他是怎麼想的，如何改進這樣的現狀。
美國小學一個優秀的環境工程設計包括：
要提出一種辦法來減少環境的污染，保護生態系統和生物的多樣性
可以包括綠色建築、節能、治理環境污染、產品管理等等專案
要準備一個執行方案，包括一個時間計畫表、預算和合作夥伴
可以與小發明結合
我們班幾個女生做了環境保護的設計——為何要保護森林。她們做了一個計畫來最大程度保護樹木避免被砍伐。在保護的過程中，他們想到了具體的執行方案，包括到幾幾年要種多少棵樹、實現什麼樣的生態保護系統等等。
下面這個是我的學生做的如何保護沙灘的環保設計，這個學生還在當年的學區科學奧林匹克競賽中獲得了金牌：
科學發明：破爛變寶貝
我記得我小的時候有一個“發明罐”，罐子裡都是平時我存起來的小物件——冰棒棍、果凍殼、小木板等等。我常常有一些異想天開的想法，然後我就從發明罐裡面淘東西出來，組合創作成我想要的東西。
後來慢慢知道，其實鼓勵孩子做這樣的創作性發明，也是科學思維的一種。孩子的奇思妙想，不一定需要大工程才能完成。把家裡一些零碎的小部件拼湊起來，也許就能實現孩子小小發明家的夢想。在美國小學，的一個成功的科學小發明包括：
詳細的觀點的描述
模型展示
書面解釋：需要的材料，這個發明怎麼運用，它的用處在哪裡，還需要一個詳細的說明來解釋這個發明。
比如，下面是我學生Mark發明的水動力車，這已經是兩年前的作品了，那個時候特斯拉還沒有現在這麼火，現在看來，Mark的設計還挺有預見性！
Mark是一個狂熱的車迷，寫作的時候說自己的夢想是將來要買一台法拉利，畫的東西全是畫各種不同造型的跑車。他詳細地解釋了這輛車的原理和生產計畫。
他需要十億美元的投資。在合作夥伴上他也是精挑細選——選了特斯拉的老總Musk做他的搭檔。
更精確的是，Mark還給了詳細的時間軸——他們計畫2040年開始設計驅動系統（2040年大概是他34歲），2045年設計車身，2049年開始拍攝廣告，2050年開始建立管道商，2052年他們就開始賺錢啦！
最後Mark沒有忘記寫：從2052年開始，就會有水能源動力車給人類帶來新鮮的空氣！
科學小說：鼓勵孩子講腦洞大開的故事
孩子最會構想的就是故事了。從牙牙學語開始，孩子就有各種各樣的科學奇思妙想，有的甚至看上去那麼的“不切實際”。然而，這些看似“不切實際”的思想，也是科學思維的一種！美國有很多兒童科幻小說作家，給孩子們帶來無窮的科學啟發。電影《星球大戰》也是影響了好幾代美國人。
從小鼓勵孩子構想科學小故事，讓孩子天馬行空地展開想像吧！這些科學小說可以是虛構的，但是，也是要讓人是信服的(Believable Content)小說。可以寫未來的小說，科技小說，時空旅行，外星人等等。
我有個學生，是個十足的科學迷。他每天都有各種各樣關於科技的奇思妙想。他的這些奇思妙想大部分都來自於各種各樣的科學小說——
每天吃飯、走路、甚至是有一次帶他去博物館春遊，他都手上拿著厚厚的一本科技書，爭分奪秒閱讀！
說起未來科技的發明創造，他的理論可是一套一套的，一個完整的科幻故事，架構在一個聽上去很有邏輯的虛幻背景上。後來他寫了一篇十頁的科學小說，順利在科技比賽中脫穎而出。
3D列印：培養空間思維
以前，孩子們的奇思妙想只存在在畫裡、文字裡，現在我們可以通過3D列印把它們變為可以接觸的事物。
3D列印要求孩子指跳出點、線、面的限制，能從上下左右，四面八方去思考問題的思維方式，也就是要“立起來思考”。
我強烈推薦我們學校使用的是Tinkercad的3D設計軟體（https://www.tinkercad.com/），介面很適合小朋友使用，設計完以後可以直接用3D印表機列印出來，而且這個軟體現在也已經引入中國了。
我們學校的電腦教室有一台3D印表機。我們學校的孩子從三年級開始就學著在電腦上製作3D模型啦！
有一年，小朋友們自己在電腦上設計吉他撥片，然後用3D印表機打出來，在音樂課上用自己親手打造的3D吉他撥片彈吉他，多麼酷的一件事情！
做3D設計的高階段要求是：孩子可以重新改造一個已經存在的產品，通過這種改進方法可以極大的提高這個產品的作用。
在美國有一些3D列印店，可以提供3D列印的服務，讓孩子們列印自己的作品。
有的家長可能會覺得孩子太小，對科學的概念還不夠瞭解，但我覺得科學的思維是可以從小培養的，這些方法完全可以運用到生活中來。最後，小楊老師總結一下可以從生活點滴來培養孩子科學思維的方法：
幫助孩子去“搞破壞”
與其告訴孩子事實，不如讓他們自己提問、做假設、做驗證
看到環境污染引導孩子思考人類與地球的關係
廢物利用拼湊出科學小發明
帶孩子講科幻故事啟發大腦
3D設計培養孩子空間思維
從現在開始吧！
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