美国中小学“科学大集”

冯禹

Science Fair，美国中小学的标配

关注美国教育的人都知道，很多美国的中小学（有些地区还包括幼儿园的学前班）都奉行Steam（科学、技术、工程、艺术和数学的英文首字母）教育模式。Steam注重学习和现实的联系，注重学习过程而不是考试，提倡让学生自己动手完成感兴趣的项目。而Science Fair（科学展览，一般称为“科学大集”），则是Steam素质教育最重要的一个组成部分。

美国学生从上小学的第一天起，科学就是必修课。也正因如此，科学大集几乎成了美国所有中小学的“标配”。

科学大集的中心内容就是学生在展览会上，展示自己设计和实施的科学实验成果。科学大集每年举行一次，一般由指定年级（小学三年级以上）的同学参加。据我个人的观察，每个在美国上学的孩子，至少都会在小学高年级、初中和高中阶段各参加一次科学大集。

而在高中阶段举行的最后一次科学大集，往往会空前的热闹。除了同学、老师和孩子的父母参加外，常常有一些当地的科技公司和赞助商参与其中，给获奖学生颁奖甚至从中挖掘优秀人才。

科学大集虽然只是孩子在学校参与的众多活动之一，但是整个过程却和正规的科学研究套路没什么区别。

首先，孩子需要提前选择自己要做的具体项目，针对主题提出问题、查阅资料后，他们需要自己设计实验，然后完成实验并得出一个结论。学生的选题内容不局限于课堂，所以，科学大集对孩子的课后学习和实验无疑提出了很高的要求。

一般来说，科学大集的具体步骤是这样的：

第一步，学生将自己设计的实验方案的基本构想交给教科学的老师。老师会从方案是否具有科学性、可操作性和可展示性3个方面进行审核。如果还有实用性，那这个方案就属于“上品”了。老师看完学生的实验方案后，会否定一些不科学或不切实际的构想，或者对可行的构想提出修改意见。

第二步，学生在老师审阅修改的基础上，写出详细的实验设计（包括对实验结果的观察评估）。有些学校的老师会对第二稿再进行审阅，也有些学校的老师就此放手让学生自己去做了。

第三步，学生动手制作实验所需要的器材。一般而言，除了温度表、磅秤、照相机等不容易自己制造的东西外，学校要求学生不能全部使用购买的现成实验套材，他们需要有自己的创造。很多学校都特别提倡学生使用一些废旧材料，如硬纸箱子、包装用的塑料板等。

第四步，学生开始实验，与此同时将详细过程记录下来。

第五步，学生写出实验报告，并且把最后的结果，以图文并茂的形式展示在一块61厘米×91厘米的展示板上，如果可行也可以加上实物展示。

中小学“科学大集”大不同

无论是小学生还是中学生，准备科学大集的程序都没什么区别。但除此以外，不同学龄孩子的科学大集有如下区别：

小学实验报告不要求有太多的创意，主要是鼓励学生去动手和观察。老师一般不会直接给学生出题目，而是由学生根据学到的科学知识去设计选题。我儿子上小学三年级时，参加科学大集的项目是“阳光对植物的影响”。

其实这个实验非常简单，用3个同样大小的花盆，里面放上土和草籽，然后定期浇水。一盆直接接受阳光，一盆用褐色半透光塑料膜遮盖，一盆用完全不透光的材料遮盖。他本以为直接接受阳光的小草长得最好最快，但最后的结果却是，长得最高的是中间那盆蒙着半透光塑料膜的。

这个实验让我儿子认识到科学的复杂性，也从此让他对科学产生了浓厚兴趣。我儿子的一个好朋友做的是“面包长霉”实验，用了一个可以保持湿度的小箱子，观察普通切片白面包过期多少天以后会出现霉点，多少天会长满霉菌。最后，这两个实验在科学大集上备受好评。

初中阶段的科学大集的创意性明显增加。我印象最深的是一个学生用聚光镜和反光板利用太阳能烤热狗肠的实验。而在当年学校的科学大集上获奖的实验，则是用一张A4纸叠飞机，不同的翼展和样式对飞行距离和飞行速度产生什么影响。那些不同模样的纸飞机，给所有参与者都留下了深刻影响，尤其是那个学生在数据的计算上显得特别高大上，所以最后，大部分人把票投给了这个纸飞机实验。

如果说初中阶段专注于物理方面的实验更容易出彩，那么要想在高中阶段的科学大集上获奖，实验除了科学性之外，还需要有自己的独创性和社会意义，并且达到很高的科学水平。

高中阶段的科学实验，学校一般会鼓励学生与外面的科研机构合作。我儿子是在高中阶段的科学大集上，展示了他在哈佛牙科医学研究所寻找一种造成罕见的遗传性牙齿畸形的基因，那些基因图看起来非常复杂，他也因此获得了地区生物医学协会颁发的奖学金。而我辅导的一个学生，则以波士顿地区一个著名制药公司的实验室为依托，深入研究了美国野蜜蜂数量为什么减少的问题。

这个学生的实验，不仅在学校的科学大集获得第一名，还在州级的科学比赛上获奖，获得了美国有关部门的高度重视。也正是因为在高中阶段的科学大集上大放异彩，这个学生最后被一所著名的常青藤大学录取。

热爱、专注和自信，“科学大集”的非凡意义

毫无疑问，美国中小学的科学大集是一项非常有意义的活动，它直接刺激了学生学习科学的热情，也在一定程度上弥补了美国中小学科学师资相对薄弱的缺陷。通过科学实验，学生把书本知识变成立体的展示和数据，这样就会加深他对一部分知识的理解。最重要的是，这些科学实验培养了学生的创新和动手能力。

科学大集一个重要方面就是展示（Presentation）和讲述（Public Speaking），也就是你不仅要会做实验，还要把自己做的东西漂漂亮亮地展示出来，自信又清楚地讲给大家听。显然，这一点不仅对孩子重要，即使在成年人的工作生活中，也是不可或缺的能力。

科学大集除了能锻炼孩子动手动脑、仔细观察自然世界、体验科学实验的乐趣和熟悉科学实验的流程外，还可以锻炼孩子很多其他能力，比如与同学组队做项目、培养分工协作的能力，学生书面和口头的展示能力。

我儿子初中一年级的英语课上，老师就在教如何寫科学实验报告，格式的要求极为严格。例如，为了表示实验的客观性，通篇报告不允许使用“我”字。听那些获奖同学讲解自己的实验，真的就像是一位位成熟的科学家，在向全世界介绍他呕心沥血设计出的优秀成果一样。

我们常常看到美国不少高年级学生，在科学展有很多酷炫的设计，有些科学俱乐部可以设计出机器人、飞行器等很拉风的项目，“不积跬步无以至千里”，这些也都得益于他们从小就积极参与科学大集，并在整个过程中培养了很多好的学习和思维习惯。