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| 編輯推薦： |
德国自然科学早期教育研究成果
获德国化学工业基金会文学奖
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| 內容簡介： |
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在《小实验2》中，同《小实验1》一样，长期研究自然科学早期教育的化学教授吉塞拉吕克，亲自为孩子们挑选了24个化学、物理的小实验。这些实验仍是使用安全无毒又廉价易得的实验材料，但稍有不同的是，《小实验2》针对的是学龄孩子，或动手操作过《小实验1》中实验的学龄前孩子。这些不同点，主要集中在两部分，即对自然科学实验中的动手能力的要求和对实验原理的解说：在动手能力上，学前儿童的精细动作机能有些许欠缺，而小学阶段的孩子动手能力通常有显著提高，而且能够在更长的时间段内全神贯注地进行实验要求的每一个步骤，观察发生的变化，所以，《小实验2》的实验难度加大，对孩子的动手能力要求更高；在实验原理解说上，小学阶段的孩子对实验原理的探究更富有热情，而且他们通常也更加希望去记录实验，写下实验结果随书附赠的《一起玩2科学实验记录表》，可以让他们用图画或文字或者密码的形式记录实验结果。如何使用，全凭孩子心意。（当然，《小实验2》也随书附赠《一起玩1科学实验记录表》）
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| 關於作者： |
吉塞拉吕克
目前在比勒菲尔德大学担任化学教授，专注于研究幼儿早期科学教育。在向低幼的孩子们传授化学知识方面，她有着丰富的经验。她著有许多科普图书，如《鸡蛋的智慧：由鸡蛋发现化学和物理的天地》《瑞士的乳酪和金属有何关系？》《自然科学教育手册》等。
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| 目錄：
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第一章 您应该知道的 1
自然科学再受重视 3
新在哪里？ 4
为什么早日开始自然科学探索如此重要？ 6
一点发展心理学和学习心理学 8
究竟为什么要探索非生物世界？ 13
印象深刻的经验 童年时认识自然现象的积极经验 14
从学前到小学阶段的变化 15
选择实验的标准 19
讲故事：化学和物理实验的漂亮包装 27
快看，油不想和水在一起！ 通过拟人和类比的方式解释自然现象 32
实验需要哪些材料？ 35
实验开始前 41
第二章 实 验 43
1. 一滴墨水在两种分离的液体中的旅行 45
2. 如何用黑炭做净化？ 52
3. 科尔蒂纳冷饮店停电了 56
4. 冰凉柠檬水没冰箱照样行！ 63
5. 糖溶于食用油吗？ 67
6. 自制薰衣草香水 70
7. 精油是什么油？ 74
8. 提取柠檬油 77
9. 橙子油烟火 80
10. 什么东西会使桶中的水溢出来？ 82
11. 玻璃杯中的北极 87
12. 冰上的油 90
13. 自制密度测试器 92
14. 回形针赛跑 94
15. 怎样顺利地穿过白色的玉米淀粉湖？ 98
16. 烛 火 103
17. 蛋壳和牙齿的相似之处 107
18. 为什么夏天穿白衣服比穿黑衣服舒服？ 111
19. 小糖熊想登高望远，或：哪种材料导热？ 115
20. 沙子城堡干了怎么办，或：不用胶水怎么粘？ 118
21. 自制淀粉糨糊 123
22. 化学鉴定法 126
23. 面包师克林格尔曼的面粉在哪里？ 128
24. 珠宝店里的脚印 131
25. 健忘的窃贼 136
26. 最后：为家长量身定制的实验 140
参考文献 144
致 谢 150
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| 內容試閱：
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您应该知道的
自然科学再受重视
有一个令人欢欣鼓舞的消息：这几年德国的自然科学教育得到了很大发展。特别是对于小学或学前阶段的孩子们来说，自然科学知识在寂寥了数十年后又获得了出人意料的重视。许多人的共同参与促成了这一局面：有无数活跃在学前教育机构和小学的教育工作者们，有一路支持该事业的新闻和出版界，当然还有您！您拿起这本书绝非偶然，因为您希望您的孩子较早地领略自然的奇景，希望通过化学和物理实验让孩子轻快地走入非生物世界。正是您的这一想法在持续地影响着我们国家的自然科学教育事业的发展，并对其助以东风。
教育领域里的变化通常需要很长时间，但这几年它却发展迅速，着实令人惊异。更令人惊异的是，那些支持自然科学早期教育的人，在其童年和求学时期探索化学与物理世界时，很少依靠别人。
此时，您已成功地一次跨越了两个障碍：一方面，您通过熟悉一个陌生的领域使自己不再厌恶这些很少受人喜爱的学科；另一方面，您热心地将新的认识传递给下一代。由此，您引导孩子们较早地为接纳这一不断技术化的世界做好了准备，特别重要的是，您唤起了他们对实验的好奇与热爱，因为，过了学前和小学教育阶段，孩子们不会再对自然现象那般感兴趣。学前和小学教育阶段是重要的基础阶段。
本书的产生有一个积极的背景。《家长和孩子一起玩的小实验 1》（以下简称《小实验 1》）自出版以来，许多家长与孩子一同尝试了书中的实验。此后，家长们向我提出了这样一个问题：他们接下来该做什么，是否有一些建设性的实验可以让他们和长大了一些的孩子共同尝试。而本书中的实验正是他们所希望的：适合做这些实验的孩子可以是尝试过《小实验 1》的孩子，也可以是二三年级的小学生。由于您的孩子在接受学前教育和小学教育之间成长了很多，我们在为其选择实验时也设立了特定的标准。这一点在后文会有更明白的表现。但这本书究竟新在哪里呢？
新在哪里？
本书中介绍的新实验并不是指新发明的实验。书中有些实验甚至可以称得上历史悠久比如在古希腊罗马时代就为人所熟知的冷冻剂制作法。像提取柠檬油、制作薰衣草香水、运用活性炭净化饮用水等也有很长的历史了。至于烛火的颜色和形状，肯定也有不少先辈思考过了。
那么，这些实验究竟新在何处呢？如果您的孩子此时正朝着自然科学世界迈出第一步，那么，这些便是为他量身定制的新实验 ：虽然早在罗马大帝时期，冷冻剂就已经被用来冷冻蜂蜜了，但对于您的孩子，甚或对于您来说，用盐和冰来降低温度依旧是一种全新的尝试。同样，每个人都必须自己重新发现烛火的颜色和形状，即使在人类历史中已经有过无数对于烛光的描述。
这本书是《小实验 1》的续篇。《小实验 1》介绍的自然科学实验与原理适用于 5 ～ 6 岁的孩子，本书则是在其基础上写成的。
此外，实验的选择标准和展示形式也有新的特点。我们选择实验的标准不是数量，也不是惊人的实验结果，而主要是以下几点：安全、易懂、日常，且保证成功！
我特别重视讲解，重视现象的自然科学背景，在书中许多地方，讲述自然科学背景的篇幅和描述实验的篇幅不相上下。
当实验吸引住您，使您目瞪口呆时，只有了解实验的意义和原理，才能理解并进一步巩固学到的知识。
最后的，但并非最不重要的一点是，或许您也能在实验和对于实验原理的阐释中发现新的东西，那些在您的化学和物理课上隐藏起来的东西。祝您和您的孩子在共同实验、共同探究自然现象时感受到无穷的乐趣！
为什么早日开始自然科学探索如此重要？
亚里士多德说过：最终的大错源于起初的小错。很多事都印证了这一点，自然科学教育也一样。
大多数学生把化学和物理课列为最不受欢迎的课，这并非偶然。原因肯定不是老师差、学生懒或课程烂虽然这些一直被当作原因，而是教课的时间错了。开始自然科学教育的最好时期是儿童时期。想象一下此时的孩子们睁大双眼，惊奇地观察着周遭的自然现象，不断地提出问题，您就明白为什么自然科学教育要从这一阶段开始了。
有一件事令我非常难忘。一个小男孩观察到了空气的特殊现象，第二天坐在幼儿园门口的台阶上等我。他身边放着一个装满水的玻璃容器（里面幸好没鱼）。原来，男孩观察到水里也有气泡，于是开始不断地琢磨一个问题：空气是怎么钻到水里去的？看，这个孩子多么具有仔细观察的天赋啊！他对自然的提问是多么敏锐，因为空气和水显而易见是分开的。而最重要的是，为了找到答案，这个男孩做出了多大的努力！如果此时没人真心尽力解答他的问题或者与他一同寻找答案，那将是多么不可原谅啊。
我们这些成年人在面对令人惊奇的日常现象时，有谁会像这个男孩一样，如此投入地寻根问底？即使对于大部分十三四岁的孩子来说，通向自然科学的时间之窗也已关闭，因为其他问题已占据了生活的中心。化学和物理被列为无趣学科的事实并不令人惊讶。原因不在于学生或老师无能力应付这些学科，而在于这个没有领会亚里士多德那句慧语的教育系统。德国有句老话：幼时没学会，永远学不会。可喜的是，近年来有许多人做出了努力，从富有意义的儿童日常教育机构教学计划到学前教育工作者的进修课程，再到更新了的小学常识课和初中一年级科学入门课，我们欣喜地看到，自然科学初级教育有了很大的发展。
我希望，每个孩子在提出关于自然现象的问题时，不会再听到你还太小这样的回答，万不得已时，可以回答：我自己对此也不太清楚。我希望，我们能够理解那些正在成长的学生们，他们错过了那班通往化学和物理世界的列车。他们也许已经不再处于对自然科学现象感到惊奇的年龄，因为成长问题在他们的生活中占据了更重要的地位，使他们无暇他顾。
一点发展心理学和学习心理学
为什么孩子那么早就对自然现象感兴趣？为什么我们一直以来都忽视了这一点？为了解答这些问题，我们先粗略地了解一下心理学的发展情况：多年来，我们这儿的教育规划者们几乎只引用一位心理学家的研究结果，他便是儿童认知心理学的先驱让皮亚杰。让皮亚杰主要研究的问题是：在人的一生中，认知能力是怎样发展的？为此，他研究了14 岁以下的儿童的认知能力，得出结论，简而言之，学前阶段的孩子还不能符合逻辑地思考问题，他们得到大约 12 或 13岁时才开始具备抽象思维的能力。譬如化学，这个充满了极细微的、不可见的原子和电子的学科，自然得从七年级或八年级才开始设置，只有到了那时，儿童才具有抽象思维的能力。反正孩子们在学前阶段根本无法符合逻辑地进行思考，所以教育规划者们认为，不需要在此时开展自然科学入门教育，也不需要解释自然现象的原理，因为小朋友们还没能力想出假如那么格式的条件句，也不会明白因果关系。即使在学前教育中设置了自然现象入门课，依旧无人重视孩子们对自然现象的兴奋和好奇，也无人回答他们提出的富有创意的为什么。许多儿童常识读本至今还只是停留在描述自然现象的层面，没有深入到解释现象背后的原理。
在此期间，早有人对皮亚杰的一些结论提出了质疑：在通常情况下，五六岁的孩子也完全能理解因果关系，否则他们就不会执着地追问为什么了。虽然早在 20 世纪 80 年代就已经有人对皮亚杰的理论提出了批评，譬如玛格丽特唐纳森，但直到最近几年，这一认识才在学前教育规划领域渗透开来（参见：Donaldson 1982，第 9 页；Novak 1990，第 941页；Collins 1984，第 73、74 页）。
另一个新的发现也值得深思：不是所有十二三岁的孩子都具有抽象思维的能力。既然只有 60% 左右的小学或初中生有能力认识形式化的自然科学内容，那么，这么晚开设化学和物理入门课还有什么意义（参见：Gr ber 1984，第 257、258页）！既然如此，何不早点开始多多探究自然现象及其原理，而少把精力放在形式化的内容上？还有一点也很重要：皮亚杰在他的研究中主要关注的是孩子精神领域的发展，至于孩子情感方面的表现，譬如他们对实验和观察的兴趣，或者说对知识的渴求这一点在学前和小学阶段的孩子身上表现得很明显，并不是他研究的重点。
有一位心理学家与皮亚杰相反，关注的正是孩子情感和感知方面的发展，他便是埃里克埃里克森。他明确指出，处于游戏年龄段（大概是 4 ～ 6 岁）的孩子有着极强的求知欲，会不断地询问为什么，因为此时，他们的运动机能和部分语言能力已经有了很大的发展，竭尽全力想加入到大人们的生活中来。埃里克森认为，此时正是孩子们如饥似渴地接受知识的最佳时期。我们由此也能理解，处于这个年龄段的孩子不仅渴望了解人类，也渴望走进物的世界（参见：Erikson1959，第 96 页），这正是尝试去观察自然现象的关键阶段。
根据埃里克森的发展模式理论，紧接着游戏年龄段的是学习年龄段，此时，孩子对自然现象仍有很大兴趣，但重点已经有所转移：不在于认识现象，而在于动手和尝试关于这一点，后文会详细论述。
埃里克森认为，让孩子在处于青春期时才上化学和物理课，那就为时已晚了。此时萦绕在他们脑际的是其他问题：发现自我，走出父母的庇护，等等；而关于某个化学反应的本质和元素周期系统的结构的知识通常是无法解答这些问题的。
神经生理学家们也支持自然科学早期教育。因为大脑的快速发展是在人的幼儿阶段，在人两岁前，连接神经细胞的神经腱编织出了最大的神经网络。这一网络此后会萎缩到原来的 50% 至 60%（参见：Eliot 2002，第 37 页及其后几页；Spitzer 2000，第 21 页及其后几页）。至于哪些腱消失，哪些腱保留，这取决于它们各自的活力，即它们的管辖范围，以及它们是否经常被使用到。
神经生理学的这一认识还比较新，尚不能正式运用到自然科学早期教育中。比如斯皮策也曾警告说，从神经生物学认识推出关于认知过程的结论要倍加谨慎。但他仍然得出这样的结论：对于过早接触自然科学现象，儿童会自行调控，因为他们只会吸收那些对他们而言有意义的信息（参见：Spitzer 2002，第 241 页）。脑研究专家辛格也得出类似结论：到目前为止，关于人的大脑何时需要何种信息的数据还很少，所以最佳方案是：仔细观察孩子会提出什么问题。（参见：Singer 2003，第74 页）孩子们热衷的不正是对自然现象发问吗？
小朋友们对《橘色小老鼠》《蒲公英》等电视节目的喜爱，以及他们提出的无数个为什么，都明显地体现了孩子们的好奇心，他们正是带着这种好奇心去探索周围的自然现象的。
尽管如此，自 90 年代中期以来，我还是对相关方面做了认真的研究，探寻非生物自然科学早期教育的意义。研究结果将会在下面一一给出。
究竟为什么要探索非生物世界？
出于各种原因，我们在幼儿园等机构进行的经验性研究主要选择了化学和物理实验，而不是生物实验。这儿给出了几个最重要的理由：
在学前教育领域和小学常识课上，生物现象比非生物现象更受关注。这一方面是因为植物和动物用它们的色彩和美吸引了人们的眼球，但主要是因为我们自己常常无法正确地解释化学与物理现象。
化学与物理实验不会受到时段与季节的限制糖总是会溶解在水中，这不是夏天才有的现象，但蝌蚪变成青蛙的过程却只有在春天才能观察到，到了十一月，孩子们容易观察到的生物现象便大幅缩水了。
许多生物现象只能被人观察，人们无法积极地参与或重现这些现象，比如郁金香从球茎中长出来。孩子的角色只能是观察者，虽然他很希望成为参与者。
与生物世界不同的是，非生物世界的现象可以不断地重复。孩子们在对某个实验感兴趣时，总是希望能重复它。墨水在水中扩散的现象可以无限次重复，但一株郁金香只从球茎中长出来一次。
很多时候，非生物现象比生物现象要容易解释，虽然这种说法听起来令人诧异。当我们想让孩子理解毛虫怎样变成蝴蝶时，很容易遇到难题，但向孩子解释为什么挤走空气能熄灭蜡烛则简单得多。
尽管我为化学和物理实验做了这么多辩护，但并不意味着应该将生物世界的魅力拒之门外。两者毫无冲突。
印象深刻的经验
童年时认识自然现象的积极经验
在幼儿园等机构进行的经验性调查研究得出的结果有力地论证了儿童自然科学教育的重要性。
参与研究的孩子们对自然科学实验十分感兴趣，并且这一热情持续数周都未减退。其中，有约 70% 的人自愿参与我们提供的各类实验达十周之久，虽然在此期间他们还有其他吸引人的事可以选择。
特别令人惊叹的是孩子们对自然现象及其原理的记忆力。实验过去六个月后，这些 5 ～ 6 岁的孩子仍能准确地说出约一半实验的细节，虽然他们在接受回访前并没有就实验内容做过准备。
进一步的调查表明，孩子们童年的经历也会影响其职业选择和今后的生活：2000 年，有 1345 名高级中学毕业生选择了化学作为其大学期间的研究方向，在被问及为什么要选择这一专业时，有 20% 的学生回答道，幼年时家人和朋友引导他们认识自然科学的愉快经历是促使他们做出这一选择的最重要的因素是孩童时代积极的经验促使他们在十五年后做出了关于学业或职业的决定！
从学前到小学阶段的变化
《小实验 1》针对的主要是学前阶段的孩子，而本书中的实验则是为那些到了上学年龄、6 ～ 8 岁的孩子以及他们的家长准备的。也许有人会感到奇怪，难道这两个年龄段真的有那么大的区别，以至于要分别选择实验？
在进行自然科学实验和理解实验原理时，学前阶段和小学阶段的孩子的确有些不同，其中之一便是他们的动手能力：与学前阶段相比，小学阶段的孩子动手能力通常有显著提高。学前儿童的精细动作机能还有欠缺，这在实验过程中也会表现出来。所以，学前阶段的实验不仅能引导孩子认识自然现象，还能锻炼他们的动手能力、仔细观察能力和语言表达能力。与此相应，《小实验 1》对孩子的肢体灵活性的要求会低一点，实验过程也相对简单些。而对小学阶段的孩子则可以在这方面提出更高的要求，这也在本书选取的实验中体现出来了。
除了精细动作机能方面的显著变化，我们在研究中还有一个令人惊喜的发现：学前阶段就已经体现出来的对实验的喜爱，在小学初级阶段表现得更加强烈了：孩子能够在更长的时间段内全神贯注地进行实验要求的每一个步骤，观察发生的变化。他们通常也更加希望去记录实验，写下实验结果较少用文字的形式，可能因为此时他们掌握的文字还不多，而是通过画画、给实验产物贴上标签或把实验结果带回家，比如，当他们自制了香水或其他通常只能在商店买到的日常用品时。
可以设想，除了对实验的热爱，孩子们对自然科学原理的兴趣也在日渐增长，他们渴望探究实验背后的原理，因为与学前阶段的孩子相比，小学阶段的孩子积累了更多的词汇和经验，具备了更强的认知能力。孩子们对实验原理的兴趣究竟是否会和他们对实验的热情相互促进？孩子们在学前阶段通过不断提问为什么所表现出来的求知欲是否会在小学阶段更加强烈？
在儿童的成长过程中必然会出现静止期，甚至倒退期，这种情况在对儿童进行自然科学教育的过程中也有所反映，尽管很难理解。小学低年级的孩子很少问为什么，虽然他们对实验的兴趣愈加浓厚了。
目前我们正在研究这一问题，希望在今后几年中能给出详细的解释。而对于我刚才描述的一些观察结果，我们需要再次根据埃里克埃里克森的发展心理学的理论做出阐释。他在《健全人格的发展与危机》一书中写道：在小学阶段，孩子们的求知欲和创造精神被行动意识所取代，这一时期的孩子渴望能做些什么，并且做得完美。（参见：Erikson，第102 页）早期的求知欲为孩子们打开了通往成人世界的门，现在这种求知欲去哪儿了？埃里克森认为，孩子们把他们的愿望理想化了，他们想即刻长大，便不再提问。也就是说，孩子把精力放在了那些有用的事情和能赢得肯定的目标上他学着通过制造出东西来获得别人对他的认可。这使孩子变得勤奋，也就是说，他努力让自己适应工具世界的无机规则。他完全沉浸在工具世界中他渴望通过坚持不懈的努力来完成一件作品。（参见：Erikson，第 103 页）
可见，在引导孩子认识自然现象这一点上，从学前到小学阶段这几年间，情况发生了很大变化。如果在小学低年级过度注重原理而非实验，那将非常糟糕。恰恰相反，实验才是重点，自然科学原理是来支持实验的。这些实验应当相对复杂同时又适合于该年龄段的孩子，实验最后须有可见的产物或解决问题的答案。缺乏有意思的实验的自然科学讲解对孩子来说是毫无意义的折磨，不论是在小学还是之后，我们都应避免对孩子进行这种折磨！
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