"从太空 "看人类的处境
艾伦-凯
我最喜欢的早期科学的例子，也是对科学工作的一个绝妙的概括性比喻，就是希腊人开始的高度精确的地图制作的尝试，然后失传了一千年，然后从15世纪开始又重新开始。到了17世纪末，人们为能买到一个 "从太空看世界 "的袖珍地球仪而高兴。200年后，我们到太空中去，回望世界，拍下世界的照片，看到的正是18世纪地图制作者已经发现的东西。
所有科学进程和知识都有这样的特点：它们试图从我们对世界的常识猜测之外的有利位置非常准确地 "看到"和表述事物 – “使看不见的东西变得有些可见”。在人类历史的大部分时间里，我们关于自己和我们所生活的世界的理论主要是以未经证实的信念作为安慰的故事来渲染的。几百年前，我们学会了一种新的观察方式，使我们能够 "从空间 "感知物理世界，而少了很多偏见。在21世纪，我们不仅要对物理世界这样做，更要像 "从太空 "一样了解我们整个人类的状况，没有那些安慰性的故事，而是更深刻地理解如何对待我们的本性和养成。
地图，就像我们对思想的所有表述一样，是相当随意的，并不自动具有任何内在的准确性要求。例如，这里有3张地图。第一张是中世纪的地图，第二张是托尔金《指环王》中的地图，第三张是莫哈韦沙漠的地图。中世纪的 "T-O "地图显示的是他们认为 “必须要有的世界”，包括伊甸园（最上面的远东）。地中海（世界中部）是 "T "的垂直，耶路撒冷在 "T "的连接处是世界的中心，意大利的靴子只是一个凸起。托尔金的地图是精心制作的，目的是帮助读者（可能还有作者）将《霍比特人》和《指环王》的虚构世界形象化。莫哈韦沙漠的地图是去年制作的，使用了先进的测量方法和卫星图像来指导特征的位置。
重要的是要认识到，从传统逻辑的角度来看，这些地图都不是 "真实 "的，因为没有一张地图与它们所要映射的所有细节是完全一一对应的。换句话说，这些地图每一张都是一种主要用图像而非文字书写的故事。在地图内部，我们可以做到完美的逻辑–所以举例来说，如果罗马在亚历山大的北面，巴黎在罗马的北面，那么巴黎就是亚历山大的北面。这种内部逻辑对于这三张地图来说都是完美的。数学也是一种制图系统，它的设置是为了使其内部完全一致 – -- 事实上，它包括制作这样的地图（"地球测量 "在希腊语中是 “几何学”）。当我们试图将这些地图与它们应该代表的 "外部 "联系起来的时候，我们才会遇到困难，发现它们都不是地图内部能够获得的真理意义上的 “真”。但如果把你丢到莫哈韦沙漠，你会选择带哪种 "不真实 "的地图？许多“假”的味道确实使现代思维发生了变化！
站在我们的立场上，之所以要传授过去400年开花结果的 “新思维”，并不是为了提供更多的技术性工作岗位，也不是为了 “保持国家的强大”，甚至不是为了造就更好的公民。这些都是新思维的副产品的好结果，但真正的原因与理智和文明有关。如果我们脑海中的地图与 "外面的东西 "不一样，那么我们充其量就是阿尔弗雷德-科兹布斯基所说的 “不理智”。我们对真正的精神错乱的定义只是当我们脑海中的地图，无论出于什么原因，变得与 “外面的东西”（包括其他人的地图中的东西）如此不同，以至于它是明显的，有时是危险的。由于我们无法让地图完全真实，所以我们对于物理世界总是有些不理智。由于我们实际的内部地图不能直接共享，所以我们对于包括我们在内的彼此对世界的映射就更不理智了。因为我们用我们的内部地图来思考–一种我们的信念回馈给自己的戏剧性呈现–所以说我们不是生活在现实中，而是生活在我们喜欢称之为 "现实 "的醒着的妄想幻梦中，也不为过。我们肯定要构建一个 "最不虚假 "的版本，我们可以这样做!
文明不是一种可以达到的状态，也不是旅程，而是一种旅行的方式。在我看来，科学最有趣、最了不起–甚至是最神奇的事情是，它是由我们来完成的，尽管我们是一种生物，脑子里只有各种故事，对冲锋陷阵的剑齿虎的兴趣要比对长达几个世纪的气候变化的兴趣大得多。但科学思维的过程能够以足够强大的方式处理我们自身的许多思维能力不足和其他缺陷，仍然能够对我们宇宙中越来越复杂的部分做出越来越准确的映射。这就是为什么我们需要帮助世界上所有的孩子学习如何做的原因。
但是，为什么科学及其映射语言–数学却被认为是难学的呢？我相信，这并不是因为它们本质上太复杂，而是因为它们简单得惊人，但又与人类正常的常识性思维方式截然不同。获得这种关于 "外面有什么？"的相当不寻常的观点，以及发现和索取有关知识的意义，才是学习科学的主要过程。有一种看法是，必须学习的部分内容是一种新的常识 – -- Alan Cromer称其为 “非常识”。
而且，就像学习这些理念不需要超过正常人的头脑一样，也不需要大笔的资金支出，尽管很多人喜欢给出 "科学教学没有发生，因为我们没有电脑、科学设备、书籍等 "的借口。科学现在大约有400年的历史，我们有商用个人电脑也就20多年，所以有大约380年的时间是在没有高科技的情况下学习科学和数学的。一些最重要的发现都是在工业革命之前用很少的设备完成的。
我认为主要缺少的是懂科学的成年人，他们想和孩子、老师一起工作，不计较经费。为自己的职业感到羞愧! 我们大多数人都呆在实验室里，远离孩子、家长、老师和学校。
如何在 "没钱 "的情况下学习科学？首先，我们要学会如何以非分类的方式观察和对现象感兴趣，也就是说，我们不要在仅仅了解了事物的名称之后就否定它们–从某种意义上说，大多数事物在我们能够认识它们并回忆起它们的名称之后，几乎就变得看不见了。所以我们要想办法 “让看不见的东西变得看得见”，避免 “过早的认识”。科学就在我们身边，只要对我们认为看到的东西更加留意，就能发现很多东西。
其中一个方法就是学习如何画画。正如贝蒂-爱德华兹（《在大脑右侧画画》的名著）所指出的那样，学习画画主要是学习看（而不是学习认）。对于很多事情，我们需要想办法推迟快速识别的时间，转而慢一点注意。
这与视觉艺术中的 "艺术部分 "有些不同，因为我们主要是想表达 "有什么 "的视觉细节，而不是我们对它的感受，但它们完全不排斥。正如我的祖父曾在1904年为《星期六晚邮报》写的一篇关于摄影能否成为艺术的文章中所说。“当我们带着某种目标深思熟虑地工作时，艺术就进入了我们的视野；也就是说，当我们从仅仅是机械的行为中解脱出来时”。感情会出现在我们精心创作的任何一幅作品中。
另一个 "高注意低成本 "的好例子是五年级学生测量自行车轮胎周长的项目。科学中的很多哲学金句都可以在这个受关注活动中找到。
学生们使用了不同的材料，得到了不同的答案，但都很确定有一个准确的答案是厘米（部分原因是学校教育鼓励他们得到准确的答案而不是真实的答案）。其中一位老师也是这样认为的，因为在轮胎的侧面写着它的直径是20英寸。老师 "知道 "圆周率是pi*直径，“pi是3.14”，"英寸乘以2.54换算成’厘米’“等等，然后乘出来，得到轮胎的 “精确周长”=159.512厘米 我建议他们测量直径，他们发现直径实际上更像是19.3/4”（未充气）！这让我很震惊，因为他们都被设定为相信任何写下来的东西，而且没有想到对写下来的东西进行独立测试。这让我大吃一惊，因为他们都被设定为相信几乎所有写下来的东西，他们没有想到要对写下来的东西进行独立测试。
这就导致了对不同压力的充气等问题。但大多数人还是认为有一个准确的周长。后来，我们中的一个人联系了轮胎制造商（恰好是韩国人），双方进行了许多有趣而有趣的邮件交流，直到找到一位工程师，他回信说："我们其实并不知道轮胎的周长和直径。我们将它们挤压出来，然后切割成长度是159.6厘米±1毫米的公差!
这真的让孩子们感到震惊和印象深刻–轮胎的制造者甚至不知道它的直径和周长! --这让他们想到了更有力的想法。也许你无法准确测量事物。下面不是有 "原子 "吗？它们不是会抖动吗？原子不是由会抖动的东西组成的吗？诸如此类。"海岸线有多长？"这个比喻很好。答案部分是由于测量的尺度和公差。正如曼德尔布罗特和其他对分形感兴趣的人所表明的那样，数学上的海岸线的长度可以是无限的，而物理学向我们表明，物理测量可以 "几乎 "一样长（也就是非常长）。
有许多方法可以利用 "宽容 "这一强大的概念。例如，当孩子们做他们的重力项目，并提出一个模型，说明重力对地球表面附近的物体的影响，对他们来说，非常重要的是要认识到，他们只能在电脑屏幕上测量到一个像素以内，而且他们也可能会有一些小的滑动。如果完全按字面意思进行测量，可能会使他们错过看到均匀加速度是怎么回事。所以，他们需要容忍很小的误差。另一方面，他们需要对典型测量误差之外的差异保持相当的警惕。从历史上看，伽利略无法真正准确地测量球是如何沿着倾斜面滚动的，牛顿也不知道水星的轨道在仔细观察时到底是什么，这一点很重要。
明年(2004年)是历史上第一次做出一个好的模型的400周年，这个模型是关于一个物体在重力的影响下落到地球表面附近会发生什么。伽利略没有家用摄像机和电脑，也没有Squeak来提出这个模型。他是在 "没有钱 "的情况下完成了他的发现，他非常勤奋地观察和注意，直到他找到了一种方法，可以清晰地确定发生了什么，用数学来绘制。
他是怎么做到的呢？这似乎没有一个绝对明确的答案，但有许多关于它的故事，是从伽利略的笔记和著作中拼凑出来的。伽利略的父亲是一位专业的音乐家，伽利略作为一位音乐业余爱好者，在长笛、琵琶等多种乐器上都有很好的声誉。
他曾用不同材料制成的大小一致、重量不同的球做了许多倾斜平面的实验。他发现，同样大小、不同重量的球在倾斜平面上的速度增长速度似乎是一样的，不管角度如何。
有一天，他可能为了好玩，闲来无事在琵琶颈上滚了一两个球。你可以看到，琵琶和吉他的音格间距并不均匀。在某些时候，他注意到球在音符上的点击声几乎是有规律的，他意识到音符的间距较宽是在补偿球的速度的增加。琵琶的一个奇妙之处在于，与吉他不同，琵琶的琴弦是由琴弦上的弦制成的，而且只是简单地绑在琴弦上。所以伽利略可以移动它们。他开始移动它们，直到他能听到一连串绝对有规律的点击声（在某些时候，他可能开始在他的倾斜平面上绑住音格材料）。当他听到完全有规律的点击声时，他测量了距离，发现速度的增加（加速度）是恒定的。
这里的一个重要结论是，如果教师懂得真正的科学，可以利用手头的材料做很多有趣的真实科学探究。这是一种 "无成本 "的探究方式，用玩具车载着一袋带针孔的墨水在倾斜的平面上滚动，是另一种方式。
不要因为没有电脑或设备而拖累了你。科学和数学就在我们身边。我们生活的世界是一个充满设备的巨大实验室，如果能注意到的话。即使在美国最贫困的地方，也有免费的公共图书馆，里面有关于如何做这些事情的书籍：这些知识不需要花钱，但需要花费时间和兴趣以及注意力。
你读这本书是因为你对所有这些问题感兴趣 – -- 也许你是在免费的公共图书馆找到的 – -- 不管你今天是否买得起电脑。如果你买不起，你仍然可以做很多事情，就像有很多真正的音乐可以在没有正式乐器的情况下与孩子们一起完成一样。如果你能买得起乐器 – -- 乐器或电脑 – -- 那么你刚刚为你的音乐、数学和科学冲动得到了奇妙放大器。
计算机很自然地把数学变成了现象，从而在科学的 "拆 "的基础上，又增加了一个更完整的 "拼 "的全循环。这是计算机在成人科学和工程中最重要的用途之一，因此，儿童和成人强烈地结合在一起，成为同一种艺术和运动，就像儿童的音乐是真实的音乐，儿童的棒球和网球是真实版的运动一样。
另一个启示是，通过使用合适的计算机环境，孩子们可以进行的建构范围和深度都得到了极大的扩展。许多研究者发现，儿童能够进行更深层次的思考，而不是他们能够轻易构建的：例如，他们能够非常深入地思考机器人和动物如何在这个世界上行进，并在计算机上创造出真正微妙而深刻的程序，将这种想法变成现实，这远远超出了他们这个年龄段构建这些想法的物理版本的能力。
几年后，电脑本身几乎是免费的，将成为真正的全球通信网络的一部分。因此，本书中所描述的所有东西，几乎是地球上每一个孩子都能接触到的。但我们还是要想办法不要忘记这里真正重要的东西。
我们必须牢记的最关键的区别是 "做真正的科学 "和 "学习科学家的工作 "之间的区别。这类似于 "音乐 "和 "音乐欣赏 "的区别。后者在这两种情况下都有价值，但都相当需要学习真正的过程，才能理解 "欣赏知识 "的真正含义。比如，给你一本满是论断的 “圣书”，要求你背诵并相信，和给你一本满是论断的 “科普书”，要求你背诵并相信，这两者并没有重要的区别。如同逻辑的两种价值（真和假）和科学的多种价值逻辑（很多有价值的假）之间的区别一样，科学说 "我们知道… "时的意思和以前的知识体系的意思之间的区别几乎不能再大了。当科学提出关于 "知道 "的主张时，它与以前的用法有很大的不同，它不应该试图重新使用 "知道 "作为这个词，因为它的意思是："我们有一个非常好的地图模型，这个模型的工作原理是这样的，因此有这么大的容忍度，并不能很好地映射到我们想要的地方，顺便说一下，你可以帮助检查这个，并提出你自己的批评，等等。“
我希望本书所介绍的项目和你到目前为止所读到的内容能让你相信，这些活动不仅是 “数学和科学”，而且是数学和科学中深刻的、真实的、重要的方面.如果用这种慢一点的、暂停感知的、怀疑的、仔细的、有力的、建立地图和模型的方式来思考比物理世界的问题更多的问题，会怎么样？如果你认为为了全人类的利益，事情会有很大的不同和改进，那么请帮助孩子们学会比今天大多数成年人更好的思考。
原文地址：http://www.squeakland.org/content/articles/attach/humanCondition.pdf
90%的翻译都是由deepL工具翻译的，还有google翻译。
