SA NC 开展调查/第二章
| 开展调查：面向 GET 和 FET 数学和科学教育者的资源手册 |
本资源手册的主题是调查。调查对于科学、数学、工程和技术教育者非常重要，因为调查是这些学科的核心。在自然科学中，我们调查物理和生物环境中的现象，包括可见和不可见的现象，以及非常大和非常小的现象。在数学中，我们调查从我们选择的公理中产生的抽象概念。我们寻找我们研究的变量之间的数学关系，并且我们寻求数学模型来找到物理现实或人类活动与我们收集的有关它们的数据之间的“最佳拟合”。在技术领域，我们调查人类“需求和愿望”产生的问题，并寻求这些问题的最佳或最优解。我们是智人，与其说我们是智慧的，不如说我们一直在努力变得更加智慧，并比以前更多地、更好地了解和理解事物。
我们怎么知道这一点呢？好吧，只要看看孩子，以及年幼的学龄前儿童如果被独自留在陌生的但友好的环境中，就会如何探查、检查、尝试、探索和询问。孩子们所做的事情是我们这种生物的天性。不幸的是，我们的教学方式——与其说是教学内容，不如说是教学方式——往往更多地消除了自然的好奇精神，而不是鼓励它。
我们还可以看看任何伟大科学家、数学家、工程师和技术专家的生活，他们也可以被认为是发明家。其中一些人可能是出于他们的自豪感、竞争性、渴望“成为第一人”或渴望声称自己是一个想法的作者并得到同龄人和历史的认可而受到鼓舞。另一些人可能出于商业动机，以及他们从发现和发明中获得的利益而受到驱使。但所有科学家、数学家、工程师和技术专家最深切、最常见的动机体现在三个简单的人类需求中
1. 了解更多需求；
2. 更好地理解需求；以及
3. 找到问题解决方案的需求（以及使设备良好工作的需求）。
我们可以推测是什么驱使一个人多年甚至几十年坚持不懈地与一个问题作斗争，即使没有明显的解决方案。以安德鲁·怀尔斯为例，这位年轻的数学家找到了过去一千年的最著名数学问题——费马大定理的解。尽管他在第一次宣布自己已经解决了这个问题时犯了错误（尽管当时其他一些数学家对此表示轻蔑），但他还是重新开始研究这个问题（必须承认，在他的朋友的鼓励下），并找到了正确的解决方案。
他为什么要这么做呢？为什么他要几年时间坐在一个小书房里，放弃美丽的春夏时光、朋友的陪伴、孩子们的欢笑和重大世界事件的激动人心？是什么驱使人类做出如此非凡而专注的智力壮举？[可以在 [www.prometheus.demon.co.uk/01/01/fermat.htm] 上找到一篇关于费马大定理及其证明过程的通俗易懂的文章。在 [www.pbs.org/wgbh/nova/proof/wiles.html] 中转载了对怀尔斯的采访。]
约翰内斯·开普勒花了 20 多年（1596 年到 1619 年）研究有关行星的数据，然后才能够提出他的行星运动三定律。开普勒发现的是一组数学公式或一个数学模型，可以拟合现有数据。然而，他只解释了行星在它们所处的轨道上运行的原因，而没有解释为什么。它需要有史以来最伟大的科学调查员之一艾萨克·牛顿爵士，通过发明微积分作为数学工具来帮助他解决问题，才能对行星的椭圆轨道给出解释。
牛顿直到被天文学家埃德蒙·哈雷（以这颗彗星命名）敦促才考虑发表自己的结果。为什么？可能对牛顿来说，他的奖励是在经过多年的调查之后获得的发现的快感，以及仅仅知道自己知道的简单满足感。牛顿在对宇宙中现象的永不满足的好奇心的驱使下，研究了许多事物。据说，在他对光线和视觉的调查中，他将一个探针插入了自己的眼窝，以发现自己的眼睛是如何固定在眼窝中的。他的眼睛花了几个星期才恢复，希望满足他的好奇心弥补了他的不适！他还品尝了足够多的重金属化合物来给自己造成汞中毒，这可能是解释他传奇的坏脾气、偏执和一生中某些时候的古怪行为的原因。
迈克尔·法拉第是一位接受过很少正规教育的人，他是自学成才的科学调查方法。然而，他发现了如何利用线圈中的移动磁铁产生电流。磁感应，正如这种效应所知，仍然是物理学史上最重要的、最实用的发现之一。当时的英国财政大臣（财政部长）兼后来的英国首相格莱斯顿先生问道：“但这有什么用呢？”法拉第立即回答道：“先生，很有可能你很快就能对它征税了。”但税收和商业利益在法拉第多年的调查中是最不重要的，这些调查最终导致了他的发现。他一直拒绝接受那些本应给予他的荣誉和财富，如果他选择接受它们的话。1875 年，在法拉第去世六年后，德国科学家 A.W. 霍夫曼写道
"...法拉第的才华给人类带来了普遍的利益，他不仅属于他出生的岛屿，而且属于地球上所有文明国家..."
也许过去一千年中西方现代世界最伟大的调查员是一位名叫莱昂纳多·达·芬奇的意大利画家、雕塑家、解剖学家、工程师和发明家。有些人称他为“文艺复兴时期的人”。（“文艺复兴”一词的意思是“重生”。）在欧洲，几个世纪以来，调查精神一直被严格压制。好像宗教和世俗当局都认为，如果人们被允许自由地调查和质疑，就会导致混乱和无政府状态。这些当局残酷地阻止人们提出尴尬的问题或调查未知领域。他们似乎说，已知的就是已知的，每个人都应该对这种状况感到满意。但是，似乎有人忘了告诉达·芬奇，他研究和调查了一切引起他兴趣的事物。而几乎是所有事物。他解剖了死去的动物。他解剖了死去的病人。他为这些尸体中的肌肉制作了如此准确和详细的素描，以至于它们从未真正得到过改进。他在研究鸟类飞行之后，画了一架带翅膀的飞行器计划，在观察落叶之后，画了一架降落伞计划，在研究种子从豆荚中掉落之后，画了一架直升机计划。他从未建造过它们，因为建造它们所需的轻质、坚固材料当时还不存在。但无论如何，他还是设想了它们并设计了它们。而莱昂纳多·达·芬奇从 1452 年活到 1519 年！
阿尔伯特·爱因斯坦的特殊天才在于他会在脑海中调查疯狂的问题。“如果我乘坐一束光旅行，我会看到什么？”爱因斯坦问道。通过运用他的想象力，他找到了这个问题的答案，这甚至令他感到惊讶。但即使他的结论与当时所有其他理论物理学家所相信的相矛盾，他还是坚信自己的结论，并宣称“想象力比知识更重要”。他那个时代的另一位伟大的科学家马克斯·普朗克通过谨慎地建议能量可能以微小、独立的“包”的形式出现，而不是以稳定的、不间断的流的形式出现，来解释他观察到的物体发出的热量。他自己的结论让他如此不安，以至于他立即开始寻找反驳它的方法。同样，爱因斯坦运用他非凡的想象力证明了普朗克的理论。
那么，我们如何在课程中证明调查的合理性呢？很简单。调查培养重要的技能，例如：识别有趣的问题；系统地寻找令人费解问题的答案；以及解决智力和实践问题。我们中太多人一生都用不加批判的眼睛匆匆地看到我们的环境。我们看到，但我们并没有真正观察。教育者有责任培养学习者开放的、积极的观察精神，而不是仅仅被动地观察。今天的学习者，也就是明天的公民，必须学会观察和调查世界，不仅作为一项学校活动，而且因为它是生活习惯。“看！""哇，真有趣！""我想知道它为什么这样做？我原本以为它会......""这种模式真令人惊叹！它是完全对称的吗？""看看它怎么变了.""我想知道什么时候......""如果......""怎么办......""为什么......""为什么能......""为什么应该......"最终：""啊哈！我找到了！"
在我们的科学、数学和技术课程中，我们不能仅仅看到，而要真正地去观察。我们必须培养好奇心，并将好奇心转化为可调查的问题。学习者必须学会如何提出有意义的问题，教育者必须为学习者提供回答这些问题的机会。最重要的是，我们必须鼓励学习者去梦想。当你将有意义的事物调查纳入你的课程时，你会发现它在你的学习者中解锁了一些强大的东西：对学习的真正热情。