不时的，我会非常幸运地给幼儿园或一年级的班级讲课。其中很多孩子是天生的科学家——尽管好奇的倾向多一点，怀疑主义的倾向少一点。他们很好奇，爱动脑筋，引起思考的。有洞察力的问题滔滔不绝。他们显示出极大的积极性。我被问一些连续的问题。他们从没听说过什么叫“傻瓜式的问题”。
但是当我和高中高年级的学生交谈时，我发现情况不同了。他们记住了“事实”，但总的来说，发现的喜悦，事实背后的灵魂，已经离开了他们。他们失去了大部分好奇心，仅获得了很少一点怀疑主义。他们担心提出“傻瓜”问题；他们愿意接受不充分的答案；他们不提连续的问题；在教室里他们不时斜着眼瞥一下，判断他们的同学是否赞同；他们上课时把带来的问题写在一张纸上，他们偷偷地检查，等待着轮到他们，却疏忽了这时他的同学们正在集中讨论什么问题。
从一年级到十二年级一定是发生了什么，它不仅是青春期的问题。我猜测它部分是因为来自同学的不许杰出的压力（除了在体育运动中）；部分是因为社会教给人们的短期满足；部分是由于一种印象即科学和数学不会使你能买一辆跑车；部分是因为对学生的期望太低；部分是因为理智地讨论科学和技术——甚至学习本身——很少有回报或榜样。那些少数仍然保持兴趣的孩子被贬低为“傻子”、“小丑”或“书呆子”。
但是还有些别的原因：我发现许多成年人讨厌孩子提出科学问题。为什么月亮是圆的？孩子也许会问。为什么草是绿的？梦是什么？你能挖多深的洞？世界的生日是哪一天？为什么我们有脚趾头？大多数老师和家长以生气或嘲弄的态度对待这些问题，或者迅速地转到别的东西上面：“你希望月亮什么样，方的？”孩子们不久便认识到这种问题惹恼了大人。再有几次像这样在经历，就又有一个孩子离开了科学。为什么成年人在不到六岁的孩子面前要装作无所不知，我感到实在难以理解。承认我们不知道某些东西又怎么了？我们的自尊心竟如此脆弱吗？
而且，这其中有许多是科学领域中的深奥问题，有几个尚未得到完全解决。月亮是圆的与重力是一种将物体拉向任何世界的中心的向心力及岩石的强度有关。草是绿的因为它含有叶绿素，当然——我们都在高中的时候被灌输过这个答案——但是为什么植物含有叶绿素？这看起来很愚蠢，因为太阳输出的峰值能量是在光谱的黄色和绿色部分。为什么全世界的植物要抵制能量最丰富波长部分的阳光呢？也许是由于地球古代生物史上的意外冰冻。但是我们对于草为什么是绿的仍有某些东西不清楚。
有许多更好的回应可以不使孩子觉得他们问深奥的问题是一个大错误。如果我们对答案有想法，我们可以试着解释。即使是一次不完全的尝试也会起到消除疑虑和鼓励的作用。如果我们不知道答案，我们可以查百科全书。如果我们没有百科全书，我们可以带着孩子去图书馆。或者我们可以说：“我不知道答案，也许没有人知道答案。也许等你长大的时候，你会成为第一个发现答案的人。”有天真的问题、乏味的问题、表述不当的问题，以及在不恰当的自我批判之后提出来的问题。但是每个问题都表明他渴望理解这个世界。这绝不是傻瓜式的问题。聪明的、好奇的孩子是国家和世界的财富。他们需要得到照顾、呵护和鼓励。但是仅仅鼓励是不够的，我们必须给他们关键的进行思考的工具。
“官方消息”，一份报纸的头条写道：“我们在科学方面的名声坏透了。”在对世界许多地区17岁孩子的代数测验中，美国排名倒数第一。在同样的测试中，美国孩子平均正确率是43％，而日本相应的成绩是78％。在我的成绩单上，78％非常好——大致相当于C＋，或甚至B－；43％是F。在化学测验中，13个国家中只有两个比美国差。英国、新加坡和香港的成绩高得几乎超出了标准；加拿大的18岁学生有25％与美国高中高年级学生选出的1％的人知道的化学知识一样多。（他们在上第二门化学课，并且大多数人是在“高级”班）。明尼阿波利斯20个最好的五年级班被日本仙台的20个班级全部超过，被台湾台北的20个班级中的19个超过。韩国的学生在数学和科学的各个方面远远超过了美国学生，在排行榜上不列颠哥伦比亚省（加拿大西部）的13岁学生（在某些方面他们比韩国人还要好）超过了美国学生。在美国的孩子中，有22％的人说他们不喜欢学校，在韩国只有8％。然而，三分之二的美国人说他们“擅长数学”，但只有四分之一的韩国人这么说。
这种美国普通学生的低迷的倾向偶尔被杰出学生的表现所抵消。1994年，在香港举行的国际数学奥林匹克竞赛上，美国学生取得了史无前例的好成绩——在代数、几何和数论方面击败了来自68个国家的360名学生。他们之一，17岁的杰瑞米·本评论说：“数学问题是逻辑填字游戏。没有什么规律——完全是创造性的和艺术性的。”但是这里我所关心的不是产生新一代的一流科学家和数学家，而是公众的科学文化水平。
美国63％的成年人不知道最后一只恐龙在第一个人产生之前就死去了；75％的人不知道抗菌素杀死的是细菌而不是病毒；57％的人不知道“电子比原子小”。民意测验显示大约一半美国人不知道地球围绕太阳转而且转一圈要一年。我能在康奈尔大学我的本科生班里找到一些聪明的学生，他们却不知道星星在夜晚升起和落下，甚至不知道太阳也是一颗星星。
由于有了科幻小说、教育体系、美国航空航天局，以及科学在社会中扮演的角色，美国人应该比普通人更了解哥白尼学说。中国科学与技术协会1993年的一次民意测验显示，像美国一样，中国有不超过一半的人知道地球绕太阳一年转一圈。这显然意味着，在哥白尼学说产生了四个半世纪之后，地球上的大多数人仍然在内心深处认为：我们的星球固定不动地处于宇宙的中心，因而可以骄傲地认为我们很“特别”。
这些是关于“科学素养”的典型问题，结果是令人震惊的。但是它们衡量的是什么？对权威见解的记忆。他们应该被问的是我们怎么知道——抗菌素可以区别微生物，电子比原子“小”，太阳是地球围绕着一年转一圈的星星。这样的问题更能真实地衡量公众对科学的理解，测试的结果无疑会更令人沮丧。
如果你将《圣经》中的每一个字都当做真理，那么地球一定是平的。对《古兰经》来说也是如此。宣称地球是圆的意味着你是一个无神论者。1993年，沙特阿拉伯最高宗教机构，舍克·阿卜杜尔－阿齐兹·依恩·巴兹，发布了一项法令或文告，宣布：地球是平的，任何人认为地球是圆的就是不信仰真主并将受到惩罚。在许多嘲弄之中，由公元2世纪克拉格－埃及天文学家克劳蒂斯·托勒密搜集的，证明地球是球形的清楚的证据通过阿拉伯和穆斯林的天文学家传播到西方。到了9世纪，他们把托勒密的阐述地球是球形的书叫做阿尔玛格斯特——“最伟大的”。
我碰到过许多被进化论所触怒的人，他们宁愿认为自己是上帝的手工艺品而不愿相信自己是通过物理和化学作用经过漫长的历史时期从软泥中产生的。他们不愿意费力去了解进化论的证据：这些证据与此无关，他们希望什么是真的，就相信什么是真的。只有9％的美国人接受现代生物学的核心发现即人类（和所有其它物种）是从更为古老的物种经过自然的演替过程缓慢地进化而来的，在这个过程中不需要上帝的干预。（当仅仅被问到他们是否接受进化论时，45％的美国人说是的。在中国相应的数字是70％。）当电影《侏罗纪公园》在以色列上映的时候，遭到了一些犹太教教士的谴责因为它接受了进化论并宣扬恐龙生活在1亿年前——而在每一个犹太新年和犹太人婚礼上都会宣称，宇宙只有不到6000年历史。进化论的最清楚的证据可以在我们的基因中发现。但是具有讽刺意味的是，进化论仍被某些人，他们自己的DNA恰恰证实了进化论，所攻击——在学校、在法庭、在教科书出版社中，以及在我们可以给别的动物施加多大痛苦而不跨过伦理的界限这个问题上。
在大萧条时期，教师们享有工作的稳定性，不错的工资待遇并受人尊敬。教书是一个令人羡慕的职业，部分是由于人们普遍认为学习是摆脱贫困的出路。今天情况大不相同了。从事科学（和其它学科）教学的人常常不胜任工作并缺乏创造性，而且令人吃惊的是，他们在自己的科目中仅受过一点或没有受过训练，对讲授科学方法缺乏耐心而急于传授科学发现——而且有时他们自己也不能区分科学和伪科学。那些受过训练的人常常是在别的地方找到了工资更高的工作。
孩子需要亲身体验实验方法而不只是读读书本。我们可以被告知蜡烛燃烧可以用蜡的氧化来解释，但是如果我们看到把一个钟形的广口瓶罩在蜡烛火焰上，直到燃烧产生的二氧化碳包围了烛芯挡住了氧气，烛焰开始闪烁然后熄灭，我们就会得到一个更为鲜明的印象。老师可以教给我们细胞中的线粒体是如何像火焰燃烧蜡一样氧化食物，而如果我们在显微镜下观察这一过程就会得到完全不同的感觉。我们可以被告知某些生物体的生命活动需要氧气而另一些则不需要，但是只有当我们用一个除去氧气的钟形广口瓶来检验这个说法，我们才会真正开始理解它。氧气对我们有什么用处？为什么没有氧气人就会死？空气中的氧气是怎么来的？这种供应的可靠性怎么样？
实验和科学方法可以通过很多途径教给学生，而不只是在科学课上。丹尼尔·卡尼茨是我大学时的一个朋友。他是一个富于创新精神的初中和高中社会科学课教师。想让学生们理解美国宪法吗？你可以让他们一章一章地读，然后在课堂上讨论——但是，很不幸，这会使他们大多数人睡着的。或者你愿意试试卡尼茨的方法：你禁止学生读宪法。然而，你安排学生两人一组代表一个州，参加制宪会议。你事先向这13个小组就他们所代表的州或地区的特殊利益作简要的指点。比如南卡罗莱那的代表将被告知棉花的重要性，奴隶贸易的必要性和合理性，工业化的北方所造成的威胁，等等诸如此类。13个代表团聚集在一起，教员给予些许指点，但主要是依靠他们自己，经过几个星期写下了一部宪法。然后他们读真正的宪法。学生们把发动战争的权利留给了总统。1787年的代表们将这项权利交给了国会。为什么？学生们使奴隶获得了自由。原先的制宪会议却没有。为什么？这样做需要教师做更多的准备，学生做更多的工作，但这次经历是令人难以忘怀的。如果每个公民都有一次类似的经历，很难不认为地球上的国家将会具有更好的政治形态。
为了改善教师的培训、工资和实验室，我们需要更多的钱。但是在整个美国，学校公债的发行通常被否决。没有人建议将财产税用于军事预算，或农业补贴，或清理有毒废弃物。为什么偏偏是教育？为什么不支持教育从地方和州级别的一般税收中获得资金？向那些工人特别需要经过技术培训的企业征收特别教育税怎么样？
美国学校儿童做的作业并不够。美国的标准学年有180天，与此相比，韩国是220天，德国是230天，日本是243天。在这些国家当中有几个国家的学生星期六也上学。美国的高中学生每周平均花费3．5小时做作业。花在学习上的时间，课内或课外的，大约是每周20小时。日本五年级学生平均是33小时。日本，只有美国一半的人口，却每年培养相当于美国两倍的高学历的科学家和工程师。
在高中的四年中，美国学生在数学、科学和历史等科目上用去的时间不到1500小时。日本、法国、德国学生则花了两倍的时间。美国教育部1994年的一份报告指出：
传统的教学日必须符合所谓的“学校新任务”的一整套需要——对个人安全、消费者的事务、艾滋病、生态保护与能源、家庭生活和司机培训的教育。
这样，由于社会教育的缺乏和家庭教育的不当，高中学生每天只有三小时用于核心的学术科目。
人们普遍抱有这样一个观念，即科学对普通人来说“太难了”。这一点我们可以通过统计资料看出来。只有大约10％的美国高中学生曾经选修物理课。什么使科学突然间变得“太难了”？为什么对于那些比美国做得好的国家的公民来说，科学就不是太难？美国人在科学、技术革新和努力工作方面的天赋消失了吗？美国人曾经为他们的发明家感到极大的骄傲，他们首创了电报、电话、电灯、唱机、汽车和飞机。今天除了计算机，所有的一切都成了昨日黄花。所有那些“美国佬的独创性”哪去了？
大多数美国儿童并不笨。他们学习不刻苦的部分原因是他们很少能通过努力学习得到实际的利益。现在对普通年轻人来说，词汇技巧、数学、科学和历史方面的能力（实际上是了解基本的知识）并不能使他们在高中毕业后的最初八年中增加收入——他们中的许多人从事服务业而不是在工业企业工作。
在经济中的生产性部门，情况则不同了。比如，面临破产危险的家具厂——不是因为没有顾客，而是因为没有几个初级工人懂简单的算术。一家主要的电子公司报告说该公司80％的工作申请者不能通过五年级的数学考试。美国每年已经损失了大约400亿美元（主要是在生产能力的损失和补习教育的花费方面），因为工人们在很大程度上不能读、写、计数和思考。
美国国家科学委员会对美国139家高技术公司的调查表明，造成研究和开发衰退的主要国家政策有：（1）缺乏处理问题的长期战略；（2）对未来科学家和工程师的培养重视太少；（3）在“防务”方面投资太多，而在民用研究和开发方面则投资不足；（4）对大学之前的教育重视不够。无知养育无知。对科学的恐惧会传染的。
在美国，最喜爱科学的人是年轻、富有、受过大学教育的白人男子。但是在下一个十年美国四分之三的新工人将是妇女、非白人和移民。如果不能唤起他们对科学的积极性——我无意歧视他们——那将不仅是不公正，而且是自毁长城的愚蠢行为。这将使经济发展得不到急需的熟练工人。
非裔美国人和拉美学生与60年代相比在标准化的科学考试中有了很大的进步，但进步仅限于他们。美国高中毕业生中白人和黑人在数学上的差距仍然很大——两到三个等级；但美国高中白人毕业生和其他国家如日本、加拿大、英国或芬兰的学生之间的差距则是上述差距的两倍（美国学生落后）。如果你没有什么动机，而且只受到很少的教育，你就不会懂得很多——这一点也不奇怪。父母受过大学教育的城市郊区非裔美国人和父母受过大学教育的城市郊区白人在大学中的成绩一样好。据某些统计资料，一个穷孩子如果报名参加头脑启蒙计划，将来他找到工作的机会将增大一倍；如果完成了飞跃计划，那么他上大学的可能就增加了四倍。如果我们是严肃的，我们就会知道该做什么。
学院和大学又怎样呢？明显应该采取的步骤是：依靠教学成功来提高声望；根据学生在标准化、双盲测试中的表现决定教师的提升；教师的工资应该接近他们在企业工作的工资；更多的奖学金、助学金和实验室设备；富于想象力和启发性的课程和教材，其中优秀的教员应发挥主要作用；实验课程是每个人毕业所必修的；对传统的偏离科学的倾向予以高度重视。我们还应该鼓励学术上最好的科学家将更多的时间用于公共教育——教材、讲座、报纸和杂志文章、电视节目、在大学一二年级中开设怀疑式思维和科学方法的必修课也许值得尝试。
神秘主义者威廉·布莱克盯着太阳说他看到了大使，而其他人，更世俗一些，“只看见一个颜色大小像金畿尼的物体”。布莱克真的在太阳中看到了天使，还是某种知觉和认识错误？我知道没有照片显示太阳上有这种东西。布莱克看到了照相机和望远镜看不见的东西吗？还是这种解释更多地存在于布莱克的头脑之内而不是之外？现代科学对太阳本质的解释难道不是更奇妙吗：太阳里没有天使或金币，它是一个巨大的球体足以容纳100万个地球，在它的核心，看不见的原子核挤在一起，氢变成氦，氢中潜藏了数十亿年的能量释放出来，地球和其它行星被它温暖和照亮，同样的过程在银河系其他地方重复了4000亿次。
从头开始构造一个人所需的蓝图、详细的阐述和工作指令如果用英语写下来可以装满1000卷百科全书。而你的每一个细胞都有一套这样的百科全书。类星体是如此遥远，以至我们所看到的它发出的光在地球诞生之前就踏上了星系际的旅程。地球上的每个人都是数百万年前的同样的东非猿人祖先的后裔，这使我们都成为表亲。
无论何时我想到这些发现，都会有一种激动的感觉。我的心跳加快，难以抑制。科学是一种惊讶和欣喜。每一次宇宙飞船从一个新世界旁边飞过，我都会感到惊奇。行星科学家们自问：“哦，是这样？我们怎么没有想到？”但是，自然总是比我们所能想象的更为微妙，更为错综复杂，更为精致。考虑到我们人类明显的缺陷，令人惊讶的是我们竟在探索自然秘密的道路上走了这么远。
在获得发现或顿悟的时刻，几乎每个科学家都体验过一种肃然起敬的惊讶。科学——纯粹的科学，不是为了任何应用而是为了其本身的科学——对于那些实践它的人以及时不时地来瞧一瞧有什么最新发现的人来说，具有深刻的情感内容。
像侦探故事一样，构建关键问题，辨别可能的解释，甚至取得科学发现的进程是一种快乐。从下面这些例子中随机地多少挑几个想一想，有的很简单，有的远非如此：
* 在6和7之间会不会有未发现的整数？
* 在原子序数6（碳）和原子序数7（氮）之间会不会有未发现的新化学元素？
* 新的防腐剂会在老鼠身上引发癌症。但是如果你给一个体重远大于老鼠的人每天一磅这种药品，情况会怎么样？在这种情况下，也许新的防腐剂没有那么危险。也许将食物长期保存所带来的好处要大于其诱发癌症的风险？谁来决定？他们需要什么样的资料才能作出慎重的决定呢？
* 在一块有38亿年历史的岩石中，你发现碳同位素的比率和今天的生物体一样，而和无机的沉积物不同。你就此推断38亿年前地球上有生命吗？或者较现代的某种生物体的化学残留已经渗入了岩石中？或者是否有方法使岩石中的同位素与生物过程分离呢？
* 对人类大脑电流的敏感性的测量显示当某种记忆或精神活动发生，大脑的特定区域开始工作。我们的思维、记忆和情感都是大脑的神经元的特殊回路产生的吗？是否可能在机器人身上模拟这种回路？在大脑中插入新的或改变旧的回路以改变意见、记忆、情感、逻辑推理，这可行吗？这样的填塞物是不是太危险了？
* 你的太阳系起源理论预言会有许多气体和尘埃聚集成圆盘状遍布于银河系中，你透过望远镜看到了许多圆盘，你高兴地断定你的理论被证实了。但是实际上你看到的圆盘是比银河系远得多的旋涡状星系，而且太大以至不大可能是新生的太阳系。你会放弃你的理论吗？或者你会寻找另一种圆盘？或者这只是你不愿放弃一种可疑的假设的表达方式？
* 一个正在发展的癌肿瘤向血管附近的细胞发布了一份公报：“我们需要血液。”于是，内皮细胞被迫建立血管桥向癌细胞供血。这是如何发生的？可以将这讯息截取或取消吗？
* 你将紫色、蓝色、绿色、黄色、桔黄色和红色颜料混合在一起得到黑褐色。而你将同样颜色的光混在一起却得到白色。这是怎么回事？
* 在人类和许多其它动物的基因中有长而重复的遗传信息序列（被称为“废物”）。某些序列引起遗传疾病。这部分DNA会是恶劣的核酸片段，自我复制，自行其是，不考虑它们所寄生的有机体的正常状态吗？
* 许多动物的行为在地震之前非常奇怪，它们知道什么地震学家不知道的事情吗？
* 古代阿兹台克人和古希腊人的“上帝”一词几乎是相同的。这是否表明这两种文化之间存在某种联系或共性呢，或者我们应该认为这两种不相关的语言出现这种巧合仅仅是偶然？或者像柏拉图在《创世纪》中所想的，某些词语是我们与生俱来的？
* 热力学第二定律表明将宇宙看做一个整体，无序随着时间增长。（当然，通过宇宙其它地方的有序的减少，局部的世界、生命和智慧可以产生。）但是如果我们生活在一个宇宙大爆炸扩张即将减缓、停滞继而收缩的宇宙中，第二定律会逆转吗？结果会在原因之前发生吗？
* 人的胃使用浓盐酸溶解食物并帮助消化。为什么盐酸不溶解胃本身？
* 在我写本文的时候，人们发现最古老的星星似乎比宇宙还老。就像声称朋友有个孩子比朋友还大一样，你不必知道很多就能意识到一定有人犯了个错误。那么是谁？
* 现在的技术已经可以移动单个的原子，这样冗长而复杂的信息可以用超微观的尺度写下来。还可以制造分子大小的机器，这些“纳米技术”的最基础的例子现在已被成功地展示。在今后的几十年里它将把我们引向何方？
* 在几个不同的实验室中，科学家们发现在合适的条件下，某些复杂的分子可以在试管中自我复制。其中一些分子，像DNA和RNA，由核普酸组成；另一些则不是。有些使用酶加速化学反应的速率；另一些则不。有时在复制中会发生错误；于是错误在后代分子中被不断地复制。这样它们就会成为稍有不同的自我复制的分子，其中一些比其它的复制得更快。更有效率。于是最先繁盛。随着时间推移，试管中的分子变得越来越高效。我们开始亲眼目睹分子的进化，这会对生命的起源提供多少认识呢？
* 为什么普通的冰是白色的而纯净的冰是蓝色的？
* 已经在地球几英里深的地下发现了生命。生命的存在区域到底能达到多深？
* 据一个法国人类学家讲，马里共和国的多贡人有一个传说：天狼星有一颗极为致密的伴星。实际上天狼星确实有这样一颗伴星，尽管只有相当精密的天文学技术才能探测到它。那么，（1）多贡人是源于一个曾拥有巨大的望远镜和理论天体物理学的被遗忘的文明吗？或者，（2）他们曾经得到外星人的指点？或者，（3）多贡人是从来访的欧洲人那里听说天狼星的白矮星伴星的？或者，（4）法国人类学家搞错了而多贡人从来没有类似的传说？ 为什么对科学家来说推广科学是困难的？一些科学家——包括一些非常优秀的科学家——告诉我他们喜欢普及科学，只是觉得自己在这个领域缺乏天赋。知道和解释，他们说，不是同一回事。秘密在哪？
我想，只有一个：不能像对你的科学家同事那样对普通大众说话。有些用于传达你的想法的术语可以瞬间被专家所准确地理解；你也许在每天的专业工作中都要用各种方法说到这些语词，但是它们对于那些非专家的听众来说无异于谜语；使用尽可能简单的语言；最重要的是，不论你试图解释什么，想一想在你自己领会之前你的理解是什么样子；回忆一下你几乎陷入的误解，清楚地提醒别人；牢记你也曾经一无所知；概要重述你从无知到有知的最初的步骤；永远不要忘记天生的智慧是普遍存在于我们人类之中的。确实，这就是我们成功的秘密。