本文发表于《大众科学》的前博客网络，仅反映作者观点，不一定代表《大众科学》的观点
以下节选自《拯救我们的科学：如何激励新一代科学家》（TED图书，2013年），作者是艾妮萨·拉米雷斯——一位科学传播者、材料科学家和《大众科学》谷歌科学展评委之一，已获得TED图书的许可转载。
艺术家巴勃罗·毕加索曾经说过，所有孩子天生都是艺术家，诀窍在于成年后保持这种状态。我相信所有孩子内心都有一位科学家，我们需要让他们与内心的科学家联系起来。实现这一目标的方法是改善科学、技术、工程和数学（STEM）教育。
可悲的是，良好的STEM教学所激发的那种发散性思维、问题解决能力和好奇心，因为对考试和死记硬背的强调，而被扼杀在孩子们身上。每年，数百万儿童带着一个词的问题进入幼儿园：“为什么？”
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他们好奇且感兴趣，不断地询问关于一切事物的解释。父母和照顾者尽力为手头的问题提出答案，但在每个孩子的问题背后，都有另一个后续问题。接二连三。对成年人来说，这个过程可能很棘手，但这种不断的提问对孩子来说至关重要。他们的大脑正在忙着创建通路；他们正在学习，并且正在学习如何学习。他们是试图了解世界如何运作的迷你科学家。
但是，当这些好奇的生物开始上学时，可悲的是，随着时间的推移，无休止的问题开始消退。作为一名长期教师，我已经习惯了在我的材料科学课上出现的这种沉默，特别是我在教一些对大多数学生来说不熟悉且可能具有挑战性的东西时。我会停顿一下，然后问：“有什么问题吗？” 通常，没有。当我想与他们进行眼神交流时，学生们会懒洋洋地趴在桌子上，并避开我的目光。他们不能示弱。他们想说些什么，但常常会犹豫自己的好奇心，想知道提出任何问题是否会让他们在同学面前显得愚蠢。
STEM的组成部分不仅能建立经济，还能建立孩子们的思想，并为他们的情感和智力发展提供所需的生态。STEM支持在与他人和周围环境互动、建立概念、建立联系、参与交流和寻求发现等领域的成长。这些都是使孩子们成为完整、富有同情心、有韧性、有创造力和快乐的成年人的发展阶段。
为了使美国的教育重回正轨，我们需要采取多管齐下的方法，通过这些方法来激发学生对STEM的兴趣并让他们参与其中。
使其有趣
使STEM变得有趣是使其在公民中越来越受欢迎的主要因素。如果孩子们无法在学校获得STEM，我们需要将STEM带给他们，并将其带到学校操场、购物中心和网络上。我们需要在任何地方都提供有趣的科学和数学。无论年轻人在哪里闲逛，我们都需要创造引人入胜的STEM机会。这可以是星巴克和购物中心的3D打印机；手机上更多有趣的科学移动应用程序（如愤怒的小鸟）；以及巧妙地嵌入流行音乐中的科学概念（有人要“科学迷惑了我”的混音吗？）。我小时候，我收看了《碟中谍》和《百战天龙》。诸如此类的节目可以激发下一代人有趣的解决问题的能力，并且观看起来也很有趣。
此外，我们还需要学校停车场里的书车式STEM巴士；购物中心、麦当劳和图书馆里的科学博物馆展品；小商店里便宜的科学工具包；以及当地的科学节（在每个社区都有卫星活动或免费交通）。我的梦想是，一位录音艺术家演唱关于STEM的歌曲，以便这些概念通过无线电波传达给孩子们。
从很小的时候开始，父母就应该尽量在可能的情况下加入现实世界的问题，从而使数学变得有趣。让它成为一个游戏！在去奶奶家的路上，计算一下需要多长时间。在制作饼干时，使用分数来计算较小的批量。鼓励好奇心是消除算术无能（即数学文盲）的第一步。而且我们需要在孩子们成长过程中继续保持这种做法。将数学加入所有年龄段的流行文化只能有所帮助——例如，像《数字追凶》（一部面向青少年和成人的前犯罪剧）、曼哈顿的国家数学博物馆和像《漫画数学之谜》这样有趣的书籍，它们利用了漫画小说的流行度。所有这些都是鼓励接触和喜欢数学的途径。将这些努力与数学专家教授的引人入胜的数学课程相结合，肯定会使这艘数学之船驶向正确的方向。为了使STEM重回正轨，我们必须（正确地）计算数学。
强调从失败中获得成功
在STEM中，失败是生活的事实。整个发现过程就是试错。当你创新时，你会通过失败找到答案。你做出了一系列不奏效的选择，直到你找到奏效的选择。发现是一次次失败地取得的。设计和工程的基本原则之一是，人必须失败才能成功。关于这个主题，有很多书可以参考。在土木工程中，我们走过的每一座桥梁都是建立在失败的尝试之上的，这些尝试教会了我们一些东西（并付出了许多生命）。这都是试错的过程。科学家们一直都在失败。我们只是以不同的方式来定义它。我们称之为数据。
不仅在STEM中，而且在生活中，失败也是一个事实。如果你能从中学习，你就是幸运的。在科学中处理失败会给你坚韧和耐心，这是你在其他任何地方都很难得到的。
正如一句中国谚语所说，“失败不是跌倒，而是拒绝站起来”。现在，我不希望任何人失败，但如果孩子们必须学会这一点，我会选择一个可控且安全的环境，例如STEM课堂实验。在这里，他们学会重新尝试。STEM提供了失败的辅助轮。
我已经指出，由于其固有的僵化性，标准化考试教授的技能与解决问题、从失败中学习和培养好奇心等基本STEM技能背道而驰。事实上，标准化考试的行为本身会产生不幸的副作用，即降低人们对某个主题的兴趣。动机研究表明，对表现（成绩、考试分数或任何评估）的关注实际上会使学生们远离对一门学科的热爱。
在电影《阿波罗13号》中，我最喜欢的一个场景是一群工程师必须使用位于太空舱中的随机物品制造一个救命的二氧化碳洗涤器。这需要一种解决问题的思维方式才能找到解决方案。我喜欢这个场景，因为它虽然很可怕，但它描绘了工程师们一直期待的时刻——当他们从火箭科学家变成摇滚明星的时候。这部电影捕捉到了工程师们的紧张和激情。从本质上讲，他们必须将一个圆形的钉子（空气软管）安装到一个方形的孔（方形过滤器）中，并且只有一些活页夹、拉链式月球岩石袋、一根软管、一双袜子、一根蹦极绳和胶带。他们所依赖的技能，其核心是STEM技能。
如果你想一想在标准化考试中取得成功的学生类型，那么就可以毫不夸张地说，标准化考试可能无法让尼尔·阿姆斯特朗登上月球。创新和发明需要比标准化考试要求的更深入地理解概念，以及它们似乎没有激发出来的强烈好奇心。
以下是父母可以做的一些事情
参加当地的科学展览和节日。
去你当地的科学博物馆。
和你的孩子们一起拆卸东西。
尝试下面的实验（不在书中）。
与失败交朋友：甩动水桶
材料：（此实验最好在户外进行）
一个小水桶（像海滩用的那种）
一个塑料杯
水
步骤
往水桶里装满水，抓住把手。现在，伸出你的手臂，在你的头顶上，在你面前，然后再回到你的身边，以垂直圆圈的方式甩动水桶。尝试不同的速度，看看你能慢到什么程度才不会洒出水。记住要玩得开心。这只是水。（弄湿不是失败，而是数据收集。）
尝试一个更具挑战性的实验，做同样的事情，但这次是在塑料杯里甩水。你能把杯子甩到头顶上然后再甩下来而不洒出水吗？（提示：用你的食指最靠近杯子的底部握住杯子。你的手是上下颠倒的，这与你通常拿杯子的方式不同。现在，用杯子在圆形路径中甩动你的手臂，看看会发生什么。）
解释
甩动水桶的人之所以没有被水淋湿，是因为作用在水上的力大于重力，从而使水留在桶中。当水桶倒过来时，通常里面的水会掉出来，但由于惯性作用在水上，它会留在水桶里。这种惯性力大于重力，从而使甩动水桶的可怜的人不至于被淋湿。惯性与当汽车急转弯时你作为乘客被挤到一侧时的感觉相同。
我们能做到
21世纪的技能需要我们培养能够连接不可连接的事物的学者；那些愿意在找到正确答案之前尝试多种组合的人，以及那些能够以新的创造性方式玩弄概念的人。改善STEM教育对于人类发展和经济发展至关重要。STEM教育使孩子们能够创造一个比他们继承的更好的星球。培养好奇的、富有创造力的、能够掌握解决问题艺术的问题解决者，将使他们为这个未知的勇敢的新世界做好准备。
那才是我们能留下的最好的遗产。