在科学的发展历程中，理论与实验就像“双螺旋”一样紧密地交织在一起。出人意料的实验现象为理论科学家提供了研究课题（19世纪末物理学天空中的“两朵乌云”为我们带来了天翻地覆的理论变革，导致了相对论和量子力学的产生，彻底地改变了人们的世界观），而任何科学理论，即使在数学推理上完美无缺，仍然需要经过实验的不断佐证才能站得住脚（狄拉克的公式预言了正电子的存在，这在多年之后才得到实验的证实）。在百余年的诺贝尔物理学、化学、生理学或医学颁奖历史上，理论科学家与实验科学家各占半壁江山。
在惠立学校的科学课上，我们同样看重科学的理论学习和实验操作，努力将实验环节与理论学习融合在一起，做到“两条腿走路”。然而，“实验”这个词有着极其丰富的内涵，当一个孩子回到家中，兴奋地向家人宣布“我们做实验了！”时，这句话究竟是什么意思呢？
演示
2010年左右，网易公开课引进了麻省理工学院的《经典物理》，中国的学生看到了这部录制于1999年的课程，一时叹为观止。在1500多篇跟帖中，有位学习者如此说：
课程的讲授者是麻省理工学院的教授瓦尔特·列文（Walter Lewin），因自己的课程在iTunes U上下载量居首，他在71岁时成为“网红”。
在麻省理工学院的支持下，列文教授打造了各种新奇装备，将“演示”（demonstrations）这一教学手段推至极致，把各种物理原理以最夺人眼球的方式展现出来。
列文教授展示单摆的周期不随负重改变
列文教授用灭火器的反冲力驱动三轮车
“演示”，是实验的第一层意思。出于安全考虑，有些实验并不适合让所有同学亲自动手完成，而是由教师或高年级同学动手操作，演示给同学们看。
比如，吸入氦气发出异于平常的声音，显示声带的发声频率与传播媒介有关。氦气是惰性气体，并没有毒性，但它会稀释体内的氧气含量，这种情况下，科学老师就要为“科学”自告奋勇地“牺牲”一回。
让范氏起电器助你“怒发冲冠”，或让金属箔“天女散花”，以演示静电现象中同类电荷相互排斥。这个实验需要演示者严格遵守指令，以避免受到电击。
比如，用蒸汽机模型模拟发电厂，演示能量的转化和效率。为了形成蒸汽，小锅炉会被加热到很高的温度，演示者在操作时需要非常谨慎，以免接触烫伤。
这类极富戏剧性的演示实验可以有效地吸引同学们的注意力，激发大家的学习兴趣，也有助于阐释科学原理，加深同学们对理论知识的理解和记忆。这些实验的安全要求也很高，需要有经验的教师来操作演示，尤其是在低年龄段的课堂上。
动手操作
单单观看演示总不过瘾，只要有机会，谁不想亲手操作一番？这是实验的第二层意思——“动手操作”。在惠立学校的科学课堂上，在保障安全的情况下，教师会利用一切机会为同学们创造动手的机会。
比如，用醋、小苏打和色素打造一座色彩斑斓的“火山”。当带着气泡的“岩浆”喷涌而出时，同学们会直观地看到，原本的固态小苏打和液态醋混合后产生了一种新的物态——气体，这意味着化学变化（相对于物理变化）的发生。
用看不见的二氧化碳气体浇灭蜡烛。在这个实验中，同学们会更深入地理解密度的概念以及燃烧发生所需要的条件：较重的二氧化碳气体下沉，排开空气，让火焰与氧气隔离，进而熄灭。
用彩带编制立体食物网。在热烈的讨论和“上天入地”的打结过程中，同学们对摄食关系（feeding relationship）以及物种间的相互依赖关系（interdependent）形成了更深的印象。
使用粉末采集球棒上的指纹，与“嫌疑犯”的指纹进行对比，以确定“凶手”。这一实验可以锻炼同学们的观察力，加深他们对证据的重要性的认识。
把大于瓶子口径的鸡蛋完整地放入瓶子并完整取出。在这个实验中，同学们可以直观地观察气体的压强如何随着温度及气体分子数的多少而发生变化。
这些实验可以增强同学们的实验安全意识，锻炼他们的动手能力，让他们熟悉实验仪器的操作方法。动手的过程也可以激发同学们的思考和讨论，培养他们的问题解决思维（比如，“火山实验”中如何获得更猛烈的喷发？阻燃实验中如何获取足够的二氧化碳气体？如何判断两个物种之间是否存在摄食关系？如何采集和辨别指纹？怎样才能保证鸡蛋完整地进入瓶子？更困难的是，如何把鸡蛋完整地取出来?）。
本期文章中，我们分享了“实验”的前两层意思：“演示”与“动手操作”。“演示”实验可以有效地吸引同学们的注意力，激发大家的学习兴趣，也有助于阐释科学原理，加深同学们对理论知识的理解和记忆。“动手操作”可以增强同学们的实验安全意识，锻炼他们的动手能力，让他们熟悉实验仪器的操作方法。
“实验”的另外两层意思，将在下一期文章中分享，敬请期待！
孩子们在科学课上全身心投入，难免会弄脏校服，希望可以得到家长们的理解与温柔相待。
