这本童书能陪孩子从小学读到博士，不仅是激发科学兴趣这么简单

《科学家如何思考：达尔文与物种起源》是一本写给6-12岁孩子的达尔文传记。不过，与普通的童书、绘本、传记不同的是，文案称之为“一部展现真正科学思维方式的达尔文传记”。作为一个立志做科研的人，这个高调的宣传语引起了我极大的兴趣。

读完了之后，我非常震撼，其中的一些研究故事带来了很大启发。

这本书的主线是达尔文一生的经历，包括他小时候在家制作动物和植物标本，观察大自然；年轻的时候父亲尊重他的意见，同意他放弃学医，让他去顶尖大学学习宗教；在大学期间，达尔文抓住了一次机会，登上了贝格尔号，去探索南美洲沿岸，考察大洋上的岛屿；五年之后，他回到英国，正式开始了研究工作，随后结婚生子。

书里用讲故事的方式，介绍了达尔文在不同阶段的研究工作。从中，读者可以窥见达尔文如何观察、思考、得到结论，如何作出假设、用实验来验证假设，为何能在各个不同的研究领域都做出了重要成果。

这些故事所引出的“科学思维方式”，既向未了解过科学研究是何物的孩童打开了大门，也为要从事研究工作的大学生、科研人员提供了绝佳的参考系，在思维层面指明了方向。

科学好玩吗？怎么玩？

从达尔文故事里，我们可以看到科学有两种玩法，一种是观察-比较-理论解释，还有一种是实验-理论解释。观察、比较、实验可以说是科学家的基本功，而且这些基本功从小就可以开始玩了。

· 01 观察

达尔文小时候就是个小小的博物学家，擅长观察大自然里各种生物。当时的科学家认为，所有的瓢虫大致上是一样的，相当于批量生产出来的，外表不同只是细微的差别。但是小达尔文每天观察虫子之后，他觉得，瓢虫有24个不同的种类。

观察细节在达尔文的研究生涯中起了重要的作用。比如，达尔文在贝格尔号的旅途中，发现了加拉帕戈斯雀鸟大小相近，但是鸟喙却不一样。回英国后，他把这些鸟类标本交给了鸟类学家。经过研究，发现是因为不同海岛上的食物不同，所以雀鸟进化出了不同形状的鸟喙，方便进食。这也成为达尔文日后提出进化论的重要证据。

· 02 比较

观察光靠看可不行，比较相似性和区别，才能真正把看到的东西变成自己理解的东西。比如，达尔文观察了雕齿兽化石和现代犰狳的相似性和不同点，通过思考之后，大胆假设现代犰狳是已经灭绝的雕齿兽的后代。

· 03 实验

达尔文一生中有10个孩子。自从有了孩子之后，他就开始带着孩子们一起来做实验、搞研究。比如，种子的传播方式的实验是他带着两个儿子做的；做花朵传粉研究时，五个孩子都在研究大黄蜂的行动路线；他和儿子乔治、弗朗西斯一起设计了观察植物运动轨迹的装置；而蚯蚓研究是72岁的达尔文和儿子弗朗西斯一起做的实验。这些成果被记录在了《物种起源》和《植物土壤和蚯蚓》等书中。

这些实验设计的很朴素，即使小朋友也能做，比如把种子放进海水里，观察它们的漂流距离，把蚯蚓放在钢琴上，检测蚯蚓的听觉。

书里所列举的达尔文所做的研究，在实验方面并不复杂，而且也给出了达尔文每一项工作从提问到观察，到得出结论的整个思考过程。即使是六七岁的小朋友，也能自己设计一些简单的实验，开展自己的研究工作。

故事的趣味性、可操作性、要点的提炼、适中的篇幅……这本书的种种设计都非常适合孩童。难怪有人会遗憾小时候没看到这样的书，错过了成为小科学家的机会。

达尔文的故事里，有着成为真正科学家的秘密

在读大学和读研期间，我也听过一些讲科研方法的讲座。但是专门研究方法论的人，讲的太抽象，而且不从事一线科研工作，令人不信任。一线科学家分享的经验时，由于研究背景的差异，听众有时候很难理解到具体科研问题突破的关键之处。

而这本书所选取的达尔文的研究经验，对于自然科学领域学生而言，可谓量身定做，方法、思路、方向皆有可借鉴之处，每一个小故事都值得细细回味。

· 01 珊瑚环礁之谜：把思考科学问题变成习惯

我是看了这本书才发现，上课学过的珊瑚环礁形成的假说竟然是达尔文提出的，而且一百多年后，这个理论也没有大的改动。

最重要的是，达尔文并不是地质学家！

这个理论提出的契机也很有意思。达尔文跟着贝格尔号来到了印度洋上的科科斯群岛，看到海浪撞击着珊瑚礁，觉得非常壮观。于是开始思索：为什么会形成圆环状的珊瑚礁呢？中间怎么还有礁湖呢？沙子从哪儿来的？

他想到了自己读过地质学家赖尔的观点：珊瑚礁是海底火山口形成的。通过观察，达尔文了解了珊瑚的习性，也从贝格尔号地图绘制员那得到了珊瑚虫生活的水深。最终达尔文提出了珊瑚环礁形成的理论：珊瑚虫喜欢光亮，因此在海底火山口附近安家，珊瑚虫死后，外骨骼留了下来，新的珊瑚虫在这个外骨骼上继续繁殖，因此珊瑚一圈一圈的扩大。随着时间流逝，露出海面的火山被侵蚀，火山口的海水形成了礁湖，而珊瑚碎片逐渐变成了环礁的沙子。

这个故事很能体现达尔文作为科学家的特点：对自然科学研究涉猎广泛，随时提出问题，调用已有理论，通过其他手段，最终得到自己的答案。

我观察到的很多科学家也是如此，他们感兴趣的从来不止手头的研究工作，而是每天都在吸收不同领域的知识，还会利用非工作时间对感兴趣的小课题发起进攻。就像喜欢玩游戏的人会用休闲时间解锁新游戏，花时间玩通关一样，科学家的内心的好奇心驱动他们随时思考问题、解决问题。

这一点我自己也有体会，在网上冲浪时，我看到别人发表一些专业知识、但又不给出引文，这时我就会搜索一下，看看专业文献里说的和网友说的是不是一样，如果不一样，那真实情况到底是什么。在非本专业的文献里冲浪说起来难度更大，但是当做休闲活动反而很有趣，既锻炼搜索能力、快速阅读能力，又很过瘾。

从达尔文这里得到的第一个启发便是：把思考科学问题变成习惯。

· 02 从物种平衡到物种进化：分析问题的向前一步

书里介绍了达尔文提出物种起源理论的过程。让我感到意外的是，达尔文最初提出来的问题是，为什么动物不会按照公式那样指数增长、最终把地球挤满呢？他得到的理论解释是物竞天择、适者生存，对于动物而言，生存就是竞争，弱者还来不及繁衍后代就被死掉了，所以大自然中不会过度繁衍。

但是，得到了结论之后，达尔文没有止步。他继续发问：那在生存竞争中，谁是赢家呢？

浏览了随贝格尔号考察那几年的笔记，达尔文最终形成了一个想法，只有在特定时期特定环境里有着最适合环境特征的个体才是赢家，赢家可以繁衍更多后代，所以物种就会朝着这个方向进化。这就是自然选择。

对于科研新手而言，提出好的问题是难度最大的事。平庸的问题只会得到平庸的答案。但是，很多优秀的科学家，他们在整理科研成果时，都有向前一步的习惯，并不止步于最初提出的问题。就像达尔文一样，繁杂而丰富的笔记并不能保证他取得物种起源这样的重大发现，他最初提出的问题看起来很容易就找到了理论解释，但是借由这个看起来简单的问题，他层层推进，最终得到了预期之外的重大成果。

从达尔文这里得到的第二个启发是：分析问题时向前一步。

· 03 花朵的传粉：大量观察的意义

在《物种起源》出版之后，达尔文开始研究花朵传粉，当时植物学家的认为花朵都是自花传粉。达尔文布置了五个温室，他观察了不同种类的兰花雄蕊雌蕊花瓣的细微差别，以及来采蜜的小昆虫。最终发现，大部分花朵无法自花传粉，而且每一个品种的兰花都有对应的一种昆虫帮忙传粉，昆虫嘴形和兰花形状完美匹配。

光看这个描述，不难想象这个工作多累眼睛、多需要耐心。即使是现在的科研工作，有时候观察难度也跟这个差不多。曾经我第一次接触大量观测资料时，感到非常措手不及。我特别希望有人能一条一条列出来，数据的每一个抖动意味着什么，多大程度多大频率的抖动是仪器的观测误差而非正常现象？那段时间我频繁地去请教别人，但是每次听着别人讲，都觉得自己很懂了，回头自己开始分析又啥也不会。最后我花了几个星期时间，每天就是观察数据，自己一条一条总结特征、归类，最后，我的总结和别人给我讲的经验终于衔接上了。

在自然科学领域探索未知，从来只能通过大量观察得到分类，而很难有现成的分类去指导观察、缩减工作量。很多时候，分析问题不够透彻正是因为观察时蜻蜓点水、不愿大量投入精力（我吃过这方面的亏，对数据了解不够深入导致分析时处处受限）。

不过，有一个好消息是，观察得越多就能越快抓住重要特征。在大量观察上付出时间是一笔非常合算的投资。

从达尔文这里得到的第三个启发是：不能逃避繁重的大量观察。

· 04 植物的运动：跨学科的知识迁移

植物和动物一样，都会不断进化，适应环境。从这个理论出发，达尔文继续研究植物的运动，观察到了植物茎和叶的向光性和根的向地性，认为这是为了获取更多的阳光、吸收更多的地下矿物质——即自然选择的结果。

达尔文并不是一名专门的植物学家，但是他把自己的理论延伸到植物学的领域，取得了很好的研究成果。

这也解决了我一直以来的一个疑问。据我观察，博士毕业之后一般会立马换课题，即不能与博士论文期间研究同一个课题。而且，不管是年轻学者还是有资历的科学家，他们似乎总在不停地扩张研究方向，在我看来，这非常分散精力。为什么大家不维持既有优势，而是不断挑战新方向呢？

达尔文一生的经历给了我很好的答案。他在学科之间迁移时，把自己的优势带到新领域中，对这个领域是一种贡献。同时，他在不同领域的研究也打破了自身限制，从而有能力研究任何自己感兴趣的课题，学科的交叉也会拓宽思考问题的视野。

从达尔文这里得到的第四个启发是：拥抱学科交叉，利用优势进行跨学科的知识迁移。

· 05 蚯蚓：别人认为无意义的工作就不值得做吗？

达尔文72岁时，做了蚯蚓的研究。他和儿子一起研究了蚯蚓的饮食、嗅觉、视觉、听觉，以及蚯蚓的粪便。从而得到结论：不到50年时间里，蚯蚓会把花园里所有土壤吞食一遍，吃进去的是落叶、排出来的是肥料。

可是，在达尔文做这个研究之前，普遍的观点是蚯蚓的排泄物是有害的。达尔文是不认同这个观点，用自己的研究证明了蚯蚓是有益的。

前面提到，在珊瑚环礁的研究中，达尔文一部分继承了前人的研究结论。但是在蚯蚓问题上，他却推翻了已有的看法，重新来做。

对于已有的研究结果，达尔文并不全盘接受，而是有自己的判断。

这一点看起来简单，但是在实际中很容易忘记。在大量阅读专业文献、判断某课题的当前进展时，我往往是一股脑接受前人的结果。如果某个问题前人的讨论聚焦于问题的某一个方面，而忽略其他的部分，我会认为其他的部分是不重要的、没有价值的。事实上，随着新的观测数据出现，很多旧的研究成果可能会被质疑，旧理论也需要更新换代。

思考旧观点的时效性是一项非常重要的习惯，很多有价值的新发现由此而来。

从达尔文这里得到的第五个启发是：什么研究可以做，不取决于前人的观点，取决于自己的分析判断。

以下是我为《科学家如何思考》整理的儿童版知识点和科研新手版知识点。

这些知识点和案例很适合做成PPT，给从事自然科学研究的大学生和研究生进行分享。

不过，如果一个孩子能很早接触到这本书，并在自己想要做点研究时时时翻阅这本书，这真是极大的幸运和一生的财富。