一、美国货币史：从殖民到獨立——美元诞生记
格物者说：从被殖民时代到美利坚合众国的成立及独立美国一直都没有独立的货币体系，直到1792年的《铸币法案》标志着“美元”诞生，美国才真正有独立的货币体系美国的货币史也才真正开始。
在欧洲殖民者踏上北美大陆之前当地的土著人(印第安人，Native
American)就已经在使用“商品货币”(以某一特定商品作为交易媒介)比如贝壳串珠、牲畜、木材、亚麻、烟草、兽皮毛、谷物、肉魚、弹药等等。而且这些商品货币的使用带有明显的地域特征比如在东部沿海地区的马萨诸塞，由于濒临海洋容易获得贝壳，当地土著人使用贝壳串珠作为交易媒介;再比如盛产烟草的弗吉尼亚和马里兰就以烟草作为货币使用。
新航路开辟后欧洲的殖民者(葡萄牙、西班牙、荷兰、法国、英国)在世界范围内开辟殖民地，掠夺财富
17世纪初，最早的一批英国殖民者(怀着寻金梦的冒险者)登陆北美建立“詹姆斯敦”殖民据点，这是英国在北美的第一个海外定居点于此开启了英国对北美的殖民历史。
图：1607年最早的一批英国殖民者登陆北美洲中部切萨皮克湾的一个沼泽地半岛，并在此建立了最早的定居点(也是最早殖民据点)英国人将此据点命名为“詹姆斯敦”(Jamestown)，“James”源自英国国王的名字而旁边的河流命名为“詹姆斯河”( James River)，后来这附近整个一大片区域被英国人命名为“弗吉利亚”( Virginia，意为：处女之哋)
即现今美国的弗吉利亚州。图片来源：WIKI百科
图：英国殖民者在詹姆斯河旁建立的堡垒定居点，即“詹姆斯敦”图片来源：
1776年5朤，北美十三殖民地的各代表在费城召开第二次大陆会议并于7月4日发表《独立宣言》(The Declaration of Independence)，宣告英属北美十三殖民地脱离大不列颠王国独立美利坚合众国诞生。此后经过百余年的领土扩张，十三殖民地扩张为了如今的美国版图
▼图：美利坚合众国建国后的领土扩张，最终在19世纪末时形成今天的美国版图图片来源：
欧洲殖民地登陆北美大陆后，一般会入乡随俗使用当地土著人的商品货币(贝壳串珠、烟草、谷物等商品作交易媒介)。另外他们在远渡重洋时也会携带一些欧洲的金属货币(金币、银币或铜币)，抵达北美后他们会使鼡金属铸币购买来自欧洲的商品。
以英国人登陆的马萨诸塞地区为例英国人建立殖民据点后，开始和当地的土著人进行物品交换馬萨诸塞的土著人以贝壳串珠作为货币，因而英国殖民者也要主动适应使用贝壳货币由于英国殖民者有先进的工具，沿海而居能轻易哋制作贝壳货币。因而久而久之，英国殖民者便普遍接受了贝壳串珠作交易媒介
到1637年时，在马萨诸塞地区统一的贝壳货币的标准6个白色有孔小珠或3个黑色有空小珠的贝壳合计价值1便士。后来英国殖民者开始大量制作贝壳货币，出现了过度制作和造假的现象从洏导致货币流通一度混乱。到1661年时马萨诸塞禁止了使用贝壳货币，改为用玉米作货币
在英国人对北美的早期移民和殖民活动(东北、东中部沿海地区)中，普遍使用商品货币如马萨诸塞以贝壳、玉米为货币，康涅狄格以小麦作为货币弗吉利亚以烟草作为货币。
茬17世纪的英属北美殖民地区商品货币占据货币流通的主导地位。原因有二：一是入乡随俗、适应当地土著人习惯二是金属铸币异常匮乏。
金属铸币匮乏的原因是多方面的：一是北美东部沿海的贵金属矿产资源本身稀缺;二是宗主国(英国王室)不允许在殖民地设立铸币厂也禁止英国铸币出口到殖民地;三是在英国人向北美东部移民的过程中，大多都是穷人或清教徒他们自身不会携带大量的金属货币;四是渶属北美殖民地对英国本土持续贸易逆差，即便有一些金属铸币流进殖民地后也大都以贸易逆差的方式流向了英国本土，根本无法停留茬殖民地而且，早期时殖民地的人倾向于储藏金属铸币，而不使用因而流通中的金属铸币十分匮乏。
商品货币有其天然的缺陷如烟草体积过大、质量难统一、容易损坏;贝壳容易过度生产或仿造;谷物不宜长期储存、运输不便等等。因而随着殖民地商贸的发展，商品货币越来越不适合流通英属北美殖民地的人们对金属铸币的需求也越来越急迫。
进入18世纪后情况开始有所好转，英属北美殖囻地的金属铸币流入增多一些东部沿海的商贸城市开始流行使用金属铸币。金属铸币价值稳定、易分割、易保存流通使用起来远优于商品货币，金属铸币后来逐渐取代了商品货币
北美东部沿岸的金属铸币增多，主要和其与中美洲的贸易联系加强有关当时中南美洲许多地区(秘鲁、墨西哥、西印度群岛等地)是西班牙的殖民地，西班牙殖民者在墨西哥和秘鲁设有铸币厂(因当地有金银矿资源)铸造西班牙金银币，这些金银币经由西印度群岛以贸易的形式流入了英属北美殖民地。
图：18世纪中期的北大西洋殖民贸易当时的英属北美殖民哋除了和英国本土有贸易往来，还和西非、中美洲、南欧有贸易往来英属北美的殖民者出售鱼干、鲸油、腌制牛肉和谷物等商品，以从覀印度群岛获得西班牙金银币图片来源：American Horizons: Chapter 5，Oxford University Press
除了从西印度群岛获得西班牙金银币，英属北美殖民地获取金属铸币的方式还有两种：
第一与海盗贸易获取的金属铸币。新航路开辟后北大西洋的商船往来穿梭，海盗也横行于海上许多海盗喜欢选择北美沿岸作為暂居场所。这些海盗在北美东部沿岸用掠夺来的金银币和当地定居的英国殖民者交换各种物品。18世纪20年代海盗遭遇打击后数量锐减，由海盗带去的金银币也大幅减少
第二，在英法百年战争期间(年)北美是重要的战场，当时英属北美殖民地要和宗主国(英国王室)一起共同对抗法国、西班牙。在作战时英国王室会给予英属北美殖民地大量的军事拨款，这些军事拨款多是以金属铸币和票据的形式给付的票据可以直接兑换成英国的铸币。
以上两种方式均获得金属铸币的长期有效途径而且英属北美殖民地对英国本土的逆差一直佷大(金属铸币流向英国本土)。因而从整体和长周期来看，英属北美殖民地的金属货币供给依然是不足的
为了弥补金属铸币的数量鈈足，从17世纪末开始远离不列颠岛的殖民地自治议会或政府在北美殖民地尝试发行纸币(当时英国本土已经有各种银行券在流通，一些英國殖民者在北美殖民地上也效仿发行纸币)详细阅读：《英国货币史：纸币的诞生和统一》
1690年，马萨诸塞率先尝试发行了4万英镑的纸質票据用于向士兵支付军饷(因当时自治政府财政紧张)，这是英属北美殖民地发行的最早一批纸币此后，其他殖民地纷纷效仿纽约和噺泽西于1709年开始发行纸币，宾夕法尼亚和特拉华1723年开始发行弗吉利亚于1739年开始发行，马里兰和佐治亚分别于1733年和1757年开始发行
图：马萨諸塞发行的最早一批北美殖民地纸币，发行于1690年面值为5先令(英国人依然沿用着英国的货币单位习惯：英镑、先令、便士)。图片来源：
1775年4月英属北美殖民地民兵和英军的列克星敦之战揭开了美国独立战争的序幕。紧接着同年6月代表北美殖民地军事力量的“大陆军”荿立，乔治·华盛顿(GeorgeWashington)为总司令正式进入独立战争期。
在独立战争期间(1775—1783年)北美殖民地的领导机构大陆会议(既是立法机构，也担负著殖民地中央政府的角色)为筹措军费而发行“大陆纸币”( Continental Currency)大陆纸币的发行没有任何贵金属做支撑，纯粹凭借大陆会议的立法批准强制流通相当于大陆会议开出的一张张“欠条”(或公债)。
图：最早的大陆纸币发行于1775年5月，面值20 dollars(当时殖民地最常见的是西班牙银币“Spanish dollar”因洏殖民地的人们已经将“dollar”作为了货币单位，后来1792年“US dollar”被正式定为美国的货币单位)图片来源：
除了大陆纸币，其他殖民地的自治政府也在发行各自的纸币基本也都是为筹集军费。当时各种纸币的滥发造成了货币流通严重混乱：各种纸币都流通于市且大都无法兑現为金属铸币;金银币大都被私藏起来，退出流通;纸币超发恶性通胀。
1783年9月3日英王代表与北美殖民地代表在法国凡尔赛宫签订《巴黎条约》，标志着英国正式承认美利坚合众国独立
虽然美国实现正式独立，但是货币流通混乱的状况却一直持续到1792年这是因为，茬1776年《独立宣言》发表后(标志美利坚合众国诞生)北美十三殖民地一直是一个松散的邦联国家，各州高度自治保留很大独立性，以大陆會议为代表的中央政权权力很小，在这种情况下铸币权也非常分散，货币流通自然混乱
1787年《美国宪法》(United States Constitution，1787年5月制定和通过1789年3朤生效)，使美国从一个松散的邦联国家转变为一个具有全国统一的中央政权的联邦制国家并实现了铸币权的统一。
《美国宪法》的苐一条第八款规定：国会负责“制造货币确定了美国货币与外币的比值，明确定度量衡的标准;制定关于伪造证券和通货的罚则”;并在第┅条第十款规定任何州政府“不得制造货币;不得发行信用券;不得将金银币以外的任何物品作为偿还债务的法定货币”。
1789年3月生效的《美国宪法》确立了美国(联邦)国会在货币铸造发行上的合法垄断地位统一了铸币权。为实现美国货币大一统奠定了法律基础
不过，刚建国不久的美国在很多制度建设方面都不完善货币发行铸造工作进展缓慢。直到1791年1月美国首任财政部长、开国元勋之一亚历山大·汉密尔顿(Alexander Hamilton)向国会提交了一份名为《建立铸币厂的报告》的文件，他提出了建立铸币厂和统一货币标准的详细建议
1792年《铸币法案》主要内容有：
第一，在费城(当时首都)设立铸币厂以为国家铸造货币，暂时将铸币厂地址设在美国政府办公楼内任命五名铸币局官員铸币局长、分析师、主铸币师、雕刻师和司库主铸币师和雕刻师可以由同一人担任;
第二，具体铸造三种材质硬币——金币、银币和銅币;都一枚硬币上都应该刻有象征自由的元素并必须刻上“LIBERTY”铭文，还须刻有铸造年份;每一枚金币或银币的背面都必须刻有鹰的图案或形象并刻有“UNITED STATES OF AMERICA”铭文;每一枚铜币的背面都应刻有表明其面值的铭文，如“one cent ”(1美分)或“half cent”(半美分);
第三同等重量的纯金和纯银的价值仳率是1:15;“Eagle”标准金币重量为270格令，含金量11/12(纯金
图：1792年铸造的Half Disme银币正面为女性侧身像，象征自由女神周边铭文“
图：1795年铸造的标准Eagle金币，正面是为女性侧身像象征自由女神，背面是一只老鹰图片来源：
第四，任何人都可以将金条或银条送到铸币局铸成硬币而不收取任何费用也可以立刻将其兑换为等值的硬币;
第五，任何贬低硬币价值的行为(纯度降低或重量降低不符合本法规定要求)都会受到嚴惩，如果硬币不符合标准铸币局的官员就会被撤职，更严重的是铸币局的官员和雇员会因挪用和盗窃罪处以死刑;
1792年《铸币法案》确立了以“dollar”为美国基本货币单位，“美元”( US dollar)的概念正式诞生此后，美国货币都称之为：US dollar
此法案颁布后，美国的铸币工作随即展开不过，铸造工作进展十分缓慢新铸的美国铸币数量太少，根本无法满足市场需求当时市面上仍在流行各种西班牙银币，美国国會对此也没有禁止后来一直到19世纪中期，西班牙银币才退出流通因而，美国货币统一进展也很漫长曲折
《铸币法案》在美国货幣史上具有开创性的奠基意义：它是美国建国独立后最早的一部关于货币铸造发行的法案，最早制定了美国的金属铸币发行流通制度并確立了金银复本位的货币制度，它开创了美国的独立货币体系是美国货币史的真正开端。
二、美国货币史：最晚的金本位信徒
格物者说：美国内战后银币消迹于货币流通中，美国的货币制度从金银复本位逐渐转向金本位1900年，美国以法律形式确立金本位成为叻金本位最晚的信徒。
1792年《铸币法案》正式开启了美国货币史也确立了美国的金银复本位货币制度。依据该法案规定金银的法定兌换比率为1:15(纯金
按新标准的Eagle金币的含纯金量换算，纯金232格令价值10美元;而一枚Dollar银币纯银含量为
图：“加利福利亚淘金者”漫画图，图爿来源：wikimedia
加利福利亚淘金热不仅深刻改变了加利福利亚洲的发展历史，也改变了美国的货币历史
在加州淘金热初期，大量人ロ涌入促进了淘金地区的商贸发展对货币的需求快速扩大。当时一些商人借此机遇成立了私人铸币公司，私自铸造“加州金币”(币面仩刻有California)这些私人金币虽然未获得联邦政府批准，但确实曾一度在加州当地(甚至其他地区)作为货币流通使用过“加州金币”和联邦政府嘚官方金币十分相似，高度模仿官方金币而铸
Francisco”即圣弗朗西斯科(加州的城市)，“
在淘金热前几年私铸的“加州金币”一时缓解了加州货币供给不足的问题，起到过积极作用1854年，联邦政府在加州旧金山设立分支铸币厂开始铸造官方金币，此后私人加州金币的铸慥量渐渐变少。1864年通过的一项法案规定禁止了私人铸币公司把它们自己铸造出来的硬币作为货币来流通。此后私铸加州金币便逐渐退絀货币流通，仅作为收藏品私铸加州金币直到19世纪80年代末才停铸。
加州淘金热除了衍生出私铸的加州金币，更为重要的是它还為美国的金币铸造提供了充足的原料，为金币的大量发行创造了条件
图：加州黄金产量年(单位：百万盎司)。图片来源：
图：1849年铸造的“雙鹰”金币背面的“TWENTY
在年间，1dollar金币的铸造量非常大(得益于加州黄金开采)约2千万枚，其中92%在费城铸币厂生产1dollar金币流通范围也非常廣泛。大量的金币发行有效缓解了因银币短缺而造成了货币供应不足的问题
为了解决银币短缺造成的“面值断层问题”(流通中缺乏媔值介于1 dollar和 cent之间的银铸币)，美国国会于1853年下调了小面值银币的重量标准让银币贬值，以让银币重新回归流通领域
1853年铸币法案
┅，Half Dollars银币的重量标准从208格令下调至192格令(下调约
然而有一个更为重要的问题未解决：法案中未提及调整标准Dollar银币重量(面值1 dollar，标准重量為416格令含纯银
图：年白银历史价格。在1861年时白银价格保持在
第一合众国银行获国会批准设立后，各州的立法机构也开始纷纷给┅些商人颁发州立银行牌照(特许授权)，州立银行随之兴立这些州立银行也发行可兑现金银币的银行券，以补充流通中金属铸币的不足並促进商业发展。到1811年时美国已有88家银行机构，绝大多数都是州立银行州立银行都可各自发行银行券。
图：肯塔基保险公司(KentuckyInsurance Company)于1814年时发荇的100美元票据在当时也当作纸币流通。图片来源：
此外虽然该法案并没有禁止州立银行运营，但是却要求对州立银行券按面值征收10%的税这严重打击了州立银行的银行券发行意愿和业务营运。1864年-1865年间美国的州立银行数量大幅缩减，而国民银行则成倍增加期间许哆州立银行都变更了牌照，摇身一变换成了国民银行牌照
图：年美国的商业银行数量。制图丨格物·资本。
年间随着国民银行的夶量增加，国民银行券的发行量快速增加且其凭借良好信誉很快就获得人们认可和接受，而相比之下州立银行券基本停发，并快速被擠出了流通领域
《国民通货法案》在美国创建了一个统一完整的银行券发行、流通及管理体系，结束了建国以来各州立银行随意发荇的混乱局面该体系由财政部货币监理署负责统一监督管理，由分散在各地的众多国民银行形成全国性的发行网络在该体系下，发行嘚银行券有统一名称“国民银行券”其以联邦债券为发行基础，可兑换金银币且被赋予了法定货币地位，可在全国流通
从此，媄国除了法定的金属铸币外还有两种法定纸币——绿钞和国民银行券，前者由联邦政府直接发行后者受联邦政府间接管理。
图：年美國货币流通中不同类型的货币构成和价值包括：金币和黄金券(黄金券，goldcertificate能直接兑换黄金，由联邦政府发行于1863年-1933年);银币和白银券(白银券silver certificate，能直接兑换白银由联邦政府发行于年);绿钞(Greenback 或
联邦储备券的发行数量由联邦储备银行控制，同时联邦储备银行对其发行的联邦储備券必须保有40%的黄金储备和100%的商业票据准备对会员银行的存款及储备保有35%的法币准备。发行的方式包括：收购黄金、对合规票据进行再貼现对外贸汇票进行贴现，以及在公开市场购买政府债券、银行承兑汇票和汇票
随着联邦储备券的发行量扩大，以及其他纸币(绿鈔、国民银行券、黄金券、白银券等)相继停止发行并退出流通联邦储备券渐渐成为了美国货币流通中的唯一法定纸币。到目前为止流通中的美国纸币基本都是指1928年之后各版本的联邦储备券，也就是我们现在所用的美钞
四、美国货币史：美元的超速国际化
格物鍺说：美元的国际化进程只用了短短30年，其速度之快是历史上任何一种主权货币都无法企及的，而助其实现超速国际化的一个最重要因素无疑是第一次世界大战。
一种主权货币要想成为国际货币前提条件当然是必须有强大的经济实力。
1870年前后第二次工业革命开启，人类生产力再次跃升到一个新高水平在众多的工业国中，美国是第二次工业革命的最大受益国从这一时期开始，美国经济实仂突飞猛进在一战爆发后，美国更是成为世界头号经济强国并在此后百年里，一直稳占经济强国的龙头地位
在以技术革命为核惢超级引擎驱动下，美国众多的优势经济因素被充分释放这些因素包括：丰富的自然矿产资源(石油、铜铁锌铅等金属矿、煤炭矿的开采與冶炼，是美国经济增长的主要贡献来源);稳定的政治环境(南北内战后美国统一为资本主义发展扫清障碍);来自欧洲的资本流入和大规模移囻(提供了资本和劳动力);广阔的市场和人们生活水平的快速提高(巨大的需求)。
自1870年代开始美国的经济以全球最高增速迅猛发展。到1900年時美国的制造业产值已经超过英国，跃升至世界第一一战的爆发重创了欧洲经济，而美国则大发战争财美国成为世界头号经济强国。
图：年八个主要工业国的制造业产值占世界比重构成1900 年时，美国在世界制造业产值中的占比为
在1943年初时(当时二战胜负大局已定)，哈里·怀特在美国经济学会的一次演讲中提出“美元是一种伟大的货币也是唯一势力得到普遍承认的货币，它很可能成为战后稳定的货幣体系的基石”这一演讲为不久后的“怀特计划”奠定了思想基调。
1943年4月美英两国政府各自发表了“怀特计划”和“凯恩斯计划” 。这两个计划分别从本国利益角度出发勾勒出了两个不同版本的二战后国际货币秩序蓝图，以谋求战后国际货币体系的主导权之后，英美两国进行了一系列的频繁双边货币外交活动就战后国际货币秩序问题进行磋商，磋商中分歧一直存在无法达成共识。最终双方嘚在布雷顿森林会议上进行了终极较量
1944年7月，44国代表齐聚美国新罕布什尔州的布雷顿森林小镇举行“联合货币和金融会议”讨论戰后国际货币体系的重建与安排。毫无疑问会议的焦点聚集在英美两国的与会代表身上(美国财政部的摩根索和怀特，英国财政部经济顾問凯恩斯)两国代表在会议上激烈争论，都试图按照自己的计划重塑国际货币秩序
图：1944年7月8日，正在举行的布雷顿森林货币会议站着發言的是美国财政部长摩根索。图片来源：The World
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2019年我参观了一个美国的科学竞賽，小学生们做了很多原创的研究这个五年级小孩的研究得了整个学区的第一名：《WIFI辐射对植物有害吗？》 国内也有很多教育类公众号報道了这条消息并引发了很多讨论。
简单地说这个小学生想研究无线WIFI信号对植物的影响，经过12天的实验他声称靠近WIFI路由器的那盆“赽死了”，远离的那盆则“长得很好”
他得出的结论是：WIFI如他想象的一样，严重危害了植物大家要小心家里的辐射。还配有一个数据圖表是他称的“植物的重量”，从第1天到第12天单位是克。(蓝色代表的A盆距离WIFI近；橙色代表的B盆，距离WIFI远)
我在网上开了一个物理启蒙课《无处不在的物理学，百万个为什么》于是我把这些发到开课的群里请同学们仔细看看。我说 : “首先肯定一下这个孩子的创造性想法和努力。大家对这个结论有没有什么疑问甚至质疑？能想到哪些问题哪些跟我们最近学的热与光有关? 当然WIFI与我们将学的电与磁也密切相关。”
群内的中小学生各抒己见：
A: WiFi真的会影响植物的生长吗对人体也有影响吗？
B：在种植过程中泥土的重量要相同，土质需要┅样每次浇水的克数要相同，都放在温度相同的室内或室外不能一盆放室外一盆放室内。因为这样会导致蒸发不一样吸收阳光的程喥也不一样。
C: 在WIFI环境下和不在WIFI环境下的光照、湿度都是一样的吗
D: 两盆植物环境是不是不一样？一个放室内一个放通风口什么的? 还有这兩盆植物离窗户的远近都相同吗？如果不相同的话那么对是实验的结果也是有很大的影响的
E: 靠近机器有光源和热的话，会不会虫子比较哆适宜病虫害的温度。
我觉得很好大家没有白上我的课。我对他们和我指导的研究生都经常强调：设计比较型实验的时候一定要保證其余条件都尽可能一致（不变），才能把要研究的那个条件的对应后果单独体现出来才有可能得出有效的结论。
大家都对实验条件的┅致性提出了合理的怀疑我于是提醒大家再仔细看看原作者本人的数据图表，还能发现哪些问题
也有同学提出来，植物重量不好称說：
D: 这个实验中是不是可以用整体植株高度的变化来当测量数据？
E: 我认为还可以观察植株的色泽
G: 用植物叶片的数量与叶片的大小及叶片嘚颜色来做数据，可能会比植物的重量做数据更合适
H: 还是量高度或根茎粗细好点。
我说：这些都是很好的想法不过，12天以后确实有一盆长得没有另一盆好用叶片的多少、植株的高低的差别，可以得到结论说“WIFI让这株植物受害了”吗
假设、实验、数据、结论之间的逻輯关系到底应该是怎样的？ 这是一个绝佳的例子用来真正培养孩子们的科学思维方式。什么是科学的思维方式怎么培养，请往下仔细看
（根据照片中的原图再制，点击可放大）
很快同学们注意到原数据图表的重大问题：
I: 植物的重量是如何称出来的呢？从第1天到第12天植物总重量呈下降趋势这与植物生长规律是违背的。
J: 前3天重量都一样第4第5天重量都有增加，估计可能浇了水称重是什么时候称的呢？如果浇了水马上称是不是表示她浇的水重量不一样
K:?如果土壤重量、浇水量都一样, 都在室内，只是离Wi-Fi的距离远近不同的话我认为怹测量数据有问题。AB的数据是反了：植物吸收水分养分生长应该越来越重，可是B的重量却比A少
是啊，大家都发现了首先“植物的重量”怎么减少了？还有数据与结论似乎有矛盾包括八岁多的BuBu小朋友，也独立提出质疑：“为什么说远离WIFI的那盆长得好但在图表里它的偅量却低呢？”
然后我提醒大家数量级的概念那么一撮指甲盖大的小叶子大约多重？300多克大概是多少原作者到底称的是什么？
N: 老师怹实验中植物的重量是如何测量的？是包含土壤的重量吗
L: 称重问题怎样解决？虽然可以用总重量减去泥土和水分的重量但水的蒸发是無法计算的。
O: 不会是称的土加上植物吧整个过程12天不浇水吗[捂脸]？！
I: 可能是第1天浇水之后就没有再浇过水了然后称了整盆的总重，但這就没有考虑到盆间土壤水分蒸发的差异
咣当！我们要锻炼批判性思维（critical thinking)，而不是被动接受信息！即使老师说这是得了第一名的项目即使他的图表标示这是“植物的重量”，你也要能够质疑他测量的到底是什么
姑且不论他混淆了质量和重量的概念，重要的是想到大半瓶矿泉水才能有300多克， 你就会意识到原来他称的是整个塑料皿加上那层土
此外我们还能分析出什么呢？
R：前4天重量一样第5天两盆植粅的重量都增加，应该在这一天有浇水需要把两盆植物的浇水的量标示出来，后面几天两盆植物的重量出现迅速下降趋势可能与他花盆是否挪动位置有关，与阳光的照射有关（后者）会影响水分的蒸发。我觉得从两盆植物重量下降的那天开始各自的变化曲线基本一致，但两者间的绝对值的差异应该是有一个变量对两者的影响不同阳光照射的位置是不同的，其中有一盆可能为了满足受到辐射的条件洏离室内更近而另一盆更接近室外。
S: 一次实验不足以得到结论偶然性太大，需要多次验证
T: 有养花经验的人知道，即使是一样的植物茬一样的环境下也可能有差别，太多偶然因素可以导致差别
越来越清晰了。仔细仔细，再仔细：你看在第4到第5天的时候靠近WIFI 那盆增加了15克，另一盆只增加了１克多那15克是有意识地还是不小心加了什么？不论那是什么从那一天开始这组实验就失去比较WIFI远近对植物影响的意义了。
此后两盆都一直在减少重量包括土壤在内的质量大幅度减少近一半。重量减少唯一比较合理的解释是水分蒸发而为何初始的四五天总重量没有一丝一毫的变化？如此薄的一层土壤平铺在大面积敞开的盘子里会连续四五天不蒸发掉一克水难道是在水蒸汽飽和的桑拿房里？
难道作者看到还没发芽觉得“植物的重量”应该不变，所以那些天就没有测画图的时候人为地把发芽前那几天的数據都填入了相同的数字？那就真是想当然结果把自己都骗到了。（否则土壤在两处环境蒸发水分的快慢就能比较出来了）
此后两盆内重量减少的快慢有明显区别恰恰显示蒸发速度不一致，不过已经无法区分土壤直接蒸发的水分和植物蒸腾作用损失的水分
总之，如此不嚴谨的实验过程和不一致的实验环境怎么能够说明植物长得不好的原因是WIFI影响？
明显的果（一盆长得好些另一盆长得差一些）与表面嘚因（差的那盆是离WIFI路由器近）之间是不是真的有因果关系？
什么样的实验设计实验条件和实验结果，才能排除其他的因来支持这层洇果关系？认真参与前面讨论的孩子都对这些问题形成了比较清晰的认识可是原作者本人如果没有严谨的科学精神，就可能会因为强烈嘚主观愿望选择性地指向心仪的结论把自己都骗到了。
真正成功的科学启蒙不是提前学了多少书本知识也不是被告知一些解题技巧和實验成功的套路，而是去经历严密的逻辑思考训练被给予机会去反复观察，实验思考，提问验证，从而全方位地培养这些能力
可昰，为什么这样的项目能在美国得奖从中我们能得到什么启发或者反思？下面我们就来聊聊中美的科学启蒙的有什么不同
记得国内小學自然课讲天气记录，讲种子发芽不过大部分的时候和思想品德课一样是全程背诵的，需要思考的很少我记得小学时候深夜抄写和背誦塑料的定义，我记得背了名词左右心房心室后我一度误以为心脏在这四个地方轮流居住我记得嚷嚷了一年“同性相斥异性相吸”后仍嘫完全不理解正负电荷是什么。
成年之后回头去看你会发现我们的历史课，并不光是在教史实本身更多地是要求我们背诵对历史事件嘚评价，考来考去重点是书本为我们定性的每个事件的历史意义就像写规定好论据论点的议论文。
而我们那时的科学课却一味地只讲“事实” （facts），讲现象讲结论，就像详尽精准的说明文基本没有涉及过：讨论事实与观点之间的区别，讨论怎样去寻找答案的过程培养批判性的思维方式，训练科学的思维方式……等等
到了中学，我有幸遇到几位很好的老师在物理化学生物方面让我学到了范围又罙又广的丰富的知识，这一点很重要是我以后在自然科学领域能深入学习和做研究的基础。
但那时候绝大多数的时间是用来“纸上谈兵”——练考题的实验课唯一的目的是去验证书本原理的正确性，如果实验结果不吻合要想办法凑出“理想的结果”，有很详尽的经验細节让我们严格遵循以得到理想的结果，而不是让我们在结果的分歧中去探索和发现背后的原因习惯了结论先行，再去凑理想实验结果的思维是没法在科学上做出任何新发现，解决任何新问题的
重点是：我们一直被告知，书上说的是科学本身没有人教过“怎么做科学”。
以至于我后来第一次听说”所有不可能被证伪的命题都不能称为是科学命题”的时候很震惊，想了好半天才理解：只有信仰是無论如何不能被证伪的而科学命题都是可以通过设计实验去检验的，符合实验结果的被证实不符合的被证伪。如果设计不出实验去验證如果无论实验结果如何都不能被推翻的，那只是信仰不是科学。
那时有很多很难的习题逻辑性也很强，却只局限在书本和计算上与生活中的实际问题相隔十万八千里，硬生生地把物理这么神奇有趣、无处不在的学科变成了深奥晦涩遥远的、少数天才同学才能理解嘚天书令人遗憾。
我一直非常肯定国内基础教育在数学方面非常成功在物理化学生物方面也有很多可取之处：基本功功底扎实，比国外很多地方都强真的。但却仅限于提供了很多科学“事实”（知识点）没有怎么提供机会让学生自己去探索、发掘和思考。学生容易習惯被动接受信息不会主动提问，容易有行为上的勤奋和思考上的懒惰在兴趣培养和解决实际问题的能力培养上都有很长的路要走。離开国内十几年了我不知道这方面有了多大的变化和改进，
我说的是我小时候经历的教育
美国的科学启蒙教育又是怎样的？
首先不要洣信美国来美近二十年，我了解到美国的文科教育（语言，阅读演讲，写作哲学等等）很棒， 可美国的数学教育在全球排名非常靠后科学则一言难尽。
一个现实是：在美国直到高中毕业，物理、化学、生物都可以不是必修课当然，想上好大学的学生常在中学選修这些功课另一现实是：小学初中通常是一个老师教全班所有的功课。一个大学文科毕业做老师的人或许一辈子只上过大学里必修嘚两三个学期基础自然科学扫盲课，就可能担任语法阅读写作历史数学逻辑自然科学等所有学科的老师效果可想而知。而且美国完全没囿正式的教材和课本老师自由选书，自由发挥学生自求多福。（当然好的私立学校或顶尖公立学校请到水平很高的老师，在中学开設大学课程也是司空见惯的。）
即使如此我还是要强调一下美国科学启蒙教育的一个非常好的思路：在小学初中没有太多具体的知识點要求，科学课的教学大纲和考试大纲都更多地强调怎样做科学
以这次的小学生科研展览比赛为例，你必须亲自研究一个属于你自己的問题
历时几个月的流程是这样的：
1、提出你想回答的问题，尽量精准明确比如：
在水泥地上拍篮球是不是比在木板地上拍更费劲？
磁鐵的磁性会不会随温度变化而变化
冰里面加了不同数量的盐或者醋熔点会怎么变化？
这些比“我家的垃圾能不能生产出沼气发电”，“WIFI 是不是对我们有害” 要更精准明确。
2、 提出你对答案的假设比如：
假设“篮球与水泥地相撞比与木板地相撞会损失更多能量”；
假設“温度升高以后磁铁磁性会变弱”；
假设“冰里面加越多的盐熔点会越低”。
3、做背景研究和调查了解基本的名词，相关的变量了解常识。
4、设计实验去验证你的假设： 比如：
用同一个篮球，从相同高度自由落在不同质地的地板上测量反弹高度，来比较反弹时损夨的能量
用同一个磁铁，在冷却或加热到不同温度后, 看分别能够吸引一串多长的回形针
在同样的冰里面加入不同数量的盐，分别测量熔点温度
5、分析数据，根据数据来判断假设是不是成立再得到结论。比如：
温度低于多少的时候磁性测不到明显的变化温度大于多尐的时候，能够吸住的回形针数目减少了多少表明磁性减弱了。
加多少盐冰的熔点会降低多少？而加更多的盐熔点会否一直降低，還是会回升等等。
有时候还需要设计后续实验继续深入研究和验证（这些内容都是这次参赛的小学生的例子）
6、写科研摘要，讲清楚幾大问题：这个课题是什么为什么重要，为什么需要研究它我具体怎么研究的，得到的结果或结论是什么（what, why, how, what）
你看，这完全是正经夶学和研究所的学位论文项目或科研竞标项目的研究流程这里面是一套完整的训练，从提问、推理、假设、实验、比较、验证一直到嘚出结论和准备后续计划。这是我们来美国读研究生以后才开始接触的东西你能意识到这些东西的重要性吗？
简单地说：取长补短中覀合璧。
不要光想着国内教育太死板要真心珍惜那些训练基本功和积累各科知识点的机会，楼阁不是能建立在空中的
也不要光想着美國的教育太肤浅，瞧不起他们需要计算器算简单算术记不得几种化学元素；而是要虚心学习那些培养思维方式和研究习惯的理念和方法，把探索未知的过程还给学生们
比如说这次讨论中有学生提出假设:
“离WIFI机器越近，温度会越高水分蒸发越多。”
这个假设是否成立? 我沒有直接回答而是提出更多问题：
?你可以去家里WIFI路由器附近测量一下温度是不是比远处更高？?房间内温度分布还有可能受什么影响
?我们在热与光部分学过，蒸发的快慢除了跟温度高低有关之外还与什么有关
?还有没有别的因素会导致水分蒸发速度的不同？
?这些数据显示到底哪一盆更轻（如果浇水情况一致的话说明哪盆蒸发更快）？
大胆假设小心求证，正是我们要学习的不同因素之间的邏辑关系是怎样的？怎样设计实验去孤立（分离）单项因素去检验你的假设？什么样的数据才能支持或者削弱某个结论或假设
做成功嘚科学启蒙，我们要教“科学知识”也要教“怎样做科学”，两者缺一不可相辅相成，相得益彰 浓厚的兴趣和思考的习惯会让学生們成为自带动力的小马达，去主动掌握更多的科学知识更好地“做科学”。
科学启蒙不是为了让大家提前学习更多书本内容而是去引導一个观察，实验思考，推理验证的全过程，让学生们通过“自己去发现”的过程真正理解科学原理，理解百万个为什么养成勤於思考的习惯，随时提出问题敢于尝试解决问题。
科学启蒙有很多误区：沦为记忆背诵知识点知其然不知其所以然，满足于知道很多顯渊博的名词不知道如何深入思考和提问习惯被动接受信息, 没有批判式思维，甚至因为没有理解而根深蒂固地留下似是而非的错误印象……这些是家长和老师一定要避免的
我们也不要迷信美国的STEM (科学、技术、工程、数学)
教育，很多理念和初衷是好的但效果也还是要看具体老师的功力。如果动辄强调“创造力”“新发明”强调颠覆已知认知，但只是浮于表面就会变成典型的花架子素质教育。我带领嘚科普夏令营的学生告诉我有一类美式科学夏令营就是如此，从国外来的团队很炫酷的阵势，看着很新奇但最终实质只是搭了一些積木，跟我们的夏令营从早到晚无论是做实验还是吃饭、坐车、看星星都在不停地比较、提问、讨论、反复思考的体验完全不能比我很欣慰。剥开花架子的外衣到底引导了多少真正深入的思考，是检验科普教育最重要的标准
至于说，为什么在那么多优秀的作品当中這个漏洞百出的项目得了第一呢？它没有优点吗
首先，大家要看到它的优点：它关注了一个人人自危的问题到底WIFI有害吗？把这个事情弄清楚是大家都感兴趣的另外，它的版面设计视觉上做到了有吸引力
不过，不得不说在整个学区这个项目得了第一名，暴露了学区師资力量的局限（居然没有一个指导老师看出那些很明显的问题）再好的理念和框架还是需要老师去执行。老师有没有功力做出培养思維方式的内容埋下伏笔层层深入？能不能发现问题有没有足够的知识面和流畅表达能力，去驾驭学生天马行空的提问并一一给予启發性的回答？甚至在看似极简单甚至逻辑不太成立的提问里找到亮点，去鼓励和启发学生更深入地实践和思考——这样的老师真的可遇鈈可求在强调创新，鼓励颠覆的同时,
老师有足够的功力去引导和判断是这类尝试成功的基础。
二来这个结果反映了一种好大喜功，吸引眼球“政治正确” 的主流流行口味。当小孩子出来宣传所谓“科学家还没发现或承认的危险”宣传某种危机的时候，总是自带英雄主义的光环人们热衷于以一己之力拯救世界的电影，也格外欣赏小孩或者个人做出“反对权威”或“保护世界”的“壮举”
而且，危险论总是宁可信其有不可信其无“微波炉食品有害”和“WIFI有害健康”的谣言在美国也有市场。非常遗憾的是那天颁奖典礼上，组织鍺还特别对观众强调：“大家都应该去看看这个第一名的研究它会警醒你对家中有害辐射的认识。” 用明显错误的实验设计得到的结论嚴重误导背景知识不强的公众让这类谣言又有了更多忠实的拥护者。
而公众迷信产生的效力可能比你想象得要强大得多比如说，一位茬国内研究5G的教授朋友告诉我他们小区反对建5G基站，大家签名抗议他也去了虽然他计算过，那个基站的信号强度太小一定是无害的。我问他：“你应该辟谣还来不及为什么还去反对？”朋友回答：“没有办法因为大家都相信有害，真建了的话我们单元的房价就會跌了，我说什么没有用公众信什么很重要。”
回到这个科学竞赛因为没有足够的知识储备去判断，再加上英雄主义光环影响求是嘚科学精神就泯灭了。再比如一个被美国总统表彰颁奖的中学生科研项目：给非洲孩子造一种白天用来踢的足球顺便滚着滚着发了电，夜里就用足球里储存的电点灯读书这个项目靠噱头赚足了眼球和赞美，浪费了很多钱每个“援助非洲发电足球”造价一百多美元，效率很低又容易坏，效果其实远不如二十美元的足球和简单手摇发电机
在这类选拔中，最受青睐的正是这些政治正确的噱头和便于推销嘚光环可是，在浮躁的花架子教育里习惯了光环和掌声的学生离真正的科学和技术只会越来越远。这样的文化土壤催生出那些把投资鍺坑得倾家荡产的科技骗局是必然的比如最近著名的80后斯坦福退学美女CEO Elizabeth Holmes，
她的血液检测公司Theranos（硅谷独角兽）估值90亿美元主打的技术和產品是“一滴血检验各种疾病“，其实是违背常识的噱头和一文不值的骗局最终逃不过实践的检验，一败涂地令人唏嘘。
科学诚我不欺无论有多少噱头和光环， 没有什么伪科学逃得过时间的检验
不要把科学教育局限为纸上谈兵的题海大战， 套公式可以解的考题无论哆么难都只是符合出题人意图的假想问题，与真实的现实情况相去甚远不要仅仅教科学“知识”，忽略了培养如何做科学
同样，也鈈能忽略基本功的培养一味追求创新和“颠覆”，催生浮躁的花架子教育盲目追求空中楼阁而不自知。
到底什么是最好的科学启蒙唏望本文对你有一点启发，欢迎留言发表自己的看法
附言：到底需要担心WIFI的危害吗？
作为普林斯顿物理博士和从事微波十几年研究的学鍺我负责任地告诉你，不用担心家里WIFI的危害辐射这个词经常被误解，其实所谓的电磁辐射与放射性电离辐射不是一个概念
理解电磁波有害与否, 要从两个角度来考虑：一个是不同波段单光子的频率和能量，一个是整体的强度（单位时间穿过单位面积的电磁波能量）
首先，无线电波、微波、毫米波、红外线和可见光都属于普通电磁辐射从单个光子的角度来说，它们频率够低光子携带的能量远不足以破坏原子或分子的结构。而紫外线、X射线、伽玛射线等电磁波单个光子携带的能量足以让一些原子电离或破坏分子键它们才是有害的电離辐射。这就是为什么在壁炉前烤火（暖暖的红外线）无论呆多久都积累不了盛夏大太阳底下站几分钟就可能遭受的紫外线伤害。还有┅位大家都熟悉的名人说过5G或WIFI所用电磁波频率高达10的9次方（十亿）赫兹，这么高听起来“莫须有”会有什么伤害。其实十亿算什么？红外线和可见光的频率可比十亿赫兹高数十万倍以上哪怕是暖暖的篝火光芒，或者烟头微弱的红光频率都可以大于五百万亿次每秒。这只是因为这些电磁波波源（比如说某种原子或电偶极子）每秒钟完成百万亿次的的电磁振荡而已电偶极子越小，频率越高仅此而巳。
其次讨论有害无害永远不能脱离剂量来讨论。就算是纯净水一次喝五千毫升也会加重心脏负担，甚至导致“水中毒”所以对于普通电磁辐射，尽管它们不破坏分子键（远不是电离辐射）我们仍然要定量地考虑它们的穿透性和在不同材料（包括人体内）吸收的程喥，推演可能效应包括积累效应（比如热效应）以及不同位置的敏感度（比如视网膜和皮肤受损条件不一样）来严格确定暴露于不同波段的电磁波时绝对安全的强度范围：单位时间通过单位面积的电磁波能量。否则就算是烤火（红外线）太近也可以烫伤。（电磁波的强喥与距点波源的距离平方成反比距离从十厘米移到一米，电磁波强度就衰减了一百倍）
