用科學的方式幫助學生“打開腦洞”

劉天成

隨著《義務教育科學課程標準（2022年版）》的頒布實施和《關于加強新時代中小學科學教育工作的意見》的出臺，如何落實新課標的要求，發揮科學課程的育人價值，培育學生核心素養，如何在教育“雙減”中做好科學教育加法，成為科學教育的時代主題。這既需要頂層設計又需要具體落實。最近，筆者在學習和實踐過程中恰好閱讀了清華大學高云峰教授所著的《清華教授的思維訓練課：創造力培養》一書（以下簡稱《創造力培養》），對上述問題有了更深刻的體會。

整體來看，這是一本能夠激發和培養學生創造力的好書，它以富有趣味性和啟發性的方式，生動呈現了發展學生科學思維能力的具有可操作性的方法。高云峰教授同時具備科學家和工程師的特點，熟悉如何像科學家一樣思考，如何像工程師一樣實踐。因此，《創造力培養》這本書前兩章從科學探究的角度，呈現了發現問題、分析問題的路徑；后兩章從技術工程實踐的角度，介紹了發明創造的方法、具體實踐的案例。特別值得指出的是，最后一章的案例全部是高教授自己設計和制作的原創科學實踐案例，都曾在課堂或電視節目中驗證過。

通覽全書，《創造力培養》一書呈現了如下一些特點。

一是內容結構嚴謹，層層遞進。這本書包括“觀察與思考”“建模與分析”“創意與發明”“動手與實踐”四章，內容層層遞進，遵循了科學學習的基本方法，體現了學生科學素養培養的基本規律。讀者在閱讀中可以領會到科學學習的有效策略，如善于觀察還要善于思考才能透過現象看本質，可以運用模型分析解釋問題，好的方法能夠起到事半功倍的作用，要通過動手操作解決實際問題才能實現創造能力的提升，等等。

二是注重學會思考，掌握方法。科學思維是科學核心素養的核心，科學思維包括模型建構能力、推理論證能力、創新思維能力。如何培養學生的科學思維能力？書中介紹了很多發明創造的方法和工程中的創意實踐，呈現了科學家處理問題的獨特視角。其中“建模與分析”和“創意與發明”通過具體案例教會學生科學思維的方法、創意發明的方法，實現舉一反三，提高科學學習的效率。這些案例中的原理很簡單，能夠讓讀者意識到利用創意解決問題的重要性。例如：“從投影說起—如何從具體問題上升到方法”一節介紹了三角形面積公式的獲得過程，通俗易懂地呈現了如何通過一些巧妙的方法，從特例的結論上升為一般的結論。讀者由此可以理解科學研究的一種模式：從某個具體的發現，通過分析論證上升為科學發現。

三是運用科學繪圖，通俗易懂。書中的每個案例都運用了大量的照片和插圖（全書220多頁，500多幅照片或插圖，平均每頁有2～3幅照片或插圖）。照片源于真實情境，再現真實問題，能夠引發思考、激發興趣。特別是一幅幅精致美觀的科學繪圖，能夠直觀形象地解釋現象、解決問題，使科學道理變得通俗易懂，小學高年級和初中學生都可以看懂相關內容。例如：為了讓中小學生更好地理解矢量（有大小和方向）的相加效果，作者特意用寓言的形式，并配上南轅北轍、螞蟻搬運食物、動物們拉車等示意圖。這樣讀者即使沒有學過矢量，根據示意圖也能夠基本理解其中的內容。

四是強調實踐應用，解決問題。簡單地說，核心素養就是在具體情境下解決實際問題的能力，而動手實踐能力是一個人創造力的集中體現。書中通過“彈簧秤稱大象”“飛針穿玻璃”“神奇的平衡”“手機吊冰箱”等一些看似不可思議的案例，讓讀者再一次打開解決問題的思路，掌握解決問題的方法，提升解決問題的能力。例如：學生學過杠桿原理，一說起把力放大就會想到杠桿，但是書中展示的“手機吊冰箱”案例中完全沒有用杠桿，而是用了眾多齒輪。這啟發讀者要理解原理本身，而不是僅僅停留于字面，就像案例中呈現的杠桿原理可以不用杠桿來實現。

《創造力培養》這本書不是通篇的理論和說教，而是基于真實情境中的具體案例提出問題，以圖文并茂的方式直觀形象、潛移默化地告訴讀者其中的道理。在書中，讀者可以看到簡明的科學發展史，看到不同學科重要的模型，看到很多有趣的挑戰項目，看到有效分析并解釋生活現象的原理，看到無處不在的思維方法和處理問題的技巧。作者高云峰教授既是一位科學家，也是一位多年來一直活躍在基礎教育領域的科普專家。書中內容源于他的教學研究實踐和科普工作實踐，是經過實踐檢驗和證明的卓有成效的創造力培養方法。因此，這本書既可以作為廣大科學教師深入領會科學課程標準、掌握科學思維方法、提高科學教育專業能力的參考書；也可以作為科技輔導員開展科技創新大賽、指導發明創造、開展科技活動的參考書；還可以作為廣大科普教育工作者提升科普指導能力的參考書，以及大中小學生發展創造力的參考書。相信這本書可以給每一位讀者帶來思維方式的變化和創造力的提升。

（編輯 崔若峰）