用科學(xué)的方式幫助學(xué)生“打開腦洞”

劉天成

隨著《義務(wù)教育科學(xué)課程標準（2022年版）》的頒布實施和《關(guān)于加強新時代中小學(xué)科學(xué)教育工作的意見》的出臺，如何落實新課標的要求，發(fā)揮科學(xué)課程的育人價值，培育學(xué)生核心素養(yǎng)，如何在教育“雙減”中做好科學(xué)教育加法，成為科學(xué)教育的時代主題。這既需要頂層設(shè)計又需要具體落實。最近，筆者在學(xué)習(xí)和實踐過程中恰好閱讀了清華大學(xué)高云峰教授所著的《清華教授的思維訓(xùn)練課：創(chuàng)造力培養(yǎng)》一書（以下簡稱《創(chuàng)造力培養(yǎng)》），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(fā)和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力的好書，它以富有趣味性和啟發(fā)性的方式，生動呈現(xiàn)了發(fā)展學(xué)生科學(xué)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(xué)家和工程師的特點，熟悉如何像科學(xué)家一樣思考，如何像工程師一樣實踐。因此，《創(chuàng)造力培養(yǎng)》這本書前兩章從科學(xué)探究的角度，呈現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)問題、分析問題的路徑；后兩章從技術(shù)工程實踐的角度，介紹了發(fā)明創(chuàng)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(shè)計和制作的原創(chuàng)科學(xué)實踐案例，都曾在課堂或電視節(jié)目中驗證過。

通覽全書，《創(chuàng)造力培養(yǎng)》一書呈現(xiàn)了如下一些特點。

一是內(nèi)容結(jié)構(gòu)嚴謹，層層遞進。這本書包括“觀察與思考”“建模與分析”“創(chuàng)意與發(fā)明”“動手與實踐”四章，內(nèi)容層層遞進，遵循了科學(xué)學(xué)習(xí)的基本方法，體現(xiàn)了學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的基本規(guī)律。讀者在閱讀中可以領(lǐng)會到科學(xué)學(xué)習(xí)的有效策略，如善于觀察還要善于思考才能透過現(xiàn)象看本質(zhì)，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(xiàn)創(chuàng)造能力的提升，等等。

二是注重學(xué)會思考，掌握方法。科學(xué)思維是科學(xué)核心素養(yǎng)的核心，科學(xué)思維包括模型建構(gòu)能力、推理論證能力、創(chuàng)新思維能力。如何培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力？書中介紹了很多發(fā)明創(chuàng)造的方法和工程中的創(chuàng)意實踐，呈現(xiàn)了科學(xué)家處理問題的獨特視角。其中“建模與分析”和“創(chuàng)意與發(fā)明”通過具體案例教會學(xué)生科學(xué)思維的方法、創(chuàng)意發(fā)明的方法，實現(xiàn)舉一反三，提高科學(xué)學(xué)習(xí)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(chuàng)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(jié)介紹了三角形面積公式的獲得過程，通俗易懂地呈現(xiàn)了如何通過一些巧妙的方法，從特例的結(jié)論上升為一般的結(jié)論。讀者由此可以理解科學(xué)研究的一種模式：從某個具體的發(fā)現(xiàn)，通過分析論證上升為科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

三是運用科學(xué)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(xiàn)真實問題，能夠引發(fā)思考、激發(fā)興趣。特別是一幅幅精致美觀的科學(xué)繪圖，能夠直觀形象地解釋現(xiàn)象、解決問題，使科學(xué)道理變得通俗易懂，小學(xué)高年級和初中學(xué)生都可以看懂相關(guān)內(nèi)容。例如：為了讓中小學(xué)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(xué)過矢量，根據(jù)示意圖也能夠基本理解其中的內(nèi)容。

四是強調(diào)實踐應(yīng)用，解決問題。簡單地說，核心素養(yǎng)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(chuàng)造力的集中體現(xiàn)。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(xué)生學(xué)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(fā)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(xiàn)的杠桿原理可以不用杠桿來實現(xiàn)。

《創(chuàng)造力培養(yǎng)》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(xué)發(fā)展史，看到不同學(xué)科重要的模型，看到很多有趣的挑戰(zhàn)項目，看到有效分析并解釋生活現(xiàn)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(xué)家，也是一位多年來一直活躍在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域的科普專家。書中內(nèi)容源于他的教學(xué)研究實踐和科普工作實踐，是經(jīng)過實踐檢驗和證明的卓有成效的創(chuàng)造力培養(yǎng)方法。因此，這本書既可以作為廣大科學(xué)教師深入領(lǐng)會科學(xué)課程標準、掌握科學(xué)思維方法、提高科學(xué)教育專業(yè)能力的參考書；也可以作為科技輔導(dǎo)員開展科技創(chuàng)新大賽、指導(dǎo)發(fā)明創(chuàng)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(dǎo)能力的參考書，以及大中小學(xué)生發(fā)展創(chuàng)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(chuàng)造力的提升。

（編輯 崔若峰）