兒童“思想實(shí)驗(yàn)”：小學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)培育的新路徑

［摘要］ 兒童“思想實(shí)驗(yàn)”是指針對現(xiàn)實(shí)課堂教學(xué)中無法做到或現(xiàn)實(shí)還未能做到的實(shí)驗(yàn)活動，通過先行構(gòu)建理論框架并預(yù)測可能的結(jié)果，啟發(fā)學(xué)生思維，打破現(xiàn)實(shí)阻礙，實(shí)現(xiàn)科學(xué)創(chuàng)想的過程。在這個(gè)過程中，兒童圍繞探究的問題，運(yùn)用與生俱來的好奇心和探求欲，在頭腦中經(jīng)歷靈感觸發(fā)、情境解構(gòu)、想象促進(jìn)、邏輯推演等一系列思維活動，激發(fā)興趣和想象力，鍛煉發(fā)散思維和邏輯思維，提高問題提出和問題解決的能力，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)和獨(dú)立思考的習(xí)慣。開展兒童“思想實(shí)驗(yàn)”，有利于全面激發(fā)兒童的創(chuàng)新潛能，觀照生活應(yīng)用并履行社會責(zé)任。

［關(guān)鍵詞］ 兒童思想實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新素養(yǎng)；培育路徑

思想實(shí)驗(yàn)是“人類對世界和自身最大膽的假想”。喬爾·利維認(rèn)為，思想實(shí)驗(yàn)是一種既能保持絕對理智又能發(fā)揮想象力的思維方式。在科學(xué)領(lǐng)域，思想實(shí)驗(yàn)是一種運(yùn)用想象力和邏輯推理來探討和研究科學(xué)問題的方法，通常在實(shí)際實(shí)驗(yàn)難以進(jìn)行或條件不具備時(shí)被采用，通過在腦海中構(gòu)建虛擬的場景，推理可能的過程和結(jié)果，深入分析科學(xué)現(xiàn)象，檢驗(yàn)科學(xué)理論的合理性和局限性，并為科學(xué)研究提供新的思路和方向。思想實(shí)驗(yàn)常常借助假設(shè)、推理、反證等手段，挑戰(zhàn)傳統(tǒng)觀念，從而推動科學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展。在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域，思想實(shí)驗(yàn)廣泛運(yùn)用于各學(xué)科教學(xué)，推動創(chuàng)新創(chuàng)造。

習(xí)近平總書記多次指出，要不斷促進(jìn)人的全面發(fā)展，要充分激發(fā)蘊(yùn)藏在人民群眾中的創(chuàng)造偉力。人的全面發(fā)展，特別是高水平創(chuàng)新素養(yǎng)的提升，離不開高質(zhì)量的教育。拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)是需要多環(huán)境、多環(huán)節(jié)、多因素共同作用的，小學(xué)階段應(yīng)該承擔(dān)起拔尖創(chuàng)新人才早期培養(yǎng)的職責(zé)。在教育教學(xué)實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的主動性相對較低，缺乏主動思考和探索意識，產(chǎn)生的學(xué)習(xí)成果開放性不足，多樣性欠缺。這些問題均制約了學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的提升?；诖耍覀冮_發(fā)了兒童“思想實(shí)驗(yàn)”，旨在開闊學(xué)生視野，激發(fā)學(xué)生想象，促進(jìn)學(xué)生想出更多、更新的點(diǎn)子，改進(jìn)解決問題方案，保護(hù)學(xué)生的好奇心、求知欲，優(yōu)化學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，著力為小學(xué)階段教育打下創(chuàng)新素養(yǎng)的底色。

一、兒童“思想實(shí)驗(yàn)”的內(nèi)涵及要素

思想實(shí)驗(yàn)又叫理想實(shí)驗(yàn)，是科學(xué)家遭遇現(xiàn)實(shí)中難以或無法實(shí)現(xiàn)的未知情境時(shí)，運(yùn)用理論知識和現(xiàn)實(shí)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行邏輯推理的一種模擬過程。思想實(shí)驗(yàn)是在思維中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，無須像真的實(shí)驗(yàn)?zāi)菢釉谔囟ǖ膱龊辖柚欢ǖ膶?shí)驗(yàn)設(shè)備，這樣就能夠幫助科學(xué)家們在沒有實(shí)際操作條件的情況下先行構(gòu)建理論框架并預(yù)測可能的結(jié)果，是科學(xué)家在探索復(fù)雜問題時(shí)不可或缺的重要工具。

兒童“思想實(shí)驗(yàn)”是在小學(xué)階段為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)而搭建的一種思維活動方式。它始于靈感觸發(fā)，即從已有的事物、現(xiàn)象中獲取靈感；然后進(jìn)行情境解構(gòu)，對特定情境進(jìn)行分析拆解；再進(jìn)入想象促進(jìn)階段，發(fā)揮學(xué)生豐富的想象力，讓各種奇思妙想不斷涌現(xiàn)；接著通過邏輯推演，對這些奇思妙想進(jìn)行檢驗(yàn)，考量其可行性和邏輯性；最后實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意表達(dá)，將經(jīng)過檢驗(yàn)和實(shí)證的想法用具體的語言、圖畫或行動等形式外化展現(xiàn)出來，從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，為學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)培育提供有力支撐。兒童“思想實(shí)驗(yàn)”不是簡單被動地接受和掌握相關(guān)知識的過程，而是一種理性思辨活動，能引發(fā)兒童的深度思考，有效培養(yǎng)兒童的批判性思維和創(chuàng)造性思維，它廣泛運(yùn)用于各學(xué)科的學(xué)習(xí)創(chuàng)造中。兒童在頭腦中利用實(shí)驗(yàn)的要素運(yùn)行實(shí)驗(yàn)程序。思維空間、虛擬任務(wù)、公認(rèn)原理、擬真條件、思維操作構(gòu)成了兒童“思想實(shí)驗(yàn)”的五大基本要素（見圖1）。

二、兒童“思想實(shí)驗(yàn)”培育創(chuàng)新素養(yǎng)的價(jià)值

創(chuàng)新素養(yǎng)在大量文獻(xiàn)中又被稱為創(chuàng)新能力，涵蓋好奇心、想象力、發(fā)散性思維、邏輯思維、自主學(xué)習(xí)、問題提出、問題解決和成果產(chǎn)出八項(xiàng)核心評價(jià)指標(biāo)，可概括為創(chuàng)新人格、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新成果三個(gè)維度。兒童思想實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)創(chuàng)新素養(yǎng)方面具有重要價(jià)值。

首先，能激發(fā)好奇心和想象力。通過創(chuàng)設(shè)虛擬問題情境，引導(dǎo)兒童在腦海中思考、推理，對未知領(lǐng)域產(chǎn)生濃厚興趣，主動尋求解決方法。在無實(shí)際操作條件的限制下，兒童可自由構(gòu)想各種可能性，打破現(xiàn)實(shí)束縛，創(chuàng)造獨(dú)特的思維路徑，提出有效的解決方案。

其次，能鍛煉發(fā)散性思維和邏輯思維。在思考實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果時(shí)，兒童需要進(jìn)行分析、歸納、推理等邏輯思考，這些過程可使思維更嚴(yán)謹(jǐn)、更有條理。在富有想象力的問題情境中，兒童可以進(jìn)行發(fā)散思考，這對于創(chuàng)新能力的發(fā)展至關(guān)重要。

再次，能提高問題提出和問題解決能力。面對實(shí)驗(yàn)中設(shè)定的難題，兒童運(yùn)用已有知識和經(jīng)驗(yàn)，嘗試不同方法和策略，培養(yǎng)從多角度思考和解決問題的能力。

最后，能培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)和獨(dú)立思考的習(xí)慣。不依賴他人的答案和指導(dǎo)，而是自主思考和探索，形成自己的見解和觀點(diǎn)。這是創(chuàng)新人才必備的素質(zhì)之一，也是創(chuàng)新人格的重要體現(xiàn)。

綜上所述，兒童“思想實(shí)驗(yàn)”在培養(yǎng)創(chuàng)新素養(yǎng)方面具有不可忽視的價(jià)值，可被廣泛應(yīng)用于兒童教育中，為培養(yǎng)未來的創(chuàng)新人才奠定基礎(chǔ)。兒童“思想實(shí)驗(yàn)”強(qiáng)調(diào)思維是貫穿教學(xué)的核心活動，將發(fā)展思維作為最重要的培養(yǎng)目標(biāo)，是教會兒童學(xué)習(xí)、思考和創(chuàng)造的新路徑。

三、兒童“思想實(shí)驗(yàn)”培養(yǎng)創(chuàng)新素養(yǎng)的過程

模型

通過模擬、推演和反思現(xiàn)實(shí)世界的現(xiàn)象與情境，以抽象概念為基礎(chǔ)進(jìn)行深度認(rèn)知活動，我們構(gòu)建了一個(gè)兒童“思想實(shí)驗(yàn)”過程模型（見圖2）。教師在組織學(xué)生實(shí)際參與的過程中，可以根據(jù)學(xué)生自身經(jīng)驗(yàn)、思維情況，以及學(xué)習(xí)內(nèi)容的難易程度，適當(dāng)調(diào)整操作步驟。通過實(shí)施圖2中的五個(gè)流程，系統(tǒng)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思想實(shí)驗(yàn)，有效培養(yǎng)他們的創(chuàng)新素養(yǎng)。

1.靈感觸發(fā)

通過某種情境的刺激，激發(fā)學(xué)生產(chǎn)生創(chuàng)造性思維或想出解決問題的新穎想法，其強(qiáng)調(diào)如何有效引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入一種開放式的思考狀態(tài)，讓他們能夠從不同的角度看待問題，并且敢于嘗試和探索未知的事物。靈感觸發(fā)的具體表現(xiàn)包括但不限于以下三種：

其一，好奇心驅(qū)動。學(xué)生通過與環(huán)境互動來構(gòu)建知識體系，在這個(gè)過程中，正是由于他們對外界事物感到好奇，才會主動去觀察、觸摸甚至嘗試?yán)斫膺@些新奇的事物，從而促進(jìn)思維能力的發(fā)展。這種自我驅(qū)動式學(xué)習(xí)往往比被動接受知識來得更加深刻。

其二，問題解決。面對某個(gè)難題時(shí)，學(xué)生從不同角度出發(fā)，嘗試多種方法，最終找到解決方案，這個(gè)過程也是靈感觸發(fā)的方向之一。教師可以選取那些能夠激發(fā)學(xué)生興趣且易于理解的生活實(shí)例，將其作為討論的基礎(chǔ)，使他們在輕松愉快的氛圍中進(jìn)行深度研討。教師尊重每一位學(xué)生的想法，引導(dǎo)學(xué)生探討其中蘊(yùn)含的道理，可以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候給予正面肯定或是建設(shè)性的批評意見，幫助學(xué)生更好地認(rèn)識自我、調(diào)整思路。

其三，情感共鳴。一則故事、一部電影，甚至一段音樂都有可能觸及學(xué)生心靈的深處，從而引發(fā)他們內(nèi)心深處的情感反應(yīng)及相關(guān)聯(lián)想。例如，教師基于圣-埃克蘇佩里的作品《小王子》，引導(dǎo)學(xué)生跟隨主人公的腳步，訪問不同性格特點(diǎn)的行星居民。通過小王子與行星居民之間的互動，學(xué)生了解八大行星的特點(diǎn)，思考友誼的價(jià)值、孤獨(dú)的意義、人與人之間相互理解的重要性等。

2.情境解構(gòu)

情境解構(gòu)要求學(xué)生對情境進(jìn)行深入解讀和分析，了解情境內(nèi)涵，理解語言符號的象征意義。以著名的倫理學(xué)思想實(shí)驗(yàn)“電車難題”為例，假設(shè)你看到一輛失控的電車正沿著軌道疾馳而來，前方軌道上有五個(gè)人被綁著無法移動，而旁邊有一條岔道，上面只綁著一個(gè)人。此時(shí)，如果你什么都不做，那輛電車將會繼續(xù)前行并撞死那五個(gè)人；如果你拉動一個(gè)開關(guān)改變電車的方向，則可以拯救那五個(gè)人的生命，代價(jià)卻是導(dǎo)致岔道上那個(gè)人喪生。那么在這種情況下，你會選擇拉動開關(guān)嗎？

首先，教師引導(dǎo)學(xué)生理解和剖析具體情境中的主要任務(wù)和問題。在這個(gè)案例中，核心的任務(wù)為決定是否應(yīng)該采取行動（即拉動控制桿）以減少傷亡人數(shù)。而背后隱藏的問題則更加復(fù)雜，涉及道德責(zé)任、后果主義與義務(wù)論之間的沖突等深層次議題。

其次，要讓學(xué)生了解問題的具體表現(xiàn)，然后幫助學(xué)生分解情境中的各個(gè)元素，梳理元素間的關(guān)系。我們可以將電車難題分解為幾個(gè)關(guān)鍵部分進(jìn)行探討：①參與者：包括你（作為決策者）、即將受到傷害的五個(gè)人，以及在另一條軌道上的單獨(dú)一人。②情境設(shè)定：一輛失控的電車正朝向那五個(gè)人駛?cè)?，存在一種方式即可以通過犧牲一人來挽救多人。③行動選項(xiàng)：不采取任何行動，允許事件自然發(fā)展，結(jié)果是五個(gè)人死亡；拉動控制桿改變電車路線，導(dǎo)致一人死亡但拯救了其他五個(gè)人的生命。④道德考量：以功利主義視角可能會支持拉動控制桿的行為，因?yàn)樗畲蠡苏w幸福（或最小化了不幸），即通過犧牲較小數(shù)量的生命來保護(hù)更多的人；義務(wù)論則可能反對這樣做，認(rèn)為主動造成他人死亡本身就是錯(cuò)誤的行為，無論其后果如何。

再次，引導(dǎo)他們思考每個(gè)元素對問題的影響。在這個(gè)情境的設(shè)定中，一邊是五個(gè)人的生命安全受到威脅，另一邊則只有一個(gè)人處于危險(xiǎn)之中。數(shù)量上的差異往往成為許多人考慮如何行動時(shí)的一個(gè)重要因素。當(dāng)你決定不去干涉（即不拉控制桿），結(jié)果是五個(gè)人死亡；而選擇拉控制桿，則意味著通過你的直接行為導(dǎo)致了一人的死亡。這里涉及關(guān)于責(zé)任歸屬的問題——是讓自然事件發(fā)生更符合道德，還是說人類應(yīng)當(dāng)積極介入以減少傷害。

3.想象促進(jìn)

在解構(gòu)情境之后，給予學(xué)生充分的時(shí)間和空間進(jìn)行自由的想象，學(xué)生基于明確目標(biāo)大膽想象、聯(lián)想、推測，從而探索未知的領(lǐng)域。教師要鼓勵學(xué)生擺脫現(xiàn)實(shí)的限制，大膽提出各種新奇的想法?；貞浺幌?，站在地球一個(gè)空曠的地面上，你看到的地球形狀是怎么樣的？之前，我們學(xué)到的科學(xué)觀念是“地球是球形的”，為什么跟你看到的現(xiàn)象不一樣呢？學(xué)生可以大膽想象，讓自己“站”在太空中看地球，嘗試解釋看到的和實(shí)際存在的兩者之間為什么會存在不同，從而讓科學(xué)觀念在頭腦中形成意義建構(gòu)。

用紙條模擬人的目視距離，用皮球模擬地球，學(xué)生通過觀察對比會發(fā)現(xiàn)：球越大，紙條的彎曲程度越小；紙條越短，紙條的彎曲程度越小。教師適時(shí)提示：在天氣晴朗且無遮擋物的情況下，人眼的能見度可以達(dá)到20千米，地球的平均直徑大約是12 742千米，人的視線范圍只有地球直徑的五百分之一，甚至更少。學(xué)生發(fā)現(xiàn)無法按照這個(gè)倍數(shù)關(guān)系進(jìn)行實(shí)際實(shí)驗(yàn)，于是在頭腦中展開想象：當(dāng)紙條長度不變，球如果變大、變大再變大，紙條看上去會是什么樣子；當(dāng)球的大小不變，紙條如果變小、變小再變小，紙條看上去又會是什么樣子。無論是哪種情況的思考，學(xué)生都會得出結(jié)論：紙條看上去

更平。

不論是皮球和紙條，還是地球和人都不能像金箍棒那樣隨意改變大小，但是學(xué)生通過想象，實(shí)現(xiàn)了大膽假設(shè)、小心求證的過程。由此，學(xué)生對“我們站在地球上只能看到很小一段距離，所以看到的地面是平的”這個(gè)問題有了更深刻的理解，從而有效建構(gòu)“地球是球形”的這一科學(xué)觀念。

4.邏輯推演

邏輯推演是從已知前提或條件出發(fā)，使用一些基本的邏輯規(guī)則、推理方法來分析和推斷信息，從而得出正確結(jié)論的過程。激發(fā)批判性思維是挖掘思維空間的關(guān)鍵手段。批判性思維并非全盤否定，而是基于理性分析，對信息審慎評估，對觀點(diǎn)嚴(yán)謹(jǐn)論證，對現(xiàn)象深度解讀。在思想實(shí)驗(yàn)中，通過持續(xù)質(zhì)疑、反思和重構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的習(xí)慣，讓學(xué)生既敢于挑戰(zhàn)權(quán)威又善于解決問題，進(jìn)而在面對社會性科學(xué)問題時(shí)，不僅關(guān)注解決方案的提出，更注重思考背后的態(tài)度與責(zé)任。如此，可使學(xué)生成長為有擔(dān)當(dāng)、有創(chuàng)新能力的創(chuàng)新人才，切實(shí)理解和應(yīng)用所學(xué)，為解決社會問題貢獻(xiàn)力量。

以“水資源短缺”這一社會性科學(xué)問題為例。教師首先向?qū)W生介紹水資源短缺的現(xiàn)狀：許多地區(qū)的人們面臨著用水困難，一些河流干涸，地下水位下降。然后，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思想實(shí)驗(yàn)，通過呈現(xiàn)“假設(shè)我們生活在一個(gè)極度缺水的城市，該如何解決用水問題”這一問題情境來促進(jìn)學(xué)生積極思考。在這個(gè)過程中，有的學(xué)生提出建立大型的雨水收集系統(tǒng)，在雨季時(shí)收集雨水儲存起來，經(jīng)過處理后用于日常生活和農(nóng)業(yè)灌溉。有的學(xué)生則想到推廣使用更加節(jié)水的器具，如具有智能感應(yīng)的水龍頭等，能夠根據(jù)使用需求自動控制水流大小和時(shí)間，減少浪費(fèi)。還有的學(xué)生提議開展水資源循環(huán)利用項(xiàng)目，將家庭廢水和工業(yè)廢水經(jīng)過嚴(yán)格處理后再次利用。在這個(gè)過程中，教師不僅關(guān)注學(xué)生提出的解決方案，更注重引導(dǎo)他們思考背后的態(tài)度與責(zé)任。比如，在討論雨水收集系統(tǒng)時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生思考個(gè)人在日常生活中如何保護(hù)雨水收集設(shè)施，不隨意破壞，這是對公共資源的尊重和愛護(hù)。在探討推廣節(jié)水器具時(shí)，讓學(xué)生明白選擇節(jié)水器具不僅是為了自己省錢，更是為了整個(gè)社會節(jié)約寶貴的水資源，這是我們個(gè)體對社會應(yīng)盡的責(zé)任。

通過水資源短缺問題的思想實(shí)驗(yàn)，學(xué)生有效鍛煉了創(chuàng)新思維能力。他們不僅打破常規(guī)操作，從不同角度提出解決方案并思考其可行性，還深刻體會到水資源的珍貴，樹立起節(jié)約用水、保護(hù)水資源的正確態(tài)度，培養(yǎng)了為解決社會問題貢獻(xiàn)力量的責(zé)任感。這種將策略與具體案例相結(jié)合的兒童“思想實(shí)驗(yàn)”開展方式，能夠讓學(xué)生更加切實(shí)地理解和應(yīng)用所學(xué)，成長為有擔(dān)當(dāng)、有創(chuàng)新能力的社會小公民。

5.創(chuàng)意表達(dá)

創(chuàng)意表達(dá)鼓勵兒童以各種形式將他們經(jīng)過完善的創(chuàng)新想法表達(dá)出來。通過創(chuàng)意思維和表達(dá)技巧運(yùn)用，將個(gè)人的觀點(diǎn)、經(jīng)驗(yàn)、學(xué)習(xí)成果等內(nèi)容，以有趣、新穎、有吸引力的方式表達(dá)出來。兒童“思想實(shí)驗(yàn)”積極推動跨學(xué)科協(xié)同聯(lián)動。在教學(xué)中，教師通過提供多元學(xué)習(xí)支架，大力倡導(dǎo)批判性思維和逆向思維，引導(dǎo)學(xué)生從不同學(xué)科視角展開深度思考。強(qiáng)調(diào)多角度、多層次地審視問題，鼓勵突破既定思考框架，最終提高學(xué)生對新點(diǎn)子、新想法、新路徑的生成能力。

以某小學(xué)開展的“未來城市”主題活動為例，在該活動中，美術(shù)教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮想象力，描繪出心中未來城市的模樣；科學(xué)教師則帶領(lǐng)學(xué)生了解新型材料和可再生能源，為城市的建設(shè)提供技術(shù)支持；語文教師指導(dǎo)學(xué)生撰寫城市規(guī)劃的文案，描述城市的功能和人文特色。通過美術(shù)、科學(xué)、語文等多學(xué)科的協(xié)同聯(lián)動，學(xué)生創(chuàng)作出一系列充滿創(chuàng)意、表達(dá)對美好生活向往的作品。這些作品不僅是學(xué)生豐富想象力的最佳呈現(xiàn)，更是跨學(xué)科協(xié)同聯(lián)動的成果，為創(chuàng)造美好生活提供了獨(dú)特的視角和可能性。

一系列兒童“思想實(shí)驗(yàn)”，旨在培養(yǎng)學(xué)生的想象力、批判性思維和解決問題的能力。通過對這些實(shí)驗(yàn)的觀察與分析，我們發(fā)現(xiàn)，兒童“思想實(shí)驗(yàn)”不僅能夠有效激發(fā)學(xué)生的好奇心和探索欲，還能幫助他們在面對復(fù)雜問題時(shí)展現(xiàn)出更高水平的創(chuàng)造力和合作精神。更重要的是，這種教育方式有助于打破傳統(tǒng)教學(xué)模式的局限，為學(xué)生提供了一個(gè)更加開放自由的學(xué)習(xí)環(huán)境。未來的研究可以進(jìn)一步探索不同類型的思想實(shí)驗(yàn)對不同年齡段兒童的影響，并嘗試將其更廣泛地應(yīng)用于日常教學(xué)之中，以期為我國基礎(chǔ)教育改革注入新的活力。

[本文系浙江省2024年教育科學(xué)規(guī)劃課題“兒童‘思想實(shí)驗(yàn)’：小學(xué)階段培育創(chuàng)新人才新路徑”階段性研究成果]

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