跨学科思维，激发人类的创造力

文|刘燕芳

地球在运动吗？苹果砸到牛顿了吗？自行车车轮的运动，你仔细观察了吗？跳水中的转体是否违反了科学原理？为什么体型巨大的鸟不容易飞起来？

……

这些生活中的问题，你有没有思考过呢？或许在某一个瞬间，激发了你的思考，但你去深入了解背后的原理了吗？或许你有深入思考了，思考后有激发你的创造力吗？等等。这就引出了一个词“科学思维”，我们学到了很多知识，但有多少人，能用知识去解决生活中的问题呢？

清华大学有这样一位教授，他曾经带领学生，动手实践，复原欹器、探索记里鼓车、用手机吊起一个冰箱、用弹簧秤称大象等，你是否好奇这背后应用了什么“魔法”。他的创造力无处不在，时刻激发他去做更多有趣的科学创作，很多实验也做成了央视的电视节目。他将他多年所做的趣味科学实验、科学游戏，提炼出一些精彩的案例融到了一本书里面，为读者揭秘创造力培养的过程。

一本好书的诞生

《清华教授的思维训练课：创造力培养》一书，是一本培养读者创造力，帮助读者进行跨学科思维训练的书。本书入选2023年6月中国好书推荐书目。

创造力培养，起始于观察思考、明晰于建模分析、呈现于创意发明、落实于动手实践。

这是一本内容丰富的书，既有简明的科学发展史，又有不同学科的重要模型；既有趣味的挑战节目，又有快速处理问题的方法；既有无处不在的思维，又有众多跨学科融合的案例。

这是一本能激发人类创造力的图书，本书围绕观察与思考、建模与分析、创意与发明、动手与实践等主题，结合日常生活中常见的趣味问题进行深入浅出的分析，帮助读者进行跨学科思维训练，更好地理解科学思维的本质，培养创新思维和解决问题的能力。

作者高云峰，博士，清华大学航天航空学院教授，现任中国力学学会科学普及工作委员会主任。作者曾参与太空授课活动设计。曾在《加油！向未来》《异想天开》《异想天开之大师挑战赛》《走近科学》《我爱发明》《原来如此》等电视节目中策划设计了数百个原创科普实验和游戏。作者是一名科学家，也是一位多年活跃在中小学、幼儿园领域的科普专家。

该书是作者结合几十年教学经验总结出来的一本激发读者创造力的科学思维图书。本书内容源于他的教学研究实践和科普工作实践，是经过实践检验和证明卓有成效的创造力培养方法。本书内容以作者开设的“趣味力学实验及制作”“力学中的创意设计”等通识课程为基础，提炼其中通俗易懂的内容，通过有趣的知识讲解，用图文并茂的形式讲述生活中遇到的科学知识。书中案例、实践活动全部由作者原创设计，部分内容曾在电视节目中展示。

本书介绍知识内容的同时，更侧重思维训练和能力培养。授之以渔，注重观察思考后，培养学生自主解决问题的能力。

培养创造力，这本书就够了！

书中围绕“思维”“分析”“创意”“实践”等关键词展开，通过一个个趣味科学案例，从生活中熟悉的场景切入，挖掘背后的逻辑，揭秘引导思考的过程，注重思考及解决问题的方法。

书中包含36 个趣味科学案例，500余幅插图，融合15 门学科内容，有趣且有启发意义。

第一章“观察与思考”，介绍了如何透过现象看本质。从身边自行车说起，从辐条是否模糊引发认知冲突，继而引出虽然有“眼见为实”的说法，但眼睛所看到的现象可能只是事物的表面现象，我们除了要仔细观察，同时还需要善于思考。

第二章“建模与分析”，介绍了如何解释我们所关心的问题。例如，竹筷子为什么不容易拉断而很容易折断，通过对竹纤维受力的形象分析，很自然地理解“团结一致”力量大，而“各自为战”容易被各个击破的道理。

第三章“创意与发明”，介绍了一些发明的案例，包括工具和方法。以跳高为例，不同的过杆方式会得到不同的成绩，引申出做事情方法的重要性。在能力一定的情况下，方法好就可以事半功倍，这一结论超越了学习具体的知识，方法比知识更重要，富有启发意义。

第四章“动手与实践”，介绍理论与实践相结合的案例。例如，复原孔子时代欹器的案例，把教育含义、创意设计、动手实践融合在一起。经过定性分析和计算，可以设计并做出一个在桌面上演示的模型，是很好的“座右铭”。

科学是一个知识体系，更是一个探索过程。

本书注重跨学科融合，读者可以从中看到简明的科学发展史，看到不同学科重要的模型，看到很多有趣的挑战项目，看到快速分析并解释生活现象的原理，看到无处不在的思维方法和处理问题的技巧，看到你所学过的大部分课程但又截然不同。学科内容包括天文地理、人文历史，如语文，“复原欹器”中的《孔子家语》；数学，“重新发现开普勒定律”中对数据进行各种运算并找到的规律；物理，“显微镜和望远镜”中的透镜成像；生物，“生命科学领域的重要模型”中的遗传与变异；地理，“从地心说到日心说”中的宇宙模型；音乐，“吉他品柱的距离”中的十二平均律；体育，“跳高的方式”中背越式的原理；美术，“地球的周长”中的透视原理；计算机，“帕斯卡计算器”中的补码思想；劳技，“小鸭下山”中的动手实践；逻辑，“批判性思维”中的逻辑判断；思政，“寻找四叶草”中自己创造幸福的快乐；英语，“渡渡鸟与树的故事”中英国自然博物馆的资料；历史，“力学如何考古”中介绍了宋代对天象的记录；等等。

本书强调跨学科融合，注重实践。例如，介绍“复原欹器——孔子的中庸之道如何体现”中，从孔子时代的欹器及其复原，把中国文化的特点用一个装置进行演示，很好地体现了“满招损，谦受益”的中国文化。这一主题把历史、科学、技术、工程、数学、语文、思政等有机融合，通过历史记载引出欹器（涉及古文、通假字），为了复原它，需要进行定性分析（涉及科学原理、分析方法等），最后制作演示（涉及数学、技术、工程等），当然内容及作品都具有教育意义（涉及思政）。

书中介绍“寻找四叶草——如何自己创造幸福”，把数学、历史、艺术、生物、技术、工程、思政等有机融合。从数列引出黄金分割值（涉及数学、历史、艺术），然后从寻找四叶草的预言引出四叶玫瑰线（涉及寓言、生物、数学），最后作者改变了寓言，从寻找到创造，变为实物（从极少数人成功转变为大多数人成功，涉及技术、工程、思政）。

书中通过日常生活和学习中司空见惯的现象，以及科学和工程中有趣的历史或装置，分析其背后的道理、思考的方法及给我们的启示。

本书注重用所学知识分析案例背后的道理，一方面让读者了解理论如何应用于实践，另一方面案例中的结论具有启发作用，让读者感受到虽然是从不同学科角度得到的结论，但是又具有更普遍的意义，从而超越了知识本身。本书提倡一种“基于设计的学习”，把定性分析、定量计算、创意设计、动手实践融为一体，最后得出具有教育意义的结论并用实物进行演示。书中包含很多创意挑战项目，本书“动手与实践”中的大部分活动，“弹簧秤称大象”“飞针穿玻璃”“手机吊冰箱”等还被中央电视台做成了科普节目，“小鸭下山”则成为电视节目《加油！向未来》中的一期节目。

教育是为了培养具有良好人格品性、较强行动能力、较好思维品质和较深创造潜能的人才。随着义务教育科学课程的改革，发挥科学课程的育人价值，培育学生核心素养成为科学教育的时代主题。

科学思维是科学核心素养的核心，本书重在培养读者科学思维的方法，帮助读者提升创造力。科学思维是可以通过后期培养的，其不同于其他思维模型，它的独特性在于实践，而实践是要建立在客观观察之上，还要运用分析、归纳、演绎等逻辑思维工具对观察到的数据进行加工、分析，反复推敲和锤炼，从而获得观点。

学会了知识，更要会用知识解决问题。好的方法能够起到事半功倍的作用，本书既是一本科普科学思维方法的科普图书，也是一本激发好奇心，培养创造力的图书。科普出版既要守科普之本，又要围绕以人为本的特点，提升核心素养。本书注重科普教育和科技传播的实效，不仅要传授科学知识，更是加强了理论与实践的结合。作者在内容创作与设计理念上讲究科普教育的多样性，传授知识的同时，更注重传授方法。

知识就是力量，前提是灵活运用知识解决问题。精美的插图、趣味的知识、巧妙的方法、创意的实践、开阔的视野，这是一本科学家写给读者的书。

趣味科学，启发思考，愿你像科学家一样思考，像工程师一样实践！