用科学的方式帮助学生“打开脑洞”

刘天成

随着《义务教育科学课程标准（2022年版）》的颁布实施和《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》的出台，如何落实新课标的要求，发挥科学课程的育人价值，培育学生核心素养，如何在教育“双减”中做好科学教育加法，成为科学教育的时代主题。这既需要顶层设计又需要具体落实。最近，笔者在学习和实践过程中恰好阅读了清华大学高云峰教授所著的《清华教授的思维训练课：创造力培养》一书（以下简称《创造力培养》），对上述问题有了更深刻的体会。

整体来看，这是一本能够激发和培养学生创造力的好书，它以富有趣味性和启发性的方式，生动呈现了发展学生科学思维能力的具有可操作性的方法。高云峰教授同時具备科学家和工程师的特点，熟悉如何像科学家一样思考，如何像工程师一样实践。因此，《创造力培养》这本书前两章从科学探究的角度，呈现了发现问题、分析问题的路径；后两章从技术工程实践的角度，介绍了发明创造的方法、具体实践的案例。特别值得指出的是，最后一章的案例全部是高教授自己设计和制作的原创科学实践案例，都曾在课堂或电视节目中验证过。

通览全书，《创造力培养》一书呈现了如下一些特点。

一是内容结构严谨，层层递进。这本书包括“观察与思考”“建模与分析”“创意与发明”“动手与实践”四章，内容层层递进，遵循了科学学习的基本方法，体现了学生科学素养培养的基本规律。读者在阅读中可以领会到科学学习的有效策略，如善于观察还要善于思考才能透过现象看本质，可以运用模型分析解释问题，好的方法能够起到事半功倍的作用，要通过动手操作解决实际问题才能实现创造能力的提升，等等。

二是注重学会思考，掌握方法。科学思维是科学核心素养的核心，科学思维包括模型建构能力、推理论证能力、创新思维能力。如何培养学生的科学思维能力？书中介绍了很多发明创造的方法和工程中的创意实践，呈现了科学家处理问题的独特视角。其中“建模与分析”和“创意与发明”通过具体案例教会学生科学思维的方法、创意发明的方法，实现举一反三，提高科学学习的效率。这些案例中的原理很简单，能够让读者意识到利用创意解决问题的重要性。例如：“从投影说起—如何从具体问题上升到方法”一节介绍了三角形面积公式的获得过程，通俗易懂地呈现了如何通过一些巧妙的方法，从特例的结论上升为一般的结论。读者由此可以理解科学研究的一种模式：从某个具体的发现，通过分析论证上升为科学发现。

三是运用科学绘图，通俗易懂。书中的每个案例都运用了大量的照片和插图（全书220多页，500多幅照片或插图，平均每页有2～3幅照片或插图）。照片源于真实情境，再现真实问题，能够引发思考、激发兴趣。特别是一幅幅精致美观的科学绘图，能够直观形象地解释现象、解决问题，使科学道理变得通俗易懂，小学高年级和初中学生都可以看懂相关内容。例如：为了让中小学生更好地理解矢量（有大小和方向）的相加效果，作者特意用寓言的形式，并配上南辕北辙、蚂蚁搬运食物、动物们拉车等示意图。这样读者即使没有学过矢量，根据示意图也能够基本理解其中的内容。

四是强调实践应用，解决问题。简单地说，核心素养就是在具体情境下解决实际问题的能力，而动手实践能力是一个人创造力的集中体现。书中通过“弹簧秤称大象”“飞针穿玻璃”“神奇的平衡”“手机吊冰箱”等一些看似不可思议的案例，让读者再一次打开解决问题的思路，掌握解决问题的方法，提升解决问题的能力。例如：学生学过杠杆原理，一说起把力放大就会想到杠杆，但是书中展示的“手机吊冰箱”案例中完全没有用杠杆，而是用了众多齿轮。这启发读者要理解原理本身，而不是仅仅停留于字面，就像案例中呈现的杠杆原理可以不用杠杆来实现。

《创造力培养》这本书不是通篇的理论和说教，而是基于真实情境中的具体案例提出问题，以图文并茂的方式直观形象、潜移默化地告诉读者其中的道理。在书中，读者可以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，看到有效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。作者高云峰教授既是一位科学家，也是一位多年来一直活跃在基础教育领域的科普专家。书中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的卓有成效的创造力培养方法。因此，这本书既可以作为广大科学教师深入领会科学课程标准、掌握科学思维方法、提高科学教育专业能力的参考书；也可以作为科技辅导员开展科技创新大赛、指导发明创造、开展科技活动的参考书；还可以作为广大科普教育工作者提升科普指导能力的参考书，以及大中小学生发展创造力的参考书。相信这本书可以给每一位读者带来思维方式的变化和创造力的提升。

（编辑 崔若峰）