跨學(xué)科思維，激發(fā)人類的創(chuàng)造力

文|劉燕芳

地球在運(yùn)動(dòng)嗎？蘋果砸到牛頓了嗎？自行車車輪的運(yùn)動(dòng)，你仔細(xì)觀察了嗎？跳水中的轉(zhuǎn)體是否違反了科學(xué)原理？為什么體型巨大的鳥不容易飛起來？

……

這些生活中的問題，你有沒有思考過呢？或許在某一個(gè)瞬間，激發(fā)了你的思考，但你去深入了解背后的原理了嗎？或許你有深入思考了，思考后有激發(fā)你的創(chuàng)造力嗎？等等。這就引出了一個(gè)詞“科學(xué)思維”，我們學(xué)到了很多知識，但有多少人，能用知識去解決生活中的問題呢？

清華大學(xué)有這樣一位教授，他曾經(jīng)帶領(lǐng)學(xué)生，動(dòng)手實(shí)踐，復(fù)原欹器、探索記里鼓車、用手機(jī)吊起一個(gè)冰箱、用彈簧秤稱大象等，你是否好奇這背后應(yīng)用了什么“魔法”。他的創(chuàng)造力無處不在，時(shí)刻激發(fā)他去做更多有趣的科學(xué)創(chuàng)作，很多實(shí)驗(yàn)也做成了央視的電視節(jié)目。他將他多年所做的趣味科學(xué)實(shí)驗(yàn)、科學(xué)游戲，提煉出一些精彩的案例融到了一本書里面，為讀者揭秘創(chuàng)造力培養(yǎng)的過程。

一本好書的誕生

《清華教授的思維訓(xùn)練課：創(chuàng)造力培養(yǎng)》一書，是一本培養(yǎng)讀者創(chuàng)造力，幫助讀者進(jìn)行跨學(xué)科思維訓(xùn)練的書。本書入選2023年6月中國好書推薦書目。

創(chuàng)造力培養(yǎng)，起始于觀察思考、明晰于建模分析、呈現(xiàn)于創(chuàng)意發(fā)明、落實(shí)于動(dòng)手實(shí)踐。

這是一本內(nèi)容豐富的書，既有簡明的科學(xué)發(fā)展史，又有不同學(xué)科的重要模型；既有趣味的挑戰(zhàn)節(jié)目，又有快速處理問題的方法；既有無處不在的思維，又有眾多跨學(xué)科融合的案例。

這是一本能激發(fā)人類創(chuàng)造力的圖書，本書圍繞觀察與思考、建模與分析、創(chuàng)意與發(fā)明、動(dòng)手與實(shí)踐等主題，結(jié)合日常生活中常見的趣味問題進(jìn)行深入淺出的分析，幫助讀者進(jìn)行跨學(xué)科思維訓(xùn)練，更好地理解科學(xué)思維的本質(zhì)，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和解決問題的能力。

作者高云峰，博士，清華大學(xué)航天航空學(xué)院教授，現(xiàn)任中國力學(xué)學(xué)會(huì)科學(xué)普及工作委員會(huì)主任。作者曾參與太空授課活動(dòng)設(shè)計(jì)。曾在《加油！向未來》《異想天開》《異想天開之大師挑戰(zhàn)賽》《走近科學(xué)》《我愛發(fā)明》《原來如此》等電視節(jié)目中策劃設(shè)計(jì)了數(shù)百個(gè)原創(chuàng)科普實(shí)驗(yàn)和游戲。作者是一名科學(xué)家，也是一位多年活躍在中小學(xué)、幼兒園領(lǐng)域的科普專家。

該書是作者結(jié)合幾十年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來的一本激發(fā)讀者創(chuàng)造力的科學(xué)思維圖書。本書內(nèi)容源于他的教學(xué)研究實(shí)踐和科普工作實(shí)踐，是經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)和證明卓有成效的創(chuàng)造力培養(yǎng)方法。本書內(nèi)容以作者開設(shè)的“趣味力學(xué)實(shí)驗(yàn)及制作”“力學(xué)中的創(chuàng)意設(shè)計(jì)”等通識課程為基礎(chǔ)，提煉其中通俗易懂的內(nèi)容，通過有趣的知識講解，用圖文并茂的形式講述生活中遇到的科學(xué)知識。書中案例、實(shí)踐活動(dòng)全部由作者原創(chuàng)設(shè)計(jì)，部分內(nèi)容曾在電視節(jié)目中展示。

本書介紹知識內(nèi)容的同時(shí)，更側(cè)重思維訓(xùn)練和能力培養(yǎng)。授之以漁，注重觀察思考后，培養(yǎng)學(xué)生自主解決問題的能力。

培養(yǎng)創(chuàng)造力，這本書就夠了！

書中圍繞“思維”“分析”“創(chuàng)意”“實(shí)踐”等關(guān)鍵詞展開，通過一個(gè)個(gè)趣味科學(xué)案例，從生活中熟悉的場景切入，挖掘背后的邏輯，揭秘引導(dǎo)思考的過程，注重思考及解決問題的方法。

書中包含36 個(gè)趣味科學(xué)案例，500余幅插圖，融合15 門學(xué)科內(nèi)容，有趣且有啟發(fā)意義。

第一章“觀察與思考”，介紹了如何透過現(xiàn)象看本質(zhì)。從身邊自行車說起，從輻條是否模糊引發(fā)認(rèn)知沖突，繼而引出雖然有“眼見為實(shí)”的說法，但眼睛所看到的現(xiàn)象可能只是事物的表面現(xiàn)象，我們除了要仔細(xì)觀察，同時(shí)還需要善于思考。

第二章“建模與分析”，介紹了如何解釋我們所關(guān)心的問題。例如，竹筷子為什么不容易拉斷而很容易折斷，通過對竹纖維受力的形象分析，很自然地理解“團(tuán)結(jié)一致”力量大，而“各自為戰(zhàn)”容易被各個(gè)擊破的道理。

第三章“創(chuàng)意與發(fā)明”，介紹了一些發(fā)明的案例，包括工具和方法。以跳高為例，不同的過桿方式會(huì)得到不同的成績，引申出做事情方法的重要性。在能力一定的情況下，方法好就可以事半功倍，這一結(jié)論超越了學(xué)習(xí)具體的知識，方法比知識更重要，富有啟發(fā)意義。

第四章“動(dòng)手與實(shí)踐”，介紹理論與實(shí)踐相結(jié)合的案例。例如，復(fù)原孔子時(shí)代欹器的案例，把教育含義、創(chuàng)意設(shè)計(jì)、動(dòng)手實(shí)踐融合在一起。經(jīng)過定性分析和計(jì)算，可以設(shè)計(jì)并做出一個(gè)在桌面上演示的模型，是很好的“座右銘”。

科學(xué)是一個(gè)知識體系，更是一個(gè)探索過程。

本書注重跨學(xué)科融合，讀者可以從中看到簡明的科學(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(xiàng)目，看到快速分析并解釋生活現(xiàn)象的原理，看到無處不在的思維方法和處理問題的技巧，看到你所學(xué)過的大部分課程但又截然不同。學(xué)科內(nèi)容包括天文地理、人文歷史，如語文，“復(fù)原欹器”中的《孔子家語》；數(shù)學(xué)，“重新發(fā)現(xiàn)開普勒定律”中對數(shù)據(jù)進(jìn)行各種運(yùn)算并找到的規(guī)律；物理，“顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡”中的透鏡成像；生物，“生命科學(xué)領(lǐng)域的重要模型”中的遺傳與變異；地理，“從地心說到日心說”中的宇宙模型；音樂，“吉他品柱的距離”中的十二平均律；體育，“跳高的方式”中背越式的原理；美術(shù)，“地球的周長”中的透視原理；計(jì)算機(jī)，“帕斯卡計(jì)算器”中的補(bǔ)碼思想；勞技，“小鴨下山”中的動(dòng)手實(shí)踐；邏輯，“批判性思維”中的邏輯判斷；思政，“尋找四葉草”中自己創(chuàng)造幸福的快樂；英語，“渡渡鳥與樹的故事”中英國自然博物館的資料；歷史，“力學(xué)如何考古”中介紹了宋代對天象的記錄；等等。

本書強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科融合，注重實(shí)踐。例如，介紹“復(fù)原欹器——孔子的中庸之道如何體現(xiàn)”中，從孔子時(shí)代的欹器及其復(fù)原，把中國文化的特點(diǎn)用一個(gè)裝置進(jìn)行演示，很好地體現(xiàn)了“滿招損，謙受益”的中國文化。這一主題把歷史、科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)、語文、思政等有機(jī)融合，通過歷史記載引出欹器（涉及古文、通假字），為了復(fù)原它，需要進(jìn)行定性分析（涉及科學(xué)原理、分析方法等），最后制作演示（涉及數(shù)學(xué)、技術(shù)、工程等），當(dāng)然內(nèi)容及作品都具有教育意義（涉及思政）。

書中介紹“尋找四葉草——如何自己創(chuàng)造幸?！?，把數(shù)學(xué)、歷史、藝術(shù)、生物、技術(shù)、工程、思政等有機(jī)融合。從數(shù)列引出黃金分割值（涉及數(shù)學(xué)、歷史、藝術(shù)），然后從尋找四葉草的預(yù)言引出四葉玫瑰線（涉及寓言、生物、數(shù)學(xué)），最后作者改變了寓言，從尋找到創(chuàng)造，變?yōu)閷?shí)物（從極少數(shù)人成功轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠖鄶?shù)人成功，涉及技術(shù)、工程、思政）。

書中通過日常生活和學(xué)習(xí)中司空見慣的現(xiàn)象，以及科學(xué)和工程中有趣的歷史或裝置，分析其背后的道理、思考的方法及給我們的啟示。

本書注重用所學(xué)知識分析案例背后的道理，一方面讓讀者了解理論如何應(yīng)用于實(shí)踐，另一方面案例中的結(jié)論具有啟發(fā)作用，讓讀者感受到雖然是從不同學(xué)科角度得到的結(jié)論，但是又具有更普遍的意義，從而超越了知識本身。本書提倡一種“基于設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)”，把定性分析、定量計(jì)算、創(chuàng)意設(shè)計(jì)、動(dòng)手實(shí)踐融為一體，最后得出具有教育意義的結(jié)論并用實(shí)物進(jìn)行演示。書中包含很多創(chuàng)意挑戰(zhàn)項(xiàng)目，本書“動(dòng)手與實(shí)踐”中的大部分活動(dòng)，“彈簧秤稱大象”“飛針穿玻璃”“手機(jī)吊冰箱”等還被中央電視臺做成了科普節(jié)目，“小鴨下山”則成為電視節(jié)目《加油！向未來》中的一期節(jié)目。

教育是為了培養(yǎng)具有良好人格品性、較強(qiáng)行動(dòng)能力、較好思維品質(zhì)和較深創(chuàng)造潛能的人才。隨著義務(wù)教育科學(xué)課程的改革，發(fā)揮科學(xué)課程的育人價(jià)值，培育學(xué)生核心素養(yǎng)成為科學(xué)教育的時(shí)代主題。

科學(xué)思維是科學(xué)核心素養(yǎng)的核心，本書重在培養(yǎng)讀者科學(xué)思維的方法，幫助讀者提升創(chuàng)造力?？茖W(xué)思維是可以通過后期培養(yǎng)的，其不同于其他思維模型，它的獨(dú)特性在于實(shí)踐，而實(shí)踐是要建立在客觀觀察之上，還要運(yùn)用分析、歸納、演繹等邏輯思維工具對觀察到的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、分析，反復(fù)推敲和錘煉，從而獲得觀點(diǎn)。

學(xué)會(huì)了知識，更要會(huì)用知識解決問題。好的方法能夠起到事半功倍的作用，本書既是一本科普科學(xué)思維方法的科普圖書，也是一本激發(fā)好奇心，培養(yǎng)創(chuàng)造力的圖書。科普出版既要守科普之本，又要圍繞以人為本的特點(diǎn)，提升核心素養(yǎng)。本書注重科普教育和科技傳播的實(shí)效，不僅要傳授科學(xué)知識，更是加強(qiáng)了理論與實(shí)踐的結(jié)合。作者在內(nèi)容創(chuàng)作與設(shè)計(jì)理念上講究科普教育的多樣性，傳授知識的同時(shí)，更注重傳授方法。

知識就是力量，前提是靈活運(yùn)用知識解決問題。精美的插圖、趣味的知識、巧妙的方法、創(chuàng)意的實(shí)踐、開闊的視野，這是一本科學(xué)家寫給讀者的書。

趣味科學(xué)，啟發(fā)思考，愿你像科學(xué)家一樣思考，像工程師一樣實(shí)踐！