跨學科思維，激發人類的創造力

文|劉燕芳

地球在運動嗎？蘋果砸到牛頓了嗎？自行車車輪的運動，你仔細觀察了嗎？跳水中的轉體是否違反了科學原理？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？或許在某一個瞬間，激發了你的思考，但你去深入了解背后的原理了嗎？或許你有深入思考了，思考后有激發你的創造力嗎？等等。這就引出了一個詞“科學思維”，我們學到了很多知識，但有多少人，能用知識去解決生活中的問題呢？

清華大學有這樣一位教授，他曾經帶領學生，動手實踐，復原欹器、探索記里鼓車、用手機吊起一個冰箱、用彈簧秤稱大象等，你是否好奇這背后應用了什么“魔法”。他的創造力無處不在，時刻激發他去做更多有趣的科學創作，很多實驗也做成了央視的電視節目。他將他多年所做的趣味科學實驗、科學游戲，提煉出一些精彩的案例融到了一本書里面，為讀者揭秘創造力培養的過程。

一本好書的誕生

《清華教授的思維訓練課：創造力培養》一書，是一本培養讀者創造力，幫助讀者進行跨學科思維訓練的書。本書入選2023年6月中國好書推薦書目。

創造力培養，起始于觀察思考、明晰于建模分析、呈現于創意發明、落實于動手實踐。

這是一本內容豐富的書，既有簡明的科學發展史，又有不同學科的重要模型；既有趣味的挑戰節目，又有快速處理問題的方法；既有無處不在的思維，又有眾多跨學科融合的案例。

這是一本能激發人類創造力的圖書，本書圍繞觀察與思考、建模與分析、創意與發明、動手與實踐等主題，結合日常生活中常見的趣味問題進行深入淺出的分析，幫助讀者進行跨學科思維訓練，更好地理解科學思維的本質，培養創新思維和解決問題的能力。

作者高云峰，博士，清華大學航天航空學院教授，現任中國力學學會科學普及工作委員會主任。作者曾參與太空授課活動設計。曾在《加油！向未來》《異想天開》《異想天開之大師挑戰賽》《走近科學》《我愛發明》《原來如此》等電視節目中策劃設計了數百個原創科普實驗和游戲。作者是一名科學家，也是一位多年活躍在中小學、幼兒園領域的科普專家。

該書是作者結合幾十年教學經驗總結出來的一本激發讀者創造力的科學思維圖書。本書內容源于他的教學研究實踐和科普工作實踐，是經過實踐檢驗和證明卓有成效的創造力培養方法。本書內容以作者開設的“趣味力學實驗及制作”“力學中的創意設計”等通識課程為基礎，提煉其中通俗易懂的內容，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知識。書中案例、實踐活動全部由作者原創設計，部分內容曾在電視節目中展示。

本書介紹知識內容的同時，更側重思維訓練和能力培養。授之以漁，注重觀察思考后，培養學生自主解決問題的能力。

培養創造力，這本書就夠了！

書中圍繞“思維”“分析”“創意”“實踐”等關鍵詞展開，通過一個個趣味科學案例，從生活中熟悉的場景切入，挖掘背后的邏輯，揭秘引導思考的過程，注重思考及解決問題的方法。

書中包含36 個趣味科學案例，500余幅插圖，融合15 門學科內容，有趣且有啟發意義。

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

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“團結一致”力量大，而“各自為戰”容易被各個擊破的道理。

第三章“創意與發明”，介紹了一些發明的案例，包括工具和方法。以跳高為例，不同的過桿方式會得到不同的成績，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，這一結論超越了學習具體的知識，方法比知識更重要，富有啟發意義。

第四章“動手與實踐”，介紹理論與實踐相結合的案例。例如，復原孔子時代欹器的案例，把教育含義、創意設計、動手實踐融合在一起。經過定性分析和計算，可以設計并做出一個在桌面上演示的模型，是很好的“座右銘”。

科學是一個知識體系，更是一個探索過程。

本書注重跨學科融合，讀者可以從中看到簡明的科學發展史，看到不同學科重要的模型，看到很多有趣的挑戰項目，看到快速分析并解釋生活現象的原理，看到無處不在的思維方法和處理問題的技巧，看到你所學過的大部分課程但又截然不同。學科內容包括天文地理、人文歷史，如語文，“復原欹器”中的《孔子家語》；數學，“重新發現開普勒定律”中對數據進行各種運算并找到的規律；物理，“顯微鏡和望遠鏡”中的透鏡成像；生物，“生命科學領域的重要模型”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，“地球的周長”中的透視原理；計算機，“帕斯卡計算器”中的補碼思想；勞技，“小鴨下山”中的動手實踐；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，“力學如何考古”中介紹了宋代對天象的記錄；等等。

本書強調跨學科融合，注重實踐。例如，介紹“復原欹器——孔子的中庸之道如何體現”中，從孔子時代的欹器及其復原，把中國文化的特點用一個裝置進行演示，很好地體現了“滿招損，謙受益”的中國文化。這一主題把歷史、科學、技術、工程、數學、語文、思政等有機融合，通過歷史記載引出欹器（涉及古文、通假字），為了復原它，需要進行定性分析（涉及科學原理、分析方法等），最后制作演示（涉及數學、技術、工程等），當然內容及作品都具有教育意義（涉及思政）。

書中介紹“尋找四葉草——如何自己創造幸福”，把數學、歷史、藝術、生物、技術、工程、思政等有機融合。從數列引出黃金分割值（涉及數學、歷史、藝術），然后從尋找四葉草的預言引出四葉玫瑰線（涉及寓言、生物、數學），最后作者改變了寓言，從尋找到創造，變為實物（從極少數人成功轉變為大多數人成功，涉及技術、工程、思政）。

書中通過日常生活和學習中司空見慣的現象，以及科學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。

本書注重用所學知識分析案例背后的道理，一方面讓讀者了解理論如何應用于實踐，另一方面案例中的結論具有啟發作用，讓讀者感受到雖然是從不同學科角度得到的結論，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“基于設計的學習”，把定性分析、定量計算、創意設計、動手實踐融為一體，最后得出具有教育意義的結論并用實物進行演示。書中包含很多創意挑戰項目，本書“動手與實踐”中的大部分活動，“彈簧秤稱大象”“飛針穿玻璃”“手機吊冰箱”等還被中央電視臺做成了科普節目，“小鴨下山”則成為電視節目《加油！向未來》中的一期節目。

教育是為了培養具有良好人格品性、較強行動能力、較好思維品質和較深創造潛能的人才。隨著義務教育科學課程的改革，發揮科學課程的育人價值，培育學生核心素養成為科學教育的時代主題。

科學思維是科學核心素養的核心，本書重在培養讀者科學思維的方法，幫助讀者提升創造力。科學思維是可以通過后期培養的，其不同于其他思維模型，它的獨特性在于實踐，而實踐是要建立在客觀觀察之上，還要運用分析、歸納、演繹等邏輯思維工具對觀察到的數據進行加工、分析，反復推敲和錘煉，從而獲得觀點。

學會了知識，更要會用知識解決問題。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思維方法的科普圖書，也是一本激發好奇心，培養創造力的圖書。科普出版既要守科普之本，又要圍繞以人為本的特點，提升核心素養。本書注重科普教育和科技傳播的實效，不僅要傳授科學知識，更是加強了理論與實踐的結合。作者在內容創作與設計理念上講究科普教育的多樣性，傳授知識的同時，更注重傳授方法。

知識就是力量，前提是靈活運用知識解決問題。精美的插圖、趣味的知識、巧妙的方法、創意的實踐、開闊的視野，這是一本科學家寫給讀者的書。

趣味科學，啟發思考，愿你像科學家一樣思考，像工程師一樣實踐！