科创教育课程开发中的思维方法

互联网技术的迅速发展和信息技术的普及引发了新一轮的信息技术革命。这股浪潮推动着世界经济的快速发展，并逐渐成为世界各国新的增长点。加强科技人才的培养也成为世界主要国家的一项重要任务。

在科技创新教育中，如何搞好科技创新教育课程的开发，如何使课程内容更好地体现学科间的交叉融合，更深入地与生活实践相融合，已经成为一个值得关注和思考的问题。

通过多年的科学创新教育实践经验，结合各地中小学科学创新教育的现状，我总结了一些科学创新教育课程开发的经验:课程内容应符合科学与工程的逻辑，不应有漏洞和不一致之处。课程中应该有核心概念，核心概念的深度和广度应该扩大。课堂演示应该生动、活泼、有趣，教师的叙述应该深入、简单，引用广泛。

然而，如果你想把这些要点做好，你将会对新开始的课程开发者和教学教师有一定的挑战。基于多年的科技创新教育经验，我探索了两种能够帮助新进科技创新教师做好课程开发和教学的思维工具，概括为两个关键词:“模式识别”和“关系构建”。

“模式识别”可以帮助课程开发人员对课程中涉及的学科的核心概念有更深更广的理解。“关系构建”可以帮助教师更好地将知识与学生的日常生活场景和实际挑战联系起来，吸引学生的注意力，使学生在获得课堂效果的同时真正获得解决问题的能力。

限于文章篇幅，本期将在下期首先阐述“模式识别”和“关系构建”。

在我多年的教学实践和经验中，我发现学科概念越接近实际应用越好讲，因为概念与学生的日常生活关系比较密切，更直观，学生在学习中有亲和力。相反，更基本和看似简单的知识点相对难以解释。这些概念通常是高度抽象的，学生在理解它们时有一种距离感。

世界各国大学里的著名科学家在科学研究取得巨大成就后，经常回到教学的第一线教授基础学科。例如，中国著名物理学家杨振宁，82岁时在清华大学物理系教授大学物理基础课程。

那么，为什么这些科学家在他们学术生涯的后期选择在平台上讲授基础学科呢？他们的教学与普通大学讲师的不同吗？

经过研究，我发现在教学过程中，著名科学家不仅向学生解释了他们的核心概念，还描述了这一核心概念在整个学科知识图谱中的坐标。也就是说，著名的科学家不仅能清楚地解释核心概念本身，而且能说出核心概念在整个学科知识体系中的地位和意义，以及这个核心概念与其他概念之间的关系。这种教学方法和效果是普通讲师无法完成的。自然，它不仅给学生带来知识，也给他们带来灵感和思维能力的培养。

我把这种识别知识图谱中核心概念坐标及其与其他概念关系的能力称为“模式识别”思维能力或“模式识别”思维工具。通过这种“思维方式”的训练，教师可以从全球视角对核心概念有更深的理解，并在与其他概念的关联过程中，从多个维度拓宽核心概念的认知广度。

爱因斯坦曾经说过，“所谓的教育是一个人忘记了在学校里所学的一切之后剩下的东西”。这里剩下的是指学生在学习过程中潜移默化地获得的思维方式。我相信，当我们的一线教师采用“模式识别”的思维模式来教学生后，学生在学习和实践的过程中，会逐渐养成从全局的角度看待问题、相互联系地看待问题的思维习惯，这将对学生未来的学习和生活产生深远的影响。

实际上，大部分的课堂气氛相对沉闷，学生智力不足，对课程不感兴趣，注意力不集中，不知道自己在想什么。这种情况通常会让我们的教学老师感到困惑:很明显，他们课后已经准备了足够的课，而且他们还设置了许多课堂教学环节的预习，准备在课堂上与学生进行一些互动，但最终他们在课堂展示效果方面远远没有达到他们的期望。

经过调查，我发现最主要的问题在于教师在课堂上与学生没有足够的共鸣，他们所说的与学生的实际生活并不十分相关。此外，学习和成长本身就是一个痛苦的过程，最终呈现的课堂气氛并不好。

首先，让我们见一位老师，他有活跃的课堂气氛，很受学生欢迎。他是著名的美国物理学家费曼。费曼教授和杨振宁教授一样，不仅取得了巨大的学术成就，而且还为大学生教授基础物理课程。当他在教学时，他的语言风趣幽默，他经常向学生展示一些生动有趣的物理实验。学生经常在轻松愉快的课堂气氛中学习物理知识的理论精髓，也掌握分析和解决问题的思维方法。

我把这种将课堂上要讲的知识与学生自身的日常生活产生共鸣的能力称为“建立关系”的能力。掌握了“建立关系”能力的教师可以在教学过程中处理他们想讲的知识点，使它们与学生的实际生活相关联。学生学习的热情和注意力也被调动起来。加上不时出现的一些意想不到的联系，教室自然变得有趣并吸引学生，气氛自然变得活跃。

至此，“模式识别”和“关系构建”这两种思维工具已经基本阐述完毕。现在，我想用电影《三个傻瓜制作宝莱坞》的一个片段(也翻译成《三个傻瓜》，相关内容在第五版的文章《回到科学技术的开端》中介绍)来说明这两种思维工具在课堂过程中的应用。

在电影中，大学教授要求学生对“机器”一词进行概念性解释。这部电影的主角兰乔解释道:“那些能节省人们的精力和时间并简化人们工作的设备就是机器。”显然，教授不满意这个解释，班上的“学生恶霸”也不屑兰乔的描述。

接下来，《学霸》引用了一大段晦涩难懂的学术词汇:“机械装置是物理部件的组合，每个部件都有一定的相对运动，通过这种运动，能量和动量相互转化，就像螺钉和螺母，或者绕支点旋转的杠杆，滑轮的轮毂等。，尤其是结构有些复杂。包括运动部件的组成，或简单的机械部件，如滚轮、杠杆、凸轮等。”尽管这一在各种学术语言中堆积起来的定义受到了教授的称赞，但它也让对“机械”有初步了解的新生感到困惑。

相比之下，电影的主角兰乔的解释很容易理解。也许我们会说定义不太严格，但如果我们用“模式识别”和“关系建构”这两个思维工具来分析，我们会发现兰乔的概念得到了更好的解释，不仅掌握了“机械”的核心本质和功能——辅助人们的生产和生活，而且对“节省人力、时间和工作”的描述，更能与学生的日常生活和现实挑战产生共鸣，帮助学生理解“机械”的概念。

最后，我还在课堂实践中发现，“模式识别”和“关系构建”两种思维工具可以相互促进。一方面，虽然“模式识别”能力很强，但它可以帮助核心概念在更多的知识地图中找到它们的位置，还可以与其他概念建立更多的联系。自然，通过“建立关系”更容易与学生的日常学习和生活产生共鸣。另一方面，有很强“关系构建”的教师在与学生建立共鸣时，往往会有许多不寻常的联系。在这些联系的背后，通常隐藏着对核心概念的新理解模式。简而言之，这两种思维工具相互促进、相互依赖、相互支持。

最后，我衷心希望广大科学教师能从本文中受益，获得更好的课堂效果。

(作者是北京东方汇通教育技术有限公司教师培训部主任，研究项目论文发表在SCI期刊上，并获得国家发明专利授权。多年来，他一直从事人工智能的科学和创新教育。)