[科教新语]青少年创新思维培养：实施路径与案例解析

来源：中国青少年科技辅导员协会

2017年9月，教育部印发《中小学综合实践活动课程指导纲要》，为中学如何推进创新教育提供了参考依据。作为综合实践活动四大板块之一的考察探究，主要是以研究性学习的形式展开，即学生“基于自身兴趣，在教师的指导下，从自然、社会和学生自身生活中选择和确定研究主题，在观察、记录和思考中，主动获取知识，分析并解决问题”。西南大学附属中学校创新教育历史悠久，成果丰硕，研究性学习成果多媒体展示活动已举办了16届。自2013年以来，每年都会有300余个学生小课题产生，培养了一大批具创新思维的科技创新后备人才。本文以此为基础，梳理青少年创新思维培养的实施路径，并以自然笔记活动为例展示落地操作方式，供大家参考。创新教育与创新思维创新包括创造力和创新动机两个基本要素，创造力包括知识、思维方式和创新意识；创新动机包括需求动机和兴趣动机，其中思维方式是创造力的核心要素。培养青少年的创新能力需要实施创新教育，需要激发学生的创新动机，传播科学知识，训练思维能力，培养创新意识，根据多年经验，可以通过教师开发课程和学生开展研究课题的方式进行。根据多年实践经验总结得出，青少年创新思维培养的推进以学生为主体，依靠支撑系统、驱动系统和实施系统，由宏观到微观，从策略到具体实施（图1）。 ▲图1 青少年创新思维培养的实施路径（1）支撑系统从立德树人的目标出发，整合各种社会资源，在政策和环境允许的条件下，结合学校的办学理念，开发具体的创新教育资源和平台，教师既有指导学生的作用，同时也与学生一起成长。（2）驱动系统大部分学生需要兴趣驱动，创新能力较强的通过开展项目驱动，而创新拔尖人才需要竞争驱动，3种驱动环环相扣、逐步提升，利于不同层次学生的个性化成长。（3）实施系统通过面向全体学生的各种活动，一部分学生的课题研究和赛事推进，将创新思维培养落实到不同学生身上，将创新教育做细做实。创新思维培养实践——以自然笔记为例“天地玄黄，宇宙洪荒；日月盈昃，辰宿列张；寒来暑往，秋收冬藏；闰余成岁，律吕调阳；云腾致雨，露结为霜。”中国传统蒙学经典《千字文》一开篇就展示了古人对自然万象的观察、思考和总结。收集和描述自然界奇迹是人类的一种传统，也是历法体系和各类自然科学体系建立的基础。我们要想了解自然万物之美，须密切观察探索和亲身体悟，自然笔记是极好的途径，这种倡导回归自然、发现自然的活动，现已风靡全国，对少年儿童可以起到科学启蒙的作用。打破思维藩篱——自然笔记的内涵什么是自然？自然笔记记什么？由于定势思维和历史经验所限，这个问题会困扰很多师生，多数人会回答“自然就是动植物”“自然笔记就是画动植物”。而创新思维首先就要打破思维藩篱，从更科学、广阔的视野认识。其实，自然的范畴要远大于动物和植物，按照自然地理学的观点，自然是指地球上的自然环境，包括岩石圈、大气圈、水圈和生物圈（包含大气圈的底部、岩石圈的上部、水圈的大部）四大圈层。所以，自然笔记选材不仅仅局限于动植物，应该涵盖更广阔的天地万物，如地形地貌、天气与气候、江河湖海泉、天象、微生物等。注重思维品质——自然笔记的三重境界如何做好一篇自然笔记？如何展现科学的奥秘？在做自然笔记的过程中，要关注细节，保护好奇心和兴趣，将思维的闪光点抓住并记录下来。我认为要能够在自然中发现问题、研究问题和解决问题，可分为三重境界。第一重境界：发现问题——“观宇宙之大，察品类之盛”，注重观察和描述。作为旁观者，认真观察并记录自然万物的特点和奇妙之处。第二重境界：研究问题——“游天地之美，析万物之理”，注重亲历和解释。作为体验者，采用实地考察、实验等科学方法，尝试揭示原因或规律。第三重境界：解决问题——“究天人之际，通古今之变”，注重联系和创新。作为共情者，在更宏大的时空背景下，透视自然现象和人类活动之间的关系，反思人类的行为，以达成人地协调。这三重境界虽有先后，但并无轻重，每一项做到极致，都是精彩的作品。尝试思维发散——一个水池的自然笔记我校至诚广场有一个小池塘，面积大约20平方米，中央有假山，是学生每天上学放学的必经之地。我鼓励学生围绕身边的事物和现象开展自然笔记活动，先后有3个学生围绕小池塘从不同视角进行了创作，都展现了良好的创新思维。（1）外来物种入侵校园虽然没有太多的文字描述发现的过程，但学生思考得很深远，上升到人类如何应对外来入侵物种的问题上，并提出了自己的想法，而科学最终的目的在于解决问题，所以作者的自然笔记难能可贵（图2）。▲图2外来物种入侵校园（2）就算是一个小小的池塘，它也是一个浓缩的大自然爱因斯坦说，“提出问题比解决问题更重要”，通过短短1个小时的观察，学生提出了这么多有意思的疑问，涉及植物和动物的形态及分类，而且充满了童真童趣，科学的种子已在作者心中萌发（图3）。▲图3 就算是一个小小的池塘，它也是一个浓缩的大自然（3）一个水池的自述学生花了1年的时间探究池水颜色变绿的问题，而且每一步都提出了自己的观察结论和猜想，最后通过咨询教师和查阅文献资料得出了结论。这篇自然笔记中，科学的研究方法得以贯穿始终（图4）。▲图4 一个水池的自述完善创新方式——自然笔记与科学相遇小小一个池塘，产生了3篇各有特色的优秀自然笔记，而优秀的原因正是对科学问题进行不同角度的研究。自然笔记并不复杂，科学发现也不神秘，透过自然笔记，可以对孩子进行科学启蒙。一篇好的自然笔记，需要观察者怀着一颗童心，融入自然，感知自然，体悟自然；要抱着探索自然奥秘的态度，像科学家一样发现问题，思考问题；要不间断投入较长的时间，观察自然的变化，在变化中寻找现象背后隐藏的规律；要综合运用多种媒介呈现，调动五官感知，用文字、绘画、实物等多角度表达自己与自然的对话。从自然笔记出发，关于这个小池塘的科学故事还在延续，科普文章《神龟虽寿，犹有竟时》已经发表于《江河》杂志，系统梳理了和龟相关的科学研究，向更多人传播科学知识。关于小池塘还可以进一步开展一些小研究：● 从水圈的角度，可以使用科学仪器对池塘中的水质进行监测，探究降水与池水水质之间的关系，可以探究藻类繁殖与水质的关系等。● 从生物圈的角度，可以探究池塘中的群落生态系统，食物链、食物网是怎样的，以及不同节气和季节的变化。以龟为例，池中有乌龟、红耳龟、黄耳龟还有杂交龟，探究种间互助和竞争关系等。● 从岩石圈的角度，池塘中央的假山主要岩石为石灰岩，探究其在雨水和生物的作用下，风化和侵蚀的速率，探究其和水质的关系等。● 从大气圈的角度，可以进行池塘上空及周边的空气温度、湿度和气压三大气象要素监测，探究这种人造水体对小气候的影响，并与以前气候统计数据进行比较分析等。科学无处不在，自然就在身边，只要抱着一颗好奇心，用发现的眼光探索，每个人都会有意想不到的惊喜。创新思维培养建议打破思维禁锢，丰富创新的维度一方面，创新思维是广义存在的，而不应该仅仅只局限在所谓的理科学科。从学校、教师到学生，多学科、多维度、多层次推进，突破学科性质的限制，更加注重创新思维能力的提升。另一方面，现有的对于科技创新的内涵是约定俗成的，其覆盖范围、内容呈现、表现形式都可以进行不断的创新与突破。扎实知识基础，支撑科学的思维知识是创新思维的基础，创新思维也有助于知识的应用及知识的体系化。知识虽然是零散的内容，但是能够在一定程度上决定创新思维的广度和深度。要不断引导学生有意义学习、深度学习、自主学习，为创新思维的培育提供充足的智力支撑。身边问题入手，平凡中寻找突破要引导学生学习对生活有用的科学、对终身发展有用的科学，就要引导他们关注身边的现象和问题，从自己的兴趣和能力出发，做力所能及的研究。运用发散思维可以使青少年围绕所探究问题，沿不同方向思考、探索，重组眼前的事实和记忆中的知识，产生新的独特信息，获得解决问题的多种方案。注重过程记录，成果提炼和推广创新思维培养要在实践中进行。研究性学习是“做中学”理论的生动体现，在行动中育人是其主要方式，所以要引导学生学会观察，记录研究的每个细节，并用图、文、影、音多种方式记录，在整理中不断提炼自己的观点，并形成深度提炼的研究成果，通过开设讲座、参加比赛、媒体宣传等平台使研究成果被更多认知，得到最大的社会效益，进而培育科学思维习惯，提高对周围世界的科学认知和创新实践能力。（本文原载于《中国科技教育》2020年第5期“科教新语”栏目，作者李九彬、李佳颖。中国青辅协会员可点击“阅读原文”登录杂志官网免费浏览全文。）中国青少年科技辅导员协会提醒广大科技辅导员戴口罩 勤洗手 少集会不给病毒可乘之机！