摘要：科學(xué)教育是培養(yǎng)青少年創(chuàng)新思維的主要途徑，除了學(xué)科教學(xué)與實(shí)驗(yàn)，還需要教師掌握馬克思主義唯物辯證法與世界觀，正確引導(dǎo)科學(xué)教育與青少年創(chuàng)新思維培養(yǎng)的方向。要培養(yǎng)青少年的創(chuàng)新思維，必須搞好各門具體學(xué)科的科學(xué)教育，其中，數(shù)學(xué)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)設(shè)計(jì)，在各門學(xué)科教育實(shí)踐活動(dòng)中的作用更加明顯。作為科學(xué)教師或科技輔導(dǎo)員，怎樣進(jìn)行科學(xué)教育，如何在科技教育實(shí)踐活動(dòng)中對(duì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新思維培養(yǎng)，參與創(chuàng)造、發(fā)現(xiàn)與發(fā)明活動(dòng)，是筆者在本文中將要回答的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：科學(xué)教育 創(chuàng)新思維 觀念轉(zhuǎn)變 科技創(chuàng)新 串聯(lián)拓展法

一、前言

20世紀(jì)80年代，筆者參加了縣、市、省3級(jí)數(shù)學(xué)思維能力研究，閱讀了相關(guān)著作，積累了一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。至今近40年，筆者經(jīng)歷了科學(xué)教育與創(chuàng)新思維在思想、理論、觀念和方法等方面的轉(zhuǎn)變，在邏輯思維、創(chuàng)新思維和動(dòng)手思維3個(gè)方向上進(jìn)行了激烈爭(zhēng)論和充分實(shí)踐，特別是應(yīng)用演繹法和平面幾何證明開展邏輯思維培養(yǎng)，應(yīng)用合情推理和歸納法開展創(chuàng)新思維培養(yǎng)，合理安排實(shí)踐活動(dòng)，引導(dǎo)青少年加強(qiáng)動(dòng)手動(dòng)腦，使青少年不斷接受科學(xué)教育熏陶，進(jìn)行創(chuàng)造發(fā)明，論證科學(xué)教育與青少年創(chuàng)新思維培養(yǎng)的實(shí)踐效果，實(shí)現(xiàn)科學(xué)教育方法創(chuàng)新，形成了串聯(lián)拓展教學(xué)法。

近40年的學(xué)習(xí)、工作經(jīng)歷，造就了筆者對(duì)科學(xué)態(tài)度和知識(shí)儲(chǔ)備觀念的認(rèn)知，并促成了有利于創(chuàng)新思維培養(yǎng)的3次轉(zhuǎn)變。

（1）沒有增長(zhǎng)知識(shí)的思想，就沒有接受創(chuàng)新思維的態(tài)度 在那個(gè)特殊的年代，筆者失學(xué)11年，沒有初中和高中的學(xué)習(xí)經(jīng)歷。由于看不懂圖紙，被震撼了心靈，使筆者明白了科學(xué)知識(shí)的重要性，知道了必須學(xué)習(xí)并且靠自己學(xué)習(xí)。

（2）沒有追求真才實(shí)學(xué)的愿望，就沒有接受科學(xué)教育持續(xù)提升創(chuàng)新思維的動(dòng)力 恢復(fù)高考，筆者被師范學(xué)校錄取，學(xué)習(xí)困難是所有困難中的最大困難，唯有勤奮學(xué)習(xí)，不斷進(jìn)修，才終于儲(chǔ)備了能夠從事科學(xué)教育的知識(shí)與技術(shù)。

（3）有了創(chuàng)新思維的品質(zhì)，就有發(fā)現(xiàn)與發(fā)明創(chuàng)新的意識(shí) 恢復(fù)高考被錄取的學(xué)生，普遍經(jīng)歷了入學(xué)后感到知識(shí)水平不足的自卑，久而久之，會(huì)形成一種得過(guò)且過(guò)的思想障礙。這種障礙，不利于培養(yǎng)青少年創(chuàng)新思維的品格，不利于科學(xué)教育的開展，更不利于創(chuàng)新思維培養(yǎng)。創(chuàng)新思維觀念的轉(zhuǎn)變，才是參加科學(xué)教育和發(fā)現(xiàn)與發(fā)明的巨大推力。

二、在科學(xué)教育中開展邏輯思維培養(yǎng)的實(shí)踐探索

1. 應(yīng)用平面幾何的創(chuàng)新思維實(shí)踐

這個(gè)方法顯示了邏輯思維在解決平面幾何問(wèn)題中的重要作用，也成為串聯(lián)拓展教學(xué)法形成的開端。在這種情況下，應(yīng)用創(chuàng)新思維解決問(wèn)題的嘗試，使筆者在創(chuàng)新思維的發(fā)展方向上邁出了第一步。經(jīng)過(guò)總結(jié)，形成了加倍拓展替換法：①建立角的等式；②乘以2；③用等量替換右邊的角；④除以2，得證。應(yīng)用加倍拓展替換法，針對(duì)初一至高三不同年級(jí)學(xué)生進(jìn)行幾何證明和邏輯思維培養(yǎng)入門訓(xùn)練，效果很好。

2. 面對(duì)問(wèn)題合理轉(zhuǎn)化得出證明的創(chuàng)新思維升華

鼓勵(lì)學(xué)生善于面對(duì)問(wèn)題，從最基本的概念出發(fā)，化難為易，合理轉(zhuǎn)化，巧妙得出問(wèn)題的求解與證明，促成學(xué)生創(chuàng)新思維不斷形成、升華與積累。

把參考答案與學(xué)生答案進(jìn)行比較，教師和命題者都稱贊學(xué)生解答巧妙。不難看出，科學(xué)教育中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維非常重要，這個(gè)問(wèn)題求解，巧就巧在具有對(duì)問(wèn)題進(jìn)行合理轉(zhuǎn)化的創(chuàng)新性思維。

3. 敢于爭(zhēng)鳴支持問(wèn)題正確結(jié)論的創(chuàng)新思維實(shí)踐

抓住問(wèn)題的本質(zhì)，在不產(chǎn)生科學(xué)性錯(cuò)誤的基礎(chǔ)上，應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生敢于同教師和同學(xué)爭(zhēng)鳴，支持解決問(wèn)題得出的正確結(jié)論，也是科學(xué)教育與創(chuàng)新思維培養(yǎng)實(shí)踐過(guò)程應(yīng)該形成的素養(yǎng)。

1992年春，達(dá)縣召開物理教學(xué)研究會(huì)，碑廟中學(xué)主任提問(wèn)：“冰在熔解過(guò)程中熱能怎樣變化？”之前，筆者回答學(xué)生提出的相同問(wèn)題，做實(shí)驗(yàn)，查閱小學(xué)自然課本和從初中到大學(xué)的物理教材，找到理論根據(jù)，給出“冰在熔解過(guò)程中熱能不變”的結(jié)論。與會(huì)全體物理教師應(yīng)用內(nèi)能守恒定律，一致反對(duì)筆者的意見，引起激烈爭(zhēng)論，持續(xù)數(shù)年。1995年，四川省中考物理試題就有這個(gè)題目，答案與筆者觀點(diǎn)相同，使對(duì)這個(gè)問(wèn)題的爭(zhēng)論升級(jí)。西南師范大學(xué)和四川大學(xué)的物理學(xué)專家會(huì)同四川省教育考試院的專家討論，最后確定了“熱能不變”的結(jié)論。有個(gè)學(xué)生當(dāng)年參加考試，選擇“熱能增加”，丟失3分，最終差2.5分上線，深刻體會(huì)了人云亦云之苦，表示今后對(duì)問(wèn)題一定要認(rèn)真思辨，堅(jiān)持真理。其實(shí)這個(gè)問(wèn)題并不復(fù)雜，冰熔解后不叫冰，0℃的冰狀態(tài)未變，熱能不變；冰吸熱熔解，冰水混合物的熱能增加，實(shí)質(zhì)是冰水混合物中水的熱能增加。眾多物理教師出錯(cuò)的根源，就是邏輯思維和創(chuàng)新思維受內(nèi)能守恒干擾，沒有區(qū)分冰與冰水的同溫狀態(tài)而出錯(cuò)。這個(gè)問(wèn)題值得在創(chuàng)新思維培養(yǎng)中作為案例應(yīng)用與重視。近年，學(xué)校物理教學(xué)再次出現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題，同樣發(fā)生了教師出錯(cuò)的現(xiàn)象，表明了培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維和創(chuàng)新思維的重要性。

4. 創(chuàng)建數(shù)學(xué)模型促進(jìn)科學(xué)教育和創(chuàng)新思維培養(yǎng)

四色定理、3x+1猜想和哥德巴赫猜想是中小學(xué)數(shù)學(xué)教材上介紹的3個(gè)國(guó)際數(shù)學(xué)難題，筆者采取創(chuàng)建數(shù)學(xué)模型的思維方式開展科學(xué)研究，應(yīng)用數(shù)學(xué)模型促進(jìn)學(xué)?？茖W(xué)教育，加強(qiáng)對(duì)青少年創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

（1）發(fā)明四色地球儀模型教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維 2003年高考理科數(shù)學(xué)試題：在花臺(tái)上5塊區(qū)域栽4種不同顏色的花，有多少種方法？由此發(fā)明四色地圖著色方法。應(yīng)用著色方法，計(jì)算世界地圖上各國(guó)的顏色，發(fā)明四色地圖地球儀模型，參加全國(guó)青少年科技創(chuàng)新大賽獲獎(jiǎng)；發(fā)明四色地圖玩具計(jì)算器和算盤計(jì)算器，取得專利；用來(lái)教學(xué)四色定理，在小學(xué)、初中、高中和大學(xué)分別實(shí)驗(yàn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。從而把大多數(shù)教師畏避的四色定理國(guó)際數(shù)學(xué)難題，轉(zhuǎn)變成人們積極思維、踴躍參與學(xué)習(xí)的科學(xué)技術(shù)普及活動(dòng)。

（2）研究3x+1猜想運(yùn)算結(jié)果的規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維 3x+1猜想是華東師范大學(xué)版7年級(jí)數(shù)學(xué)教材上介紹的數(shù)學(xué)問(wèn)題，也是《10 000個(gè)科學(xué)難題》一書中的數(shù)學(xué)科學(xué)骨干難題：任選1個(gè)正整數(shù)，如是偶數(shù)則除以2，如是奇數(shù)則乘3加1，經(jīng)過(guò)若干次變換后，最終結(jié)果為1。研究3x+1猜想運(yùn)算過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新思維培養(yǎng)的飛躍。根據(jù)3x+1猜想的運(yùn)算結(jié)果，筆者與學(xué)生探索出描述標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算規(guī)律的100多個(gè)數(shù)學(xué)定理，構(gòu)建顯示3x+1猜想的空間數(shù)學(xué)模型，參加2010年全國(guó)青少年科技創(chuàng)新大賽獲獎(jiǎng)，并取得發(fā)明專利。

（3）運(yùn)用哥德巴赫猜想教學(xué)合情推理，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維 哥德巴赫猜想是西師版小學(xué)5年級(jí)數(shù)學(xué)教材和人教版高二數(shù)學(xué)教材中介紹的數(shù)學(xué)問(wèn)題。哥德巴赫猜想的證明難度干擾了教學(xué)，科學(xué)教育存在的問(wèn)題是人們不能讀懂關(guān)于哥德巴赫猜想的概念，可以在培養(yǎng)創(chuàng)新思維過(guò)程中，引導(dǎo)讀者觀察分析數(shù)學(xué)模型演示的結(jié)果予以化解。2013年11月，筆者在《中小學(xué)數(shù)學(xué)》雜志高中版發(fā)表了《教學(xué)哥德巴赫猜想的見解》[2]一文，2017年5月，筆者在《中小學(xué)數(shù)學(xué)》雜志高中版上發(fā)表了《用陳景潤(rùn)猜想和哥德巴赫猜想教學(xué)合情推理的見解》[3]一文。創(chuàng)新定義陳景潤(rùn)猜想，簡(jiǎn)化創(chuàng)新思維途徑，便于讀者理解與思考，增強(qiáng)了哥德巴赫猜想在科學(xué)教育中的應(yīng)用性，拓展了創(chuàng)新思維培養(yǎng)的范圍，提升了推廣應(yīng)用的效果。

三、科學(xué)教育活動(dòng)中創(chuàng)新思維的實(shí)踐探索

2010年以來(lái)，筆者面向全體學(xué)生設(shè)計(jì)開展了治水、治“牛皮癬”、治塑料污染3個(gè)方面的科技教育活動(dòng)，讓廣大青少年通過(guò)實(shí)踐探索，“手動(dòng)促思維，手勤心智靈，勤勞出智慧”，培養(yǎng)青少年創(chuàng)新思維。

1. 研究坡面水土流失的創(chuàng)新思維

觀察江河洪水，研究泥沙含量與來(lái)源，張?jiān)品?、李遨宇等學(xué)生持續(xù)參與長(zhǎng)江第四級(jí)支流明月江流域水土流失治理，在實(shí)踐、試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新思維中進(jìn)行創(chuàng)造發(fā)明與技術(shù)設(shè)計(jì)，取得坡地蓄水保土船形橫溝、荒坡截流攔砂螺旋船形橫溝、雙溝三墻截流攔砂護(hù)渠船形橫溝等專利和技術(shù)方法，形成了軍民融合的《軍民共建治理坡面水土流失的船形和螺旋橫溝工程》[4]，登記了2項(xiàng)科學(xué)技術(shù)成果，是把荒山荒坡建成坡面河流和坡底河前濕地進(jìn)行水土保持的治水工程。

2. 實(shí)踐治理“牛皮癬”頑疾的創(chuàng)新思維探索

從2018年開始，組織學(xué)生實(shí)踐活動(dòng)，治理城鎮(zhèn)各社區(qū)“牛皮癬”頑疾，利用這種社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)，進(jìn)行技術(shù)和工具創(chuàng)新的創(chuàng)新思維培養(yǎng)方法探索。對(duì)城市“牛皮癬”的生成進(jìn)行逆向思維，研究制造“牛皮癬”的思維方式和行為方式，對(duì)張貼與印刷進(jìn)行治理創(chuàng)新，采取洗、刮、砂、擦、銼、蓋等方式，發(fā)明和改進(jìn)相應(yīng)工具，由實(shí)踐形成有效的方法和有用的工具，從而形成發(fā)明工具和方法的創(chuàng)新思維。

3. 收集塑料垃圾保護(hù)凈土的創(chuàng)新思維探索

清除塑料垃圾，保護(hù)凈土，建設(shè)綠水青山環(huán)境任重道遠(yuǎn)。國(guó)內(nèi)大城市倡議開展從收集塑料吸管開始限塑的社會(huì)活動(dòng)，清除分散在城鄉(xiāng)土地中的塑料垃圾、塑料碎片、塑料吸管等，全國(guó)各地都需要青少年學(xué)生廣泛參與。

筆者認(rèn)為，在大巴山持續(xù)開展治水、治“牛皮癬”、治塑料污染的創(chuàng)新思維，可以面向全國(guó)推廣，形成一種生產(chǎn)力，堅(jiān)持開展相關(guān)科技實(shí)踐活動(dòng)，有利于當(dāng)?shù)鼐G水青山環(huán)境保護(hù)。

四、結(jié)論

筆者40年來(lái)進(jìn)行科學(xué)教育與創(chuàng)新思維培養(yǎng)實(shí)踐探索的經(jīng)驗(yàn)，可以概括成串聯(lián)拓展教學(xué)法，是串聯(lián)復(fù)習(xí)舊知識(shí)，拓展發(fā)現(xiàn)新知識(shí)，完成科學(xué)教育任務(wù)的方法。串聯(lián)是科學(xué)教育具有綜合性思維的活動(dòng)過(guò)程；拓展是不斷發(fā)現(xiàn)形成創(chuàng)新思維的探索過(guò)程。串聯(lián)拓展教學(xué)法的應(yīng)用推廣具有面向各個(gè)學(xué)科的廣泛性，要搞好科學(xué)教育，促進(jìn)青少年創(chuàng)新思維培養(yǎng)，培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維的后備人才，必須對(duì)引進(jìn)的國(guó)外教學(xué)法展開廣泛深入研究，創(chuàng)造符合中國(guó)青少年認(rèn)知規(guī)律的教學(xué)方法，筆者在數(shù)學(xué)、物理、歷史、地理等課程教學(xué)中習(xí)慣使用串聯(lián)拓展教學(xué)法，科學(xué)教育效果好。

參考文獻(xiàn)

[1] 李中平.平面幾何分類證明[M].重慶：西南師范大學(xué)出版社，2015

[2] 李中平.教學(xué)哥德巴赫猜想的見解[J].中小學(xué)數(shù)學(xué)（高中版），2013（12）

[3] 李中平.用哥德巴赫猜想和陳景潤(rùn)猜想教學(xué)合情推理的見解[J].中小學(xué)數(shù)學(xué)（高中版），2017（5）

[4] 錢丹凝.第八屆四川省博士專家論壇優(yōu)秀論文集[M].成都：四川科學(xué)技術(shù)出版社，2016

作者簡(jiǎn)介

李中平，四川省達(dá)州中學(xué)，高級(jí)教師，電子信箱：3576554821@qq.com。

點(diǎn)評(píng)

作者是一位扎根實(shí)踐、勤于思考的科技輔導(dǎo)員，本文采用隨筆式的寫法，講述了自身對(duì)青少年科學(xué)教育和創(chuàng)新思維培養(yǎng)觀念的轉(zhuǎn)變過(guò)程，所提出的串聯(lián)拓展教學(xué)法具有一定的實(shí)踐探索價(jià)值，體現(xiàn)了作者在科學(xué)教育與青少年創(chuàng)新思維培養(yǎng)方面的實(shí)踐成果，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新思維培養(yǎng)具有一定的啟發(fā)意義。

作者在通過(guò)案例介紹對(duì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新思維培養(yǎng)的經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，如果能夠結(jié)合相關(guān)理論對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維培養(yǎng)的方法進(jìn)行進(jìn)一步的總結(jié)與提煉，并對(duì)串聯(lián)拓展教學(xué)法有更細(xì)致深入的介紹與分析，增強(qiáng)文章的規(guī)范性，則對(duì)一線科技教育工作者的借鑒價(jià)值會(huì)更為突出。

——高瀟怡（中國(guó)青少年科技輔導(dǎo)員協(xié)會(huì)常務(wù)理事，北京師范大學(xué)教育學(xué)部課程與教學(xué)研究院副院長(zhǎng)，教授，博士生導(dǎo)師。第27屆全國(guó)青少年科技輔導(dǎo)員論文征集活動(dòng)評(píng)審委員會(huì)主任委員）