科创教育课程开发中的思维方法

互联网技术的快速发展和信息技术的普及，引发了新一轮的信息技术革命浪潮。这股浪潮推动着世界经济的高速发展，逐渐成为世界各国发展新的增长点，加强科技人才的培养也顺势成为世界各主要国家的一项重要工作。

在科技创新教育中，如何做好科创教育课程的开发，怎样使课程内容能更好地体现学科之间的交叉融合、更有深度地与生活实践结合，成为一个值得关注和思考的问题。

我通过多年的科创教育实践经验，同时结合各地方中小学科创教育现状，总结出关于科创教育课程开发的几点心得体会：课程内容要符合科学和工程的逻辑，不能有漏洞和前后矛盾的情况；课程中要有核心概念，并围绕核心概念进行深度和广度方面的扩展；课堂呈现要气氛活跃，生动有趣，教师讲述要深入浅出，旁征博引。

不过想要做好这几点，对刚入门的课程开发人员和授课教师具有一定的挑战。我根据多年的科创教育工作经验，摸索出了两个可以帮助刚进入工作岗位的科创教师做好课程开发和授课的思维工具，在这里总结为两个关键词“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所涉及到的学科核心概念，有更具深度和广度的认知；而“关系构建”则可以帮助教师，将所要讲述的知识更好地与学生日常的生活场景和面临的实际挑战进行关联，吸引学生注意，在获得课堂效果的同时使学生真正获得解决问题的能力。

限于文章篇幅，本期先阐述“模式识别”，“关系构建”在下期阐述。

我在多年的教学实践和经验中发现，越是贴近实际应用的学科概念，越是相对好讲述，因为概念与学生的日常生活联系相对紧密，比较直观，学生学习起来有亲近感。而越是那些比较基础的，看上去比较简单的知识点，反而相对来说不容易讲透。这些概念一般是高度抽象的，学生理解起来有距离感。

在各国大学中经常会有著名的科学家，从科研上取得很高成就退休后，回到教学一线教授基础学科，比如，我国著名物理学家杨振宁，在82岁高龄的时候，在清华大学物理系讲授大学物理基础学科。

那为什么这些科学家会在学术生涯的后期，选择去讲台上讲述基础学科呢，他们的授课和普通的大学讲师有什么不同吗？

我经过研究发现，著名的科学大家在授课过程中，除了把本身的学科核心概念向学生阐述明白外，还会把这个核心概念在整个学科知识图谱中的坐标给描述出来。也就是说，著名科学家不仅能把核心概念本身讲清楚，还能讲出核心概念在整个学科知识体系中的地位和重要意义，讲出这个核心概念与其他概念的关系。这种讲授方法和效果，就不是一般讲师可以完成的了，自然带给学生的也不仅仅是知识的传授，还有思维能力上的启发和培养。

我把这种能够识别出核心概念在知识图谱中坐标，及其与其他概念关系的能力，称为“模式识别”的思维能力或“模式识别”的思维工具。通过这种“思维方式”的训练，教师能够从全局的角度，对一个核心概念有更深刻的认识，并且能够在与其他概念进行关联的过程中，从多个维度拓宽对核心概念的认知广度。

爱因斯坦曾经说，“所谓教育，就是一个人把在学校所学全部忘光后剩下的东西”。这里所说的“剩下的东西”，就是指学生在学习过程中所潜移默化习得的思维方式。相信我们的一线教师采用“模式识别”思维方式给学生授课后，学生也会在学习实践过程中，逐渐养成全局看问题、关联看问题的思维习惯，而对学生未来的学习和生活影响甚远。

现实中，课堂大多气氛相对沉闷，学生精神头不足，对课程兴趣不大，注意力不集中，不知道在想什么。这种情况通常让我们的授课教师感到困惑：明明自己在课下备足了功课，还设置预演了很多课堂教学环节，准备在课堂上与学生进行一番互动，但最后却在课堂呈现效果上与自己的期望甚远。

我经过调研发现，其中最主要的问题就在于，教师在课堂上没有与学生之间产生足够的共鸣，讲述的内容与学生的生活实际相关性不大。再者，学习和成长本身就是一种伴随着痛苦的过程，最终呈现的课堂气氛自然效果不好。

我们首先来认识一位课堂气氛活跃、深受学生欢迎的老师，他就是美国著名物理学家费曼。费曼教授和杨振宁教授一样，除了在学术上有很高的成就外，同样为在校大学生教授基础物理学课程。他授课时语言风趣幽默，经常给学生们演示一些生动有趣的物理实验。学生们常常在轻松愉悦的课堂氛围中，就学到了物理学知识的理论精髓，还掌握了分析问题、解决问题的思维方法。

我把这种能够将课堂上所要讲述的知识与学生本身的日常生活建立起共鸣的能力，称为“关系构建”能力。掌握了“关系构建”能力的教师，在授课过程中可以把自己想要讲述的知识点，进行呈现形式上的加工处理，并使之与学生的生活实际进行关联。学生学习的积极性和注意力也就调动起来了，再加上一些不时闪现的开脑洞、出其不意的关联，课堂自然变得有趣和吸引学生，气氛自然也就活跃起来了。

讲到这里，“模式识别”和“关系构建”两个思维工具就基本阐述完毕了。现在，我借电影《三傻大闹宝莱坞》（又译《三个傻瓜》，相关内容介绍见5版文章《回归科技的初心》）的一个片段来举例说明，这两个思维工具在课堂过程中的应用体现。

电影中，大学教授让学生给出对“机械”一词的概念解释。电影主角兰乔给出的解释是：“那些能节省人们精力和时间，简化人们工作的装置就是机械”。很显然，这个解释让教授很不满意，班上的“学霸”也对兰乔的描述很不屑。

接下来，“学霸”洋洋洒洒背诵了一大段晦涩难懂的学术话语：“机械装置是实物构件的组合，各部分有确定的相对运动，借此，能量和动量相互转换，就像螺丝钉和螺帽，或者杠杆围绕支点转动，还有滑轮的枢纽之类的，尤其是构造，多少有点复杂。包括活动部件的组成，或者简单的机械零件，比如，滚轮、杠杆、凸轮，等等”。这个用各种学术语言堆砌而成的定义，虽然得到了教授的表扬，但同时也让初步认识“机械”的新生们，一头雾水，不知所云。

相比之下，电影主角兰乔的解释就非常通俗易懂了。或许我们会说这个定义不太严谨，但如果我们利用“模式识别”和“关系构建”两个思维工具来分析，就会发现兰乔的概念解释更好，不仅抓住了“机械”的核心实质和功能——辅助人们的生产和生活，而且“节省人力、节省时间、简化工作”的描述，与学生的日常生活和真实挑战更能建立共鸣，能更有助于学生理解“机械”这个概念。

最后，我在课堂实践中还发现：“模式识别”和“关系构建”两个思维工具还能互相促进。一方面，“模式识别”能力强大的同时，就能帮助核心概念在更多的知识图谱中找到定位，也能和其他概念建立更多的联系，自然与学生的日常学习和生活进行“关系构建”，建立共鸣就容易多了。另一方面，“关系构建”强大的教师，往往能在与学生建立共鸣的时候，诞生很多不常见的关联。这些关联背后通常就会隐藏着对核心概念新的理解模式。总之，两个思维工具之间是互相促进、互为依托和支持的。

最后，真诚希望广大科创教师们能从文中获益，取得更好的课堂效果。

（作者系北京东方汇通教育科技有限公司师资培训部总监，研究项目论文在SCI期刊发表，并获国家发明专利授权，多年从事人工智能科创教育工作）