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前言 歡迎來到科學的奇妙世界!

出于對科普工作的熱愛以及導演的邀請,我經常會參加中央電視臺的《異想天開》《走進科學》《我愛發明》《加油!向未來》等科普節目的策劃和拍攝。在這個過程中,導演除了與我討論節目方案、咨詢科學原理外,還經常希望我設計制作一些道具,好在拍攝時,更好地講解其中的科學原理,所以這些年前前后后,我做了許許多多的道具,也設計了很多有趣的玩法。后來,我將這些道具的玩法、原理整理了一下,又加進去許多生活中的神奇現象和它們背后的科學道理,一起編纂成了一本對生活中的科學現象進行解密的書,也就是這本《異想天開的力學游戲》。

科學游戲中可以學到哪些科學本領

在書中,沒有深奧的理論和刻板的知識講解,有的只是一個個生活中常見的小問題。在解決這些問題的過程中,你自身的科學認知和研究能力也會潛移默化地提高起來。例如,在“幫助‘倒霉蛋’高處逃生”游戲中,你會學到如何幫“柔弱”的雞蛋從十幾米的高空平穩落地,進而了解能量轉換、碰撞、受力分析、結構強度等科學原理,這樣你就能理解科學家在面臨類似的但是難度更高的挑戰時,為什么要那么做了。

在“‘無風自動’的神奇風車”游戲中,你會了解風的形成,這會讓你明白世界上其實并沒有“靈異事件”的存在,有些讓小朋友害怕的現象只是因為我們對世界的了解還不夠深。如果你能學會掌握這些所謂“靈異現象”背后的原理,就可以解決很多現實中的難題。“蛋仔大力士養成記”游戲則會告訴你團結的力量有多大,并讓你初步了解壓力和壓強、平衡、穩定性、沖擊載荷等方面的知識,這些聽起來很生僻的詞其實在生活中有著大用處,會讓你在看到挖掘機、塔吊等大家伙時,不再只是一味驚嘆它們有多大,而是可以向父母和朋友們介紹它們在機械設計方面的巧妙之處。

除此之外,“巧綁繩索搭建一個穩定的結構”“和銅棒棒捉迷藏”“幫助小牙簽們‘坐船’回家”……都會用趣味橫生的小故事、讓你撓頭的小難題以及相配套的知識講堂,帶你慢慢進入一個更宏大的科學世界,和你一起在知識的海灘上,不斷尋找漂亮的貝殼。

這種玩游戲一樣的學習方式,不僅會讓你不再對科學知識探索有畏難心理,還會為你以后學習物理、化學、生物學、地理等學科打下良好的基礎。例如,在“和銅棒棒捉迷藏”游戲中,涉及的知識有物體的重心、平衡、穩定性等概念,這些可都是以后物理課中要學習的重點;而在“巧綁繩索搭建一個穩定的結構”游戲中,你可以提前了解如何為物體做受力分析,并親身感受到三角形的穩定性究竟有多強大。

用科學思維去分析和解決問題

相較于讓小朋友掌握更多科學知識,我更希望能培養你們的科學思維方式,能讓你們從書中學會如何用科學的視角去看待問題和解決問題。許多書中的內容,在今天看是游戲,但在從前卻是人們切切實實解決生產、建設問題的寶貴經驗。

舉個例子,早在兩千年前,中國古人就開始了對于力的觀察,并記載在《墨經》中:“力,形之所以奮也。”(譯文:力,是促使物體由靜而動、動而愈速的原因。)這一定義與1900多年后的伽利略和牛頓的科學論斷極為接近,但遺憾的是,后人并沒有就此延伸形成一個完整的科學體系。后來,西方出現了系統的觀察實驗和嚴密的數學演繹相結合的研究方法,并被引入物理學中,以牛頓力學體系為代表的近代物理學才真正誕生。而近代化學、生物學等學科體系的誕生,也與這套科學的研究方法密切相關。因此,學習科學只是動手實踐還不夠,還需要具備科學思維,學會像科學家一樣思考。

像科學家一樣去思考

方法比知識更重要,而通過“實驗+游戲化”的方法去學習,能很好地培養大家的思維邏輯能力和創新性思維,進而更習慣用科學的方法去解決問題。比如在“酸奶瓶里還剩多少酸奶”游戲中,通過觀察不同重量物體對橡皮筋拉伸程度的影響,我們可以歸納出橡皮筋、彈簧等物體在彈性限度內,其伸長量與所受力存在一種線性關系,而通過利用這種線性關系,我們就能對很多東西進行“稱重”。

只要你在這些綜合性探究實踐活動中,不斷經歷“觀察—歸納—驗證—推廣”的完整過程,相信你一定會掌握科學思維,學會像科學家一樣思考和解決問題。這樣,你在遇到未知的問題時,就不會再束手無策,而是會學著使用科學的視角來認識和分析問題,并逐漸學會應用復雜的科學思想、概念去解決現實生活中的問題。

總而言之,在我看來,科學是一種思考方式,一種用眼、手、工具去觀察世界、獲取知識的手段或技術,而結論只是我們追求知識的過程中的階段性產物。所以,當你遇到問題時,就要大膽地尋找不同的解決方法,去不斷地做實驗,在持續的探究中一定會找到問題的答案,希望本書能給你的探究之旅提供一些幫助,讓永遠保持好奇、永遠質疑一切的科學精神,也能在你心中生根發芽。

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