儿童“思想实验”：小学生创新素养培育的新路径

［摘要］ 儿童“思想实验”是指针对现实课堂教学中无法做到或现实还未能做到的实验活动，通过先行构建理论框架并预测可能的结果，启发学生思维，打破现实阻碍，实现科学创想的过程。在这个过程中，儿童围绕探究的问题，运用与生俱来的好奇心和探求欲，在头脑中经历灵感触发、情境解构、想象促进、逻辑推演等一系列思维活动，激发兴趣和想象力，锻炼发散思维和逻辑思维，提高问题提出和问题解决的能力，培养自主学习和独立思考的习惯。开展儿童“思想实验”，有利于全面激发儿童的创新潜能，观照生活应用并履行社会责任。

［关键词］ 儿童思想实验；创新素养；培育路径

思想实验是“人类对世界和自身最大胆的假想”。乔尔·利维认为，思想实验是一种既能保持绝对理智又能发挥想象力的思维方式。在科学领域，思想实验是一种运用想象力和逻辑推理来探讨和研究科学问题的方法，通常在实际实验难以进行或条件不具备时被采用，通过在脑海中构建虚拟的场景，推理可能的过程和结果，深入分析科学现象，检验科学理论的合理性和局限性，并为科学研究提供新的思路和方向。思想实验常常借助假设、推理、反证等手段，挑战传统观念，从而推动科学的进步和发展。在基础教育领域，思想实验广泛运用于各学科教学，推动创新创造。

习近平总书记多次指出，要不断促进人的全面发展，要充分激发蕴藏在人民群众中的创造伟力。人的全面发展，特别是高水平创新素养的提升，离不开高质量的教育。拔尖创新人才培养是需要多环境、多环节、多因素共同作用的，小学阶段应该承担起拔尖创新人才早期培养的职责。在教育教学实践中我们发现，学生的主动性相对较低，缺乏主动思考和探索意识，产生的学习成果开放性不足，多样性欠缺。这些问题均制约了学生创新素养的提升。基于此，我们开发了儿童“思想实验”，旨在开阔学生视野，激发学生想象，促进学生想出更多、更新的点子，改进解决问题方案，保护学生的好奇心、求知欲，优化学生的学习体验，着力为小学阶段教育打下创新素养的底色。

一、儿童“思想实验”的内涵及要素

思想实验又叫理想实验，是科学家遭遇现实中难以或无法实现的未知情境时，运用理论知识和现实经验进行逻辑推理的一种模拟过程。思想实验是在思维中进行的实验，无须像真的实验那样在特定的场合借助一定的实验设备，这样就能够帮助科学家们在没有实际操作条件的情况下先行构建理论框架并预测可能的结果，是科学家在探索复杂问题时不可或缺的重要工具。

儿童“思想实验”是在小学阶段为培养学生创新素养而搭建的一种思维活动方式。它始于灵感触发，即从已有的事物、现象中获取灵感；然后进行情境解构，对特定情境进行分析拆解；再进入想象促进阶段，发挥学生丰富的想象力，让各种奇思妙想不断涌现；接着通过逻辑推演，对这些奇思妙想进行检验，考量其可行性和逻辑性；最后实现创意表达，将经过检验和实证的想法用具体的语言、图画或行动等形式外化展现出来，从而激发学生的创新思维，提高学生的创新能力，培养学生的科学精神，为学生创新素养培育提供有力支撑。儿童“思想实验”不是简单被动地接受和掌握相关知识的过程，而是一种理性思辨活动，能引发儿童的深度思考，有效培养儿童的批判性思维和创造性思维，它广泛运用于各学科的学习创造中。儿童在头脑中利用实验的要素运行实验程序。思维空间、虚拟任务、公认原理、拟真条件、思维操作构成了儿童“思想实验”的五大基本要素（见图1）。

二、儿童“思想实验”培育创新素养的价值

创新素养在大量文献中又被称为创新能力，涵盖好奇心、想象力、发散性思维、逻辑思维、自主学习、问题提出、问题解决和成果产出八项核心评价指标，可概括为创新人格、创新思维和创新成果三个维度。儿童思想实验在培养创新素养方面具有重要价值。

首先，能激发好奇心和想象力。通过创设虚拟问题情境，引导儿童在脑海中思考、推理，对未知领域产生浓厚兴趣，主动寻求解决方法。在无实际操作条件的限制下，儿童可自由构想各种可能性，打破现实束缚，创造独特的思维路径，提出有效的解决方案。

其次，能锻炼发散性思维和逻辑思维。在思考实验过程和结果时，儿童需要进行分析、归纳、推理等逻辑思考，这些过程可使思维更严谨、更有条理。在富有想象力的问题情境中，儿童可以进行发散思考，这对于创新能力的发展至关重要。

再次，能提高问题提出和问题解决能力。面对实验中设定的难题，儿童运用已有知识和经验，尝试不同方法和策略，培养从多角度思考和解决问题的能力。

最后，能培养自主学习和独立思考的习惯。不依赖他人的答案和指导，而是自主思考和探索，形成自己的见解和观点。这是创新人才必备的素质之一，也是创新人格的重要体现。

综上所述，儿童“思想实验”在培养创新素养方面具有不可忽视的价值，可被广泛应用于儿童教育中，为培养未来的创新人才奠定基础。儿童“思想实验”强调思维是贯穿教学的核心活动，将发展思维作为最重要的培养目标，是教会儿童学习、思考和创造的新路径。

三、儿童“思想实验”培养创新素养的过程

模型

通过模拟、推演和反思现实世界的现象与情境，以抽象概念为基础进行深度认知活动，我们构建了一个儿童“思想实验”过程模型（见图2）。教师在组织学生实际参与的过程中，可以根据学生自身经验、思维情况，以及学习内容的难易程度，适当调整操作步骤。通过实施图2中的五个流程，系统引导学生进行思想实验，有效培养他们的创新素养。

1.灵感触发

通过某种情境的刺激，激发学生产生创造性思维或想出解决问题的新颖想法，其强调如何有效引导学生进入一种开放式的思考状态，让他们能够从不同的角度看待问题，并且敢于尝试和探索未知的事物。灵感触发的具体表现包括但不限于以下三种：

其一，好奇心驱动。学生通过与环境互动来构建知识体系，在这个过程中，正是由于他们对外界事物感到好奇，才会主动去观察、触摸甚至尝试理解这些新奇的事物，从而促进思维能力的发展。这种自我驱动式学习往往比被动接受知识来得更加深刻。

其二，问题解决。面对某个难题时，学生从不同角度出发，尝试多种方法，最终找到解决方案，这个过程也是灵感触发的方向之一。教师可以选取那些能够激发学生兴趣且易于理解的生活实例，将其作为讨论的基础，使他们在轻松愉快的氛围中进行深度研讨。教师尊重每一位学生的想法，引导学生探讨其中蕴含的道理，可以在适当的时候给予正面肯定或是建设性的批评意见，帮助学生更好地认识自我、调整思路。

其三，情感共鸣。一则故事、一部电影，甚至一段音乐都有可能触及学生心灵的深处，从而引发他们内心深处的情感反应及相关联想。例如，教师基于圣-埃克苏佩里的作品《小王子》，引导学生跟随主人公的脚步，访问不同性格特点的行星居民。通过小王子与行星居民之间的互动，学生了解八大行星的特点，思考友谊的价值、孤独的意义、人与人之间相互理解的重要性等。

2.情境解构

情境解构要求学生对情境进行深入解读和分析，了解情境内涵，理解语言符号的象征意义。以著名的伦理学思想实验“电车难题”为例，假设你看到一辆失控的电车正沿着轨道疾驰而来，前方轨道上有五个人被绑着无法移动，而旁边有一条岔道，上面只绑着一个人。此时，如果你什么都不做，那辆电车将会继续前行并撞死那五个人；如果你拉动一个开关改变电车的方向，则可以拯救那五个人的生命，代价却是导致岔道上那个人丧生。那么在这种情况下，你会选择拉动开关吗？

首先，教师引导学生理解和剖析具体情境中的主要任务和问题。在这个案例中，核心的任务为决定是否应该采取行动（即拉动控制杆）以减少伤亡人数。而背后隐藏的问题则更加复杂，涉及道德责任、后果主义与义务论之间的冲突等深层次议题。

其次，要让学生了解问题的具体表现，然后帮助学生分解情境中的各个元素，梳理元素间的关系。我们可以将电车难题分解为几个关键部分进行探讨：①参与者：包括你（作为决策者）、即将受到伤害的五个人，以及在另一条轨道上的单独一人。②情境设定：一辆失控的电车正朝向那五个人驶去，存在一种方式即可以通过牺牲一人来挽救多人。③行动选项：不采取任何行动，允许事件自然发展，结果是五个人死亡；拉动控制杆改变电车路线，导致一人死亡但拯救了其他五个人的生命。④道德考量：以功利主义视角可能会支持拉动控制杆的行为，因为它最大化了整体幸福（或最小化了不幸），即通过牺牲较小数量的生命来保护更多的人；义务论则可能反对这样做，认为主动造成他人死亡本身就是错误的行为，无论其后果如何。

再次，引导他们思考每个元素对问题的影响。在这个情境的设定中，一边是五个人的生命安全受到威胁，另一边则只有一个人处于危险之中。数量上的差异往往成为许多人考虑如何行动时的一个重要因素。当你决定不去干涉（即不拉控制杆），结果是五个人死亡；而选择拉控制杆，则意味着通过你的直接行为导致了一人的死亡。这里涉及关于责任归属的问题——是让自然事件发生更符合道德，还是说人类应当积极介入以减少伤害。

3.想象促进

在解构情境之后，给予学生充分的时间和空间进行自由的想象，学生基于明确目标大胆想象、联想、推测，从而探索未知的领域。教师要鼓励学生摆脱现实的限制，大胆提出各种新奇的想法。回忆一下，站在地球一个空旷的地面上，你看到的地球形状是怎么样的？之前，我们学到的科学观念是“地球是球形的”，为什么跟你看到的现象不一样呢？学生可以大胆想象，让自己“站”在太空中看地球，尝试解释看到的和实际存在的两者之间为什么会存在不同，从而让科学观念在头脑中形成意义建构。

用纸条模拟人的目视距离，用皮球模拟地球，学生通过观察对比会发现：球越大，纸条的弯曲程度越小；纸条越短，纸条的弯曲程度越小。教师适时提示：在天气晴朗且无遮挡物的情况下，人眼的能见度可以达到20千米，地球的平均直径大约是12 742千米，人的视线范围只有地球直径的五百分之一，甚至更少。学生发现无法按照这个倍数关系进行实际实验，于是在头脑中展开想象：当纸条长度不变，球如果变大、变大再变大，纸条看上去会是什么样子；当球的大小不变，纸条如果变小、变小再变小，纸条看上去又会是什么样子。无论是哪种情况的思考，学生都会得出结论：纸条看上去

更平。

不论是皮球和纸条，还是地球和人都不能像金箍棒那样随意改变大小，但是学生通过想象，实现了大胆假设、小心求证的过程。由此，学生对“我们站在地球上只能看到很小一段距离，所以看到的地面是平的”这个问题有了更深刻的理解，从而有效建构“地球是球形”的这一科学观念。

4.逻辑推演

逻辑推演是从已知前提或条件出发，使用一些基本的逻辑规则、推理方法来分析和推断信息，从而得出正确结论的过程。激发批判性思维是挖掘思维空间的关键手段。批判性思维并非全盘否定，而是基于理性分析，对信息审慎评估，对观点严谨论证，对现象深度解读。在思想实验中，通过持续质疑、反思和重构，培养学生独立思考的习惯，让学生既敢于挑战权威又善于解决问题，进而在面对社会性科学问题时，不仅关注解决方案的提出，更注重思考背后的态度与责任。如此，可使学生成长为有担当、有创新能力的创新人才，切实理解和应用所学，为解决社会问题贡献力量。

以“水资源短缺”这一社会性科学问题为例。教师首先向学生介绍水资源短缺的现状：许多地区的人们面临着用水困难，一些河流干涸，地下水位下降。然后，引导学生进行思想实验，通过呈现“假设我们生活在一个极度缺水的城市，该如何解决用水问题”这一问题情境来促进学生积极思考。在这个过程中，有的学生提出建立大型的雨水收集系统，在雨季时收集雨水储存起来，经过处理后用于日常生活和农业灌溉。有的学生则想到推广使用更加节水的器具，如具有智能感应的水龙头等，能够根据使用需求自动控制水流大小和时间，减少浪费。还有的学生提议开展水资源循环利用项目，将家庭废水和工业废水经过严格处理后再次利用。在这个过程中，教师不仅关注学生提出的解决方案，更注重引导他们思考背后的态度与责任。比如，在讨论雨水收集系统时，引导学生思考个人在日常生活中如何保护雨水收集设施，不随意破坏，这是对公共资源的尊重和爱护。在探讨推广节水器具时，让学生明白选择节水器具不仅是为了自己省钱，更是为了整个社会节约宝贵的水资源，这是我们个体对社会应尽的责任。