我们的时代不仅需要知识传播，当今更是一个思维变革的时代。大数据、人工智能时代的思维变革让世界发生了巨大变化，我们要紧扣时代的背景，把自己培养成适应未来时代要求的一代新人。

 

这是在美国著名的探索馆里，有一个叫作科学和艺术的展项，这个轮子上有一个悬链线，当时我就问设计者：“这个展项有没有原理？”

 

他说有原理，但是原理不重要，重要的是看公众对它们有什么思维和思考。也就是说，他们的教育理念关注的是人们根本的诉求、根本的素质，而不仅仅停留在知识层面。

 

这正如美国的S-tech主席莱斯利所说：在科学观察与创新活动中，重要的不是看获得多少知识，而是要学会思考与提问。

 

我主要讲的就是思维变革这样一个问题。首先，我们来看看世界科学教育的重大变迁。

 

在20世纪中叶，发生了一个震撼全球的事情——苏联发射了第一颗人造卫星。这次事件令当时的世界范围内的科学教育发生了重大的变化。

美国人认为他们落后于苏联了，这对美国人来说是最大的耻辱，因此他们要进行教育改革。当时，美国人批判了杜威的实用主义，转而推崇布鲁纳的发现法。

 

当时，有一位科学家叫作弗兰克 奥本海默，他是物理学家，他在旧金山的一个马棚里面，建立了旧金山的探索馆。

 

弗兰克 奥本海默建立这个科技馆的意图是要实践布鲁纳的发现法，不是搞简单的知识传播，而是要着重培养人的创新思维、创造力，把科学教育提高到一个新的层面。

 

大家都去过中国科技馆，从本质上来讲，中国科技馆不是搞知识传播的，它提供了一个学习创新思维、科学思想、科学方法的平台，为造就一代新人推行新型社会科普教育。

 

中国科技馆中展项众多，我举一个例子，是大家熟悉的最速降线，把两个球同时放在上面，一个是直线，一个是曲线，看看两个球谁先到。

 

很多人认为是直线上的球先到，其实是曲线先到。因为直线上的球是匀加速直线运动，而球通过弯曲的轨道时，上边实际上是加速运动，加速运动和速度平方成正比，后面是惯性运动，所以它在后半段非常快。

 

通过这个例子说明看问题不要被表面现象所迷惑，最速降线不是一个几何问题，它实际上是一个物理问题。这样一个展项已经把我们带向了通过思维方式看问题的境界。

 

美国探索馆提出了要改造世界的学习方式，促进教育的进步。具体做法是要从学习知识转变为培育思维方式。

 

在这方面，我们可以看到很多的例子。怎么样来改变自己的思维方式呢？比如从观察和发现入手。

 

这个人在工作期间发现，罐头盒倒了就会把很多东西推倒，于是他设计了很多用相同木板制作的东西，这就是所谓的多米诺骨牌。

 

还有更加复杂的设计，这是一个多元的、由各种各样物体所形成的一个链式反应，或者说是一个混沌影响的活动。

 

通过一系列机械动作最后男主角把蛋糕自如地吃掉了。这展现了什么问题呢？

 

实际上，展现了一种创新的思维，一个链式反应。链式反应广泛应用于科技界和社会界，比如说核爆炸就是一个链式反应，一个铀235释放出的中子会激发另外的铀235。

 

这是一对铀235（代指视频中的两个白色小球），这个人拿了一个球击老鼠夹，击中以后，老鼠夹转变为动能，打开以后，球就发生了一种快速的链式反应，相当于模拟了一次原子弹的爆炸。

 

也就是说，一个很简单的现象或者一个发现，它可能在社会领域和科学领域有重大的应用价值。

 

现在，我们在很多领域里都用到了链式反应，比如在中小学都开展的创客教育中，就可以看到。

 

这是美国探索馆的链式反应，参与活动的学生分为几个组，每一个组自己做出了成果。

 

这里面有很多东西，有凸轮、有齿轮、势能和动能的转换，但是他们用一个链式的思维，通过接口的巧妙连接，就把它变成了一个整体的创新活动。这个创新活动非常有趣，虽然工具很简单，但是反映了创新思维、创造力。

 

在这个创客活动当中我们可以看到合作共赢，学生们站在别人的肩膀上共享知识，这也是我们在科普当中应该追求的一种精神和文化。

 

从这个意义上来讲，可以说现在的创新活动有很多，包括青少年创新活动、创客教育，现在很多中小学都开展了。

 

但是开展创新活动的时候，我们一定要注意本质，不要搞那些太浮躁的东西，比如说天下文章一大抄，拿一个教案，就让学生照本宣科地开展活动，那是没有意义的。那么，创客教育和一个一般的青少年创造活动有什么区别呢？

 

比如，做一个机器人的创新活动，往往是老师早就知道结果了，实际上让学生搞一个编程训练，它本质上是一个技能训练，是从已知到已知。

 

创客教育是充分发挥学生的想象力、创造力，是解决从已知到未知的问题，创客教育的本质是解决0到1的问题，而不是解决1到100的问题。

 

这样本质的问题需要在青少年的科技创新活动当中得到认真的、扎扎实实的工作，认真地去推广。

 

目前，时代在发展，我们的科普教育、科学教育也已经从知识层面逐步提高到思想层面。

 

当前是大数据、人工智能的时代，在这样一个时代背景下，科普教育该如何创新呢？首先，我们要看到大数据、人工智能时代思维方式发生了巨大变化。

 

这张图片解释了人工智能是怎样认识事物的。上面有4个人，从左边来说，是国王、男人、女人、女王，如果让人直接认识的话，左边这个是国王，你认为哪个是女王？

 

一看就知道，是最右边这个人，她穿着打扮不一样，很华丽，戴着很多装饰。但是人工智能却不知道哪个是女王，它是靠逻辑思维和相关思维运行的。

 

你告诉它这是国王，国王是正国籍的男人，他要减去一个男人就是正国籍，正国籍如果加上一个女人就是正国籍的女人，它就等于女王。可以说，人工智能的思维和人的思维有很大区别。

 

第二个是大数据的应用。

 

研究者发现，在沃尔玛超市啤酒和尿布放在一起，啤酒就畅销，这是什么原因呢？家庭妇女无法出门，让丈夫下班以后到超市买尿布回来，可是丈夫感兴趣的是啤酒，所以它们放一块以后啤酒就畅销。

 

大数据只追求相关性，不追求因果关系，沃尔玛的老板也不会去研究因果性，只研究大趋势。所以沃尔玛只是把尿布、啤酒放在一块，只要畅销就行了。

 

可见，大数据的应用重视大趋势，用大趋势预估未来，这种方式可以做出重要的规划，为我们提供战略性的思考。

 

大数据所展现的是另外一种思维方式，从这个意义上来讲，我们应该在青少年的创新活动当中，开展具有多元思维方式的活动来培养他们的创新思维。

 

比如跨界思维，不要老在一个学科里头进行研究。这是自行车运动员比赛时用的喝水器，一摁水就呲到他嘴里了，就像心脏脉搏一样。一个运动员的喝水器竟然用到了心脏瓣膜原理，实际上它是跨界应用。

 

第二个叫作缜密思维，就是要多方位的、多渠道的、多维度的来考虑事情。对于一个科技创新活动，要让青少年们分析出什么是主要矛盾，以及矛盾的主要方面，这就要运用缜密思维来处理一个创新问题。

 

第三个是超前思维。大家都在按照常规思维来考虑的时候，你就要打破常规。天马行空来个头脑风暴，率先想出一些新招儿来，这对于一个创新的团体来讲将会发生激励的作用。

 

还有深度思维。比如，两个人同样听一个故事，一个是用英文讲，一个是用俄文讲，这两个人戴上核磁共振的帽子躺在核磁共振的实验室里，发现词汇不同，不管是俄文还是英文，波形振动的方向都有相似的一致性。

 

这个实验体现了词汇背后的语义问题。人工智能为什么能够识别语言呢？是因为它进行了深度学习以后了解到词汇背后的语义，也就是说人工智能能够听懂语言，本质上是语义的相关性，而不是词汇，这一点已经被普林斯顿的神经学家哈森证明了。

 

实验证明人工智能能够识别不同的语言是因为语言背后有一个共同的代码，这个代码就是刚才说的语义。因此，在科学技术飞速发展的时代，我们不能停留于表面的学习，而是要进行深度的学习。

 

通过什么样的方式能够产生创新思维呢？很多老师们在带领同学进行STEM教育，STEM教育实际上是跨学科的、以工程为基础的一种综合性的教育。

 

很多同学学了数理化不知道该干什么，所以我们要开展STEM教育。STEM教育后面加了一个A，A是什么？是人文，不仅仅是艺术。从教育的目标来看，我们的目标是要培养那些有诚信、有社会担当、有责任、有创新思维和创造力的、可以迎接未来创意时代的一代新人。

 

所以，不能够简单地将STEM教育看作是一个跨学科的、综合的科技教育，实际上它是科学文化与人文文化更深入的结合。我们在进行思维活动教育的时候，应该让同学们了解，创新思维是怎么来的。

 

一岁的时候，小孩的脑神经是什么样的？神经元处于节点上，那些杆是树突，是传播信息的，它是比较细的。但是6个月以后发生了变化，可以说神经元数量相同，但是传播的途径，也就是这些树突变粗了。

 

这是因为孩子长大了6个月，因此他看得多了、见识广了，所以神经元受到了刺激。当他长到3岁的时候，他的神经元变化不大，但是神经元之间的连接更多。

 

这个研究说明，青少年一定不能只在课堂里学习，还要走出课堂进行实践性的活动。比如，现在开展的研学计划，我们要很好地在这个过程中进行实践性的探索与发现，以提高自己的创造思维和创造力。

 

怎样运用创新思维和创造力呢？每个青少年最后都应该做出成果。这是一个戛纳电影节的短片，看看这个创作者是用什么样的想象力和创造力来创作这个影片的。

 

这个作者充分展示了自己的想象力和创造力，而且把人性贪婪的一面表现得淋漓尽致。可见，我们的科学教育、我们的科普，也应该是人文学科和自然学科的高度结合，这也是世界发展的重大趋势。