互动科普

清华大学航空航天学院有一位与众不同的教授，在专业研究之余还经常出现在电视台的科普节目中，带着同学们做出很多新奇有趣的东西。他还参与了神十航天员太空授课实验的设计。现在，他又将计算机辅助制造的概念引入课堂。让我们随本刊记者方晨一起走近这位热心于创造性教育的科学家——高云峰。

太空授课的设计师

科学世界：听说您参与了航天员王亚平太空授课方案的设计？

高云峰：是的，太空授课的方案、实验教具以及授课内容的讨论，我都参与了。每个环节都有多位来自不同领域的专家参与。而理论、实验、教学这几个方面我都有一定的经验，包括怎么做节目我也比较了解。

科学世界：设计授课方案的过程是怎样的？

高云峰：最初是广泛征集，然后经过长时间的讨论，我们差不过每个星期都要开一次会，最后基本确定了7个方案。接下来再确定每一个方案的细节，包括如何拍摄，以及与航天方面的对接等等。

方案确定后，就要制作教具的原型。如果找工厂来制作，时间上来不及。而我自己就可以动手制作，用激光切割机很快就做出原型。经过评审确定没有问题后，再以我的原型为基础，交给工厂正式加工制作。

然后就是授课的问题。我写了一份很详细的讲稿，精确到在一定时间内要讲多少个字。我的风格是，讲课不是枯燥地讲解理论，而是融入一些生动的语言和生活化的场景。

科学世界：一共准备了7个方案，最后实际演示的是5个？

高云峰：是的，主要是根据现场的情况看，哪个更好操作，效果更好。其实在地面上的时候我们已经排好序了，实际上最后也是按我们的排序做的。也就是说，一切都在预料之中。

科学世界：在地面上设计实验时，怎么知道在太空中的实际效果会是什么样的？

高云峰：学生如果没有亲眼看到太空中的演示，不容易想象出实验的结果。但对于我们这些专家来说，不用真正做这些实验，就知道会是什么样的结果。我们设计的教具，只有效果好一点还是差一点的差别，不至于出现有明显偏差的情况。

表面张力实验用的那个套环，我们还做了大小不同的几个，王亚平在太空中“备课”时，可以挑选效果比较好的一个。因为这是我国首次太空授课，所以做了充分的准备。

实际授课的效果比我们想象的还要好。我们通常会想，作为一个太空授课新老师，难免会出现一些小问题，我们甚至还帮王亚平准备了一些一旦实验出问题时的台词。但这些都没有用上。

做科普“异想天开”

科学世界：您是从什么时候开始做青少年科普工作的？

高云峰：是从2000年开始的，恰好就是我女儿出生的那一年。当时中央电视台“异想天开”栏目准备开播，要拍一个宣传片，想做一个让人看起来不可思议的事情：能不能做一个装置，以一节普通电池为动力，拉动一辆汽车。他们当时问了很多人，都觉得不太可能。后来问到我，我就说这是可能的，但要注意两点：一是要做一个能把力放大的装置，大到可以克服汽车的静摩擦力，而这个力并不像一般人想象的那么大；二是这个装置要比较简单，不能有太多环节，否则损耗太大。于是他们就找了几个中学来做试验，有的学校就成功了。

这之后，有什么比较大的或是比较难的科学节目，电视台就经常来找我。我比较擅长从一个最基本的要求得出一个结论，而且这个结论事后被证明比较合理。比如“纸桥过车”，要求用报纸做一座6米长的桥，让真正的汽车可以从上面开过去。很多人觉得这个问题很难分析，而我快速分析了一下，就判断这是可能的，估算大概要2吨纸就够了。结果清华大学队只用1吨报纸，另一个队也只用了不到2吨就完成了任务。

后来相继又做了一些比较大型的活动。例如弹簧秤称大象，要求用一个量程只有5公斤的普通弹簧秤，称出一只重达几吨的大象的重量。还有一个活动，是给200公斤报纸，要求做出一条船，比谁的载重量大、速度快。

几年之后，“异想天开”栏目组找我专门策划了一个叫“大师挑战赛”的系列节目，连续播了将近两年。我们的口号是“用头脑赛跑，用双手说话”。我针对中学生的特点，设计了很多趣味科学游戏。这个节目的特点是，使用的材料都很少很简单，但做出来的东西却让人很惊奇。例如“巧扎气球”，就是用一根针去扎两个套在一起的气球，在表面没有任何处理的情况下（如不能贴胶带），要求把里面的气球扎爆，而外层的气球依然完好。

科学世界：您是怎么想到这些创意的呢？设计时是不是要绞尽脑汁？

高云峰：在我教学生的时候，如果学生对某些问题的理解不到位，我就会想办法通过一些演示来讲解，后来经过完善就变成一个个题目了。

我曾去湖北赤壁中学做节目。先和导演一起在校园里转一圈，看看有什么环境、条件可以利用，然后晚上开始根据实际环境设计题目，第二天早上就拿出方案，可以进行比赛了。接连几天都是如此，住了几天，就出了好几个题目。

其实，东西学透了，就不再是死板的知识，而是可以随时拿来用的。所以这些创意对我来说不是什么很难的事情。

科学世界：您自己比较得意的作品是哪个？

高云峰：其实大部分问题是我出题目，学生去完成的。真正我自己做的倒不是很多。其中比较有影响的一个是“手机吊冰箱”。我们以手机电池为动力，以手机里用来震动的小转子为马达，再接一个自己做的小装置，就把一台冰箱慢慢吊起来。

这个实验有意思的地方是，大家有争议。当时网上有上千万的点击量、上万条的留言，其中绝大部分人认为不可能，或者觉得虽然有可能但肯定很困难。因为要把力放大10万倍，有人认为齿轮组至少要有桌子那么大。但大家都没有想到，实际上我们做的力放大装置非常小，只比手机大一点点。这个实验是一个很有启发性的例子。虽然中学就学过力的放大原理，但真的用手机把冰箱吊起来之后，大家还是很震惊。

手机吊冰箱的装置这么小巧，出乎很多人的意料。

科学世界：您设计的这些游戏和实验，与传统教科书中的实验差别在哪里？

高云峰：思路完全不同。教科书中的实验，大都是以教学生掌握知识为主，因此主要是演示型的实验，也就是老师布置、设计好了，学生去操作、体验一下。实验中的很多操作是固定的，不能随便改动，结果也大多是事先知道的。

而我们是以学生为主体。我会提出一些题目，但学生也可以自己提出想要做的东西或者要解决的问题。这个东西会做成什么样子，问题能否解决，学生不知道，有时我也不知道。所以我们不是演示型的实验，而是探究型的试验。当然，我会给予学生适当的指导，多数情况下最后都能解决问题。

我认为一个人的智力和他的知识没有太大的关系。不像很多其他的竞赛，必须要学过相关的知识才会做，我出的题目有不少是从小学生到大学生都可以做，而且不一定谁做得更好。

科学世界：小学生也有可能比大学生做得好吗？

高云峰：对。因为我设计的问题考查的主要不是知识，而是运用知识的能力。有时甚至这些知识不是从学校学来的，而是从观察身边的事物感悟到的。比如那个用纸造船的节目，用200千克报纸做一条船，中学生做出的船可以载15个人，而且可以划得非常快，而10年后大学生再做，效果反而不如当年的中学生。

在我们的教育环境中，往往年龄小的学生更有创造性，长大之后创造力反而弱了。虽然学的东西多了，但解决问题的能力并不一定更强。尽管有些人不认可，但我们的大学生确实存在眼高手低的现象。

科学世界：除了电视节目，您还做过什么其他方式的科普活动？

高云峰：从三四年前开始，科协经常邀请我去全国各地，包括一些边远地区，给学校的科学课老师们做培训。

后来，科协的“科技大篷车”项目，也邀请我一起去给农村小学的学生做科普宣传。有一次去辽宁阜新的农村，比较贫困，学生们没有钱买玩具，我就教他们自己做玩具。我们用成本很低的原材料，就是线和铁丝，做出很有趣很有启发意义的小玩具。

最近，北京的教育促进会又邀请我去给中学校长做培训。如果校长有一个好的理念，那么学校的科学教育就能开展得更好。我们未来的教育，不仅仅是考虑升学率，而是要立足于人才的培养。我国现在还主要是一个生产加工大国，而不是一个设计大国。只有增强原创设计的能力，才能具有更强的竞争力。这需要从中小学生抓起。如果学生从小就被应试教育把天生的好奇心和创造力打磨掉，就很难成长为具有创造力的人才，而这最终会制约国家的发展。中国经济正处在转型发展的关键阶段，人才资源是实现转型发展最稀缺的资源。

（本文发表于《科学世界》2013年第12期）