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更新时间:2019-10-07

如果我的大脑里,有爱因斯坦同款放映机| 百造创新发动机

12天前

世人敬重的爱因斯坦,大家往往只觊觎他的高智商;除了物理学理论以外,科学家们还曾经进一步追溯和发问:为什么这些伟大的洞见,出自这一位几乎是完全独自工作的个体?为什么是他?这正是我们教育学需要关注的视角。

从纸塔到指南针——曾经的“追光少年”

“相对论”这一想法的萌芽,在爱因斯坦还是个孩子的时候就种下了;他很晚才学会了说话,晚到他的父母甚至去寻求过医生的帮助。不过爱因斯坦自己后来也猜测,正是因为自己的语言发育受到抑制,他才会如此擅长于视觉化思考的方式。

他的妹妹后来回忆,爱因斯坦小时候常常用扑克牌搭建纸塔(伟人的童年也会沉浸在搭建类积木中)。

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爱因斯坦的父亲是一位电器设备贸易商,从一早就有意识地引导儿子对“科学”产生兴趣。他曾经给爱因斯坦带来一个打通这个孩子任督二脉的礼物:“指南针”。

我们小时候也许都摆弄过指南针,也许只是惊异 “哇喔,这里有个呆呆的指针,永远指着一个方向”;但爱因斯坦不愧是爱因斯坦,他理解了指南针背后的奥秘:即使没有碰到任何其他东西,物体也是可以被力作用、运动起来的。

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爱因斯坦致力一生的对引力的探索,原来早就由这个小小指南针下了注脚。

他开始热切地希望探索自然中潜藏的法则和规律。他有一本最喜欢的物理科普书;这本书讲述一些例如空间漫游、穿梭电磁圈等的小故事,用生动的场景来形容抽象的物理概念。这些用视觉化场景思考的体验,就被称作“思想实验(thought experiment)”。

小爱因斯坦在16岁时就已经开始玩起“思想实验”了:在看这本书时,他不禁好奇,如果自己能捉捕到一道光波会是什么样的体验?

想象一道光波以某种不可思议的速度穿透并经过自己,要捉捕光是很困难的;但,如果假想自己的速度也足够快呢?

“如果追上了光,我可以看到什么?”

爱因斯坦回忆说,这个石破天惊的想法让他立马站起身来,极其激动地转起了圈圈,手心都被汗湿透了。自此,爱因斯坦的“思想实验”,这一魔法般的才能一发不可收拾。

爱因斯坦脑海中的“奇妙剧场”

在爱因斯坦的那个年代,引力在很长时间里都困扰物理学家们;所有人都认为人或物体在地球上受到的引力应该是人或者物体受到一个往下“拉”的力。在这种“习惯性的思维”下,所有的物理学家都钻到在这个假设下的数学公式的堆砌计算里。

爱因斯坦则不一样。在思考引力的问题的时候,没有一上来就接受了这种“习惯性的思维”;他的脑袋像一台放映机一样,首先在想象的是一个人漂浮在空中,身处在一个房间里。

他大胆地想象:这个人所在的房间,被往上拽,就好像在坐一个不断加速的电梯一样。在这种场景下,人的感受和被“往下拉”是一样的。

基于这样的想象,爱因斯坦再去寻找高等数学的工具来解释和推算“房间”被往外拉的可能性,在这个思考路径下,引力的问题竟然被迎刃而解了。

进一步地,那星球在太空中产生的引力到底是什么概念呢?爱因斯坦的脑中想象出了这样一个场景,一个立体的网格空间里,有一个星球,这个星球周围仿佛发生了“塌陷”一样,把立体空间的网格往以星球为中心的方向拉扯。

这有点像将一个很重的铅球放到了一个很有弹性的软床上造成的效果。铅球形成塌陷的“斜坡”,就会让周围的小球往塌陷的地方滑动,这是很像空间中的“引力”的。应该说人受到重力跟引力的体验感,这事实上是一个幻觉,是一个由于空间塌陷产生的空间幻觉。由此,爱因斯坦完善了“相对论”这一理论体系。

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卓越的物理学家,没有因为无法做真实世界里的实验或观察,就停止思考。他们有能力在自己的大脑中把这样一个场景模拟出来,去推想这里发生的事情。“薛定谔的猫”,也是一个典型“思想实验”的案例。

曾经,爱因斯坦在给一位叫Hadamard的同事写的一封信里写道:“语言中的词句,当它被写下来或说出来的时候,对我的思想机制就起不到什么作用,就没用了”。

“物质的具体形象作为思想中的元素是更加清晰而有效的。这些形象可以自主地反复出现,相互混合。”

“我思考问题时,不是用语言进行思考,而是用活动的跳跃的形象进行思考,当这种思考完成以后,我要花很大力气把它们转换成语言。”

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这印证了“语言是思考的囚笼”,因为语言是一维的,线性的,所以与这个世界是有距离的,只依靠语言来思考、想象都会有很大的局限性;同时,爱因斯坦是跳脱出语言思考的框架,在脑海里先建立图像或者模型,去考虑如何用数学或者物理的语言将其证明出来,如何用语言将其描述出来。

“道可道,非常道;名可名,非常名”

“言者不知,知者不言。”

远古的中国智慧,也一早便揭示了语言的局限性。

布景并操纵属于我的小世界:百造街道剧场

爱因斯坦用大脑去建构模型的思维模式,在这几年之间给了我们极大的启迪;我们的天赋也许不如爱因斯坦,但是当理解了这个天赋里的实质性特征后,在教育的工作里,就可以用图像和教具作为载体去引导我们的学生,培育大脑里的这种高级的“图像化大脑”的能力。可以说,这是一种强化思维能力极其高效且本质的路径。

而从空间具象思维切入正是我们团队极其擅长的专业背景,由此百造设计扩展以建筑、城市、人居等题材的一系列场景化玩教具。其中最适合孩子们从形象化入手的便是百造剧场类的玩具:直接地让孩子获得爱因斯坦式的视角——同时,在脑海里拥有同款的“思维放映机”。

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百造水族馆剧场盒子,引导孩子想象深海世界

百造剧场有一款涉及街道主题的场景;街道是我们生活的城市里较为日常的重要载体。街道上会有各种各样的交通方式,去往不同目的地的、形形色色的大人小孩。沿街的建筑和立面构成了街道的大背景;车鸣声、人们谈话的背景噪音、晚霞、梅雨等则定下了街道的氛围。

而对于视线高度1米不到的孩子们来说,他们会好奇地寻求街道空间里值得玩耍的各种细节,不管是橱窗里转动的机械装置、还是角落里长得怪异的井盖、荒地上的废旧轮胎……探险情节是孩子们乐此不疲的游戏。街道正是孩子们再熟悉不过的“剧场”了。

在百造K2语言与人文思维课程《热闹的街道》里,4岁的孩子们将通过百造玩具重现生活中见到的街道场景,进一步加以创造。

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“百造街道剧场”涉及天上和地面两个水平面的操作区域;同一水平面有多道的轨道,可以处理并置和前后景的关系。这些楼房、树木等元素可以让孩子即时涂鸦,以更加贴合他们心目中的场景。在设计好自己的街道剧场后,需要像自导自演一幕话剧一样,操纵布景并配音:

“太阳公公慢慢升起来了!(天轨道移动太阳卡片)”

“小朋友乘着校巴去到博物馆~(滑动地轨道的小车)”

“到了下午,开始要下雨了(将天轨道的乌云卡片挪动到太阳前面)”

这一操纵要素的过程,某种程度上与爱因斯坦在脑海中追上光、让箱体抬升、空间塌陷等的想法并无二致:孩子变成了“造物者”,是这个剧场世界的规则背后真正的主人。这背后给孩子带来的思维潜意识是“我有属于我自己的想法,我有能力运用知识改变世界”。

我们提供给孩子们足够丰富的语言素材,而这些素材是真正的实物:有轮廓、有色彩、物体之间有因果、时序、方位等的直接关系……能鼓励孩子更加生动、自信地组织成有逻辑、有转折、有丰富细节的故事。

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行道树、隔离带、斑马线、红绿灯、车道等规则化的产物,组织着街道上临时聚集起来的陌生人们,以某种共识一起使用街道空间。

当孩子们操纵着剧场盒子中各物件的前后关系时,他可以自己探索背后的原因;比如,“啊,人和车需要分开,这样就不会被车撞到了——那么拿什么来挡在中间呢?行道树!”从而理解这些街道要素的作用和位置关系。更重要的是,孩子能更加全面地理解现实生活中的组织规则,以及背后的规划性思维能力。

有了剧场后,怎么“看”:百造城市剧场

而当“街道”以成倍数的方式正交地阵列复制开来,便有了一个相当大规模的街区,可以称之为城市的缩影了。在百造5-10岁的STEAM思维课程中,孩子们需要挑战更高复杂度的《光影城市》规划。

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这一教具在训练孩子们组织庞大叙事的能力的同时,进一步训练了“思想实验”里必要的环节:在搭建了视觉化的场景之后,如何通过演绎它,进一步探寻目标问题?

我国物理学家杨振宁教授,也从爱因斯坦的思维模式得到极大的启示;而且他用非常形象的语言进一步作了解释,直接将爱因斯坦的思想实验比作电影剧场的场景,引入了“镜头”这一关键要素:

“思考问题,要能够做到俯视与趴视的自由切换与结合,就像是一个电影镜头,既可以远距离地看见全貌,又可以近距离地审视细节。”所以,有了剧场之后,怎么“看”是思考的核心。

依据杨振宁教授的解读,在建构了视觉化的剧场般的场景后,需要围绕着这个思维小剧场,布设很多个“定点观察”的机位;不断地往复修改剧场中的场景布置。

这是一个动态的、往复的思考过程;正如孩子们在布置精巧的百造光影城市盒子时,所需要组织和把握的要素之多,更需要多视角地观察构想,才能完成一个结构成熟的城市规划与故事场景。

看不见的主角:百造光影放映机

其实,视觉化思考场景中永远有个看不见、摸不着的神秘“主角”。即使在前述的百造街道剧场和百造城市剧场教具里,我们也可以在孩子演示故事时,隐约窥见它的踪影——这便是时间。

时间是世上不可见的抽象概念中极其关键的要素:在试图弥合当时物理学界牛顿经典力学和麦克斯韦电磁学之间的矛盾时,爱因斯坦便是抓取到了“时间”这一共性切入。时间,也往往是孩子们从“具象形象思维”到“抽象形象思维”的认知发展过程中必须经历的一大难关。

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我们在教具中引入时间的概念,从而设计出孩子能动手用螺栓和卡片搭建的“百造光影放映机”,用两层透明画布区分出前景和后景,分别对应“人物WHO”、“环境WHERE”;孩子们需要在两层画布上分别作画,并将前景的人物和后景的环境关系一一对应起来。

这个时候他们可以在百造老师的引导下增大难度:

人物和场景结合得越是紧密,越需要仔细地分辨图层——比如处理喷火龙盘旋在山头上的位置关系;

而有些在同一密闭空间但随着剧情有微小变化的故事——比如有个孩子在设计电梯间的故事时,将电梯间内屏幕上的序号标识直接分离到前景,高效巧妙地解决了场景的切换。

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而当组装好的放映机打灯,前后景的画布会叠合起来,共同构成一幅生动的漫画场景;当孩子转动起转轴时,“时间WHEN”起了作用,语言组织逻辑中关键的3W要素凑齐了——伴随着孩子们的讲述,眼前的动画场景跟着鲜活起来。

这些鲜活的故事,往往之前就在他们的脑海中;或者说,眼前的百造放映机投射出了他们的大脑,并且在课堂中反向协助孩子们细化、深化了这些故事。

这款放映机教具,在百造低年龄的课堂也会出现;K3M 数理逻辑课程《奇怪的组合》中,孩子们会在放映机的前景和后景上尝试分别绘制多个平面图形,然后投射出来,直观地学习平面图形的叠加,提升几何感知的能力。

框景,中国人独有的剧场视角:百造框景盒

前述的百造剧场系列玩具,依次涉及了三个视觉化思想实验最重要的方面:

场景布景(都有什么)

机位定点观察(怎么看)

时间线索(怎么发展)

探索“怎么看”,不得不提及一个中国文人独有的剧场视角,便是“框景”。这是传统古典园林中最富代表性的造园手法之一:空间景物不尽可观;利用门框,窗框,树框,山洞等,有选择地摄取空间的优美景色,把远处的山水美景或人文景观包含其中,形成如嵌入镜框中图画的造景方式。

解构“框景”,一个是“框”,一个是“景”。这是框景的两个要素。希区·柯克的经典电影《后窗》,也是类似于框景的一种处理方式,但它在“框”上面作了文章:同时并置着很多的“框”,用建筑立面上的多扇窗户铺陈为一个完整的悬疑故事。

那么,如果让“框”动起来呢?

在百造K2的语言人文思维课程《风去哪儿了?》,我们为4岁的孩子们设计了一款框景剧场盒子。

孩子们将通过亲手移动框景的“框”板子,观察到一年四季不同的景色变化:由桃花漫山的春天、到茂绿到似乎能闻见蝉鸣的夏天,一下入金灿灿的秋;再到银装素裹的冬天、白雪之下春意萌生。同时,他们还将接触“远处的山谷、晚霞余晖”等意向,通过传统的“框景”感知有层次的风景构图和氛围。

黑夜白天交替、四季自然变化,循环往复、周而复始的概念的感知,可以通过这个教具带给孩子们

中国古代文人从框景窥见园林,进一步地,在“框”以外关于理想山水的遐想;这种抽象的想象也寄托在小小的框景盒子里。

研发课程对我们而言实在是很有意思的体验;在考验和激发孩子们的思维之前,我们更需要首先“折腾”自己的大脑:反复演绎思维、挖掘过往的感受和知识经验,直到最终设计出每一个有价值的教具为止。

“百造框景盒子”这款便是明显的“解构思维”和“逆向思维”的产物,过程中经历了多次思维跳跃和推演。从“剧场”拆解到观察机位,再从机位联想到“框景”;逆向思维让“框”动起来后,自然得到了时间的变化,但我们还需要进一步定义“景”。此处的“景”被我们定义为是四季的植物后,框便是第一人称视角(“我”的眼睛),而不再是简单的一个物理意义上的“框”了。

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除了直接相关的剧场系列以外,实际上,百造所有的玩教具设计,涉及的底层理论无一不是致敬爱因斯坦的这一“视觉化思考、思想实验”的思维模式。

这个少有人知道的思维模式背后,蕴藏着尚待开发的惊人的智慧价值;它无疑是可复制的。

我们致力于为更多新一代孩子的成长中增加这样的经验,以期促成他们“顿悟”洞见的思维觉醒时刻的到来;

——正如同爱因斯坦16岁时追上的那道光波一样。

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