我副教授高云峰的“趣味力学试验及制作”课堂上，正上演着一场“钢针穿玻璃”的对决：60名来自不同专业的学生被分成10组，力争在5节课的期限内，根据已学知识设计制作一个器械，实现发射钢针穿透玻璃的目标。结课时，10个小组都要展示各自的成果，进行比赛。

第一节课，高云峰请来一位长期习武的“高人”，徒手打穿了玻璃。正当同学们震撼于武功的力量时，高云峰不失时机“预言”了科学才是真正的不可思议：“你们虽然没有练过武功，但是只要充分运用现有的知识和能力，几天之内就能超过他。”

同学们将信将疑，但5节课后的事实令他们兴奋——经过努力，有两组同学实现了这个看似不可能完成的任务，成功运用自己设计制作的工具穿透了玻璃。挑战成功！

“创新来自实践，而不能只是空想。有趣的实验可以激发学生的求知欲和创造力，我希望他们能在兴趣的引领下，通过实际研究和锻炼掌握自主分析问题、解决问题的能力。”高云峰说。用有趣的任务化解原理的枯燥，用动手解决问题代替纸上谈兵，这也正是挑战性学习课程的题中之义。

公式也可以如此有趣

高云峰从2011年春季学期开始面向全校本科生开设“趣味力学实验”选修课。这门课程后来更名为“趣味力学试验及制作”，并在2012年成为全校首批4门挑战性学习示范课程之一。

与许多常规课程不同，这门课没有满堂的知识点，没有艰深的理论，也没有一板一眼的实验室操作，而是代之以丰富有趣的实验任务。每学期约18个课时的课程，每节课都会安排学生做一些小实验，每5节课再把这些小实验整合起来，完成一个较大且较有挑战性的任务。

“这些实验本身是有趣味的。理论知识本身略显枯燥，但是如果我们能在玩具、游戏、比赛等形式中融入知识和挑战，让学生在不知不觉中迎难而上，实现知识的学习和运用，也许就能产生更好的效果，留下更深刻的印象。” 高云峰这样解释课程名称的由来。

以制作“木制投石器”为例。许多学生在中学时就已经把弹性变形公式背得滚瓜烂熟，但是除了在考试中用到这一公式外，基本不会在其他场合用到它，也谈不上有什么兴趣。而在制作木制投石器这项课程任务中，学生不得使用弹簧、橡皮筋等一切能产生弹性变形的材料，只能利用木材本身的变形达到反弹的目的，这就要求他们必须努力去尝试如何使木材发生形变、怎样才能尽量使形变的弹力最大，耳熟能详的公式在这样的实践中，一下子就“活”了起来。

2013年选修该课程的钱学森力学班学生杨柳至今难忘这种活生生的创造的乐趣：“当真正的机器在我们手上诞生，那种喜悦和自豪感绝对超越了推演公式——公式是前人演算发明的，今天的推演不过是复制前人的足迹。而这些机器，是我们利用公式产生的实实在在的创造物！”

有趣的不只是体验更是产出

作为中国力学学会科普工作委员会秘书长、青少年科普教育专家和神舟十号“太空授课”的幕后策划者之一，高云峰在深入浅出展示科学应用的趣味性方面，可谓经验丰富。但在设计“趣味力学试验及制作”这门课程时，高云峰却更多地“盯”住了趣味性背后真正的学业产出。

“最初之所以开设这门课程，就是因为看到不少大学生‘眼高手低’，谈起理论知识来滔滔不绝，但等到运用这些知识处理实际问题时就都傻了眼。他们太缺乏知识转化的能力！”高云峰说。

这当然不仅仅是学生的问题。这些学生有着同龄人中最优秀的大脑，以及相对扎实的知识储备，他们需要的只是“真刀真枪”迎接挑战的机会。

在这门课上，学生接受了实实在在的任务挑战。与现实生活密切相关的任务设置激发了他们的好奇心和探索精神，适当的难度控制使他们在最终完成任务时获得非同一般的成就感；课时限制和小组竞争的形式促使他们充分调动起自己直面挑战的勇气、创新实践的能力；团队“攻关”的过程则锻炼了他们的沟通能力、合作能力——所有这一切，都为他们不断发展终身学习的能力打下了良好基础。

2013级钱学森力学班学生何长耕虽然才大二，却已是国际空中机器人大赛冠军团队成员。对于自己动手解决实际问题的重要性，他在这门课上有了深切的体会。从中学时代的“书生”走进大学课堂，他面临的挑战性任务是要组织小组同学制作电动爬升器，一开始“简直不知道从何下手”。经过一番“奋战”，他和同学们绞尽脑汁完成设计，却因为忽略了现实摩擦力和相互干扰的因素而“搁浅”。这时，高云峰的一句鼓励——“每一种设计都会遇到很多问题”给了他们修正错误、继续前行的勇气。最后，在组员的通力合作下，电动爬升器终于从他们手中诞生了！

最初的兴奋渐渐沉淀，何长耕深有体会地说：“这个过程为我们将来面对工程问题提供了不少经验智慧的积累。在高老师的课堂上，我们真正开始学习如何分解问题、明确分工、预先考虑失败补偿措施等一系列非常有用的方法和能力。”

而在高云峰看来，这门课程的“趣味”绝对不仅仅来自于实验题目的灵活新颖，更在于学生利用现有知识巧妙攻坚、创造性地实现自己想法的过程。从方法到结果，师生都无法预设，却往往有意外惊喜。

教学探索永远“未完成”

自制诸葛连弩、能连续打出20多个水漂的“水漂机”、手机吊冰箱、自己爬坡的“小鸭子”……短短两年来，“趣味力学试验及制作”课堂开展的有趣实验已经数不胜数。它们一头连着童年时代天马行空的幻想，另一头却铺设着带领学生充满自信走向未来的桥梁。每次开放选课时，这门课期期爆满，可谓“一课难求”。

良好的教学效果，离不开授课教师的全情投入和精心设计。每次课上，高云峰会首先讲解相关知识点，然后拿出很多相关实物，启发学生运用之前学到的知识解释原理，由此再提出新的问题，要求学生自己解决完成。例如在“逆行风车”这节课上，高云峰先讲解了风车的原理，再让学生思考逆行的原理，并拿出一些相同或相似原理的器物拓展思维，最后提出新的问题：“如何让逆行风车拐弯？”学生们带着这个问题，分组讨论制作，几周之后现场比赛，从拐弯速度、拐弯半径等方面一决高下。整个教学过程环环相扣，循序渐进，启迪思维。

学生在课堂中永远是主角。高云峰从不“喧宾夺主”，热情鼓励学生在课堂上独立自由地创造。“一开始我都会让学生自己来做，只有当他们遇到绕不开的问题时，我才会给他们少许提示。”学生们感到在他的课堂上可以“放胆尝试”、“自由实现自己的想法”。高云峰还鼓励学生们不要害怕失败，“但是一定要努力向成功靠近。结果实现了，说明你每个环节都做得很好；一旦失败，则说明有些地方考虑得欠周到，可以再改进。这也算是走上实际工作岗位前的一次小演练。”

高云峰并不满足于目前的教学效果：“对我来说，最难的仍然是如何充分调动每个学生的积极性，充分挖掘每个人的潜力。”他一直把这门课设定在“未完成”的发展状态——每学期的课堂实验内容，要根据学生的学情不断变化；实验的难易程度，也需要根据每次任务学生的完成度进行评估调整；这学期，高云峰还把60人的课堂规模精减为30人，以利于更深入的指导。

站在培养创新人才与学生实践能力的高度，“趣味”课堂中这场教育的“实验”还将不断深入前行。