本书以作者为清华大学全校学生开设的“趣味力学实验及制作”“力学中的创意设计”等通识课程为基础，提炼其中通俗易懂的内容，通过有趣的知识讲解，用图文并茂的形式讲述生活中遇到的力学等科学知识。书中案例、实践活动全部由作者原创设计，部分内容曾在电视台节目中展示。
本书介绍知识内容的同时，更侧重思维训练和能力培养。分为四章，每章约十个生活中的趣味问题，利用观察、联想、直觉等方法，采用定性分析和定量计算相结合的形式，对每个问题进行了深入浅出的分析，以开阔视野，启迪思想。

高云峰，博士，清华大学航天航空学院教授，现任中国力学学会科学普及工作委员会主任。研究领域为卫星轨道与姿态控制。主持过多项国家自然科学基金、国防军工等项目。出版教材、专著及科普著作10余部，发表论文100余篇，获发明专利授权2项。曾获军队科技进步一等奖、北京市高等学校教学名师奖、全国科学实验展演汇演比赛一等奖。其理论力学、创客培养2门课程入选教育部“国家精品在线开放课程”。著作的图书《异想天开的科学游戏》入选教育部全国中小学生阅读指导目录。曾参与我国首次太空授课的方案论证、道具原型设计与制作、讲稿撰写等工作，并接受《新闻1+1》专访。先后与中央电视台等电视台合作，在《加油！向未来》《异想天开》《异想天开之大师挑战赛》《走近科学》《我爱发明》《原来如此》等栏目中策划设计了数百个原创科普实验和游戏，累计观众人次过亿。

第一章 观察与思考
自行车车轮的运动——你注意到了什么
从地心说到日心说——地球在运动吗
重新发现开普勒定律——数据中隐藏着规律吗
现象与本质——苹果砸到牛顿了吗
辛勤的蚂蚁——1+1= ？
时间与方向——知识如何转换为能力
自然界的启示——自旋一定稳定吗
批判性思维——太空中肉眼能看见长城吗
渡渡鸟与树的故事——万物有关联吗
第二章 建模与分析
物质科学领域的重要模型——原子模型
生命科学领域的重要模型——DNA 模型
地球科学领域的重要模型——板块模型
比例分析——为什么大型鸟不容易飞起来
材料的性质——为什么筷子容易折断
摩擦自锁——你能一只手抓起篮球吗
从细节处进行定性分析——用力学如何“考古”
吉他品柱的距离——疏密排列背后有什么道理
从投影说起——如何从具体问题上升到方法
第三章 创意与发明
与众不同——发明创造有哪些方法
显微镜和望远镜——如何进行组合式发明
生命的来源——如何得出有说服力的证据
地球的周长——如何利用差异寻找答案
帕斯卡计算机——如何让加法器做减法
跳高的方式——如何做到事半功倍
意想不到的圆周率——如何变换使问题简单
航天中的引力甩摆——如何借力飞行
蒸汽机的发明与改进——如何稳定地工作
第四章 动手与实践
弹簧秤称大象——如何简单巧妙地解决问题
飞针穿玻璃——如何发现问题并解决问题
神奇的平衡——如何利用摩擦自动完成任务
无轮小车——如何验证猜测
寻找四叶草——如何自己创造幸福
手机吊冰箱——如何把力放大10万倍
复原欹器——孔子的中庸之道如何体现
小鸭下山——如何让不倒翁行走起来
记里鼓车——古代如何计算里程

教育是为了培养具有良
好人格品性、较强行动能
力、较好思维品质和较深
创造潜能的人才。教育要
注重培养学生的思维能力
和解决问题的能力。
这是一本内容丰富，培
养学生创造力，帮助学生
进行跨学科思维训练的书
，你可以从中看到简明的
科学发展史；看到不同学
科重要的模型；看到很多
有趣的挑战项目；看到快
速分析并解释生活现象的
原理；看到无处不在的思
维方法和处理问题的技巧
；看到你所学过的大部分
课程但又截然不同。下面
是本书涉及的课程：
语文（“复原欹器”中的
《孔子家语》）；
数学（“重新发现开普勒
定律”中对数据进行各种运
算并找到规律）；
物理（“显微镜和望远镜
”中的透镜成像）；
生物（“生命科学领域的
重要模型”中的遗传与变异
）；
地理（“从地心说到日心
说”中的宇宙模型）；
音乐（“吉他品柱的距离
”中的十二平均律）；
体育（“跳高的方式”中
背越式的原理）；
美术（“地球的周长”中
的透视原理）；
计算机（“帕斯卡计算机
”中的补码思想）；
劳技（“小鸭下山”中的
动手实践）；
逻辑（“批判性思维”中
的逻辑判断）；
思政（“寻找四叶草”中
自己创造幸福的快乐）；
…………
当然，更多内容涉及多
学科与跨学科融合。
本书内容有三个来源：
我在清华大学开设的课程
，每次课前安排的短小讲
座；在清华大学开设的创
意挑战课程；在全国各地
给大、中、小学生做的报
告和开展的创意活动
来源一：课前短小讲座
。我在清华大学给本科生
开设了理论力学、航天器
动力学课程。除了常规的
教学内容，我有意识地采
用课前短小讲座的形式增
加了很多关于思维、创意
的内容。这些内容短小精
练，既与课程内容密切相
关，又富于启发。用所学
知识分析案例背后的道理
，一方面让学生了解理论
如何应用于实践，另一方
面案例中的结论具有启发
作用，让学生感受到虽然
是从物理学角度得到的结
论但是又具有更普遍的意
义，从而超越了知识本身
。
来源二：创意挑战课程
。我提倡一种“基于设计的
学习”，把定性分析、定量
计算、创意设计、动手实
践融为一体，最后得出具
有教育意义的结论并用实
物进行演示，这是学生喜
欢但目前教育中所缺乏的
模式。为此我开设了趣味
力学实验及制作、力学中
的创意设计课程。其中趣
味力学实验及制作是清华
大学第一批创意实践课程
，我带领学生做了很多创
意挑战项目，包括本书第
四章“动手与实践”中的大部
分活动，“弹簧秤称大象”“
飞针穿玻璃”“手机吊冰箱”
等还被中央电视台做成了
科普节目；“小鸭下山”则成
为电视节目《加油！向未
来》中的一期节目。
来源三：开展创意活动
。除了在清华大学教学，
我有机会在全国各地给大
、中、小学生，甚至幼儿
园小朋友做创意讲座，上
示范课程，开展了很多趣
味创意活动。面对年龄跨
度很大的学生，就不适合
讲太具体的知识，所以我
更多讲解思维、创意的方
法，结合案例进行启发引
导。为此我自己设计了思
考问题的角度和解决问题
的方法并开发了很多创意
活动的道具。
鉴于此，我整理并适当
删减了一些复杂的内容，
补充了一些简单的案例，
构成本书的基本内容，小
学高年级和初中学生都可
以看懂。书中通过日常生
活和学习中司空见惯的现
象，以及科学和工程中有
趣的历史或装置，分析其
背后的道理、思考的方法
及给我们的启示。书中的
案例有趣且具有启发意义
。
第一章“观察与思考”，
介绍了如何透过现象看本
质。从身边自行车说起，
从辐条是否模糊引发认知
冲突，继而引出虽然有“眼
见为实”的说法，但眼睛所
看到的现象可能只是事物
的表面现象，我们除了要
仔细观察，同时还需要善
于思考。
第二章“建模与分析”，
介绍了如何解释我们所关
心的问题。例如，竹筷子
为什么不容易拉断而很容
易折断，通过对竹纤维受
力的形象分析，很自然地
理解“团结一致”力量大，而
“各自为战”容易被各个击破
的道理。
第三章“创意与发明”，
介绍了一些发明的案例，
包括工具和方法。以跳高
为例，不同的过杆方式会
得到不同的成绩，引申出
做事情方法的重要性。在
能力一定的情况下，方法
好就可以事半功倍，这一
结论超越了学习具体的知
识，方法比知识更重要，
富有启发意义。
第四章“动手与实践”，
介绍理论与实践相结合的
案例。例如，复原孔子时
代欹器的案例，把教育含
义、创意设计、动手实践
融合在一起。经过定性分
析和计算，可以设计并做
出一个在桌面上演示的模
型，是很好的“座右铭”。

这本书，传授的不仅是知识，更是方法！学会如何思考，并掌握思考的方法，去解决问题，提升学生的思维能力。通过多学科与跨学科融合，激发人类的创造力。这是一本内容丰富，培养学生创造力，帮助学生进行跨学科思维训练的书，你可以从中看到简明的科学发展史;看到不同学科重要的模型；看到很多有趣的挑战项目；看到快速分析并解释生活现象的原理；看到无处不在的思维方法和处理问题的技巧；看到你所学过的大部分课程但又截然不同。

《晋书·天文志》认为最早的“盖天说”出现在周代，它把宇宙描绘成“天圆地方”的形象：“天圆如张盖，地方如棋局。”而在《周髀算经》中，“盖天说”的描述更具体：大地静止不动，平直的大地呈正方形，每边长八十一万里，天与地之间的距离有八万里，四周下垂，日月星辰在天穹上布列旋转。这一直观而形象的宇宙模型在中国历史上产生过广泛的影响，“天圆地方”的观念也因此深深地融入中国传统文化之中。
但“盖天说”存在一些问题：圆形的天和方形的地怎么衔接？太阳、月亮落下去后跑到哪里去了？当然现在我们知道“盖天说”并不正确，那么为什么古代人类会有这样的看法呢？
首先，人们习惯以大地为基准来判断其他物体的运动，这样大地自然是静止不动的。其次，古代人类活动范围比较小，在平原地区容易感受到“一马平川”，因此容易认为大地是平面，山川河流只是平地上微小的起伏。
“浑天说”是中国古代另一种宇宙学说，这一学说萌芽于战国时代，约公元前4世纪《慎子》中最早表述了浑圆的“天”的概念：“天体如弹丸，其势斜倚。”在《隋书·天文志》中这一模型被表述为“周旋无端，其形浑浑，故日浑天”，认为球形的天穹裹着大地。
“浑天说”在汉代成为一种较完备的宇宙学说。张衡（78-139）在《浑天仪注》中，系统地论述“浑天说”的基本思想：“浑天如鸡子。天体圆如弹丸，地如鸡中黄，孤居于内，天大而地小，天表里有水，天之包地，犹壳之裹黄。天地各乘气而立，载水而浮。”“浑天说”认为所有的恒星，以及日、月、五大行星都在“天球”上运行。“浑天说”形成后在中国盛行了近千年。“地心说”模型及缺陷
古埃及认为大地是漂浮在水上的；古希腊认为大地之下由支柱支撑；古印度认为大地是驮在大象背上的。这些宇宙模型更多属于一种想法，并没有太多依据。
天文学家托勒密（claur Iius Ptolemaeus，约90-168，生于埃及）在埃及的亚历山大城进行了长期天文观测。当时人们就已经观察到太阳、月亮还有其他一些行星（如水星、金星、火星、木星、土星）每天都在东升西落，认为这些天体都围绕着地球旋转。这是根据观察现象得到的直观结论，于是托勒密就进一步发展了“地心说”（最初由欧多克斯和亚里土多德提出）：地球位于宇宙的中心，其他天体都围绕地球旋转，外层是恒星天。那时候人们普遍相信神灵，于是就把神灵安排在最外面的最高天。
“地心说”是一个关于宇宙的简化模型，基本上可以解释人们所看到的天文现象；更重要的是暗示了地球在宇宙中独一无二的地位，符合宗教的学说，因此这一学说统治了西方天文学近1500年。
总体来说，古代人们认为大地静止不动，日月星辰绕地球运动。
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