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脑科学视域下的拔尖创新人才培养
■杨元魁
党的二十大报告明确提出,要“全面提高人才自主培养质量,着力造就拔尖创新人才”。培养拔尖创新人才的关键在于对个体创造力和创造性思维的培养、发展与保护。笔者认为脑科学和认知科学关于创造力和创造性思维的相关研究成果可以为当下的教育教学提供一定的启发和指导。
“聚散兼顾”,培养创造性思维
当下脑科学领域对创造力研究有两种取向:一种是任务取向,目的是研究人完成创造力任务与非创造力任务的脑结构和网络差异;另一种是个体差异取向,目的是研究高创造力个体与低创造力个体间的脑结构和网络差异。无论是哪种取向的研究,都没有发现特定的脑结构或区域“负责”创造力,也就是说人脑中可能并不存在所谓的“创新中枢”。脑科学的研究确实发现人的很多能力在脑中是“侧化”(更加依赖于其中某个半脑)的,但并不是说这个半脑就完全决定了这项能力。实际上,脑科学从来没有充足的证据表明人的左半脑是理性的、右半脑是感性的,所谓右脑开发提升创造力只是人们的“一厢情愿”,个体的创造力取决于全脑网络的协同工作能力。天才的脑功能网络可能确实天生与众不同,但后天的教育教学会直接改变儿童青少年的脑功能网络。
创造性思维主要包括聚合思维和发散思维两种形式。聚合思维的特点是方向性、收敛性、价值性和唯一性,其目的是综合各种因素推动形成当前最合适的解决方案(一题求一解);发散思维具有多端性、灵活性、精细性和新颖性的特点,其目的是增大可能性以创造出更多的新选择(一题求多解)。教育既要重视发散思维的培养,也要重视聚合思维的培养。当前有关创造性思维培养的教育往往只重视发散思维的培养,例如倡导各种各样的“头脑风暴”活动,这确实很重要,但这只是创造性思维培养的起点。聚合思维既不是凭空而来的,也不是纸笔测验能够有效评估的。发展和培养聚合思维唯一且有效的方法就是实践。只有在实践中不断地经历“探索—总结—反思—迭代”这一过程,才能从大量的创意和想法中寻找到合适的解决方案。无论是发散思维还是聚合思维,大量的科学知识和实践技能都是培养它们的必要条件,没有科学知识基础的发散思维是胡思乱想,没有实践技能的聚合思维是水中浮萍。因此,教育教学不能只重视过程而不重视结果,也不能只重视体验而不重视技能。笔者认为,中小学应坚持以“大概念”理念开展教育教学。神经教育学的研究表明,基于 “大概念”理念的科学教育可以使学生高效地掌握概念和建立模型,进而发展出优秀的决策判断能力和创新能力。当前基础教学提倡的项目式学习、学科实践和跨学科实践正是基于“大概念”和“大观念”理念的教育设计。
“心智游移”,为创意的产生提供契机
从功能的角度上来说,人脑可以分为视觉网络、感知运动网络、背侧注意网络、默认网络、控制网络和凸显网络这六大网络。脑科学研究发现,个体的创造性思维与默认网络、控制网络和凸显网络的关系十分密切。其中默认网络与发散思维密切相关,主要负责创意、想法的产生;控制网络与聚合思维密切相关,主要负责对创意和想法进行评估以确定最适宜的方案;凸显网络对默认网络和控制网络起着非常重要的双向调节作用,以帮助个体在可能性和可行性之间取得平衡。默认网络是人脑中一组特定的脑区组成的非常有趣、非常重要的功能网络,默认网络的发育水平与创造力水平有关,尤其与发散思维能力直接相关。这个网络之所以被称为默认网络,是因为这些脑区在人处于静息状态时显得非常活跃,而当人在执行认知任务(如听课、背诵、做题等)时,反而总是表现出“去激活”的现象。这表明,即使在没有认知任务的情况下,大脑仍在加工着某些信息,而这些信息在注意力转向任务时便会被抑制。有意思的是,当默认网络活跃的时候,人往往处于“发呆”“走神”或做“白日梦”的状态,这些现象在心理学中被称为“心智游移”,这种状态对个体缓解压力、恢复心理弹性十分重要。心理学的研究还表明,适当的“心智游移”为人们提供了“迷你酝酿”的时间,可以让人们暂时脱离手头的问题,为顿悟的发生提供一个简短的机会,从而为创造性想法的产生提供帮助,这种状态下人们经常会“灵光一现” “茅塞顿开”。因此脑科学建议大家在学习和工作中“众里寻他千百度”而不可得时,不妨先去做些其他事情,这样反而更容易发现“那人却在灯火阑珊处”。
学习和工作的效率与压力之间的关系呈现为“倒U型”曲线,没有压力或压力过大都会影响学生的创造力水平,只有适度的压力才能促进创造力的发展,这正是南京大学教授吕林海在其译著《创设联结:教学与人脑》中所提出的“放松的警觉”状态。如果孩子忙于各种各样的繁重学业任务,默认网络的发育和功能可能会受到严重抑制,这会导致发散思维随着年龄的增长反而越来越差,具体表现为知识越来越多、技术越来越好,但想法越来越少,很难让人“眼前一亮”,也无法回答“颜宁之问”。因此,我们要进一步落实“双减”工作,在教育中多给孩子“留白”。学校要为学生提供一个积极向上、鼓励挑战的具有适度压力的情绪环境,家庭要给孩子多留一些可以自由支配的时间,这不仅有利于孩子的心理健康发展,也将为创意和想法的产生奠定良好的脑功能基础。
“内外兼修”,让创造力自由生长
影响个体创造力的因素包括内部因素和外部因素。内部因素包括认知因素、人格因素、情绪因素和动机因素;外部因素包括文化传统、社会氛围、学校环境、家庭环境。
从内部因素来看,影响创造力的认知因素包括智力基础、科学知识、执行功能等。高创造力水平确实需要一定的智力基础,但并不是智力水平越高,创造力水平就越高,智力水平对创造力存在“天花板效应”。陕西师范大学教授胡卫平研究发现,科学知识是青少年科学创造力发展的一个必要条件,但它们之间并不是线性关系,随着科学知识的增加,其对科学创造力的影响逐渐减小。此外,个体的认知抑制能力(抵御诱惑、控制冲动、避免分心的能力)越强,信息加工速度越快,创造力水平越高。在情绪因素方面,极低的情绪状态可能无法达到促进创造性思维的基本阈限;积极和中等激活水平的情绪有利于个体创造力的发展与表现,在某些情境下适度的压力也会起到促进作用;情绪激活水平不能太高,也就是不能处于高度兴奋的状态,极高的激活水平使得思维无序,注意力分散,反而会降低创造力表现。在人格因素方面,北京师范大学教授林崇德认为,创造性人格在创新过程中起着更为重要的作用,所以在重视智力、知识、技能等认知因素的同时,更要注重培养学生的自信心、好奇心和意志力等创新人格品质。在动机因素方面,当学生的内在动机强于外在动机的时候,他们往往更加乐于学习并且学得更好;当学生抱着掌握知识的目的而非拿高分的目的时,他们在具有挑战性的任务面前更能坚持,并且对信息能够进行更有深度的加工。
从外部因素来看,社会文化如果过于在意奋发向上、强调权威知识、凸显竞争表现、重视纸笔测验等,可能会严重影响个体的创造力发展乃至社会群体的总体创造力水平。教师必须认识到学生的创造力是可以培养的,要用成长型思维来看待学生的成长与发展,而不能僵化固定地给学生贴上某种标签;家庭环境中,父母是否亲自养育孩子、是否有高质量的陪伴、是否对孩子的“十万个为什么”给予积极回应和引导、是否尊重孩子的个体差异、是否能与孩子平等交流、是否压制孩子的想法、是否鼓励孩子积极主动地探索等,都会影响个体创造力的发展。
当前学前教育和小学低年级阶段对科学教育的重视程度依然不足。2023年6月27日,教育部网站发表了韦钰院士的文章《加强新时代中小学科学教育工作正逢其时》,明确指出:“科学研究已经证实,创新能力的培养,不是在大学时期才开始的,而是至少从出生开始,就需要保护和培育”;“婴儿一出生,就开始用探究式的方式认识世界,增长各方面的能力,他们是‘摇篮里的科学家’”。因此,人在儿童青少年时期就应接受契合生长发育阶段和个人特点的科学教育。此外,教师在学前教育阶段就要通过各种游戏活动帮助孩子区分什么是“事实”,什么是“观点”,这是逻辑思维尤其是批判性思维的起点。简单机械、脱离情境地把他人的观点当作事实会对个体创造力的发展与培养造成不良影响。在此,笔者要重点强调家庭教育在创新人才早期保护、发展和培养中的作用。家庭既是儿童青少年成长过程中的保护因素,也是最大的风险因素。心理学和教育学的研究均表明家庭中的科学氛围和能否积极回应孩子的各种问题,对孩子的好奇心、兴趣、学习动机的保护和发展非常重要。同时,要建立高效的 “馆—校—家”合作机制,营造良好的家校社氛围。对于儿童青少年来说,基于兴趣或特长的非正式学习往往能够比学校教育提供更多的学习机会、更好的发展契机和更高的动机水平。科普类场馆如博物馆、科技馆等应该与学校和家庭建立长效合作机制,实行 “展教结合”,将科普工作与中小学的科学教育紧密结合,科普活动可以进校园,科学教育课堂也可以进场馆。
(作者系东南大学生物科学与医学工程学院学习科学博士,儿童发展与学习科学教育部重点实验室主任助理,江苏省心理学会普通与实验心理学专业委员会副主任委员,南京市中小学心理健康教育指导专家)