胡卫平

脑科学与教育结合，形成教育神经科学，主要有三种模式：一是基于认知神经科学的研究结果，为教育教学改革提供一定的依据;二是将教育的实际问题转化为可以在实验室研究的问题，利用脑科学的方法开展研究，并将研究结果直接用于指导教育实践;三是大脑可塑性的研究，即通过教育干预，促进大脑结构或者功能的发展。关于大脑的可塑性研究，国际上大部分是在实验室通过短时间的干预完成的。然而，只有在真实的教育情境中经过长时间干预所获得的研究成果才能真正指导教育实践。

我国20世纪90年代末就提出：提高自主创新能力，建设创新型国家，并开始重视科技研究，在科技研究领域投入了大量的经费。“钱学森之问”以后，人们认识到创新型国家建设的关键在于拥有大批创新人才，于是，我们在一些重点大学设立了创新实验班，重视科技创新人才的后期培养。“创新”的关键在于拥有大批创造性人才，儿童青少年时期是创造性人才成长的关键时期，基础教育阶段学生创新素质的发展水平，直接决定是否可以发展成为科技创新人才。

科技创新后备人才的心理特质

研究者对科技创新后备人才的心理特质做了大量的研究，概括起来有四个方面：思维、知识、动机和人格，这一结果与我们的研究基本一致。

在思维层面，科技创新后备人才应具有良好的基本思维和高阶思维。基本思维主要包括抽象思维和形象思维。抽象思维是以概念为思维材料进行的思维，包括分析与综合、抽象与概括、比较与分类，以及在此基础上形成的模型建构、推理论证等。形象思维是以表象为思维材料而进行的思维，包括空间认知、联想和想象等。高阶思维主要包括批判性思维和创造性思维。批判性思维是基于证据和逻辑而作出决策或者解决问题的思维能力和倾向。批判性思维能力包括分析论点、主张或证据、用归纳推理或演绎推理进行推论、判断或评价、做决策或解决问题等;批判性思维倾向包括思维开放、思想公正、有寻求理性的倾向、好奇、希望得到充分的信息、具有灵活性、尊重他人等。创造性思维指能从不同角度分析和思考问题，提出新颖而有价值的观点和解决问题的方法，包括发散思维和聚合思维。

知识是创新的前提，科技创新后备人才的知识特征主要体现在广博和精深两个方面，一是具有较广博的知识基础和合理的知识结构;二是对科学知识有深度的理解，掌握学科和跨学科的思想方法，并善于用这些知识和方法解决真实情境中的复杂问题。在对科技知识深度理解的基础上，建立他们之间的相互联系，形成合理的知识组块或者知识结构，是从事科技创新活动的必要条件。科技创新后备人才需要有足够的科学表象，广泛涉猎多学科和跨学科知识，积累各种各样的研究经验，掌握科学研究的基本方法，并对某一问题有长期的研究和深入的思考。为了培养科技创新后备人才，需要强调综合性。基于核心概念，整合学科知识，促进学生参与科学与工程实践，实现对重要原理的深入探索，发展学生对科学知识的深度理解，并提升学生的科学素养，已经成为国际科学教育研究者的共识，也是国际科学课程改革的方向。上述结果是在综合利用心理行为、教育实验、脑科学等多模态研究方法的基础上得到的，仅有脑科学的研究远远不足以支撑科学教育的系统改革，也不可能让一线科学教育工作者所理解。例如，基础性的研究表明：跨学科概念图创作能力与科学创造力显著正相关;高创造性个体的语义网络表现出比低创造性个体更高的连通性、更短的距离。这些研究结果为我们理解国际科学教育综合性提供了依据，但要真正实施教育改革，还需要科学教育的研究证据和实施途径。

动机是指以一定方式引起并维持人的行为的内部唤醒状态，它可以激发个体产生某种行为，使个体的行为指向一定目标，并将行为维持一定的时间。科技创新后备人才的动机特质主要包括内在动机和成就动机。内在动机是对学习活动本身的动机，主要包括好奇心和探究兴趣。成就动机是科技创新后备人才所具有的另一個重要动机，指个体追求自认为重要的有价值的工作，并使之达到完美状态的动机，即一种以高标准要求自己力求取得活动成功为目标的动机。成就动机高的人具有远大的理想和抱负，正视所遇到的挫折和失败，表现出极大的韧性和毅力，拥有克服困难的坚强意志，学习和研究中更加勤奋努力、积极进取，具有强烈的社会责任感。

人格是指个体对人、对事、对己等方面的社会适应中行为上的内部倾向性和心理特征。在系统分析相关研究者提出的创新人才所具备的人格特征的基础上，我们总结出科技创新后备人才需要具有冒险精神、意志坚强、勤奋努力、独立自信、容忍模糊、思维开放、质疑品格、想象丰富等人格品质。在这些要素中，前几个偏重于非认知因素，后几个偏重于认知因素。

科技创新后备人才的成长规律

成长阶段。创造力的4C模型分为微创造力（Mini-C）、小创造力（Little-C）、专业创造力（Pro-C）和杰出创造力（Big-C）四种水平。微创造力强调学生的创造潜能和个体对经验、行为和事件的创造性见解;小创造力强调大部分个体在日常生活中所表现出来的创造力;专业创造力指个体在特定领域接受长时间的专业训练后所表现出来的创造力;杰出创造力指具有高创造力的天才或者意义重大、经久不衰的创造性作品。这个模型说明了创造力从不成熟发展到成熟的过程，微创造力和小创造力受到领域相关知识等的影响，在适当条件下可能发展为专业创造力或杰出创造力。

创新人才发展包括5个基本阶段：自我探索期、才华与专业定向期、集中训练期、创造期和创造后期。

自我探索期大约为幼儿和小学阶段，个体通过积极参与各类游戏性探究活动，养成探究习惯，确定个体兴趣和潜在特长。

才华展露期大约在中学阶段，个体的探究活动领域化，探究动机内在化，并转化为特定的专业潜能优势，从而为成年后投入科学创新过程在动机、兴趣和行为习惯方面提供了必要基础。

集中训练期大约在大学和硕博研究生阶段，在上一阶段确定自己的奋斗领域和人生方向之后，集中训练期就可以投入学习和训练的阶段，在这一阶段最重要的影响因素是指导教师。

创造期大约在研究生之后从业的阶段，这一阶段如果研究者到了一个适宜的学术环境中，在著名导师或研究者的指导与影响下，创造性的研究成果就会出现。

创造后期大约在退休前，这一阶段以发表一系列高质量的研究论文或研究成果为标志，最后做出了具有代表性的创造性研究成果。为了便于理解，基于已有的理论和自己的研究，我们将科技创新人才比喻成一棵大树，幼儿园和小学阶段相当于树根，中学阶段相当于树干，大学阶段相当于树枝，职业阶段相当于树叶，没有优质的树根和树干，不可能有茂密的树枝和树叶。幼儿园到中学阶段，主要任务是聚焦一般领域，培养学生的学习动机、基本思维能力、批判性思维能力、创造性思维能力、创造性人格、基础知识的理解等创新素质。大学阶段聚焦特殊领域，主要任务是开展领域创新活动、学习领域前沿知识、掌握领域思维方式。基础教育阶段是学生创新素质发展的关键期，到高中毕业时，学生的动机、思维、人格基本趋于定型，虽然之后还具有可塑性，但已经错过最好的发展时期。

影响因素与影响机制。我们利用多模态的方法，对科学创造力的影响因素进行了大量的研究。例如，在国家自然科学基金的支持下，系统研究了情绪对创造力的影响，行为学的结果表明：积极情绪有利于创造力的发展，消极情绪的恐惧情绪会显著抑制创造力的发展。

脑科学的结果表明：消极情绪状态显著阻碍了个体的图像新颖性加工活动;消极情绪通过调节被试原有注意范围和水平的方式，对新颖与非新颖图像的早期加工产生了较为一致的阻碍作用。消极情绪状态显著阻碍了个体的文字新颖性信息的加工;情绪会在文字新颖性信息加工的早期阶段，影响个体对文字材料中语义冲突的知觉加工过程。消极情绪材料下，新颖性文字所引发的语义冲突最大。消极情绪特别是恐惧情绪对学生创造力有负面影响，这一点在家庭教育和学校教育中需要引起高度重视。家长常常对孩子说“你看谁谁家的孩子多好”，到初中阶段，学校考试排名，都会给孩子造成一种恐惧，对学生创新素质的发展非常不利。再比如，学校环境通过影响创造性人格来影响创造性科学问题提出能力;开放性对学生的创造性科学问题提出能力有显著的正向预测作用;学校环境中，良好的师生关系可以显著增强开放性和创造性科学问题提出能力的正向联系。基于对科技创新后备人才的访谈研究，发现：科学家、教师、父母、大众传媒通过影响内在动机等非智力因素影响创造力。自然科学基金中没有科学教育类项目，直接影响科学家研究和从事科学教育的积极性，是科技创新人才缺乏的原因之一。

基于创造力的系统观和学习科学研究的最新成果，在理论分析和实证研究的基础上，我们构建了学校教育中学生创新素质的影响机制。学生创新素质的学校影响因素主要包括环境因素、教育内容、教师素质以及教学观念、教学行为等，这为学校教育中学生创新素质的培养提供了理论依据。

科技创新后备人才的培养模式

依据学生创新素质的学校影响机制，我们探索了几种科技创新后备人才的培养模式。

环境创设模式。营造创造性的环境，是培养青少年科技创新素质的必要条件。影响青少年科技创新素质发展的环境主要包括社会环境、学校环境、班级环境和课堂环境4个层次。影响学生创新素质发展的4个层次的环境，可以分成两个维度：物质与认知、文化与非认知。物质与认知主要看能不能给予经费、设施、自然、活动等方面的支持，为学生提供参加各种创新活动、完成各种实践项目的机会，解决各种高认知的、开放性的问题，引导学生自主探究、合作交流，参与科学研究。文化与非认知主要指为学生提供安全、宽松、民主、平等、和谐的社会心理环境，使学生敢于想象，敢于挑战权威，敢于突破常规，从而形成创新的人格;在学习和活动过程中，只有学生经常得到肯定、赞扬、鼓励、欣赏，才能树立自信和自尊，形成自主、独立的人格特点，产生克服困难的意志，并且这种社会心理环境能够上升到一种文化。

科协与教育部联合实施的英才计划、北京的翱翔计划、上海的种子计划等都在这方面做了一些探索。比如陕西省的“春笋计划”，旨在利用省内高校丰富的教育和科技资源优势，通过选拔少数具有创造性潜质的高中学生进入高校实验室参加课题研究，以及高校專家参与指导高中学生研究性学习等方式，培养高中学生的科学探索兴趣和创造性思维能力，拓宽基础教育阶段创造性人才培养的途径。“春笋计划”取得了明显的效果：创造性人才的培养已经开始从理念到实践的转变;培养了一批创造性和研究型的教师;学生科研意识得到提高，思维方式得到转变，创造性人格逐步形成。但整体来讲，我国适合于科技创新后备人才成长的环境、文化、机制体制远远没有形成。

教学创新模式。学生在学校80%的时间是在课堂上度过的，课堂教学的水平直接影响学生科技创新素质的发展。近30年来，在系统总结中外经典教学理论、概括学生学习的研究成果、分析核心素养的形成机制，以及利用脑科学、心理行为、教育实验等方法研究教学行为对学生发展影响的基础上，提出：凡是不能让学生大脑积极思维的教学行为都不可能产生好的效果;凡是产生好的效果的教学行为，基本上要学生积极的思维。在此基础上，建立了思维型教学理论。该理论强调：教学的核心是思维，学生的学习需要思考。教学需要遵循动机激发、认知冲突、自主建构、自我监控和应用迁移五大基本原理，他们构成一个相互联系的有机整体。动机是学生积极思维和自主建构的动力，动机激发支撑着认知冲突、自主建构和自我监控;认知冲突在动机激发的支撑下，引发学生的自主建构;自主建构以认知冲突为基础，以核心问题为形式，引起学生的自主探究和合作交流，反映了学生学习的核心活动，或者教学的核心环节;自我监控体现了对学习活动的自我监控，同时也为应用迁移奠定了基础;应用迁移是将学习过程中所获得的知识、方法和态度应用于新的学习活动和解决真实情境的问题，以及迁移到其他学科和领域中解决综合性的问题。

这五大基本原理是培养学生科技创新素质的必然要求。例如，内在动机不仅是推动学生学习的动力，也是科技创新的源泉。内在动机对科技创新具有显著的正向影响。因此，在教育领域，一定要把内在动机作为教学目标。兴趣是一种内在动机，可以分为直觉兴趣、操作兴趣、因果兴趣和理论兴趣4个层级，科技创新后备人才一定是在直觉兴趣和操作兴趣的基础上，拥有强大的因果兴趣，甚至有较强的理论兴趣;同时，一定要破除“五唯”，特别是“唯帽子”。所有“帽子工程”都是提升科技工作者的外在动机，削弱内在动机，导致所有科技人员都围绕“帽子”开展工作，对科技创新有巨大的负面影响。

課程改革模式。加强课程的改革创新是国际上培养科技创新后备人才的主要做法之一，有两个视角：一是推进国家课程改革。制订或者修订国家课程标准是教育改革的核心要务。自20世纪80年代以来，世界各国都制订或者修订国家课程标准，推进教育改革。大部分国家的课程标准强调创新素质的培养。教材改革是基础教育课程改革的重要组成部分，也是培养学生创新素质的重要环节。教材的内容选择、知识呈现、编排特点、能力培养等，集中体现了国家的教育思想和教育观念，是教师组织教学活动和培养科技创新素质的主要依据。

二是校本课程的改革创新。我们主要讨论适合于科技创新后备人才培养的校本课程体系的构建。基于心理行为和脑科学的研究，提出：课程的开发和教学活动的设计需要做到“三适合”“两遵循”。“三适合”即适合学生的知识经验、思维水平和兴趣特点，“两遵循”即遵循学习规律和学科规律，做到由低到高、由易到难、由简到繁、由近及远、由日常生活到学科领域、由单一到复合。

基于这一要求，我们开发了“学思维、学探究和学创新”的三层级科技创新后备人才课程体系。思维是探究的前提，探究式创新的基础，学生的学习不能逾越阶段。

基于对创新素质和思维的长期理论研究、发展研究、培养模式研究和教学实验，建构了整合思维内容—思维方法—思维品质的思维能力结构模型。基于思维能力结构模型开发了“学思维综合活动课程”，该课程以思维方法为主线、以学生活动为载体，体现对知识的综合运用系统的、迂回训练的螺旋式课程。

“学思维”综合活动课程的活动内容具有如下特点：活动性，让学生在各种具体的、趣味性和操作性强的活动中进行充分的思考，掌握思维方法，训练思维品质，提高思维能力;系统性，基于不同年龄学生的心理特点和知识经验，由浅入深、由易到难、由简到繁，从日常生活问题到各个学科领域，从具体形象问题到抽象问题，从简单问题到复杂问题;迁移性，每个活动都设置“活动拓展”，使学生将学习到的思维方法迁移到其他情景中去;跨学科性，该课程从一个纵向的层面涉及了各个领域的知识，包括日常生活和语文、数学、科学、社会、艺术等。

20多年的教学实验表明：经过一年到一年半的使用，学生的创新素质的各个维度都有明显的提升，学生的大脑功能也有明显的改善。在“学思维”活动课程的基础上，实验学校还进一步开发了综合探究课程，以及水下机器人等科技创新活动的课程，这些课程的进阶设计，螺旋式发展了学生的科技创新水平。