j9直营交叉学科视角下的教育创新

  j9直营【摘要】2021年,我国设置了“交叉学科”门类,这一独立学科门类的出现为教育创新和创新教育带来了新挑战、提供了新机遇,从支撑创新人才身体和脑、心理和精神发展的角度,实现交叉学科在个人、关系和群体三个文化层面的建设,是该学科发展的必由之路。20世纪以来,认知科学和聚合科技是两次较大的交叉学科尝试,在中西方均产生深远影响。当前,我国交叉学科和教育创新还未实现有效融合、相互促进,应充分重视“创新人才培养”这个重大的交叉学科领域,着力培养胜任交叉学科教学和研究工作的师资,深入借鉴中西文明在“轴心时代”的经验与智慧,进一步优化现有学科和课程设置,并实现高等教育与基础教育高水平协同育人创新。

  2020年12月,国务院学位委员会、教育部发布《关于设置“交叉学科”门类、“集成电路科学与工程”和“国家安全学”一级学科的通知》(学位〔2020〕30号),“按照《学位授予和人才培养学科目录设置与管理办法》的规定,经专家论证,国务院学位委员会批准,决定设置交叉学科门类(门类代码为14)”。由此,交叉学科成为我国继哲学、经济学、法学、教育学、文学、历史学、理学、工学、农学、医学、军事学、管理学和艺术学之后的第14个独立的学科门类。根据我国《研究生教育学科专业目录(2022年)》,目前该学科门类包括集成电路科学与工程、国家安全学、设计学、遥感科学与技术、智能科学与技术、纳米科学与工程、区域国别学、文物和密码等9个一级学科。

  交叉学科这一独立学科门类的设置反映了时代对学科交叉、聚合的热切呼唤(衣新发、蔡曙山,2016),既是应时之举,有利于一系列关系国计民生重大问题的解决;也是应事之需,在秉持中西方传统中有关培养“完整的人”思想的基础上,为高素质、专业化、创新型、复合型人才的成长,为拔尖创新人才的涌现营造更好的学科发展环境。为此,在研究领域,国家自然科学基金委员会在数学物理科学部、化学科学部、生命科学部、地球科学部、工程与材料科学部、信息科学部、管理科学部、医学科学部等8个传统学部之外,于2020年新设立了交叉科学部。

  交叉学科门类的设置,是我国教育和科技发展史上的大事件,从顶层设计的角度为教育创新开辟了新路。教育创新是为了实现培养高质量人才的目的,充分利用一切信息,在教育理念、教育制度、教师教育、课程教材和教育实践等方面作出优化调整的过程。虽然在制度层面,我国交叉学科已经成为独立的学科门类,但其交叉性决定了这一门类的独立具有相对性,其更重要的意义在于对原有的学科门类及所属的各级学科作出交叉性、融合性和协同性的整合,以更加有利于人才的培养;而受制于传统学科分化所形成的思维定势、经验定势和制度定势,这种整合并不是一个水到渠成的过程,需要推进者不断地打破定势、更新理念、探索经验与反思改进。

  党的二十大报告提出:“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力,深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略,开辟发展新领域新赛道,不断塑造发展新动能新优势。”具备创新素养的人才能够更好地成为发展所需的人力资本,而创新素养指的是创新人才所应具备的关键品格和必备能力,创新能力或创造力是创新素养的核心。有关人才创新素养的教育简称创新教育,创新教育对于坚持“三个第一”、实施三大战略至关重要,而创新教育的核心基础在教育创新,交叉学科则为教育创新奠定了文化基础,也是教育创新的题中应有之义。

  当前,我们的教育在人才创新素养发展方面还存在许多可以改进、提升的空间,尤其在交叉学科的有效支撑方面需要多作努力。对此,笔者提出创造力文化金字塔模型(衣新发,2009),该模型包括两大部分,即创造力金字塔和文化球层(如图1所示)。创造力金字塔位于该模型的内部中心,聚焦个体自身情况,其顶端是创造力,3个基座分别是身体、心理和精神j9直营,身体、心理和精神这3个因素会直接影响创造力的生成和表达。模型的外部是文化球层,聚焦个体之外的重要影响因素,该球层由里到外一共分为3层,分别是个人层面、关系层面和群体层面,越靠近中心的圈层对个体的影响越直接。从创造力文化金字塔模型可以直观看出,创造力的发展是创造性的心理、身体和精神与创造性的文化相互作用的结果,缺少其中任何一环,创造力的发展和表达都会受到阻碍。

  创造力的身体基础。支撑创新素养发展的身体基础包括健康的脑、动手能力(实践操作能力)和体力(耐力)等。认知神经科学的研究发现表明,脑的功能会显著影响创造的表达和发展。无论是大脑皮层,还是小脑的发育情况都与创造力和创新密切相关。近期研究表明,工作记忆、大脑皮层和小脑的合作是创造力和创新产生的基础(L. R. Vandervert; P. H. Schimpf and H. Liu, 2007)。无论是科学创造力、技术创造力、工程创造力,还是艺术创造力,在各种创造力的发展和表达过程中,动手能力(实践操作能力)都是很重要的,是创意产生、保持和实现的主观条件,而健康的体魄则让创造主体有足够的时间和耐力来完成大量细致的探索和实验。因此,上述三个因素所组成的身体因素是创造力发展和表达的生理和健康基础。这个基础的良好发展离不开交叉学科发挥合力所影响的教育、文化环境。当前,我国的教育主要集中于课堂学习,内容以间接经验为主,学生普遍缺乏在自然天地、体育场、博物馆、科技馆和劳动实践场所等地进行的直接经验学习。

  创造力的心理基础。创造力发展和表达的心理基础包括智力-知识部分和心理动力部分两类心理因素。智力-知识部分包括智力、创造相关的知识和创造相关的技能3个部分;心理动力部分包括人格、动机和情绪。无论是通过传统的智力测验法,还是通过历史测量法,以往的研究大都表明,中等程度以上的智力水平是高创造力表达的必要条件,但两者并不总是正相关。同时,任何领域的创造都需要创造者对相关领域的知识和技能进行充分的掌握和娴熟的运用,尤其是跨学科、跨领域的知识和技能对于创新尤为重要。如果说智力-知识部分是创造力发展所需的“硬件”基础,那么心理动力部分就是其所需的“软件”部分。对于情绪的作用,Csikszentmihalyi提出“酣畅”(flow)的概念(衣新发、敖选鹏、鲍文慧,2021),认为积极的情绪状态有助于创造者打开思路、产生创造性的观念。创造力发展和表达的心理因素,尤其是智力因素和人格因素在以往的研究中得到了广泛的关注(F. Barron and D. Harrington, 1981),林崇德曾提出“创造性人才=创造性思维(创造性智力因素)+创造性人格(创造性非智力因素)”的理论(林崇德,2018)。

  反观当前的教育现实,一方面,“五育”(德智体美劳)中的“智育”长期一枝独秀,超前学习、缺乏理解之下的机械学习、简单重复性的刷题学习广泛存在,这造成了基础教育阶段学生沉重的学习负担,而通过这种方式形成的“智力-知识”基础很难成为支撑创新素养发展的基础,也不利于学生心理动力的发展。经合组织(OECD)最近的国际学生评估项目(PISA)测试结果也表明,虽然中国学生每周的学习总时长居于世界第二位,但其单位时间的学科学习效率是较为落后的。另一方面,学校教育较长时间以学科分化课程为基础的教学传统,使得职前教师在师范专业学习期间就较为缺乏跨学科的学习经历,导致其成为教师后很难开展交叉学科的教学工作,这也是综合实践活动类的课程在中小学难以深入开展、以项目为基础的学习方式在实践与推进中困难重重的原因之一。

  创造力的精神基础。创造力发展和表达的精神基础是包括道德因素、理想追求和审美体验在内的精神因素。这些体验是哲学、科学和艺术创造力的灵感来源,并为创意的表达提供新颖的方法。这种体验使创造者感觉到客观世界是有秩序的,并能为个体所认识、描绘和重新建构,也使创造者对于其本身的追求产生效能感和使命感。此外,创造力的精神因素是解放潜意识的必要条件,对于想象、直觉和灵感等有促进和激发作用。2020年9月,习在北京主持召开科学家座谈会并发表重要讲话指出:“科学成就离不开精神支撑。科学家精神是科技工作者在长期科学实践中积累的宝贵精神财富。”具体而言,科学家精神是胸怀祖国、服务人民的爱国精神,勇攀高峰、敢为人先的创新精神,追求真理、严谨治学的求实精神,淡泊名利、潜心研究的奉献精神,集智攻关、团结协作的协同精神,甘为人梯、奖掖后学的育人精神。这样精神的涵养和培育,要靠德育与各学科教育、美育和实践教育的有机结合,需要课堂内外育人力量的深度融合,需要交叉学科培养资源的高度契合。

  创造力的社会文化基础。创造力发展和表达的社会文化基础包括个人层面、关系层面和群体层面。这种关于文化层面的分类,笔者参照了早期Hofstede关于个人主义-集体主义的研究以及后来学者对于文化分类的研究。在文化研究领域,个人主义和集体主义的区分已经成为一种相对基础的衡量尺度。一些西方文化,如美国文化,将自我概念定义为个人导向且与他人相分离的;相反,一些东方文化,如中国文化,将自我定义为与他人相互依赖的,更加具有集体主义的倾向。然而,也有一些学者对这种不明了的个人主义-集体主义结构提出了批评。有研究认为,这种包罗万象式(catchall)的结构并不能涵盖文化差异的各种形式,Brewer和Gardner(1996)提出一种新的理论架构,该架构包含个体、关系和集体三个因素。笔者认为该架构更为清晰准确,对于理解创造力发展和表达有很大借鉴意义。

  在创造力的文化球层中,个人层面指的是个体的自我世界;关系层面指的是各种各样与个体发生直接人际关系的文化因素的总和,包括家庭、亲戚、幼儿园、学校和工作场所等,是个体的生活世界;集体层面指的是与个体有非直接关系的文化因素,包括不同种类的组织、专业团体等。这三个层面是相互影响的,个人层面在关系层面中生活、发展,同时受到来自集体层面的各种影响,在一些情况下,个人通过自己的行为也会对关系层面和集体层面产生影响。

  文化球层通过直接或间接(通过身体、精神和心理的中介作用)的方式影响个体或群体创造力的发展与表达,个体或群体也可能通过自身的创造性产品影响文化的演进。在人类历史上,一些卓越的创造力成果改变了整个文化的方向,例如,马克思主义、达尔文的进化论和关于计算机的思想,等等。在文化球层的每一个层面都有3个特征可能影响个体或群体的创造发展与表达的水平,这3个特征分别是资源丰富程度、文化的宽松程度和文化的有序程度。所谓资源丰富程度,指的是该文化环境中可以为其成员所利用的物质资源的丰富程度;宽松程度指的是该文化环境对于其成员思想和行为的容许程度;有序程度指的是该文化环境内制度、法律等的秩序状况。最适合创造力表达的文化类型是这3个特征有机组合的文化。

  交叉学科与教育和创新。作为一门新的学科,交叉学科相对于现有的单一学科为主导的个人、关系和群体层面文化而言,意味着文化的再造和创新,未来必将从资源的丰富度、文化的宽松度和文化的有序度等3个角度优化个人、关系和群体层面的文化。当前,交叉学科作为一种建制已经从群体文化的层面得到了制度的确认,但很明显,在关系层面和个人层面,交叉学科还不是组织建制和个人文化的主要运行方式。从基础教育到高等教育,现行的课堂教学主要依托的形式依然是分科教学。基础教育的教研组是以分科为基础的,高校和科研机构中学院和研究所的划分、经费的投入和分配也是依托学科而确定的。例如,中小学需要可以胜任STEM教学任务的教师,但我们当前的教师教育还无法满足这种需求。原因在于,一方面,所涉及的不同专业教师教育力量分散在不同院系,较难形成合力;另一方面,即便是在中小学自然成长起来的可胜任STEM交叉学科教学的教师,其在晋级、评优的时候也时常遭遇困境较难纳入现有以学科为基础的评审序列,因“交叉学科”尚不是一个常设组别。鉴于此,通过教育政策与制度的创新,突破现有困境、解决当前问题就成为题中应有之义和当务之急。

  交叉学科的历史渊源可追溯到“轴心时代”。中国周朝的“六艺”教育实质就是初步以学科交叉融合培养人才的教育。虽然当时可能没有“学科”概念,更谈不上学科分化,但“六艺”的教育思想与现在所言及的交叉学科实际上是异曲同工。《周礼地官司徒保氏》言:“养国子以道。乃教之六艺:一曰五礼,二曰六乐,三曰五射,四曰五御,五曰六书,六曰九数”,其中基于礼、乐、射、御、书、数的学习,可被视为“初级班”课程。《礼记王制》载:“乐正崇四术,立四教,顺先王诗书礼乐以造士,春秋教以礼乐,冬夏教以诗书”,其中所言《诗经》《尚书》《礼记》和《乐经》可被视为“高级班”课程;后来,孔子将《易经》和《春秋》也纳入“六艺”学习内容,与前述内容共同构成“高级班”课程的完整体系。该体系为培养“完整的人”奠定基础,并达到了“及门之徒三千,身通六艺者七十有二人”的教育成效。通过创造力的文化金字塔模型反观“六艺”教育,重要的身体与大脑的训练、心理的教育和精神的涵养均已涵盖其中,由此观之,这是一种较为全面的教育体系设计。如果庄子和马一浮“诸子出于六艺”(马一浮,1996)的立论正确,那么可以说“六艺”开启了中华文明在思想和哲学上的首个黄金时期,为中华民族迈入“轴心时代”贡献了交叉学科丰厚而必要的思想资源,是中国文化连绵不断的动力来源之一。

  轴心时代古希腊文明的酝酿与发展同样与交叉学科关系密切。起源于古希腊的“七艺”体现了欧洲教育对“完整的人”的培养目标。其核心内容主要包括“三科”,即文法、修辞和辩证法,以及“四学”,即算数、几何、天文和音乐。柏拉图曾经按照“以体操锻炼身体,以音乐陶冶心灵”的指导思想,把学科区分为初级和高级两个类别。体育作为初级科目,主要包括游戏和若干项运动;同样作为初级科目的音乐,除包括音乐和舞蹈之外,还包括读、写、算等文化学科。高级科目主要有算术、几何学、音乐理论和天文学。该学科体系传入罗马以后,还增加了医学、历史、法律和建筑学等内容。“七艺”之学在欧洲历史上影响较大,直到文艺复兴(14至16世纪)后才出现基于“七艺”的学科分化,经过数百年的发展形成了今日不断细分的学科局面。

  “六艺”和“七艺”是在东、西方文明的发轫时期,教育者希望以少数关键领域的训练,培养应时所需的优秀人才,提升其关键品格和必备能力的教育模式。其思想方法是在学科和思想出现更大分化以前出现的,虽然不如今日学科分化精细,但妙在抓住关键、形成合效,旨在实现身心并重、多育并举,仍然值得今天的教育工作者借鉴。从某种意义上说,今日的交叉学科也是回到“原点”,从时代需要什么样的人、需要什么样的教育出发,重新整合现有的学科体系,体现出交叉、综合的特点。

  数个世纪学科不断分化,从20世纪50年代开始,西方心理学、语言学、语言哲学、信息科学和脑与神经科学几乎同时发生了革命性的变革。到20世纪70年代中叶,这种革命性的学科变化使得认知科学横空出世。2000年,一个更大的综合科学研究计划于美国诞生,这就是聚合科技(converging technologies),这个综合性的学科交叉计划主要包括纳米技术(nanotechnology)、生物技术(biotechnology)、信息技术(information technology)和认知科学(cognitive science)四大领域的聚合。认知科学和聚合科技的诞生,是人类科学技术发展史上的重大事件,是交叉学科发展的两个时代最强音,对世界各国尤其是欧美发达国家的教育产生了一系列革命性的影响(衣新发、蔡曙山,2016;蔡曙山,2021)。

  认知科学的发展。1975年,有赖于美国著名的斯隆基金的支持,美国学者将哲学、心理学、语言学、人类学、计算机科学和神经科学整合在一起,研究“在认识过程中,信息是如何传递的”这一课题,最终这个研究计划产生了一个新兴学科认知科学。当前国际公认的认知科学学科结构如图2所示(蔡曙山,2021)。

  认知科学的发展首先是在原来的6个支撑学科内部产生了6个新的发展方向,即心智哲学、认知心理学j9直营、认知语言学(或称语言与认知)、认知人类学(或称文化、进化与认知)、人工智能和认知神经科学。这6个新兴学科是认知科学的6大学科分支。其后分支之间互相交叉,又产生11个新兴交叉学科,即控制论、神经语言学、神经心理学、认知过程仿真、计算语言学、心理语言学、心理哲学、语言哲学、人类学语言学、认知人类学、脑进化。

  2013年,奥巴马在任期间美国开启了名为“通过推动创新型神经技术开展大脑研究”(Brain Initiative)的项目,该项目的预算经费达数十亿美元,项目组于2022年9月宣布了极富野心的未来规划绘制世界上最全面的人脑细胞图谱。研究者表示,该项目在5年内将获得5亿美元的资助,项目的成果脑计划全细胞图谱网络(Brain Initiative Cell Atlas Network, BICAN)将帮助人们更好地了解人类大脑的工作方式,并深入理解脑疾病的相关机理。对此,就职美国国立卫生研究院(NIH)的该项目研究负责人John Ngai断言,项目成果“将改变我们为子孙后代进行神经科学研究的方式”。

  在我国,近年来认知科学也得到了高度重视并蓬勃发展,逐步由引介、消化欧美认知科学成果转为初步深化研究。在《国家中长期科学和技术发展规划纲要(20062020年)》中,“脑科学与认知科学”被列为我国科技中长期发展规划的八大前沿科学领域之一。认知科学诞生30年后,2005年中国科技部批准成立中国两大认知科学国家重点实验室北京师范大学“认知神经科学与学习国家重点实验室”和中国科学院“脑与认知科学国家重点实验室”,清华大学在2006年4月建成教育部“985工程”认知科学研究基地清华大学心理学与认知科学研究中心。2015年12月,名称包含“认知科学”的学院“民族文化与认知科学学院”在贵州民族大学成立。

  2017年9月,北京师范大学与北京大学、清华大学等18所高等研究机构共同成立了中国儿童青少年脑智研究全国联盟。这个联盟主要在研究中国青少年脑智发育基本规律、研发脑智综合评估系统、研制脑智发育提升方法和方案、建立儿童青少年脑智评估与提升智能化一体化平台等领域进行跨界合作。联盟发起单位共同签署了《中国儿童青少年脑智研究全国联盟共识》,提出基础科学研究、科研成果应用与社会服务、人才培养、机制体制创新等4个方面的目标,强调“推动跨学科交叉融合”“建立跨学科、跨单位的人才培养体系”。

  2021年9月,科技部“科技创新2030脑科学与类脑研究重大项目”将“儿童青少年脑智发育研究”列为五大攻关方向之一。“中国学龄儿童脑智发育队列研究”是“儿童青少年脑智发育研究”的主体项目,由科技部支持,北京师范大学牵头协同全国30家科研院所与医院共同开展。该项目旨在协同我国在儿童青少年脑智发育研究方面最具实力的机构,进行联合攻关,构建世界上最大的学龄儿童脑智发育队列。

  2021年,清华大学蔡曙山教授《认知科学导论》出版,该著作系统展示了人类认知五层级结构神经认知、心理认知、语言认知、思维认知和文化认知,此为认知科学这一交叉学科原创性的中国理论体系,标志着中国认知科学步入新的发展阶段。

  聚合科技的发展。“发展聚合科技,提高人类能力”这一共识,来自美国国家科学基金会(NSF)和美国商务部(DOC)于2000年共同资助的一项研究成果,其目的是要确定哪些学科是新世纪的引领学科。该研究的成果是一份题为《Converging Technologies for Improving Human Performance:Nanotechnology, Biotechnology, Information Technology and Cognitive Science》(《聚合四大科技,提高人类能力:纳米技术,生物技术,信息技术和认知科学》)的报告。其中,“Nanotechnology”“Biotechnology”“Informati on Technology”“Cognitive Science”缩写为“NBIC”,简称恩贝克,亦是该报告的简称。在这份浓缩了当时科学家前瞻性思考的报告中,研究团队断言:在整个21世纪的一百年中,重要的跨越式进展将发生在聚合科技等几大领域。该报告指出,在纳米技术领域,相关研究成果将帮助人类不断消解自然分子系统和人造分子系统的界限,使得人造系统的设计与制作不断精准化;在信息科技领域,更具智能性的机器会不断出现;在生物技术领域,可以预期人类将可以通过对基因组学和蛋白质组学的不断深入研究,更好实现延年益寿这一古老目标;在认知和神经科学领域,人类认知的奥秘将被不断解开,并创造更先进的人工神经网络;在社会科学领域,相关研究将帮助人们更好地理解文化的深层机制,更精准地把握群体的认知方式和思维演化。

  总体而言,在聚合科技的框架内,认知科学将会是具有先导性的研究领域,从方式、内容、特征、时空等四个层次为聚合技术的发展奠定思维基础;继而,研究者可以使用纳米技术和纳米科学制造出相关的产品,生物医学和生物技术研究者会推进相关产品的实践应用,而信息科学家会实现对相应产品的准确操纵和控制,使其良好工作(M. C. Roco and W. S. Bainbridge, 2002)。《聚合四大科技,提高人类能力》给出的结论是,四大科学技术领域的深度聚合会形成革命性的成效,这种成效就如一把“利剑”,即“恩贝克之剑”,将会“加快技术进步的速度,并可能会再一次改变我们的物种,其深远的意义可以媲美数十万代人以前人类首次学会口头语言”(M. C. Roco and W. S. Bainbridge, 2002)。

  2013年7月,聚合科技体系发展到“2.0”升级版,其标志也是一份纲领性文献《Convergence of Knowledge, Technology, and Society: Beyond Convergence of Nano-Bio-Info-Cognitive Technologies》(《知识、技术和社会的聚合:超越纳米-生物-信息-认知技术的聚合》)(M. C. Roco; W. S. Bainbridge; B. Tonn and G. Whitesides, 2013)。该报告集成了美国国家科学基金会数学、计算机科学与技术、生命科学、工程、物理学和社会科学、经济学等领域的新研究进展。来自中国、欧盟各国、日本和澳大利亚等国家的研究人员贡献了各自的研究成果。在这份报告中,研究者一致认为,符合社会利益的知识与技术的聚合(Convergence of Knowledge and Technology for the Benefit of Society, CKTS)是聚合科技发展的新方向,CKTS被形象化地描述为“聚合旋律”,其目的是实现更大范围的学科交叉融合。然而,这样的目标所需要的能力在传统分析的时代、学科日益分化的时代都很难培养,时代的要求倒逼我们更新人才培养的模式、变革人才培养的课程标准体系和总体内容架构。

  在新型交叉学科中,聚合科技将成为下一步知识社会创新发展的基石、新一轮科技和工业革命的发动机。聚合科技将着力攻克三大难关:其一,聚集各学科在基础性前沿科学、技术范畴的最新进展,并不断带来新颖的研究重点方向和职业发展契机。其二,学科的交叉聚合将大幅度提升个体的创造与社会的创新,并不断增进经济的繁荣与发展,为更便捷的信息互动交流提供新的平台。其三,CKTS的根本目的在于更好地提升人类的幸福感和发展潜能,包括进一步促进基于认知化的社会创新、不断推进基于个人的、兼具高度整合性的社会健康体系和教育体系的建设。

  21世纪90年代以来,中国对聚合科技展开了引介和初步探索。在聚合科技、学科交叉的影响下,2012年,陕西师范大学开始建设现代教学技术教育部重点实验室。截至2023年10月,该实验室是我国唯一一个以创新型人才培养为研究主攻方向的教育部重点实验室。实验室的建设思路紧密结合聚合科技的思想,研究人员来自生命科学、计算机科学和技术及心理学、教育学等不同学科专业,实验室专职研究人员均离开了各自的原属学院,在一个全新的研究机构探索交叉学科下的研究工作。实验室持续整合校内外、国内外的相关专业研究力量,在教学规律、学习机制、教师发展和创新素质这4个紧密联系的主题领域持续开展研究,旨在于理论、实证研究和实践探索方面取得突破性进展,以对我国的教育创新和创新人才培养有所贡献。

  该实验室是依托国家教师教育“985”优势学科创新平台建设的重点科研机构,是以现代科技支撑教学的教育部重点实验室,旨在将聚合科技服务创新人才培养相关研究的工作落到实处;除人员的交叉融合外,实验室还将代表分子生物学、动物行为学、发展与教育心理学、认知神经科学、计算机科学与技术等不同研究范式的硬件与软件有机整合,在学习的脑机制、思维型教学、科技创新后备人才成长规律、智能技术增强学习4个方面展开研究,并建有相应的研究中心,分别是学习的脑机制研究中心、思维型教学研究中心、科技创新后备人才成长规律研究中心和智能技术增强学习研究中心,服务于创新型人才培养这一国家重大需求(图3)。

  学习的脑机制研究中心合理开展人类和动物的实验和田野研究,努力探索教学活动如何通过影响脑内神经网络的建构,促进学生情感、思维、品德等方面的均衡发展j9直营。思维型教学研究中心以促进学生核心素养的发展为目标,以思维型教学理论为核心,以教学实践为重点,以综合评价为引领,以教师发展为支撑,建立教学、评价与教师发展的一体化体系,服务于国家义务教育科学课程标准修订、国培计划推进和国家义务教育质量监测等工作。科技创新后备人才成长规律研究中心面向国家科技创新后备人才自主培养重大需求,围绕科技创新后备人才的必备特征、成长规律、鉴别选拔、影响机制、培养模式、评价方式和科学教育改革开展研究。智能技术增强学习研究中心聚焦数字化转型背景下教育教学重大需求,紧扣智能技术增强学习核心问题,开展面向智慧教学,支撑、促进学生个性化自主学习与问题导向精准化教学的智能技术、算法及模型研究,以及数字化教学转型理论、理念、途径及方式方法研究和智慧教学背景下学习者学习认知相关理论、机制及影响要素研究。

  两大交叉学科的驱动力。以认知科学和聚合科技为代表的交叉学科,在美国形成了很大的推动力量,不断重构美国的教育。这样的重构一方面体现在诸多研究机构的研究计划和研究成果之中,另一方面,相应的改变已经成为美国各州教育政策、教育发展战略的修定依据。聚合科技在内容方面不断优化着现有的课程内容,人类基因组计划的成果广泛作为生物课程变革的来源,同基因相关的跨学科教育教学体系不断被开发,在学校或科技博物馆中均可见到这样的变化;另外,用于过程性评价的生物反馈仪器和可穿戴设备,也在不断投入于日常学习信息的教育应用;大脑活动评价技术、认知和注意增强技术、自动神经反馈技术等不断地应用于学生的学习力、注意力和压力管理。

  除此之外,美国多数著名大学都开启了基于认知科学和聚合科技的长期研究工作,并将研究成果持续应用于教育创新。哈佛大学基于交叉学科的原则汇总了6大研究分类,即心智、身体、社会、地球、太空和技术;麻省理工学院着重发展“神经与认知科学”领域,设置了“脑与认知科学系”“麻省脑科学研究所”等机构,并创办《认知神经科学》学术期刊,强调这一领域是未来几十年尤为激动人心的研究领域,会出现实质性的学术成果;加州大学伯克利分校将认知研究聚焦实际生活中的认知活动,并不断推进对这些现象的理论说明和实证研究解析。

  聚合科技的愿景。聚合科技会有效地促进科学与教育的长足发展,也会更有机地将二者紧密关联。相关领域研究者认为,社会的未来要依靠不断的实质科技进步,而持续的科技进步又必须依赖先进的科技教育。聚合科技的提出者指出,以下4种因素会使未来的教育发生根本的改变。

  其一,科学普及力度加大。在整体的教育系统中,存在许多似是而非的非科学思想,应合理使用恩贝克的研究成果以实现更具深度和广度的科学普及,用科学的态度对待科学。

  其二,中小学的持续改革。纳米的、生物的、信息的和认知的研究与实践会快速发展,这样的发展将会为个体学习什么、如何学习、如何有效地检验学习成果不断提供新的洞察视角,这会有效地推进中小学持续改革。

  其三,教育教学辅助工具的研发。通过恩贝克,新的智能教育和其他辅助技术将在中小学得以运用和普及,各国都会投入巨资开展新技术和新的智能教具的研发。

  其四,打破理念和经验上的定势。一位在分析时代成长起来的科学家,其主要的科研工作也多半是在学科分化的背景下开展的,其转到以聚合科技为代表的交叉学科研究领域的可能性较小;因此,如果想扭转学科过度细分所带来的不利于创新的趋势,就应该在基础教育阶段更新学科分化的理念,从教育内容和学习方式上更好地实现学科交叉。

  来自材料世界的典型经验。聚合科技如何真正带来教育的实质性创新?美国西北大学Robert P. H. Chang(张邦衡)在这方面作出了有益尝试,取得了良好成效。他带领团队从1994年开始投入材料世界模块(Materials World Modules, MWM)的研制工作,在此之前他有多年材料领域的研究经验,曾担任国际材料学会主席。MWM项目作为一个科普性质的教育项目,目的是引导学习者在学习过程中通过亲手操作实验来发展其探究和创新能力,内容凸显交叉学科的思想,以实操性、探究性和项目化为原则,与中学的科学、技术、数学和工程等STEM科目密切相关。团队共研发出16个课程模块,致力于应对各种全球挑战,例如,再生能源、环境保护、医药、以及信息系统与安全等。

  具体而言,MWM的16个课程模块包括生物传感器、混凝土、瓷器制品、合成材料、聚合物、智能传感器、运动材料、食品包装、生物可降解材料、纳米简介、纳米技术、纳米世界中的光线处理、太阳能电池、环境催化、纳米模式、纳米级药物注射。所有模块的教学活动均由3部分组成:首先,激发学生兴趣和好奇心;其次,探索活动要能够引出有关中心话题的背景知识;最后,设计项目通过利用现有的材料制作实用模型产品来激励学生学以致用。这16个方面代表了纳米技术研究的最前沿,同时与STEM课程以及科学标准紧密联系,而且其课程模块的设计贴近中学生实际,是全世界基于聚合科技所设计创新教育课程的典范。

  充分重视“创新人才培养”这一重大交叉学科领域。对照我国现有的交叉学科目录,在9个一级学科里,除“文物”和“密码”属于单一专业学位之外,其他7个一级学科可授予的学位均为两个或两个以上,例如,集成电路科学与工程可授理学、工学学位,国家安全学可授法学、工学、管理学、军事学学位,区域国别学可授经济学、法学、文学、历史学学位,但没有一个一级学科与“人”直接相关。然而,“创新人才培养”指向和需要的本就是一个重大交叉学科领域。

  所有的进步都要靠人的创新来开拓,都要靠人才来完成,而只有对人深入研究,才能够为“人尽其才”奠定科学基础。特别是我们要更好地坚持“三个第一”,实施三大战略,就需要更深入地探索回答创新人才的成长规律、评价机制、选拔和培养模式等问题,为拔尖创新人才的成长奠定坚实的理论基础。需要注意的是,中国拔尖创新人才的成长规律与西方存在较大差异,西方的研究结论不能直接应用于中国本土实践(X. F. Yi; P. Hong et al., 2023)。

  国内多所顶尖大学已经在创新人才培养方面进行了多年探索,但还未见哪种培养模式“打造”出具有国际顶尖水平的“学术大师”。这是值得我们深入反思的,也是“钱学森之问”的核心所在。两方面问题需要注意,一是在遴选原则方面,不少大学都以入学成绩或智力表现为第一衡量标准,集中优质师资、人力和物力资源,为这些少数稀有的“明日之星”量身打造课程内容、培养模式和发展计划,制定所谓“×××实验班”,但这种模式究竟效果如何还需深入评估;二是在课程内容方面,许多大学推崇“宽基础”的培养模式,力图实现综合培养,即在大学低年级不分专业,要求学生阅读和熟记文史哲、社科或理科领域的经典名著,但这种基础不能自然地引导学生走向一个创新型的研究方向。总体而言,这些“打造”所谓创新人才的计划更像是以生产机器零部件、建造路桥的思维做教育,而不是从创新人才成长规律、评价模式,从认知科学的视角出发研究和制定培养计划,也并未借鉴现在聚合科技提供的、新的知识综合创新的国际趋势。

  当前,中国教育改革的方向之一是为基础教育阶段课内外学习负担过重的学生“减负”和为大学生“增负”。然而,如果我们加强对聚合科技等交叉学科在不同教育阶段如何实现有效教学的研究,并开发出以学生发展为中心的教学模式和课程内容,那么可能“减负”与“增负”就不再是教育问题的症结所在。试想,如果学生对所学内容兴致很高、乐此不疲,甚至废寝忘食、近乎上瘾,有可能高强度的学习可以促进其思维能力和创新素养发展,那么所谓“负担”问题就不再是真正的问题了。在此方面,美国正大踏步地将当代核心科技整合进大、中小学课程和课堂,以持续的教育创新推进满足时代需要的人才培养,或可成为借鉴。

  培养胜任交叉学科教学和研究工作的师资。在交叉学科不断推进的时代,值得反思的问题是:在传统分科环境下成长起来的个体,其身体、心理和精神是否可以胜任交叉学科学生的培养工作;在个人和关系层面、在组织架构层面,应该作出何种调整;应该建立何种教师教育体系,才可保证交叉学科人才的发展与成长;现有的高校、科研机构的院系该作何种调整,完善或“修正”哪些制度才可以更好地服务于交叉学科的学习和研究工作。

  借鉴中西文明在“轴心时代”的经验与智慧。中西文明在“轴心时代”的经验和智慧与当前交叉学科的发展不谋而合集中整合少数关键学科、培养胜任各领域创新的优秀人才。认知科学和聚合科技作为两次学科交叉的尝试,都是具有一定前瞻性的设计。我国的交叉学科一级学科建设,也应在面向当前重大需求的同时,考虑未来的学科建设与发展。有两个问题值得深入思考:一是认知科学和聚合科技是否适合我国,如何将其引入教育;二是实现中华民族伟大复兴中国梦所需要的交叉学科应该是一个怎样的体系。

  进一步优化现有学科和课程设置。在教育改革的过程中,我国大、中小学的学科和课程已经有较大的更新和完善,目前逐步开始围绕学生发展的核心素养推进新一轮改革。如果认知科学和聚合科技同样适用于我国,那么我们就要认识到,认知科学是六大学科的综合,聚合科技则是包含认知科学在内的更大的综合,这种综合的趋势为20世纪八九十年代以来科学技术的进步和人类认知的发展提供了无比广阔的科学基础、学科框架和无与伦比的发展前景。在这样的背景下,我国现有的大、中小学学科和课程设置可能还可以继续作出更大范围和更深程度的“修正”和完善。毕竟,如果学习内容和学习方法以及教育理念、教学内容和方法还停留在工业革命以前或工业革命的水准,那么基于此培养而成的“人才”若与那些从小就具备了认知科学、恩贝克等现代科技素养的“人才”进行竞争,其结果的不容乐观几乎可以预见。

  高等教育与基础教育应更好地相互协同。高等教育与基础教育的相互协同与中国创新型人才培养的战略能否实现息息相关。人的创造性思维、产生高创造力的动机、问题发现能力和创造性人格等心理品质最关键的发展阶段可能并不在高等教育阶段,而是在其之前。

  就高等教育而言,如果不关注基础教育,不关注基础教育阶段儿童青少年的创造力是越来越被阻碍和扼杀,还是越来越被保护和促进,就很难在大学阶段培养出高素质、创造性的人才。因为大学生不是如“一张白纸”般进入大学的,他们上大学之前已经有了一系列比较成熟和固定的思维方式及人格特征。在大学单纯使用“宽基础”和“实验班”的方法,也许能够增加学生的知识存量,但能否触及其内心深处、打破其可能存在的消极思维定势,使其提出有价值的问题,并实现有效的创新,则需打一个大大的问号。从国际经验来看,大学应该为基础教育阶段的交叉学科能力培育提供榜样和解决方案,并实现大学与周边社区基础教育学校的良好互动。例如,德国的大学经常向社会尤其是中小学生开放实验室,举办“科技长夜”“儿童大学”等活动。同时,大学应探索利用诸如测量大脑活动和评估认知功能的技术、注意和记忆增强技术、脑波和自动神经系统生物反馈技术等来提升中小学学生的学习能力、注意力和压力管理能力。

  就基础教育而言,基础教育阶段的教育者不能一切只向高考看齐,以学生考入好大学为自己职业成就的“顶点”,甚至为了激励学生,时时告诫学生“现在吃点苦,好好学,将来上大学就轻松了”,要知道大学并不必然意味着轻松,最应该轻松一些的可能是中小学,而这种轻松应该是“做中学”“学中思”以及在思考中成长。我们应认真借鉴国际上交叉学科相关的有益做法,一方面,要将大学研究的成熟的交叉学科知识,如认知科学或数字化教育的成果,系统有效地融入基础教育的课程内容之中;另一方面,中小学、幼儿园要在实践中探索有效的高科技教育教学手段的应用之道,实现与大学教学和研究人员的良性互动。

  从国家交叉学科建设方略出发,开展创新教育对于坚持“三个第一”,实施三大战略至关重要,而创新教育的核心基础在教育创新,交叉学科则为教育创新奠定了文化基础,亦是教育创新题中应有之义。认知科学和聚合科技的诞生,是人类科学技术发展史上的重大事件,是交叉学科发展的两个时代最强音,对世界各国尤其是欧美发达国家的教育产生了一系列革命性的影响。当前,我国交叉学科与教育创新还未实现有效融合、相互促进,故此,应充分重视“创新人才培养”这一重大交叉学科领域,着力培养胜任交叉学科教学和研究工作的师资,借鉴中西文明在“轴心时代”的经验与智慧,进一步优化现有学科和课程设置,使高等教育与基础教育更好地相互协同。

  (本文系中央高校基本科研业务费专项资金创新团队项目“西部贫困地区儿童创造力发展机制与提升效果检验”和北京师范大学中国基础教育质量监测协同创新中心专题成果培育性项目“陕西义务教育质量监测影响因素测评工具研制”的阶段性成果,项目编号分别为GK201901006、2022-05-016-BZPK01)

  马一浮,1996,《泰和会语》,《中国近代思想家文库马一浮卷》,北京:中国人民大学出版社。

  衣新发,2009,《创造力理论述评及CPMC的提出和初步验证》,《心理研究》,第6期。

  衣新发、蔡曙山,2016,《认知科学、聚合科技与教育创新》,《创新人才教育》,第4期。

  衣新发、敖选鹏、鲍文慧,2021,《奇克岑特米哈伊的创造力系统模型及心流体验研究》,《贵州民族大学学报(哲学社会科学版)》,第1期。

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