科技創(chuàng)新后備人才成長規(guī)律及培養(yǎng)

胡衛(wèi)平

腦科學(xué)與教育結(jié)合，形成教育神經(jīng)科學(xué)，主要有三種模式：一是基于認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的研究結(jié)果，為教育教學(xué)改革提供一定的依據(jù);二是將教育的實際問題轉(zhuǎn)化為可以在實驗室研究的問題，利用腦科學(xué)的方法開展研究，并將研究結(jié)果直接用于指導(dǎo)教育實踐;三是大腦可塑性的研究，即通過教育干預(yù)，促進(jìn)大腦結(jié)構(gòu)或者功能的發(fā)展。關(guān)于大腦的可塑性研究，國際上大部分是在實驗室通過短時間的干預(yù)完成的。然而，只有在真實的教育情境中經(jīng)過長時間干預(yù)所獲得的研究成果才能真正指導(dǎo)教育實踐。

我國20世紀(jì)90年代末就提出：提高自主創(chuàng)新能力，建設(shè)創(chuàng)新型國家，并開始重視科技研究，在科技研究領(lǐng)域投入了大量的經(jīng)費(fèi)?！板X學(xué)森之問”以后，人們認(rèn)識到創(chuàng)新型國家建設(shè)的關(guān)鍵在于擁有大批創(chuàng)新人才，于是，我們在一些重點(diǎn)大學(xué)設(shè)立了創(chuàng)新實驗班，重視科技創(chuàng)新人才的后期培養(yǎng)?！皠?chuàng)新”的關(guān)鍵在于擁有大批創(chuàng)造性人才，兒童青少年時期是創(chuàng)造性人才成長的關(guān)鍵時期，基礎(chǔ)教育階段學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的發(fā)展水平，直接決定是否可以發(fā)展成為科技創(chuàng)新人才。

科技創(chuàng)新后備人才的心理特質(zhì)

研究者對科技創(chuàng)新后備人才的心理特質(zhì)做了大量的研究，概括起來有四個方面：思維、知識、動機(jī)和人格，這一結(jié)果與我們的研究基本一致。

在思維層面，科技創(chuàng)新后備人才應(yīng)具有良好的基本思維和高階思維。基本思維主要包括抽象思維和形象思維。抽象思維是以概念為思維材料進(jìn)行的思維，包括分析與綜合、抽象與概括、比較與分類，以及在此基礎(chǔ)上形成的模型建構(gòu)、推理論證等。形象思維是以表象為思維材料而進(jìn)行的思維，包括空間認(rèn)知、聯(lián)想和想象等。高階思維主要包括批判性思維和創(chuàng)造性思維。批判性思維是基于證據(jù)和邏輯而作出決策或者解決問題的思維能力和傾向。批判性思維能力包括分析論點(diǎn)、主張或證據(jù)、用歸納推理或演繹推理進(jìn)行推論、判斷或評價、做決策或解決問題等;批判性思維傾向包括思維開放、思想公正、有尋求理性的傾向、好奇、希望得到充分的信息、具有靈活性、尊重他人等。創(chuàng)造性思維指能從不同角度分析和思考問題，提出新穎而有價值的觀點(diǎn)和解決問題的方法，包括發(fā)散思維和聚合思維。

知識是創(chuàng)新的前提，科技創(chuàng)新后備人才的知識特征主要體現(xiàn)在廣博和精深兩個方面，一是具有較廣博的知識基礎(chǔ)和合理的知識結(jié)構(gòu);二是對科學(xué)知識有深度的理解，掌握學(xué)科和跨學(xué)科的思想方法，并善于用這些知識和方法解決真實情境中的復(fù)雜問題。在對科技知識深度理解的基礎(chǔ)上，建立他們之間的相互聯(lián)系，形成合理的知識組塊或者知識結(jié)構(gòu)，是從事科技創(chuàng)新活動的必要條件?？萍紕?chuàng)新后備人才需要有足夠的科學(xué)表象，廣泛涉獵多學(xué)科和跨學(xué)科知識，積累各種各樣的研究經(jīng)驗，掌握科學(xué)研究的基本方法，并對某一問題有長期的研究和深入的思考。為了培養(yǎng)科技創(chuàng)新后備人才，需要強(qiáng)調(diào)綜合性?；诤诵母拍?，整合學(xué)科知識，促進(jìn)學(xué)生參與科學(xué)與工程實踐，實現(xiàn)對重要原理的深入探索，發(fā)展學(xué)生對科學(xué)知識的深度理解，并提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，已經(jīng)成為國際科學(xué)教育研究者的共識，也是國際科學(xué)課程改革的方向。上述結(jié)果是在綜合利用心理行為、教育實驗、腦科學(xué)等多模態(tài)研究方法的基礎(chǔ)上得到的，僅有腦科學(xué)的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以支撐科學(xué)教育的系統(tǒng)改革，也不可能讓一線科學(xué)教育工作者所理解。例如，基礎(chǔ)性的研究表明：跨學(xué)科概念圖創(chuàng)作能力與科學(xué)創(chuàng)造力顯著正相關(guān);高創(chuàng)造性個體的語義網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)出比低創(chuàng)造性個體更高的連通性、更短的距離。這些研究結(jié)果為我們理解國際科學(xué)教育綜合性提供了依據(jù)，但要真正實施教育改革，還需要科學(xué)教育的研究證據(jù)和實施途徑。

動機(jī)是指以一定方式引起并維持人的行為的內(nèi)部喚醒狀態(tài)，它可以激發(fā)個體產(chǎn)生某種行為，使個體的行為指向一定目標(biāo)，并將行為維持一定的時間。科技創(chuàng)新后備人才的動機(jī)特質(zhì)主要包括內(nèi)在動機(jī)和成就動機(jī)。內(nèi)在動機(jī)是對學(xué)習(xí)活動本身的動機(jī)，主要包括好奇心和探究興趣。成就動機(jī)是科技創(chuàng)新后備人才所具有的另一個重要動機(jī)，指個體追求自認(rèn)為重要的有價值的工作，并使之達(dá)到完美狀態(tài)的動機(jī)，即一種以高標(biāo)準(zhǔn)要求自己力求取得活動成功為目標(biāo)的動機(jī)。成就動機(jī)高的人具有遠(yuǎn)大的理想和抱負(fù)，正視所遇到的挫折和失敗，表現(xiàn)出極大的韌性和毅力，擁有克服困難的堅強(qiáng)意志，學(xué)習(xí)和研究中更加勤奮努力、積極進(jìn)取，具有強(qiáng)烈的社會責(zé)任感。

人格是指個體對人、對事、對己等方面的社會適應(yīng)中行為上的內(nèi)部傾向性和心理特征。在系統(tǒng)分析相關(guān)研究者提出的創(chuàng)新人才所具備的人格特征的基礎(chǔ)上，我們總結(jié)出科技創(chuàng)新后備人才需要具有冒險精神、意志堅強(qiáng)、勤奮努力、獨(dú)立自信、容忍模糊、思維開放、質(zhì)疑品格、想象豐富等人格品質(zhì)。在這些要素中，前幾個偏重于非認(rèn)知因素，后幾個偏重于認(rèn)知因素。

科技創(chuàng)新后備人才的成長規(guī)律

成長階段。創(chuàng)造力的4C模型分為微創(chuàng)造力（Mini-C）、小創(chuàng)造力（Little-C）、專業(yè)創(chuàng)造力（Pro-C）和杰出創(chuàng)造力（Big-C）四種水平。微創(chuàng)造力強(qiáng)調(diào)學(xué)生的創(chuàng)造潛能和個體對經(jīng)驗、行為和事件的創(chuàng)造性見解;小創(chuàng)造力強(qiáng)調(diào)大部分個體在日常生活中所表現(xiàn)出來的創(chuàng)造力;專業(yè)創(chuàng)造力指個體在特定領(lǐng)域接受長時間的專業(yè)訓(xùn)練后所表現(xiàn)出來的創(chuàng)造力;杰出創(chuàng)造力指具有高創(chuàng)造力的天才或者意義重大、經(jīng)久不衰的創(chuàng)造性作品。這個模型說明了創(chuàng)造力從不成熟發(fā)展到成熟的過程，微創(chuàng)造力和小創(chuàng)造力受到領(lǐng)域相關(guān)知識等的影響，在適當(dāng)條件下可能發(fā)展為專業(yè)創(chuàng)造力或杰出創(chuàng)造力。

創(chuàng)新人才發(fā)展包括5個基本階段：自我探索期、才華與專業(yè)定向期、集中訓(xùn)練期、創(chuàng)造期和創(chuàng)造后期。

自我探索期大約為幼兒和小學(xué)階段，個體通過積極參與各類游戲性探究活動，養(yǎng)成探究習(xí)慣，確定個體興趣和潛在特長。

才華展露期大約在中學(xué)階段，個體的探究活動領(lǐng)域化，探究動機(jī)內(nèi)在化，并轉(zhuǎn)化為特定的專業(yè)潛能優(yōu)勢，從而為成年后投入科學(xué)創(chuàng)新過程在動機(jī)、興趣和行為習(xí)慣方面提供了必要基礎(chǔ)。

集中訓(xùn)練期大約在大學(xué)和碩博研究生階段，在上一階段確定自己的奮斗領(lǐng)域和人生方向之后，集中訓(xùn)練期就可以投入學(xué)習(xí)和訓(xùn)練的階段，在這一階段最重要的影響因素是指導(dǎo)教師。

創(chuàng)造期大約在研究生之后從業(yè)的階段，這一階段如果研究者到了一個適宜的學(xué)術(shù)環(huán)境中，在著名導(dǎo)師或研究者的指導(dǎo)與影響下，創(chuàng)造性的研究成果就會出現(xiàn)。

創(chuàng)造后期大約在退休前，這一階段以發(fā)表一系列高質(zhì)量的研究論文或研究成果為標(biāo)志，最后做出了具有代表性的創(chuàng)造性研究成果。為了便于理解，基于已有的理論和自己的研究，我們將科技創(chuàng)新人才比喻成一棵大樹，幼兒園和小學(xué)階段相當(dāng)于樹根，中學(xué)階段相當(dāng)于樹干，大學(xué)階段相當(dāng)于樹枝，職業(yè)階段相當(dāng)于樹葉，沒有優(yōu)質(zhì)的樹根和樹干，不可能有茂密的樹枝和樹葉。幼兒園到中學(xué)階段，主要任務(wù)是聚焦一般領(lǐng)域，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)、基本思維能力、批判性思維能力、創(chuàng)造性思維能力、創(chuàng)造性人格、基礎(chǔ)知識的理解等創(chuàng)新素質(zhì)。大學(xué)階段聚焦特殊領(lǐng)域，主要任務(wù)是開展領(lǐng)域創(chuàng)新活動、學(xué)習(xí)領(lǐng)域前沿知識、掌握領(lǐng)域思維方式?；A(chǔ)教育階段是學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)發(fā)展的關(guān)鍵期，到高中畢業(yè)時，學(xué)生的動機(jī)、思維、人格基本趨于定型，雖然之后還具有可塑性，但已經(jīng)錯過最好的發(fā)展時期。

影響因素與影響機(jī)制。我們利用多模態(tài)的方法，對科學(xué)創(chuàng)造力的影響因素進(jìn)行了大量的研究。例如，在國家自然科學(xué)基金的支持下，系統(tǒng)研究了情緒對創(chuàng)造力的影響，行為學(xué)的結(jié)果表明：積極情緒有利于創(chuàng)造力的發(fā)展，消極情緒的恐懼情緒會顯著抑制創(chuàng)造力的發(fā)展。

腦科學(xué)的結(jié)果表明：消極情緒狀態(tài)顯著阻礙了個體的圖像新穎性加工活動;消極情緒通過調(diào)節(jié)被試原有注意范圍和水平的方式，對新穎與非新穎圖像的早期加工產(chǎn)生了較為一致的阻礙作用。消極情緒狀態(tài)顯著阻礙了個體的文字新穎性信息的加工;情緒會在文字新穎性信息加工的早期階段，影響個體對文字材料中語義沖突的知覺加工過程。消極情緒材料下，新穎性文字所引發(fā)的語義沖突最大。消極情緒特別是恐懼情緒對學(xué)生創(chuàng)造力有負(fù)面影響，這一點(diǎn)在家庭教育和學(xué)校教育中需要引起高度重視。家長常常對孩子說“你看誰誰家的孩子多好”，到初中階段，學(xué)?？荚嚺琶紩o孩子造成一種恐懼，對學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的發(fā)展非常不利。再比如，學(xué)校環(huán)境通過影響創(chuàng)造性人格來影響創(chuàng)造性科學(xué)問題提出能力;開放性對學(xué)生的創(chuàng)造性科學(xué)問題提出能力有顯著的正向預(yù)測作用;學(xué)校環(huán)境中，良好的師生關(guān)系可以顯著增強(qiáng)開放性和創(chuàng)造性科學(xué)問題提出能力的正向聯(lián)系?；趯萍紕?chuàng)新后備人才的訪談研究，發(fā)現(xiàn)：科學(xué)家、教師、父母、大眾傳媒通過影響內(nèi)在動機(jī)等非智力因素影響創(chuàng)造力。自然科學(xué)基金中沒有科學(xué)教育類項目，直接影響科學(xué)家研究和從事科學(xué)教育的積極性，是科技創(chuàng)新人才缺乏的原因之一。

基于創(chuàng)造力的系統(tǒng)觀和學(xué)習(xí)科學(xué)研究的最新成果，在理論分析和實證研究的基礎(chǔ)上，我們構(gòu)建了學(xué)校教育中學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的影響機(jī)制。學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的學(xué)校影響因素主要包括環(huán)境因素、教育內(nèi)容、教師素質(zhì)以及教學(xué)觀念、教學(xué)行為等，這為學(xué)校教育中學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的培養(yǎng)提供了理論依據(jù)。

科技創(chuàng)新后備人才的培養(yǎng)模式

依據(jù)學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的學(xué)校影響機(jī)制，我們探索了幾種科技創(chuàng)新后備人才的培養(yǎng)模式。

環(huán)境創(chuàng)設(shè)模式。營造創(chuàng)造性的環(huán)境，是培養(yǎng)青少年科技創(chuàng)新素質(zhì)的必要條件。影響青少年科技創(chuàng)新素質(zhì)發(fā)展的環(huán)境主要包括社會環(huán)境、學(xué)校環(huán)境、班級環(huán)境和課堂環(huán)境4個層次。影響學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)發(fā)展的4個層次的環(huán)境，可以分成兩個維度：物質(zhì)與認(rèn)知、文化與非認(rèn)知。物質(zhì)與認(rèn)知主要看能不能給予經(jīng)費(fèi)、設(shè)施、自然、活動等方面的支持，為學(xué)生提供參加各種創(chuàng)新活動、完成各種實踐項目的機(jī)會，解決各種高認(rèn)知的、開放性的問題，引導(dǎo)學(xué)生自主探究、合作交流，參與科學(xué)研究。文化與非認(rèn)知主要指為學(xué)生提供安全、寬松、民主、平等、和諧的社會心理環(huán)境，使學(xué)生敢于想象，敢于挑戰(zhàn)權(quán)威，敢于突破常規(guī)，從而形成創(chuàng)新的人格;在學(xué)習(xí)和活動過程中，只有學(xué)生經(jīng)常得到肯定、贊揚(yáng)、鼓勵、欣賞，才能樹立自信和自尊，形成自主、獨(dú)立的人格特點(diǎn)，產(chǎn)生克服困難的意志，并且這種社會心理環(huán)境能夠上升到一種文化。

科協(xié)與教育部聯(lián)合實施的英才計劃、北京的翱翔計劃、上海的種子計劃等都在這方面做了一些探索。比如陜西省的“春筍計劃”，旨在利用省內(nèi)高校豐富的教育和科技資源優(yōu)勢，通過選拔少數(shù)具有創(chuàng)造性潛質(zhì)的高中學(xué)生進(jìn)入高校實驗室參加課題研究，以及高校專家參與指導(dǎo)高中學(xué)生研究性學(xué)習(xí)等方式，培養(yǎng)高中學(xué)生的科學(xué)探索興趣和創(chuàng)造性思維能力，拓寬基礎(chǔ)教育階段創(chuàng)造性人才培養(yǎng)的途徑?！按汗S計劃”取得了明顯的效果：創(chuàng)造性人才的培養(yǎng)已經(jīng)開始從理念到實踐的轉(zhuǎn)變;培養(yǎng)了一批創(chuàng)造性和研究型的教師;學(xué)生科研意識得到提高，思維方式得到轉(zhuǎn)變，創(chuàng)造性人格逐步形成。但整體來講，我國適合于科技創(chuàng)新后備人才成長的環(huán)境、文化、機(jī)制體制遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有形成。

教學(xué)創(chuàng)新模式。學(xué)生在學(xué)校80%的時間是在課堂上度過的，課堂教學(xué)的水平直接影響學(xué)生科技創(chuàng)新素質(zhì)的發(fā)展。近30年來，在系統(tǒng)總結(jié)中外經(jīng)典教學(xué)理論、概括學(xué)生學(xué)習(xí)的研究成果、分析核心素養(yǎng)的形成機(jī)制，以及利用腦科學(xué)、心理行為、教育實驗等方法研究教學(xué)行為對學(xué)生發(fā)展影響的基礎(chǔ)上，提出：凡是不能讓學(xué)生大腦積極思維的教學(xué)行為都不可能產(chǎn)生好的效果;凡是產(chǎn)生好的效果的教學(xué)行為，基本上要學(xué)生積極的思維。在此基礎(chǔ)上，建立了思維型教學(xué)理論。該理論強(qiáng)調(diào)：教學(xué)的核心是思維，學(xué)生的學(xué)習(xí)需要思考。教學(xué)需要遵循動機(jī)激發(fā)、認(rèn)知沖突、自主建構(gòu)、自我監(jiān)控和應(yīng)用遷移五大基本原理，他們構(gòu)成一個相互聯(lián)系的有機(jī)整體。動機(jī)是學(xué)生積極思維和自主建構(gòu)的動力，動機(jī)激發(fā)支撐著認(rèn)知沖突、自主建構(gòu)和自我監(jiān)控;認(rèn)知沖突在動機(jī)激發(fā)的支撐下，引發(fā)學(xué)生的自主建構(gòu);自主建構(gòu)以認(rèn)知沖突為基礎(chǔ)，以核心問題為形式，引起學(xué)生的自主探究和合作交流，反映了學(xué)生學(xué)習(xí)的核心活動，或者教學(xué)的核心環(huán)節(jié);自我監(jiān)控體現(xiàn)了對學(xué)習(xí)活動的自我監(jiān)控，同時也為應(yīng)用遷移奠定了基礎(chǔ);應(yīng)用遷移是將學(xué)習(xí)過程中所獲得的知識、方法和態(tài)度應(yīng)用于新的學(xué)習(xí)活動和解決真實情境的問題，以及遷移到其他學(xué)科和領(lǐng)域中解決綜合性的問題。

這五大基本原理是培養(yǎng)學(xué)生科技創(chuàng)新素質(zhì)的必然要求。例如，內(nèi)在動機(jī)不僅是推動學(xué)生學(xué)習(xí)的動力，也是科技創(chuàng)新的源泉。內(nèi)在動機(jī)對科技創(chuàng)新具有顯著的正向影響。因此，在教育領(lǐng)域，一定要把內(nèi)在動機(jī)作為教學(xué)目標(biāo)。興趣是一種內(nèi)在動機(jī)，可以分為直覺興趣、操作興趣、因果興趣和理論興趣4個層級，科技創(chuàng)新后備人才一定是在直覺興趣和操作興趣的基礎(chǔ)上，擁有強(qiáng)大的因果興趣，甚至有較強(qiáng)的理論興趣;同時，一定要破除“五唯”，特別是“唯帽子”。所有“帽子工程”都是提升科技工作者的外在動機(jī)，削弱內(nèi)在動機(jī)，導(dǎo)致所有科技人員都圍繞“帽子”開展工作，對科技創(chuàng)新有巨大的負(fù)面影響。

課程改革模式。加強(qiáng)課程的改革創(chuàng)新是國際上培養(yǎng)科技創(chuàng)新后備人才的主要做法之一，有兩個視角：一是推進(jìn)國家課程改革。制訂或者修訂國家課程標(biāo)準(zhǔn)是教育改革的核心要務(wù)。自20世紀(jì)80年代以來，世界各國都制訂或者修訂國家課程標(biāo)準(zhǔn)，推進(jìn)教育改革。大部分國家的課程標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新素質(zhì)的培養(yǎng)。教材改革是基礎(chǔ)教育課程改革的重要組成部分，也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。教材的內(nèi)容選擇、知識呈現(xiàn)、編排特點(diǎn)、能力培養(yǎng)等，集中體現(xiàn)了國家的教育思想和教育觀念，是教師組織教學(xué)活動和培養(yǎng)科技創(chuàng)新素質(zhì)的主要依據(jù)。

二是校本課程的改革創(chuàng)新。我們主要討論適合于科技創(chuàng)新后備人才培養(yǎng)的校本課程體系的構(gòu)建?；谛睦硇袨楹湍X科學(xué)的研究，提出：課程的開發(fā)和教學(xué)活動的設(shè)計需要做到“三適合”“兩遵循”。“三適合”即適合學(xué)生的知識經(jīng)驗、思維水平和興趣特點(diǎn)，“兩遵循”即遵循學(xué)習(xí)規(guī)律和學(xué)科規(guī)律，做到由低到高、由易到難、由簡到繁、由近及遠(yuǎn)、由日常生活到學(xué)科領(lǐng)域、由單一到復(fù)合。

基于這一要求，我們開發(fā)了“學(xué)思維、學(xué)探究和學(xué)創(chuàng)新”的三層級科技創(chuàng)新后備人才課程體系。思維是探究的前提，探究式創(chuàng)新的基礎(chǔ)，學(xué)生的學(xué)習(xí)不能逾越階段。

基于對創(chuàng)新素質(zhì)和思維的長期理論研究、發(fā)展研究、培養(yǎng)模式研究和教學(xué)實驗，建構(gòu)了整合思維內(nèi)容—思維方法—思維品質(zhì)的思維能力結(jié)構(gòu)模型。基于思維能力結(jié)構(gòu)模型開發(fā)了“學(xué)思維綜合活動課程”，該課程以思維方法為主線、以學(xué)生活動為載體，體現(xiàn)對知識的綜合運(yùn)用系統(tǒng)的、迂回訓(xùn)練的螺旋式課程。

“學(xué)思維”綜合活動課程的活動內(nèi)容具有如下特點(diǎn)：活動性，讓學(xué)生在各種具體的、趣味性和操作性強(qiáng)的活動中進(jìn)行充分的思考，掌握思維方法，訓(xùn)練思維品質(zhì)，提高思維能力;系統(tǒng)性，基于不同年齡學(xué)生的心理特點(diǎn)和知識經(jīng)驗，由淺入深、由易到難、由簡到繁，從日常生活問題到各個學(xué)科領(lǐng)域，從具體形象問題到抽象問題，從簡單問題到復(fù)雜問題;遷移性，每個活動都設(shè)置“活動拓展”，使學(xué)生將學(xué)習(xí)到的思維方法遷移到其他情景中去;跨學(xué)科性，該課程從一個縱向的層面涉及了各個領(lǐng)域的知識，包括日常生活和語文、數(shù)學(xué)、科學(xué)、社會、藝術(shù)等。

20多年的教學(xué)實驗表明：經(jīng)過一年到一年半的使用，學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)的各個維度都有明顯的提升，學(xué)生的大腦功能也有明顯的改善。在“學(xué)思維”活動課程的基礎(chǔ)上，實驗學(xué)校還進(jìn)一步開發(fā)了綜合探究課程，以及水下機(jī)器人等科技創(chuàng)新活動的課程，這些課程的進(jìn)階設(shè)計，螺旋式發(fā)展了學(xué)生的科技創(chuàng)新水平。