腦科學與創造力培養

/ 陜西師范大學現代教學技術教育部重點實驗室主任

創新思維能力是人腦學習能力和思維能力的集中體現，也是我們教育的核心目標。我國學生知識儲備相對扎實，但創新能力相對不足的現狀成為教育飽受詬病的重要原因。創新不是簡單的發散思維；打破思維定式，更不是腦筋急轉彎。它需要扎實、深刻和有機聯系的知識體系，需要強大的大腦基礎認知能力，還需要持久的創新動機和勇氣。胡衛平教授的文章從腦科學的角度對創新能力的構成進行了深入的分析，并在這些理論基礎的指導下開展有益的創新教育實驗，其研究成果為我們開展創新教育提供了很好的啟示。

——欄目主持人薛貴（北京師范大學教授，985首席科學家）

創造力作為21世紀人才必備的核心素養，是推動民族進步和社會發展的不竭動力。創造力的培養需要營造創造性的環境，開發創造性的課程，實施創造性的教學。那么，怎樣的教學才能培養學生的創造力？截至目前，腦科學的研究成果可以為我們提供如下啟示。

激發內在動機

研究發現，動機會影響多巴胺神經通路相關的紋狀體和前扣帶回等與基本認知過程相關的腦區，這些腦結構與個體注意抑制能力、注意模式、工作記憶，以及概念表征距離等都存在密切的相關性。動機通過以上相關腦區影響個體信息處理的有效性，從而顯著影響個體的創造性。提出創造性的問題是創造力的主要表現，正性情緒狀態能夠提高學生創造性問題提出能力，尤其表現在學生提出創造性問題的數量及類別上，而恐懼和避免負性評價對創造性問題提出能力有著顯著的抑制作用。憤怒情緒下個體顳中回、顳上回的激活會減少，這阻礙了信息處理的速度，以及對相關記憶的提取和知識的加工，并且影響了對無關信息的抑制，不利于創造性評價。新穎性是創造力的主要特征，消極情緒狀態顯著地阻礙了個體的圖像新穎性和文字新穎性加工活動，從而阻礙創造力的發展。因此，教師應創設良好的學習環境，設置適當的問題情境，激發學生的內在學習動機，調動學生學習的積極性，使其產生強烈的求知欲，保持積極的學習情感與態度。要避免負性評價，因為這容易使學生產生負性情緒，特別是恐懼情緒。現在大部分學校實施月考并且排名，這種做法不利于教師的創造性教學，更不利于學生創造力的發展。

產生認知沖突

學生認知沖突可以激發強烈的求知欲，能夠幫助調動學生對問題積極主動地思考。研究表明，相比普通圖片，個體對新穎圖形的加工能夠誘發更大的右腦頂區腦電波波幅，這反映了圖像中的新穎性信息所誘發的認知沖突能夠促使個體對新穎圖像進行更深入的記憶編碼與加工，有助于學生積極地認知投入，并促進學生科學概念的習得、新穎問題的提出以及創造性答案的生成。因此，教師可以設計一些能夠使學生產生認知沖突的“兩難情境”，或看似與現實生活和已有經驗相互矛盾的情境，以此激發學生的參與欲望，啟發學生積極思維，引導學生在探究問題的過程中領悟方法、學會知識，發展能力。

促進自主建構

在創造性問題的解決過程中，學生積極主動的自主建構過程尤為重要。自主建構包括認知建構和社會建構。認知建構需要學生將已有知識經驗和當前問題主動聯系起來，以尋找創造性的解決方案。研究表明，具有良好知識經驗建構的個體創造力更高。如相比非音樂家，具有深厚音樂知識及作曲經驗的音樂家在發散性思維過程中有更大的雙側額葉激活。社會建構強調教師和學生之間的行為互動、情感互動、思維互動。研究表明，互動可以促進團隊創造性觀點產生，且前額葉和顳頂聯合區的腦間同步性與團隊的合作行為、團隊創造性呈正相關。教學中要重視互動與合作，促使學生在學習新的知識和解決問題中，聯系已有知識與經驗，形成合理的知識結構，創造性地提出問題和解決問題。

重視反思評價

在得到一個初步的創造性問題解決方案之后，積極的反思評價能夠幫助學生對所提出的創造性方案進行驗證和優化。在驗證和優化過程中，高認知控制有利于個體有目的地、系統地分析信息，促進新穎觀點的適用性評價。腦成像研究也證明，個體在完成創造性評價任務時顯著激活了負責認知控制的執行控制網絡，包括背外側前額葉和背側扣帶回。因此，教學中要引導學生對學習對象、學習過程、思維方式、所學知識和方法等進行積極地總結、反思和評價。

注重應用遷移

學生需要使用一些策略來幫助自己產生創造性的答案，而應用遷移就是非常有效的一種創造性思維的方法。研究表明，頓悟的形成與原型啟發及關鍵信息的利用緊密相關，其過程激活了與認知控制及語義信息的創造性整合相關的額葉、顳葉、扣帶前回，以及與新異而有效聯系形成相關的海馬在內的廣泛腦區。頓悟是創造性問題解決的關鍵階段，合理的遷移有利于頓悟問題的解決。教學過程要積極地引導學生將所學的知識方法遷移到真實情境和其他領域中去，將學習中形成的行為規范與價值觀遷移到日常生活中去，提高學生應用遷移的能力。

強調全腦發展

從大腦結構角度分析，長久以來“左腦負責邏輯思維，右腦則負責創造性思維”的觀念深入人心。但事實真的是這樣嗎？當前的創造力的腦神經科學研究結果打破了“右腦是創造力的源泉”這一神話。多項國內外研究檢驗了個體在完成常見創造力任務（如頓悟、發散性思維、遠距離聯想、言語創造性和圖畫創造性）時的大腦激活狀態，結果表明，個體在完成這些任務時，主要激活前額葉、頂葉、顳葉及前扣帶回；根據創造力任務的不同，視覺皮層、海馬、胼胝體等其他腦區在不同任務中也有不同程度的激活，并且涉及多個腦網絡之間的合作。例如，當個體完成最經典的創造力任務——多用途任務時，如說出常見物體（如空紙盒）有趣又新穎的用途時，他們大腦里兩個非常重要的腦網絡——默認網絡和控制網絡之間的功能連接會增強。默認網絡有利于從長時記憶里提取潛在的有用信息來產生候選觀點，而控制網絡經常被用來評價候選觀點的有效性，并修正它們以滿足任務具體目標的限制。不僅如此，在不進行創造力任務的靜息狀態時，掃描個體的大腦成像會發現，高發散思維個體默認網絡與左側前額葉耦合的程度也顯著高于低發散思維個體。

可見，在創造力產生的神經機制上，創造力任務的完成并不依賴于某一單側腦區，而是大腦多個區域之間的同時激活與合作。這些結果可能是由于創造力是一種高級思維能力，是一種復雜的思維加工過程，它的產生涉及多個腦區負責的多種認知能力及思維過程的共同參與，如工作記憶、認知控制、發散思維和聚合思維等。因此，應注重多種認知能力的培養，同時促進左右腦的發展，而非執著地“開發右腦”。

基于腦科學研究、行為學研究和教育實驗研究，我們提出了教學中需要遵循的動機激發、認知沖突、自主建構、自主監控、應用遷移五大基本原理，構成了思維型教學理論的核心內容，并基于“全腦發展”的理念開發了一套提升學生創新素質的課程——“學思維”綜合活動課程。這套課程涉及了從幼兒園中班到八年級的兒童青少年，涵蓋涉及形象思維、抽象思維、創造性思維和綜合思維等20種思維方法和語文、數學、科學、社會、藝術等學科領域，由易到難，由淺入深，由形象到抽象，由日常問題到不同學科領域延伸，系統培養學生的創新素質。實驗表明，經過一年“學思維”綜合活動課程的教學，與對照組相比，實驗組學生的學習動機、學習策略、思維能力、創造力、創造性人格等均有顯著的提升，不僅在創造力任務的行為表現上更好，而且他們的大腦功能也有了明顯改善。神經機制可塑性上，實驗組兒童在進行頓悟問題解決時，事件相關電位中N300-500成分的平均波幅顯著小于控制組。這表明“學思維”綜合活動課程使得兒童對認知沖突的覺察自動化程度顯著提高，從而促進頓悟問題的解決。并且，實驗組兒童比控制組兒童在頂區出現了更強的低頻alpha波同步化，在右側中央頂區出現更強的高頻alpha波同步化。這表明“學思維”綜合活動課程使得兒童在發散思維任務中，增強集中了更多內部注意資源進行高效記憶搜索的能力，以及抑制無關信息干擾的能力，從而產生更多創造性的觀點。

教育實質上就是在建構人的腦，正確地認識腦發展的規律，才能實施科學的教學。當前的腦科學研究結果為兒童青少年創造力的培養提供了多樣化的方法，基于腦科學研究成果推進教學改革，培養創新人才的時代已經到來。