科技創新后備人才成長規律及培養

胡衛平

腦科學與教育結合，形成教育神經科學，主要有三種模式：一是基于認知神經科學的研究結果，為教育教學改革提供一定的依據;二是將教育的實際問題轉化為可以在實驗室研究的問題，利用腦科學的方法開展研究，并將研究結果直接用于指導教育實踐;三是大腦可塑性的研究，即通過教育干預，促進大腦結構或者功能的發展。關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完成的。然而，只有在真實的教育情境中經過長時間干預所獲得的研究成果才能真正指導教育實踐。

我國20世紀90年代末就提出：提高自主創新能力，建設創新型國家，并開始重視科技研究，在科技研究領域投入了大量的經費。“錢學森之問”以后，人們認識到創新型國家建設的關鍵在于擁有大批創新人才，于是，我們在一些重點大學設立了創新實驗班，重視科技創新人才的后期培養。“創新”的關鍵在于擁有大批創造性人才，兒童青少年時期是創造性人才成長的關鍵時期，基礎教育階段學生創新素質的發展水平，直接決定是否可以發展成為科技創新人才。

科技創新后備人才的心理特質

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

在思維層面，科技創新后備人才應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，以及在此基礎上形成的模型建構、推理論證等。形象思維是以表象為思維材料而進行的思維，包括空間認知、聯想和想象等。高階思維主要包括批判性思維和創造性思維。批判性思維是基于證據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、主張或證據、用歸納推理或演繹推理進行推論、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和解決問題的方法，包括發散思維和聚合思維。

知識是創新的前提，科技創新后備人才的知識特征主要體現在廣博和精深兩個方面，一是具有較廣博的知識基礎和合理的知識結構;二是對科學知識有深度的理解，掌握學科和跨學科的思想方法，并善于用這些知識和方法解決真實情境中的復雜問題。在對科技知識深度理解的基礎上，建立他們之間的相互聯系，形成合理的知識組塊或者知識結構，是從事科技創新活動的必要條件。科技創新后備人才需要有足夠的科學表象，廣泛涉獵多學科和跨學科知識，積累各種各樣的研究經驗，掌握科學研究的基本方法，并對某一問題有長期的研究和深入的思考。為了培養科技創新后備人才，需要強調綜合性。基于核心概念，整合學科知識，促進學生參與科學與工程實踐，實現對重要原理的深入探索，發展學生對科學知識的深度理解，并提升學生的科學素養，已經成為國際科學教育研究者的共識，也是國際科學課程改革的方向。上述結果是在綜合利用心理行為、教育實驗、腦科學等多模態研究方法的基礎上得到的，僅有腦科學的研究遠遠不足以支撐科學教育的系統改革，也不可能讓一線科學教育工作者所理解。例如，基礎性的研究表明：跨學科概念圖創作能力與科學創造力顯著正相關;高創造性個體的語義網絡表現出比低創造性個體更高的連通性、更短的距離。這些研究結果為我們理解國際科學教育綜合性提供了依據，但要真正實施教育改革，還需要科學教育的研究證據和實施途徑。

動機是指以一定方式引起并維持人的行為的內部喚醒狀態，它可以激發個體產生某種行為，使個體的行為指向一定目標，并將行為維持一定的時間。科技創新后備人才的動機特質主要包括內在動機和成就動機。內在動機是對學習活動本身的動機，主要包括好奇心和探究興趣。成就動機是科技創新后備人才所具有的另一個重要動機，指個體追求自認為重要的有價值的工作，并使之達到完美狀態的動機，即一種以高標準要求自己力求取得活動成功為目標的動機。成就動機高的人具有遠大的理想和抱負，正視所遇到的挫折和失敗，表現出極大的韌性和毅力，擁有克服困難的堅強意志，學習和研究中更加勤奮努力、積極進取，具有強烈的社會責任感。

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

科技創新后備人才的成長規律

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

創新人才發展包括5個基本階段：自我探索期、才華與專業定向期、集中訓練期、創造期和創造后期。

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

才華展露期大約在中學階段，個體的探究活動領域化，探究動機內在化，并轉化為特定的專業潛能優勢，從而為成年后投入科學創新過程在動機、興趣和行為習慣方面提供了必要基礎。

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

創造期大約在研究生之后從業的階段，這一階段如果研究者到了一個適宜的學術環境中，在著名導師或研究者的指導與影響下，創造性的研究成果就會出現。

創造后期大約在退休前，這一階段以發表一系列高質量的研究論文或研究成果為標志，最后做出了具有代表性的創造性研究成果。為了便于理解，基于已有的理論和自己的研究，我們將科技創新人才比喻成一棵大樹，幼兒園和小學階段相當于樹根，中學階段相當于樹干，大學階段相當于樹枝，職業階段相當于樹葉，沒有優質的樹根和樹干，不可能有茂密的樹枝和樹葉。幼兒園到中學階段，主要任務是聚焦一般領域，培養學生的學習動機、基本思維能力、批判性思維能力、創造性思維能力、創造性人格、基礎知識的理解等創新素質。大學階段聚焦特殊領域，主要任務是開展領域創新活動、學習領域前沿知識、掌握領域思維方式。基礎教育階段是學生創新素質發展的關鍵期，到高中畢業時，學生的動機、思維、人格基本趨于定型，雖然之后還具有可塑性，但已經錯過最好的發展時期。

影響因素與影響機制。我們利用多模態的方法，對科學創造力的影響因素進行了大量的研究。例如，在國家自然科學基金的支持下，系統研究了情緒對創造力的影響，行為學的結果表明：積極情緒有利于創造力的發展，消極情緒的恐懼情緒會顯著抑制創造力的發展。

腦科學的結果表明：消極情緒狀態顯著阻礙了個體的圖像新穎性加工活動;消極情緒通過調節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生了較為一致的阻礙作用。消極情緒狀態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，新穎性文字所引發的語義沖突最大。消極情緒特別是恐懼情緒對學生創造力有負面影響，這一點在家庭教育和學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，學校考試排名，都會給孩子造成一種恐懼，對學生創新素質的發展非常不利。再比如，學校環境通過影響創造性人格來影響創造性科學問題提出能力;開放性對學生的創造性科學問題提出能力有顯著的正向預測作用;學校環境中，良好的師生關系可以顯著增強開放性和創造性科學問題提出能力的正向聯系。基于對科技創新后備人才的訪談研究，發現：科學家、教師、父母、大眾傳媒通過影響內在動機等非智力因素影響創造力。自然科學基金中沒有科學教育類項目，直接影響科學家研究和從事科學教育的積極性，是科技創新人才缺乏的原因之一。

基于創造力的系統觀和學習科學研究的最新成果，在理論分析和實證研究的基礎上，我們構建了學校教育中學生創新素質的影響機制。學生創新素質的學校影響因素主要包括環境因素、教育內容、教師素質以及教學觀念、教學行為等，這為學校教育中學生創新素質的培養提供了理論依據。

科技創新后備人才的培養模式

依據學生創新素質的學校影響機制，我們探索了幾種科技創新后備人才的培養模式。

環境創設模式。營造創造性的環境，是培養青少年科技創新素質的必要條件。影響青少年科技創新素質發展的環境主要包括社會環境、學校環境、班級環境和課堂環境4個層次。影響學生創新素質發展的4個層次的環境，可以分成兩個維度：物質與認知、文化與非認知。物質與認知主要看能不能給予經費、設施、自然、活動等方面的支持，為學生提供參加各種創新活動、完成各種實踐項目的機會，解決各種高認知的、開放性的問題，引導學生自主探究、合作交流，參與科學研究。文化與非認知主要指為學生提供安全、寬松、民主、平等、和諧的社會心理環境，使學生敢于想象，敢于挑戰權威，敢于突破常規，從而形成創新的人格;在學習和活動過程中，只有學生經常得到肯定、贊揚、鼓勵、欣賞，才能樹立自信和自尊，形成自主、獨立的人格特點，產生克服困難的意志，并且這種社會心理環境能夠上升到一種文化。

科協與教育部聯合實施的英才計劃、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”，旨在利用省內高校豐富的教育和科技資源優勢，通過選拔少數具有創造性潛質的高中學生進入高校實驗室參加課題研究，以及高校專家參與指導高中學生研究性學習等方式，培養高中學生的科學探索興趣和創造性思維能力，拓寬基礎教育階段創造性人才培養的途徑。“春筍計劃”取得了明顯的效果：創造性人才的培養已經開始從理念到實踐的轉變;培養了一批創造性和研究型的教師;學生科研意識得到提高，思維方式得到轉變，創造性人格逐步形成。但整體來講，我國適合于科技創新后備人才成長的環境、文化、機制體制遠遠沒有形成。

教學創新模式。學生在學校80%的時間是在課堂上度過的，課堂教學的水平直接影響學生科技創新素質的發展。近30年來，在系統總結中外經典教學理論、概括學生學習的研究成果、分析核心素養的形成機制，以及利用腦科學、心理行為、教育實驗等方法研究教學行為對學生發展影響的基礎上，提出：凡是不能讓學生大腦積極思維的教學行為都不可能產生好的效果;凡是產生好的效果的教學行為，基本上要學生積極的思維。在此基礎上，建立了思維型教學理論。該理論強調：教學的核心是思維，學生的學習需要思考。教學需要遵循動機激發、認知沖突、自主建構、自我監控和應用遷移五大基本原理，他們構成一個相互聯系的有機整體。動機是學生積極思維和自主建構的動力，動機激發支撐著認知沖突、自主建構和自我監控;認知沖突在動機激發的支撐下，引發學生的自主建構;自主建構以認知沖突為基礎，以核心問題為形式，引起學生的自主探究和合作交流，反映了學生學習的核心活動，或者教學的核心環節;自我監控體現了對學習活動的自我監控，同時也為應用遷移奠定了基礎;應用遷移是將學習過程中所獲得的知識、方法和態度應用于新的學習活動和解決真實情境的問題，以及遷移到其他學科和領域中解決綜合性的問題。

這五大基本原理是培養學生科技創新素質的必然要求。例如，內在動機不僅是推動學生學習的動力，也是科技創新的源泉。內在動機對科技創新具有顯著的正向影響。因此，在教育領域，一定要把內在動機作為教學目標。興趣是一種內在動機，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，科技創新后備人才一定是在直覺興趣和操作興趣的基礎上，擁有強大的因果興趣，甚至有較強的理論興趣;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，削弱內在動機，導致所有科技人員都圍繞“帽子”開展工作，對科技創新有巨大的負面影響。

課程改革模式。加強課程的改革創新是國際上培養科技創新后備人才的主要做法之一，有兩個視角：一是推進國家課程改革。制訂或者修訂國家課程標準是教育改革的核心要務。自20世紀80年代以來，世界各國都制訂或者修訂國家課程標準，推進教育改革。大部分國家的課程標準強調創新素質的培養。教材改革是基礎教育課程改革的重要組成部分，也是培養學生創新素質的重要環節。教材的內容選擇、知識呈現、編排特點、能力培養等，集中體現了國家的教育思想和教育觀念，是教師組織教學活動和培養科技創新素質的主要依據。

二是校本課程的改革創新。我們主要討論適合于科技創新后備人才培養的校本課程體系的構建。基于心理行為和腦科學的研究，提出：課程的開發和教學活動的設計需要做到“三適合”“兩遵循”。“三適合”即適合學生的知識經驗、思維水平和興趣特點，“兩遵循”即遵循學習規律和學科規律，做到由低到高、由易到難、由簡到繁、由近及遠、由日常生活到學科領域、由單一到復合。

基于這一要求，我們開發了“學思維、學探究和學創新”的三層級科技創新后備人才課程體系。思維是探究的前提，探究式創新的基礎，學生的學習不能逾越階段。

基于對創新素質和思維的長期理論研究、發展研究、培養模式研究和教學實驗，建構了整合思維內容—思維方法—思維品質的思維能力結構模型。基于思維能力結構模型開發了“學思維綜合活動課程”，該課程以思維方法為主線、以學生活動為載體，體現對知識的綜合運用系統的、迂回訓練的螺旋式課程。

“學思維”綜合活動課程的活動內容具有如下特點：活動性，讓學生在各種具體的、趣味性和操作性強的活動中進行充分的思考，掌握思維方法，訓練思維品質，提高思維能力;系統性，基于不同年齡學生的心理特點和知識經驗，由淺入深、由易到難、由簡到繁，從日常生活問題到各個學科領域，從具體形象問題到抽象問題，從簡單問題到復雜問題;遷移性，每個活動都設置“活動拓展”，使學生將學習到的思維方法遷移到其他情景中去;跨學科性，該課程從一個縱向的層面涉及了各個領域的知識，包括日常生活和語文、數學、科學、社會、藝術等。

20多年的教學實驗表明：經過一年到一年半的使用，學生的創新素質的各個維度都有明顯的提升，學生的大腦功能也有明顯的改善。在“學思維”活動課程的基礎上，實驗學校還進一步開發了綜合探究課程，以及水下機器人等科技創新活動的課程，這些課程的進階設計，螺旋式發展了學生的科技創新水平。