思想力提升的路徑與方法

收稿日期：2023-12-08

作者簡介：費正清，男，安徽滁州人，哲學碩士，中山大學附屬中學高級教師，廣州市教育研究院特約教研員。

衡益，男，上海人，中山大學計算機學院教授，博士生導師。

本文的寫作受益于付春光副教授、呂樹申教授、方晶云教授、任傳賢教授、張永義教授在理論上的指導，在此謹致謝意。

①筆者認為，跨學科和交叉學科內涵是一致的。教育部新設置“交叉學科”作為為我國第14個學科門類，目前形成了物理化學、化學物理、化學生物、生物化學、集成電路科學與工程、國家安全學等交叉學科，各學科和人工智能交叉是新趨勢。

②安東尼·M.巴特羅、庫爾特·W.費希爾、皮埃爾.J.萊納在《受教育的腦—神經教育學的誕生》[M].教育科學出版社，2011（1）：122。一書中如此闡述，并且指出“單一規則最佳學習時間是25歲，30～45歲處于最佳功能水平或永遠也不行。”

③科學教育是一種教育形式，其主要目標是提升學生對科學概念和科學思維方式的理解和應用。著力在教育“雙減”中做好科學教育加法，一體化推進教育、科技、人才高質量發展。

摘要：新時代，隨著知識邊界的拓展、問題深入導向，科學教育需要研究“思想力”以適應交叉科學創新的迫切需要。從思想力內涵辯析出發，該論文闡述思想力培養的五個著力點：獨立思考能力、內驅力、卓越的批判性思維、創新思維、思想力卓越性，是方法、實踐和價值的有機統一。思想力培養要以馬克主義辯證法為指導，符合形式邏輯，運用深度學習、類腦認知等最新研究成果，尋求具有交叉學科普適性的科學論證方式。不斷“發現問題，實現新突破，產生新創造”彰顯了科學家精神，是思想力卓越性標志。思想力在科學教育中交叉學科培養需要科學的評價體系、分析驗證工具，需要個性化學習方案和以學習成長為中心的學習共同體來保障實施。

關鍵詞：思想力；科學教育；交叉學科；批判性思維；創新思維

中圖分類號：G642 "文獻標識碼：A "文章編號：1001-4225（2024）01-0085-09

筆者認為，以交叉學科教育為核心促進思想力提升是新時代培養具有創新思維品質[1]人才工作的重中之重。開展本論文寫作的具體原因有三：

其一，傳統的思維方法已經不適應新時代科學研究的需要。新時代，“學科邊界逐漸模糊，單一學科的研究范式與思維模式已經難以支撐重大科學問題的解決與創新發現”[2]。交叉學科（或跨學科）①創新成為促進科學發展的迫切需要，是推進中國式現代化高質量內涵式發展的尖端依托。面對復雜、不確定的跨學科前沿問題，依靠傳統的思維模式、研究范式和意志力已經不足，科學研究必須處于現實，汲取中西思維方式精髓，推動類腦認知和邏輯論證融合，依靠方法、實踐、價值有機統一的跨學科性、綜合性、包容性成長的思想力才能實現突破。

其二，思想力形成的關鍵期不容錯過。“抽象系統的最佳學習時間是20歲，23～40歲處于功能水平或很多領域永遠不行”[3]②，思想力要素批判性思維、創新思維與抽象系統密切相關。大中小幼一體化教育中，在促進學生全面發展的同時，科學教育③抓住學生抽象系統形成的最佳學習時間，學生時更容易理解和掌握，錯過了關鍵期，一生也難以彌補。

其三，思想力對科學研究具有直接指導作用，對工程研究、社會研究具有重要借鑒意義。正如自然辯證法一樣，雖然是在自然科學領域研究，但其方法論對工程領域、社會領域研究具有重要借鑒意義。本文的思想力屬于科學教育范疇，但其對工程教育、社會科學教育也有重要借鑒意義。

一、思想力內涵及其理論基礎

筆者注意到，“思想力”概念在各學科領域的研究和運用雖然很少，但研究者逐漸趨多、研究趨熱。清華大學建校110周年之際，召開以“無障礙與未來人居”為主題的融合共享思想力論壇，來自國內外一流大學的專家學者及青少年學生參加了本次論壇，這充分顯示了“思想力”越來越受到重視。孫正聿教授認為：“思想力，是穿透現實的表象和問題的迷霧的洞察力。”賀來教授認為：“所謂‘思想力’，就是指人類為了把握自身命運、認清當下處境和未來方向、更好地選擇前進道路而主動地運用自己的理論思維并因此而在社會發展中所具有的影響力。”兩位教授都是從哲學的角度來闡釋思想力，具有重要借鑒價值，但是，沒有從科學研究的角度來解釋“思想力”，對科學創新人才培養缺乏直接的指導作用。

（一）“思想力”內涵辨析

中山大學校長高松院士從科學研究的角度對“思想力”內涵進行了界定：“思想力”是指“具備卓越的批判性思維和獨立思考能力，科學研究就是在不斷思考、質疑和探索中發現問題，實現新突破，產生新創造”[4]。下文中的“思想力”均指該思想力。我們從三個方面比較來理解思想力的內涵。

首先，思想與思維不同。“思維是指在表象、概念的基礎上進行分析、綜合、判斷、推理等認知活動過程。思想是指客觀存在反映在人意識中經過思維活動而產生的結果。”[5]思想的對象是客觀存在，思維的對象是表象和概念，表象和概念是對客觀存在（現實科學研究問題）的抽象。思維是思想的一部分。

其次，“思想力”中的“批判性思維”特別強調“卓越的批判性思維”。批判性思維一詞，最早是美國學者格拉澤爾（Edward Glaser）在1941年提出的“Critical Thinking”[6]。中國邏輯學會秘書長杜國平教授通過文獻調研，把“Critical Thinking”翻譯為“審辯式思維”。對于“Critical Thinking”的不同翻譯，本文統一稱之為傳統的“批判性思維”。格拉澤爾認為：“在一個人的經驗范圍內，有意愿對問題和事物進行全方位的考慮，這種態度就是批判性思維。”“批判性思維是合乎邏輯的有關質疑和推理的方法，以及運用這些方法的技能。”“批判性思維”著眼于“破”的思維。“思想力”具有“獨立思考能力”“不斷思考、質疑和探索”“發現問題，實現新突破，產生新創造”這三個“批判性思維”不具有的特征，是由“破”到“立”的過程。其中，“卓越的批判性思維”具有“批判性思維”的全部內容，在交叉學科研究背景下，其“卓越性”表現為：在不斷拓展知識邊界（跨學科）中不懈追問、憑證據說話、雙向質疑（質疑他人也質疑自己）；具有形式邏輯與腦科學融合的有效論證方式（后文將具體闡釋）。“卓越性”的標志是“發現問題”，發現具有新時代科學創新研究價值的問題。

再次，“思想力”與“意志力”不同。意志力屬于心理學范疇，是指自覺確定目的，并根據目的來支配、調節自己的行動，克服各種困難，從而實現目的的品質，適用于各研究領域。思想力的目的是“發現問題，實現新突破，產生新創造”，對象是科學研究，屬于科學教育的范疇。“不斷思考、質疑和探索”，思想力不僅需要科學探索的意志力（內驅力的一種），還需要不斷豐富實踐、拓展知識邊界、優化方法，是解決現實科學研究前沿問題的綜合思考能力。

“思想力”揭示了，面對知識邊界不斷拓展，在內驅力作用下，科學研究經過獨立思考、卓越的批判性思考、創新，到再批判、再創新的完整過程，是整體性、包容性、成長型思維①，是方法、實踐和價值的有機統一，彰顯了科學家精神。

（二）“思想力”的理論基礎

從“思想力”內涵辨析看，思想力的理論基礎涉及哲學、心理學、教育學、邏輯學、腦科學、學習科學等方面，本文無意對其逐一闡述，僅從哲學思維方式，對思想力的理論基礎進行簡要梳理，因為哲學思維方式需要跨越不同領域對人類生活、世界（包括科學研究）進行最基本、最深入的思考，這符合本文“思想力交叉學科培養理論探索”主旨。

首先，“思想力”蘊含了豐富的中國傳統哲學思維方式。筆者以中國傳統哲學的代表《周易》、名辯學、儒家、道家和宋代理學進行例證。《周易》概括的“觀物—取象—比類—體道”的思維方法，從重視直覺體驗開始，強調理性思辨，一直在中國思維發展史上占有重要地位[7]。“觀物、取像、比類”都強調“無窮”、“變”和“和”。“無窮”鼓勵人們跳出有限的框架，追求無窮無盡的知識和智慧；“變”讓人們認識到世界是不斷變化的；“和”告誡人們把問題置于相互關聯的生化系統中思考。三者均體現出“不斷思考、質疑和探索”和“創新”的思想，按照現代的觀點來看，甚至是跨學科的探索與創新。中國先秦時期的名辯學，以名、說、辯為主要研究對象推動思維的發展[8]，創立了較為系統的研究方法。儒家的《禮記·中庸》所說“慎思、明辨”蘊含了獨立思考和批判性思維的萌芽。道家老子明確提出了“式”的概念：“圣人抱一為天下式”。“式”即法式、模式或樣式，天下萬物之理。理學集大成者宋代朱熹曾對“窮理盡性”予以評述，指的是窮究天下之理以提高人們認識客觀世界的思維能力[9]。《周易》、儒家、道家、名辯學和宋代理學的思想對今天的科學研究具有重要的參考價值，是“思想力”形成的深刻底蘊。

其次，“思想力”借鑒了西方哲學思維方式。筆者也以西方哲學的重要代表觀點進行例證。蘇格拉底強調通過對話的方式對觀念和假設進行批判性思考；柏拉圖在“理念論”中，把思考視為認識和理解“理念”（即永恒、不變的真理）的手段；亞里士多德在《工具論》中以直言命題為對象、以三段論理論為核心的詞項邏輯理論，迄今為止沒有發生實質變化[10]。命題邏輯的第一個系統的建立約在亞里士多德之后的半個世紀：它是斯多亞派的邏輯。啟蒙運動之前，西方哲學家就強調批判性思維，并且形成了系統的邏輯系統，啟蒙運動以來，除了批判性思維，西方哲學家更強調個體的自我意識、自我決定和自我創造，強調人的主觀能動性和獨立思考，這些為“思想力”的形成提供了重要借鑒。

再次，“思想力”融合了中西哲學不同的思維方式。“思想力”不單融合了科學研究的整體性思維方式與批判性思維表現出來的分析性思維方式，而且還有更深一層的意義。一般來說，西方哲學的思維方式所確立的僅僅是一個“事實”世界，即世界是“怎么樣”的問題，中國傳統哲學的思維方式不僅把“天人合一”看作是一種“事實”，而且站在“人道”的立場強調“人為自然立法”，包括了世界“應當怎樣”或“應該如何”的問題，在內容上是“事實”和“意義”、世界觀和方法論的統一。“思想力”揭示了科學研究的完整過程，既回答了科學研究是“怎么樣”（獨立思考能力、卓越的批判性思維、持久的內驅力），又回答了科學研究“應該如何”（發現問題，實現新突破，產生新創造），更回答了人的主觀能動性（不斷思考、質疑和探索）對于科學研究的意義，是方法、實踐和價值的有機統一。

思想力的態度明顯有哲學態度的意味，可以把哲學活動看作是一種前提性批判，對現實世界持續進行批判，以構建科學研究新世界。

二、思想力在交叉學科中培養的

必要性與可能性

思想力深厚的哲學思維方式理論基礎必然使其具有交叉學科性。在現代學術體系中，分門別類的學科研究一向是學術研究的主要方式，而以科際整合為基礎的跨學科研究，則是學科研究的必要補充[11]。

（一）思想力在交叉學科中培養必要性

《義務教育課程方案（2022年版）》明確提出“統籌各門課程跨學科主題學習和綜合實踐活動安排”[12]，規定“有10%的時間用于跨學科主題學習”。

首先，不同的學科有不同的理論、方法和視角，通過交叉學科學習，學習者可以更深入地理解和解決問題，使思想力得到包容性成長。其次，新的想法和創新往往來自于不同領域知識的交叉和融合。再次，交叉學科思考能讓我們更有能力處理現實世界的問題，因為這些問題通常都不是單一學科可以解決的。最后，交叉學科深入探究復雜性問題，能夠錘煉思想力的卓越性。香港科技大學校長葉玉如教授表示：“大學要創新課程設計、教學方式以及創造環境，來培養能夠綜合了解問題并且提出創新解決方案的跨學科人才。”[13]然而，思想力在交叉學科中的培養還處于起步階段。

目前，科學教育的課程較少涉及交叉學科的內容；大部分教師在交叉學科知識、教學策略和方法方面的培訓和準備還不足；考核方式缺乏對跨學科思維能力的評價和激勵；一些教師和家長對交叉學科教育的認知還不充分。隨著思想力交叉學科培養的重要性被逐漸認識到，相信未來這種狀況會有所改善。

（二）思想力在交叉學科中培養的可能性

思維水平是思想力發展的核心要素，是思想力的第一“硬件”，具體學段學生思維發展特點，是思想力培養具體方案開發的依據。

1. 學生思維發展特點

（1）幼兒的思維發展特點：以模仿思維、直觀行動思維為主，具體形象思維快速發展，能使用簡單的邏輯原則。

（2）小學生思維發展特點：以具體形象思維為主，抽象邏輯思維的自覺性較差、發展不平衡，缺乏批判性和靈活性。

（3）中學生思維發展特點：具有形式化特征，獨創性逐步增長，思維的敏捷性、靈活性、深刻性和批判性明顯增強；尤其是高中生，思維結構趨于穩定，分析與綜合、抽象與概括、演繹與歸納、形式邏輯與辯證邏輯、認知與非認知因素等形成了協調發展的新格局。

（4）大學生思維發展特點：具有較成熟的思維風格和思維結構，并自覺向提升自身思維品質發出挑戰[14]。

2. 適合思想力在交叉學科中培養的思維內容

從幼兒到大學生，思維發展由具體形象到抽象邏輯是一個漸進的過程，獨立思考能力、批判性思維、創新思維在逐漸增強。這些是思想力跨學科培養前提的“硬件”。科學教育應分階段涵蓋以下思維內容：

（1）馬克思主義辯證法的基本內容：全面發展聯系地看問題、一分為二、一切從實際出發、具體問題具體分析。

（2）形式邏輯的基本內容：判斷、因果、并列、選擇、轉折、遞進、三段論；分析與綜合、發散與聚合、歸納與演繹。

（3）創新思維的重要內容：想象力、跳躍性思維、逆向思維。

（4）常見的跨學科思維模型：SOLOS思維模型、圖爾敏論證模型、基于腦神經網絡的深度學習模型（DNN）。

筆者認為，思想力在科學教育中交叉學科培養的重點是符合類腦認知、形式邏輯和辯證法，具有普適性、綜合多種思維方法的思維模型。教育者應引導學生對思維模型理解后再進行創造性微調，以應對科學研究的復雜性和不確定性。

三、思想力在交叉學科中培養的

前提條件

思想力在交叉學科中培養需要在理論上做出前提條件澄清，以保障思想力培養的有效性。

前提一：學生具備各學科扎實的知識，自覺構建個性化的知識圖譜①。

前提二：能勝任思想力交叉學科培養的教師。

前提三：適合思想力交叉學科培養的課程。

前提四：科學的交叉學科思想力測評工具。例如，借鑒康奈爾邏輯推理測驗、加利福尼亞批判性思維技能測驗、托雷恩創造性思維測驗。

前提五：科學的交叉學科思想力的驗證分析工具。例如，問題解決案例分析。

四、思想力在交叉學科中培養的

路徑與方法

從思想力內涵看，思想力培養有五個著力點，其中，思想力卓越性在獨立思考、批判性思考、創新中不斷循環、“持續發展得到錘煉”[15]，實現包容性成長。

（一）獨立思考能力培養：在合作中保持獨立

獨立思考并不意味著完全摒棄他人的觀點，而是需要在充分接納和理解這些觀點的基礎上，形成自己的獨立見解和理解。培養學生獨立思考能力，并不排斥學生合作學習，而是鼓勵學生在合作學習中充分接納和理解別人觀點同時，保持獨立思考。培養學生獨立思考能力可實施如下策略：鼓勵學生提出跨學科問題，不怕出錯；不直接告訴學生答案，引導他們跨學科思考；引導學生查證信息的準確性，從多個學科角度看待問題；鼓勵學生進行小組討論和合作探究跨學科問題；設計開放性的任務，等等。

獨立思考能力的培養重在培養學生交叉學科獨立思考的勇氣和精神氣質，不盲從權威。能夠持續地跨學科獨立思考需要持久的內驅力支撐。

（二）內驅力培養：興趣是第一內驅力

內驅力，又稱內在驅動力或自我激勵，是指一個人內心深處對達到某種目標或完成某種任務的強烈欲望或驅動[16]。美國心理學家奧蘇伯爾（D·P·AuSubel）將學生學業成就動機分為三個方面：認知內驅力（了解、理解和掌握知識以及解決問題的需要）、自我提高內驅力（因為自己的勝任或工作能力而贏得相應地位的需要）和附屬內驅力（獲得家長、教師等贊許或認可的需要）。根據“耶克斯—多德森”定律，學習動機與學習效果呈倒“U”型曲線，倘若學習動機超過一定的強度，反而會降低學習效果，中等強度（大約65%）的動機有利于各種學習。但是，外在因素可以轉化為內驅力，例如，良好的學習習慣一旦形成，達到自我認同，成為個體的價值觀，就會成為自我設定的目標，轉化為內驅力。

內驅力可以從九個方面培養：交叉學科思考的興趣力、交叉學科思考的意志力、交叉學科思考的習慣力、交叉學科思考的成就力、交叉學科思考的趣味力、交叉學科思考的責任力、交叉學科思考的道德力、交叉學科思考的激勵力、交叉學科思考的選擇力。其中兩點需要解釋說明：一是學生能根據自身特點和社會需要選擇正確的目標，有助于彰顯個性、取得成就，從而不斷激發自身的內驅力；二是學生能把個人成長和國家、民族、人類命運結合起來，肩負起新時代科技強國的責任，把跨學科學習、創新作為自己的道德理想人格，也會激發自身的內驅力，健全人格。

內驅力在學生不同成長階段激發方式不一樣，例如，幼兒時期更多在于興趣和趣味，青少年更多在于成就和責任。毫無疑問，興趣（包括好奇心）是伴隨人一生最重要的內驅力，也是科學教育中跨學科思想力培養的第一內驅力。

（三）卓越的批判性思維培養：類腦認知和邏輯論證融合

批判性思維的內容分為兩個部分。第一部分是批判性思維傾向：尋求真理及認知的成熟性、開放思想及好奇心、求知欲、批判性思維自信心、分析能力及系統化能力。第二部分是批判性思維技能：閱讀理解、邏輯推理、事實判斷、假設辨認、論證評價、情景判斷。維特根施坦說：“對于不可說的東西，保持沉默。”具有批判性思維的人理解這句話，一些涉及價值觀、信念和偏好的問題，不是憑借說教和論理所能解決的。除此之外，貫穿于批判性思維全部內容的第一要訣是“不懈追問”，第二要訣是“雙向質疑”，第三要訣是“憑證據說話”。

具有批判性思維的人堅守的第一條底線是“符合事實”，堅守的第二條底線是“符合形式邏輯”。他們認識到理性和形式邏輯的局限性，但他們不會站到理性和形式邏輯的對立面，而是在綜合形式邏輯和非形式邏輯的基礎上作出決策。批判性思維很大程度上是一種論證自己的觀點或說服他人的能力。托馬斯·庫恩（T·Kuhn）按照論證的形式，將論證分成兩類：修辭論證和對話論證。修辭論證一般指單向的論證，強調教師將科學知識交給學生的過程中必須提出主張所對應的理論依據，從而說服學生接受；對話論證指的是多方面的觀點相互辯駁與說服的過程，其特點是論證結果會隨著社會情境的變化而發生變化，該論證強調論證需要有社會維度（他人的反駁）的建構，因而也稱作社會論證。與批判性思維相聯系，圖爾敏（S·Toulmin）提出的對話論證模型受到越來越多的關注。

1. 批判性思維的有效對話論證：圖爾敏論證模型

圖爾敏努力走出傳統哲學的困境，構建兼容數學和法學的有效對話模型，他在《論證的運用》一書中闡述了他的論證模型（圖1）。

我們以關于高考語文考試有效性的論證為例。

【資料（依據）】：經過實證研究，高考成績與大學一年級各科平均成績具有顯著相關。

【支撐】：大學中的課程考試成績可以（反映出）學生的大學學習水平；

研究樣本（具有）足夠的代表性；

大學課程考試的評分（是）公正的；

高考中（不存在）作弊現象；

大學課程考試中（不存在）作弊現象。

【理據】：高考語文考試對于預測大學學習表現是有效的。

【反駁】：數學系學生的大學各科平均成績（與）高考語文成績之間的相關不顯著；

某國際物理大賽金獎獲得者語文高考成績（很低）。

【限定】：結論不適用于數學系的學生、不適用于國際物理大賽金獎獲得者。

【主張】：高考語文考試對于預測大學學習表現是有效的，但不適用于數學系的學生和國際物理大賽金獎獲得者。

以上論證我們要注意幾點：其一，“依據”是“理據”的大前提，在三段論中，省略了“高考語文是高考的一部分”這一小前提，“支撐”是用來證明“依據”的合理性。其二，“支撐”是對“高考成績與大學一年級各科平均成績”蘊含的信息進行分類，然后分別關聯到其他信息，例如，“大學中的課程考試成績可以（反映出）學生的大學學習水平”，把“大學中的考試成績”與“大學學習水平”這兩個信息點關聯起來，“反映出”是關聯詞（前文論證中小括弧里內容均是關聯詞）。這樣，“依據”和“支撐”就共同形成了SOLO思維模型中的“關聯結構”（圖3），“反駁”和“限定”也同樣共同形成了關聯結構。

圖爾敏論證模型同樣適用于其他學科，不再重復論證。多個圖爾敏論證模型組合就形成圖爾敏論證鏈（圖2）。

2. SOLO思維模型與圖爾敏論證模型的關系：細化與歸遞

SOLO思維模型是香港中文大學比格斯（J.B.Biggs）教授團隊的研究成果，用來評價學生思維發展水平，其中關聯結構是核心。按照托馬斯·庫恩的觀點，SOLO中的關聯結構是修辭論證，圖爾敏論證模型是對話論證。前文中“關于高考語文考試有效性的論證”，支撐部分和反駁部分都是從蘊含信息分類開始，然后分別使已分類的信息關聯（通過判斷、因果、轉折、遞進等）到其他信息。可見，圖爾敏論證模型中的“支撐”或“反駁”部分的關聯結構和圖3SOLO思維模型中的關聯結構完全吻合。圖爾敏論證鏈（圖2）其實也是SOLO思維模型中多個關聯結構（“支撐”或“反駁”）的組合。我們把圖爾敏論證鏈條放在深度學習模型（圖4）中也是融洽的。

3. 圖爾敏論證模型與深度學習模型之間的關系：細化與歸遞

本文的深度學習是指人工智能的一種算法，它是基于人的神經網絡結構的類腦認知途徑（圖4）。深度學習的基本思想是對“腦”獲取的信息進行多重關聯，關聯的層數越多學習就越深度。相關研究表明，“神經元”關聯層達到“一定數量級”①會“涌現”出新的認知，這種現象目前科學尚不能完全解釋，但我們運用“黑盒”原理可以廣泛應用之。

人腦的不同區域有不同的功能，例如，額葉區承擔思維和精神功能，海馬溝承擔著記憶和情感功能（精神功能和情感功能是思想力發展的內驅力），頂葉區承擔著體覺功能，等等，各區域相互促進，協同工作，從而使人全面發展[18]。神經網絡結構的算法已經較成熟，引入了各種激活函數，其他大腦區域的算法尚不成熟，需要進一步研究。SOLO思維模型和圖爾敏論證鏈中具體關聯方式，可以借鑒形式邏輯的基本形式，例如，判斷、并列、選擇、轉折、遞進、因果關系、三段論，等等。

圖5中，把SOLO思維模型中的關聯結構放在圖爾敏論證模型“支撐”或“反駁”部分，把圖爾敏論證模型放在圖爾敏論證鏈中，把圖爾敏論證鏈放在深度學習模型中，三種模型有機融合，相互印證。需要說明的是，深度學習模型中“神經元”關聯方式是非線性的，關聯方式是多樣性的（包括上文提到的基本邏輯關系）。筆者借鑒了比格斯教授和圖爾敏教授的研究成果，從邏輯上給予融合驗證，并不是腦科學的研究成果。對此，我們也應該持批判的態度。

4. 因果關系向相關、結構化向非結構化、確定性向不確定性、關系轉變

在深度學習模型中，隨著跨學科知識的增加、實踐的豐富、方法的優化，某個神經元關聯其他神經元的指向和數量是不一樣的，這就會導致具體的關聯結構發生變化，原來的因果關系會變成相關關系，具體輸出的結論也會發生變化。這樣，原來的關聯結構就由結構化的、因果關系的、確定的，轉向非結構化（或新結構）的、相關關系的、不確定的，從而促使學生產生新問題、實現新突破、產生新創造。

與傳統的訓練方式不同，“深度信念網絡”①有一個“預訓練”（pre-training）的過程，這可以方便地讓神經網絡中的權值找到一個接近最優解的值，之后再使用“微調”（fine-tuning）技術來對整個網絡進行優化訓練。這兩個技術的運用大幅度減少了訓練多層神經網絡的時間。

（四）創新思維培養：抓住“邏輯悖論”“理論與實踐不符”推動“涌現”

創新思維是“立”的思維。英國心理學家沃勒斯把創新思維過程分為四個階段：準備期、醞釀期、豁朗期、驗證期。其中，豁朗期間，在偶然因素的刺激下，突然靈感爆發、直覺閃現，創造性的新思想、新觀念和新方法突然涌現。這一階段在創造過程中具有關鍵的意義[19]。

根據沃勒斯的觀點，“提出新的問題，新的可能性，從新的角度去看舊的問題，卻需要有創造性的想象力，而且標志著科學的真正進步”[20]。在交叉學科思考中，會有更多的機會獲得“偶然因素的刺激”，促使想象力、跳躍性思維、逆向思維“涌現”；交叉學科的方法可能會使學生發現“邏輯悖論”；交叉學科的實踐可能會使學生發現“理論與實踐不符”。這些都是洞察力的重要來源。創新思考路徑以及構建、表達方式依然可以借鑒SOLO思維模型、圖爾敏論證模型，在此不再贅述。

（五）思想力卓越性培養：持續包容性成長

隨著交叉學科知識邊界的拓展、實踐的豐富、方法的優化，在內驅力的作用下，從獨立思考到批判性思考到創新思考，再批判、再創新，不斷探索，思想力得到錘煉，持續包容性成長。在這個過程中，要加強科學教育，讓學生充分認識到新時代交叉學科創新對于科技強國的價值，激發學生科學探索的勇氣和毅力，培養學生強烈的責任當擔意識和科學家精神。

五、思想力在交叉學科中培養保障系統

學生的腦發育狀況不同、交叉學科知識水平不同、內驅力不同、思維方法掌握程度等方面不同，需要建立個性化學習系統和學習共同體以保障學生交叉學科學習和思考。

（一）建立合理的個性化交叉學科學習方案

個性化交叉學科學習集中表現在學習方案建立和實施上。對于個性化交叉學科學習方案建立和實施，筆者思考了以下要點：明確提高學生的何種思維能力；理解學生的發展階段、興趣特長、思維風格；提供合適的交叉學科學習內容和資源；創建鼓勵中學生探索、創新和自我學習的學習環境；建立一種能夠及時反饋學生學習進度和結果的機制。

（二）建立合理的交叉學科學習共同體

交叉學科個性化學習方案的實施，涉及學生個人、家庭、學校、班級、教師、行政法規、社會資源方方面面，為了避免學生面對各種意見和要求，學習時間、學習資源、學習方法等混亂，必然要建立以學生成長為中心的交叉學科學習共同體，進行充分溝通，讓學生成為主持人和最終決策者：確定共同體的目標；設立導師制度、師徒制，多元化組合；提供資源支持；引導反思與討論；設立平臺展示成果。學習共同體不僅能鼓勵學生深入到各學科探究，而且通過合作和分享，思維方式互補互鑒，發現問題、實現創新。

結" 語

在辨析思想力內涵基礎上，考慮到科學教育中學生階段性思維發展特點，從思想力培養五個著力點出發，激發學生科學研究的內驅力，以有效論證為核心，以個性化學習方案和構建學習共同體為保障，整個科學教育中交叉學科思想力培養過程是一個有機整體（圖6）。理論的探索，對于具體學段具體學生的具體培養方案開發具有指導意義，具體實施方案有待進一步細化和探究。具體方案的開發和落實，需要國家相關職能部門予以政策上支持和保障，這是另外一個論題。

筆者對思想力內涵及其內部運行機制進行探索，期望能為新時代迫切需要的交叉學科創新人才培養提供新的思維方式，在大中小幼一體化科學教育中，對國家實施科教興國戰略、人才強國戰略、創新驅動發展戰略有所理論參考裨益。

①成長型思維是指相信通過不斷學習和努力，可以持續提高自己的思維能力。

①知識圖譜是指對大量科學文獻新信息，借助于統計學、圖論、計算機技術等手段，以可視化的方式來展示科學學科體系的內在結構、學科特點、研究前沿等信息的一種計量學方法。各階段的學生可以借鑒這種方法，把各學科綜合起來構建個性化簡易知識圖譜。

①關于認知涌現的層數，熊哲宏教授說：“盡管人們在劃分多少層次以及各個層次如何界定問題上尚有爭議，但是認知科學解釋的層次性則是不言而喻的。”

①2006年，Hinton在《Science》和相關期刊上發表了論文，首次提出了“深度信念網絡”的概念。他給多層神經網絡相關的學習方法賦予了一個新名詞——“深度學習”。具體內容，正文已闡述。

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Paths and Methods of the Thinking Power Improvement

---Studies Centered on Interdisciplinary Education

FEI Zheng-qing1， HENG Yi2

（1. the Affiliated Middle School of Sun Yat-sen University， Guangzhou， Guangdong 510275;

2. School of Digital Science and Computers， Sun Yat-sen University， Guangzhou， Guangdong 510275）

Abstract： With the enrichment of practice and the expansion of the knowledge boundary in the New Era， scientific education should study the thinking power to meet the desperate demand for interdisciplinary innovation. Starting from arguments on the connotation of thinking power， the paper expounds five points in cultivating thinking power： independent thinking ability， driving force， excellent critical thinking， innovative thinking， and excellence of thinking power， which is the organic unity of methods， practice and values. The cultivation of thinking power should be guided by the dialectics of Marxism， conform to formal logic， apply the latest research achievements such as deep learning and brain-like cognition， and seek scientific argumentation methods with interdisciplinary universality. Constantly “discovering problems， achieving new breakthroughs， and producing new innovations” highlight the spirit of scientists and are signs of thinking power excellence. Interdisciplinary cultivation of thinking power in science education demands scientific evaluation system， analysis and verification tools， personalized learning programs and learning community centered on learning growth to ensure implementation.

Key words： Thinking power; Science education; Interdiscipline; Critical thinking; Innovative thinking