腦科學(xué)研究對(duì)青少年創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)的啟示

陳群林

創(chuàng)新思維是人類(lèi)特有的高級(jí)認(rèn)知能力，是人類(lèi)文明進(jìn)步的動(dòng)力源泉?；仡櫲祟?lèi)文明發(fā)展歷程，從智人鉆木取火，到如今人工智能變革時(shí)代，無(wú)論是工具創(chuàng)新還是科技突破都離不開(kāi)人的創(chuàng)新思維。從國(guó)家層面，創(chuàng)新是引領(lǐng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的第一動(dòng)力，其中創(chuàng)新人才和創(chuàng)新教育是關(guān)鍵一環(huán)。習(xí)近平總書(shū)記多次就創(chuàng)新的重要性做了論述，例如在2020年9月科學(xué)家座談會(huì)上強(qiáng)調(diào)“原始創(chuàng)新能力是從0到1的突破，要通過(guò)科技創(chuàng)新活動(dòng)引導(dǎo)和培養(yǎng)孩子的好奇心”。2021年國(guó)務(wù)院印發(fā)的《全民科學(xué)素質(zhì)行動(dòng)規(guī)劃綱要（2021—2035年）》中也明確指出“激發(fā)青少年好奇心和想象力，增強(qiáng)科學(xué)興趣、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，培育一大批具備科學(xué)家潛質(zhì)的青少年群體，為加快建設(shè)科技強(qiáng)國(guó)夯實(shí)人才基礎(chǔ)”?？梢钥闯觯趧?chuàng)新驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略發(fā)展的背景下，培養(yǎng)具有創(chuàng)新素質(zhì)的各類(lèi)人才是提高國(guó)家核心競(jìng)爭(zhēng)力的有力保障。

創(chuàng)新能力的核心應(yīng)聚焦于創(chuàng)新素質(zhì)

創(chuàng)新能力是一個(gè)復(fù)合的概念，現(xiàn)有的評(píng)價(jià)內(nèi)容更多停留在個(gè)體的外化行為指標(biāo)上，如參加科技創(chuàng)新比賽獲獎(jiǎng)。然而，創(chuàng)新能力的核心應(yīng)聚焦于創(chuàng)新素質(zhì)。創(chuàng)新素質(zhì)是一個(gè)由創(chuàng)造性思維、創(chuàng)造性人格、創(chuàng)造性動(dòng)機(jī)、創(chuàng)造性相關(guān)的認(rèn)知能力、以及創(chuàng)造性行為構(gòu)成以解決問(wèn)題適應(yīng)環(huán)境的心理品質(zhì)系統(tǒng)。創(chuàng)造性思維是創(chuàng)新素質(zhì)的核心成分，而創(chuàng)造性思維行為離不開(kāi)基本的認(rèn)知能力（如執(zhí)行功能）的支持;動(dòng)機(jī)和人格可為創(chuàng)造性思維和行為起到激發(fā)、調(diào)控和維持等作用;創(chuàng)造性行為不僅是思維、人格和動(dòng)機(jī)的外化表現(xiàn)，也是動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)的過(guò)程。青少年創(chuàng)新素質(zhì)的培養(yǎng)不僅對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展至關(guān)重要，其對(duì)個(gè)體的職業(yè)發(fā)展、成就、心理健康以及社會(huì)適應(yīng)能力都有積極作用。然而，中國(guó)青少年的創(chuàng)新能力現(xiàn)狀如何呢？研究發(fā)現(xiàn)從一到八年級(jí)學(xué)生的課業(yè)負(fù)擔(dān)逐級(jí)遞增，而他們的創(chuàng)造性人格及動(dòng)機(jī)逐年減弱。2015年的國(guó)際學(xué)生評(píng)估項(xiàng)目（PISA）測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，中國(guó)青少年想從事創(chuàng)新科學(xué)相關(guān)行業(yè)的比例為16.8%，遠(yuǎn)低于美國(guó)和經(jīng)合組織國(guó)家的均值，而這一比例在2018年P(guān)ISA測(cè)試中更降至13%。中國(guó)青少年在未來(lái)職業(yè)規(guī)劃中對(duì)創(chuàng)新意愿的逐年降低現(xiàn)狀給予我們警示：培養(yǎng)青少年的創(chuàng)新素質(zhì)刻不容緩，又任重道遠(yuǎn)。

青少年時(shí)期是創(chuàng)新素質(zhì)發(fā)展與培養(yǎng)的關(guān)鍵期

從腦發(fā)育的角度來(lái)看，與高級(jí)認(rèn)知相關(guān)的特定大腦功能連接主要是在青少年早期到中期形成，這與青春期學(xué)習(xí)新知識(shí)、思維方式和動(dòng)機(jī)等的快速變化有關(guān)。近年來(lái)，隨著教育神經(jīng)科學(xué)的興起，科研和教育工作者期望將基礎(chǔ)科學(xué)中發(fā)現(xiàn)的知識(shí)與規(guī)律綜合應(yīng)用于解決教育問(wèn)題。其中，腦科學(xué)能夠解釋兒童青少年腦發(fā)育規(guī)律以及與認(rèn)知發(fā)展規(guī)律的關(guān)系，這為“因材施教、因腦施教”帶來(lái)新的思考和活力。基于此，關(guān)于青少年創(chuàng)新素質(zhì)的培養(yǎng)，我們從創(chuàng)造性腦科學(xué)的研究中梳理和總結(jié)幾點(diǎn)建議。

包容孩子是一名夢(mèng)想家：大腦默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)主要負(fù)責(zé)自由聯(lián)想、未來(lái)想象、自發(fā)思維以及自我相關(guān)信息加工等內(nèi)部思維活動(dòng)。大量研究發(fā)現(xiàn)在創(chuàng)新想法產(chǎn)生前的醞釀階段、生成和評(píng)價(jià)階段都與大腦默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)激活密切關(guān)聯(lián)。有趣的是，人在做白日夢(mèng)或者思維漫游（俗稱(chēng)走神）時(shí)大腦激活模式與創(chuàng)新思考時(shí)非常相似，行為學(xué)的研究也支持適當(dāng)走神有助于創(chuàng)新想法孵化，或者說(shuō)創(chuàng)造性靈感更容易在走神時(shí)發(fā)生。孩子在學(xué)習(xí)中無(wú)限制的走神固然不好，但他們時(shí)而發(fā)呆、突然問(wèn)一些新奇問(wèn)題、學(xué)習(xí)時(shí)偶爾把玩喜愛(ài)的玩具等，家長(zhǎng)們大可不必打擾。

適當(dāng)?shù)乃尚概c沉浸式體驗(yàn)：人類(lèi)的創(chuàng)新行為，無(wú)論是科學(xué)發(fā)明、藝術(shù)創(chuàng)作還是創(chuàng)造性問(wèn)題解決，都與默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)的活動(dòng)和結(jié)構(gòu)形態(tài)密切相關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)高創(chuàng)造性群體（如卓越的藝術(shù)家）休息時(shí)默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)比普通人更活躍。但在強(qiáng)調(diào)注意資源靈活支配的高負(fù)荷任務(wù)下（如學(xué)業(yè)繁多），他們的默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)會(huì)受到抑制。近期研究發(fā)現(xiàn)與美國(guó)紐約地區(qū)青少年大腦發(fā)育相比較，我國(guó)重慶地區(qū)青少年默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)體積偏小且發(fā)展緩慢。高負(fù)荷的學(xué)業(yè)和壓力并不利于孩子大腦發(fā)育，學(xué)習(xí)之余適當(dāng)?shù)摹八尚浮?，如更充足的睡眠、運(yùn)動(dòng)和親近大自然等，則十分必要。結(jié)合當(dāng)前的“雙減”政策，我們認(rèn)為義務(wù)教育階段減輕校內(nèi)校外學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看有助于保護(hù)青少年的創(chuàng)造力。

學(xué)會(huì)約束和批判性思維：創(chuàng)新想法的產(chǎn)生并非一蹴而就，它依賴(lài)于知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和一系列認(rèn)知努力。例如對(duì)已有知識(shí)的提取需要腹外側(cè)前額葉進(jìn)行控制性的語(yǔ)義記憶檢索，此區(qū)域連同后頂葉皮質(zhì)組成執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)來(lái)維持問(wèn)題解決過(guò)程中的內(nèi)外目標(biāo)定向、負(fù)責(zé)創(chuàng)造性想法的產(chǎn)生、選擇以及持續(xù)的評(píng)估。盡管前邊強(qiáng)調(diào)自發(fā)思維活動(dòng)在創(chuàng)造性中的重要性，執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)所負(fù)責(zé)執(zhí)行控制加工同樣重要?，F(xiàn)實(shí)情景中，我們也發(fā)現(xiàn)有這樣一種現(xiàn)象：在具備相同知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和背景的情況，有的孩子更有創(chuàng)新想法或創(chuàng)造性成就。我們認(rèn)為個(gè)體的堅(jiān)持性、靈活性、恰當(dāng)?shù)倪x擇或放棄、以及批判性的思維是關(guān)鍵因素之一，而這些認(rèn)知能力本身在創(chuàng)造性活動(dòng)中就可以被培養(yǎng)和訓(xùn)練。

多種認(rèn)知能力的協(xié)調(diào)發(fā)展：我們近期的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，高創(chuàng)造性人群的大腦功能模塊分別由負(fù)責(zé)不同認(rèn)知功能的腦區(qū)所主導(dǎo)，包括感覺(jué)運(yùn)動(dòng)、執(zhí)行控制和記憶加工等;低創(chuàng)造性群體的大腦功能模塊主要由負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)和視覺(jué)處理的腦區(qū)所驅(qū)動(dòng)，表明個(gè)體的基本認(rèn)知能力是創(chuàng)新能力發(fā)展的基礎(chǔ)。此外，我們發(fā)現(xiàn)感知運(yùn)動(dòng)皮層區(qū)域的發(fā)展對(duì)于藝術(shù)創(chuàng)造性尤其重要，例如文學(xué)、繪畫(huà)和文學(xué)創(chuàng)作等。因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)皮質(zhì)系統(tǒng)參與創(chuàng)造性活動(dòng)不僅僅與動(dòng)作技能本身有關(guān)，長(zhǎng)期訓(xùn)練可以強(qiáng)化動(dòng)作模擬、計(jì)劃等更高層次的認(rèn)知活動(dòng)，這是產(chǎn)生創(chuàng)新行為如即興創(chuàng)作、表演等的關(guān)鍵能力。因此在教育過(guò)程中，我們應(yīng)注重青少年多方位認(rèn)知能力的發(fā)展，諸如注意、運(yùn)動(dòng)感知、抑制控制、認(rèn)知靈活性、記憶等。

保護(hù)好奇心和培養(yǎng)開(kāi)放心態(tài)：創(chuàng)造性動(dòng)機(jī)是創(chuàng)新行為的驅(qū)動(dòng)力。創(chuàng)造性動(dòng)機(jī)可以分為內(nèi)部和外部動(dòng)機(jī)，其中內(nèi)部動(dòng)機(jī)更有利于創(chuàng)新能力的發(fā)展。內(nèi)部動(dòng)機(jī)指?jìng)€(gè)體因活動(dòng)本身所體驗(yàn)到的快樂(lè)和滿(mǎn)足而從事某種活動(dòng)。內(nèi)部動(dòng)機(jī)是由具有新穎性、復(fù)雜性、挑戰(zhàn)性或模棱兩可的刺激引發(fā)，進(jìn)而推動(dòng)個(gè)體產(chǎn)生試圖獲取新穎信息或知識(shí)的探索行為。此外，開(kāi)放性人格是創(chuàng)新能力最重要的預(yù)測(cè)因素之一。高開(kāi)放性個(gè)體表現(xiàn)為活躍的想象力、審美感受性、對(duì)內(nèi)心感受的專(zhuān)注性，接受新穎事物的經(jīng)驗(yàn)等。我們近期的一項(xiàng)跨文化調(diào)查發(fā)現(xiàn)，無(wú)論中國(guó)還是美國(guó)的大學(xué)生，學(xué)習(xí)科學(xué)或藝術(shù)的大學(xué)生的開(kāi)放性人格得分高于普通大學(xué)生。同樣，腦科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)開(kāi)放性與默認(rèn)系統(tǒng)和認(rèn)知控制系統(tǒng)之間的功能連接有關(guān)。在教育中，家長(zhǎng)和教育工作者要注重保護(hù)和塑造青少年的好奇心，每當(dāng)孩子對(duì)某個(gè)事物表現(xiàn)出好奇時(shí)，要多給予贊許和回應(yīng)。

做創(chuàng)造性的行動(dòng)者：創(chuàng)造性領(lǐng)域著名的4C理論指出，人人都具有創(chuàng)造性潛能，且Little-C （“微C”）和Mini-C （“小C”）是可以教的，更重要的是這兩種創(chuàng)造性在日常生活中可以培養(yǎng)和訓(xùn)練?？埔翣柕摹兑蝗f(wàn)小時(shí)天才理論》提到“一萬(wàn)小時(shí)定律”，核心思想是不管做什么事情，只要堅(jiān)持一萬(wàn)小時(shí)，基本上都可以成為該領(lǐng)域的專(zhuān)家。瑞典神經(jīng)學(xué)家皮里奧用功能磁共振掃描39名鋼琴家即興演奏（一種創(chuàng)造性的音樂(lè)表現(xiàn)方式）時(shí)的大腦，發(fā)現(xiàn)鋼琴家的訓(xùn)練時(shí)間越長(zhǎng)（他們的平均訓(xùn)練時(shí)長(zhǎng)為14000多個(gè)小時(shí)），在即興創(chuàng)作中前額葉和頂葉聯(lián)合皮層的整體活動(dòng)越低，而這些區(qū)域負(fù)責(zé)注意維持、記憶保持等創(chuàng)造性必要的基本認(rèn)知，但是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期訓(xùn)練，這些基本能力已經(jīng)完全自動(dòng)化，同時(shí)這些抑制的區(qū)域與運(yùn)動(dòng)皮層的功能連接增強(qiáng)。這表明，大腦不同腦區(qū)通過(guò)功能分化去負(fù)責(zé)創(chuàng)造性的更高級(jí)加工活動(dòng)，比如運(yùn)動(dòng)計(jì)劃和視覺(jué)想象等。這說(shuō)明了兩件事情：一是長(zhǎng)期訓(xùn)練可以改變大腦，大腦是可塑的。二是這種可塑是讓大腦的功能更加優(yōu)化，例如哪些簡(jiǎn)單的認(rèn)知自動(dòng)化，去負(fù)責(zé)更加重要的認(rèn)知加工。在教育過(guò)程中要注意引導(dǎo)和刻意訓(xùn)練青少年的創(chuàng)造性思維，可以通過(guò)手工活動(dòng)、游戲、藝術(shù)表演等校園活動(dòng)進(jìn)行培養(yǎng)。

總之，如何培養(yǎng)創(chuàng)新人才是一個(gè)宏大的問(wèn)題，需要從國(guó)家政策、學(xué)校教育、社區(qū)、家庭及個(gè)體多個(gè)層面著力。從科學(xué)育人，尤其是教育神經(jīng)科學(xué)的視角，以科學(xué)研究揭示兒童青少年大腦發(fā)育規(guī)律、創(chuàng)新素質(zhì)發(fā)展的關(guān)鍵期，并以此引領(lǐng)和指導(dǎo)教學(xué)實(shí)踐和家庭教育，才能將基于腦科學(xué)的創(chuàng)新人才培養(yǎng)有效落地。