劉楚麒 | 北京師范大學(xué)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士研究生

薛 貴 | 北京師范大學(xué)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授

教育不僅是知識的傳授，更是思維能力的培養(yǎng)。教育情境中經(jīng)常提及“邏輯思維”“批判思維”“創(chuàng)新思維”，以及“科學(xué)思維”“空間思維”“系統(tǒng)思維”“工程思維”等概念，培養(yǎng)這些思維被確立為教育的目標(biāo)。由于思維的抽象性和復(fù)雜性，教育者在思維能力培養(yǎng)上容易陷入誤區(qū)，影響學(xué)生思維能力的發(fā)展，從而導(dǎo)致了當(dāng)前對教育的很多詬病。為了避開這些誤區(qū)，教育者不僅需要深刻了解思維的定義、內(nèi)涵和外延，還需要了解思維的運(yùn)行規(guī)律，包括其心理和大腦機(jī)制，更需要掌握符合大腦活動規(guī)律并經(jīng)過科學(xué)驗(yàn)證的思維能力培養(yǎng)方法。本文將從心理學(xué)與腦科學(xué)的研究出發(fā)，介紹思維的概念和評價標(biāo)準(zhǔn)，思維活動和發(fā)展的大腦機(jī)制，并提出基于腦科學(xué)的思維能力培養(yǎng)的建議。

思維的概念和評價標(biāo)準(zhǔn)

從廣義的角度來說，我們對客觀事物概括和間接的認(rèn)識都屬于思維，它參與人類所有的認(rèn)知或者智力活動。通俗而言，思維涵蓋了對事物的根本特征和事物間關(guān)系的認(rèn)識。例如，對地理中的大陸性氣候這個概念的認(rèn)識，不僅需要了解其特征以及和其他類型的氣候的差異，還需要了解形成該類氣候所需要的條件以及影響因素等。同樣，對數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)的很多概念和知識，不僅需要準(zhǔn)確界定其特征，還需要明確它們和其他概念的關(guān)系，從而達(dá)到對客觀事物全面、系統(tǒng)和準(zhǔn)確認(rèn)識的目的。

對思維的劃分和描述可以有很多不同的方式和維度，其中比較常見的有兩類：一是對不同思維模式的描述，二是對思維的品質(zhì)進(jìn)行刻畫和評價。所謂的思維模式，就是一種思考問題的方式，比如具象思維、抽象思維、歸納思維、演繹思維、求同思維、求異思維、正向思維、逆向思維等。這些類似于計(jì)算機(jī)的不同算法，對事物的特征進(jìn)行不同的加工和處理，從而得到不同的結(jié)果。不同的人由于過去知識經(jīng)驗(yàn)和人格特點(diǎn)的差異，可能形成不同的思維模式；而經(jīng)過長期的訓(xùn)練，可以形成一些穩(wěn)定的思維習(xí)慣。針對不同的問題，可能需要采用不同的思維模式更加適合；如果能掌握更多的思維模式，并能夠靈活應(yīng)用，對于思維能力的培養(yǎng)是非常好的。

從思維的品質(zhì)出發(fā)，心理學(xué)家林崇德教授進(jìn)行了近60年的思維心理學(xué)研究，在其著作《我的心理學(xué)觀：聚焦思維結(jié)構(gòu)的智力理論》中，仔細(xì)剖析了思維的特性、分類和結(jié)構(gòu)，總結(jié)出五項(xiàng)思維品質(zhì)：深刻性、靈活性、敏捷性、批判性和創(chuàng)造性。具體而言，深刻性反映思維活動的深度和難度，表現(xiàn)為利用事物的特征，正確把握事物之間的關(guān)系；靈活性反映思維活動的靈活程度，表現(xiàn)為舉一反三；敏捷性反映思維活動的速度，表現(xiàn)為準(zhǔn)確而快速地產(chǎn)生正確答案；批判性反映思維活動的獨(dú)立思考和評論，表現(xiàn)為對知識產(chǎn)生背后的過程、理論、方法等是否能正確分析；創(chuàng)造性反映思維活動的創(chuàng)新程度，表現(xiàn)為盡可能多地從嶄新的角度產(chǎn)生正確答案。林崇德教授指出，提升思維的品質(zhì)是培養(yǎng)思維能力的關(guān)鍵突破口。

思維能力培養(yǎng)和教育目標(biāo)實(shí)現(xiàn)緊密相關(guān)

思維能力培養(yǎng)在教育目標(biāo)中占據(jù)著重要作用，這一點(diǎn)在教育目標(biāo)的分類理論中得到了充分體現(xiàn)。該理論最早由美國教育心理學(xué)家本杰明·布盧姆提出，后被洛林·安德森等人進(jìn)行修訂。他們將認(rèn)知過程（思維）由淺到深分為了六個層次：記憶、理解、應(yīng)用、分析、評價和創(chuàng)造。這六個層次是環(huán)環(huán)相扣的，其中記憶是對知識的認(rèn)識和記憶；理解是把握知識的含義；應(yīng)用是把學(xué)到的知識應(yīng)用于新的情境或者能夠解決實(shí)際問題；分析是把復(fù)雜的知識分解開來，并理解各部分之間的聯(lián)系；評價是對事物本質(zhì)的價值做出理性、深刻的判斷；創(chuàng)造是以分析為基礎(chǔ)，對原知識進(jìn)行改造、擴(kuò)充、完善并形成新的知識和理論。

可以看到，思維能力和教育目標(biāo)具有非常緊密的關(guān)系。一方面，教育目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需要以思維能力的發(fā)展為基礎(chǔ)，這需要符合個體思維發(fā)展的年齡特征和個體差異。記憶和理解需要思維的敏捷性和深刻性，應(yīng)用和分析則需要思維的深刻性和靈活性，評價和創(chuàng)造需要思維的批判性和創(chuàng)造性。另一方面，教育目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的過程也是思維能力培養(yǎng)和思維品質(zhì)提升的過程。為了實(shí)現(xiàn)教育的目標(biāo)，他們?yōu)槊恳粚幽繕?biāo)設(shè)定了大量的教學(xué)活動。在日常的教學(xué)活動中常規(guī)化設(shè)置這些教學(xué)活動，非常有助于培養(yǎng)學(xué)生的思維品質(zhì)。

人腦思維活動的腦機(jī)制

腦科學(xué)的研究為我們揭示思維的本質(zhì)和大腦的運(yùn)行規(guī)律提供了全新的視角。我們選擇幾個和思維教育密切相關(guān)的研究發(fā)現(xiàn)進(jìn)行一個概述。

大腦信息表征的層級性是思維從具體到抽象的神經(jīng)基礎(chǔ)。人腦中知識存儲的主要區(qū)域在感知運(yùn)動皮層、顳葉皮層和頂下小葉。這些區(qū)域從初級皮層到高級皮層，所加工的信息越來越復(fù)雜和抽象。例如，初級視覺皮層（V1）處理簡單線條朝向等信息，到了更高級的視覺皮層（V2）處理線條組合成的形狀，到枕葉前部和顳葉下部的腦區(qū)處理整個物體（比如視覺呈現(xiàn)的漢字和動物圖片等），然后到顳頂聯(lián)合皮層同時負(fù)責(zé)視覺（漢字書寫）和聽覺（漢字發(fā)音）等多感覺通道的信息，到了顳極負(fù)責(zé)抽象的語義。在這個層次的最頂層，海馬則負(fù)責(zé)把全腦各個模態(tài)，各個腦區(qū)的抽象信息進(jìn)行整合和關(guān)聯(lián)，幫助我們建立知識之間非常豐富的聯(lián)系。大腦這種層級性的信息存儲模式，是實(shí)現(xiàn)我們進(jìn)行具體到抽象的思維活動的神經(jīng)基礎(chǔ)。

有效的學(xué)習(xí)活動能夠促進(jìn)知識網(wǎng)絡(luò)的形成。大腦這種層次性的存儲模式，也意味著知識的存儲是分布式的，不同的區(qū)域負(fù)責(zé)不同的信息，不同層級的腦區(qū)也負(fù)責(zé)不同抽象層度的信息。為了實(shí)現(xiàn)從具體到抽象的深刻性，實(shí)現(xiàn)舉一反三的靈活性，需要我們形成橫向和縱向緊密聯(lián)系的知識網(wǎng)絡(luò)。所以，培養(yǎng)思維能力，需要有效促進(jìn)知識網(wǎng)絡(luò)形成的方法。

心理學(xué)和腦科學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，一些有效的學(xué)習(xí)方式，包括分散學(xué)習(xí)的方式和以測代練的學(xué)習(xí)方式，不僅能夠促進(jìn)知識的長期保存，還能夠促進(jìn)知識的靈活應(yīng)用。比如：與重復(fù)閱讀文章相比，在閱讀后回答問題能更好地記憶文章中的內(nèi)容，同時在間隔一段時間后回答延伸性問題時表現(xiàn)更好。另外，大量的研究表明，睡眠不僅僅是大腦精力的恢復(fù)，也是形成知識網(wǎng)絡(luò)的重要過程。在睡眠過程中，新學(xué)的知識和頭腦中已有的知識都會被重新激活，并進(jìn)行重新組織，從而形成一個有機(jī)的知識網(wǎng)絡(luò)，這在心理學(xué)中被稱為圖式。圖式實(shí)際是一個結(jié)構(gòu)化的知識，是我們實(shí)現(xiàn)新信息的快速學(xué)習(xí)和靈活應(yīng)用的基礎(chǔ)。最后，體育鍛煉不僅能促進(jìn)新陳代謝，為大腦組織提供充足的氧氣和營養(yǎng)，還能促進(jìn)記憶的鞏固和知識體系的建立。

前額葉是提高思維品質(zhì)的核心中樞。前額葉不僅是人類與猿猴大腦的最大差異所在，還是個體最后達(dá)到成熟的大腦區(qū)域之一。腦科學(xué)家們認(rèn)為前額葉就像計(jì)算機(jī)中的CPU一樣，負(fù)責(zé)起大腦的高級認(rèn)知能力，如短暫存儲信息、選擇性注意、對比分析、整合和概括化信息等，這些能力在思維靈活性、深刻性、敏捷性、批判性和創(chuàng)造性中都具有非常關(guān)鍵的作用。以類比推理為例，它是教育者在教學(xué)中經(jīng)常運(yùn)用的一種方法，讓學(xué)生根據(jù)已經(jīng)掌握的知識去學(xué)習(xí)新的知識，或者解決新的問題，例如在學(xué)習(xí)電子和原子核關(guān)系時，可以用環(huán)繞太陽旋轉(zhuǎn)的地球來比喻環(huán)繞原子核旋轉(zhuǎn)的電子。準(zhǔn)確使用和理解類比體現(xiàn)了思維的靈活性和深刻性。腦科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，左側(cè)前額葉皮層是負(fù)責(zé)關(guān)系表征和類比推理的關(guān)鍵腦區(qū)，其各個子區(qū)參與類比推理的不同過程中，如抑制無關(guān)信息、識別事物間關(guān)系以及根據(jù)已知關(guān)系進(jìn)行推測等。在創(chuàng)造性思維的測試，研究者要求人們在有限的時間內(nèi)盡可能多地提出一些物品的用途，包含日常不會用到的用途。例如，提起襪子我們想到的是穿在腳上保暖，但有的人能想出來襪子也可以用來濾水。這個任務(wù)是對思維靈活性、敏捷性和創(chuàng)造性的評估。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高創(chuàng)造力得分的人更多地利用大腦的前額葉，不斷提出創(chuàng)新的答案。

個體的思維能力和模式具有重要的差異。正如每個人都有獨(dú)特的指紋，腦科學(xué)家發(fā)現(xiàn)大腦也存在這種特異性的神經(jīng)“指紋”，即大腦連接圖譜。人類大腦的各個腦區(qū)之間是相互連接的，每個人特定的連接模式分布在整個大腦中，在額頂網(wǎng)絡(luò)中具有特異性。通過識別這種個性化的大腦連接圖譜，腦科學(xué)家們可以判斷被試是否在認(rèn)真完成任務(wù)，以及對其思維能力進(jìn)行描述，例如擅長什么或者哪方面的能力有待提高，甚至是用來預(yù)測個人的流體智力水平。這些研究發(fā)現(xiàn)，個體的知識基礎(chǔ)、思維能力和思維模式均存在顯著的差異，這體現(xiàn)在大腦的連接模式中，思維能力的培養(yǎng)一定要注重這些個體差異。

基于腦科學(xué)的思維能力培養(yǎng)建議

通過對思維概念、評價標(biāo)準(zhǔn)和大腦機(jī)制的介紹，我們發(fā)現(xiàn)思維的教育和培養(yǎng)具有重要的幾個特征。首先，思維的培養(yǎng)需要針對具體的教學(xué)內(nèi)容，并和日常教學(xué)活動緊密結(jié)合；其次，思維培養(yǎng)的目的一方面是要形成一個具體抽象結(jié)合、緊密聯(lián)系和能靈活應(yīng)用的知識體系，另一方面也要培養(yǎng)能遷移到新知識學(xué)習(xí)和新場景應(yīng)用的能力；第三，思維能力的培養(yǎng)是在個體思維發(fā)展水平和思維特點(diǎn)的基礎(chǔ)上逐步建構(gòu)的過程，也是對大腦已有連接模式的一個再塑造的過程。結(jié)合已有的研究成果，我們對教育者提出如下幾個建議：

以布盧姆教育目標(biāo)分類為指導(dǎo)，把思維能力培養(yǎng)貫穿于日常教學(xué)的每一個環(huán)節(jié)。思維能力的培養(yǎng)落實(shí)于具體的教學(xué)課程，必然與相應(yīng)的學(xué)科知識相關(guān)。教師需要轉(zhuǎn)變教學(xué)的觀點(diǎn)，把思維的培養(yǎng)放在比知識的傳授更為重要的位置。同時，教師需要根據(jù)知識的特點(diǎn)、知識獲取的順序、學(xué)生認(rèn)知能力的特點(diǎn)以及學(xué)生的個體特性，精心設(shè)置教育的目標(biāo)，并安排與之相對應(yīng)的教育活動。與此相對應(yīng)，我們也建議僅僅把某些課程，比如STEM課程、創(chuàng)客課程作為思維培養(yǎng)的課程，或者開設(shè)專門的思維課程；也不建議把思維的培養(yǎng)簡單地異化為發(fā)散思維、腦筋急轉(zhuǎn)彎，或者一些固化的思維模式、答題模式的培養(yǎng)。

重視認(rèn)知功能訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)大腦功能提升。前額葉是對知識進(jìn)行分析、加工、綜合、分析和創(chuàng)新的重要區(qū)域。大量的研究發(fā)現(xiàn)，通過后天訓(xùn)練和教育，可以有效改善和提高前額葉的功能。比如，一些工作記憶和執(zhí)行功能的訓(xùn)練，可以有效改變前額葉的神經(jīng)元數(shù)量、白質(zhì)纖維連接和神經(jīng)遞質(zhì)的活性，以及在瑞文推理等高級思維活動中的表現(xiàn)。為促進(jìn)學(xué)生前額葉功能的發(fā)展，教育者們需要充分認(rèn)識到認(rèn)知訓(xùn)練在促進(jìn)思維能力中的作用，腦科學(xué)家們需要進(jìn)一步開發(fā)有效的認(rèn)知訓(xùn)練手段；同時，雙方要緊密合作，實(shí)現(xiàn)這些認(rèn)知訓(xùn)練手段與日常教學(xué)活動更加自然和充分的融合。

科學(xué)運(yùn)用思維導(dǎo)圖等思維訓(xùn)練工具。在思維能力的培養(yǎng)中，有很多思維訓(xùn)練工具可以幫助我們形成有效的思維模式。比如，思維導(dǎo)圖就是一種重要的工具，幫助我們?nèi)ナ崂碇R的本質(zhì)特征和知識之間的關(guān)系。例如概念的屬性可以用氣泡圖和圓圈圖來表示，對比關(guān)系可以用雙重氣泡圖，類別關(guān)系可以用樹狀圖，因果關(guān)系可以用流程圖，整體和部分的關(guān)系可以用括號圖，類比關(guān)系可以用橋狀圖等等。全面、充分、合理地使用不同類型的思維導(dǎo)圖，可以幫助學(xué)生更好地理清知識之間的各類關(guān)系，形成有機(jī)的知識體系，并培養(yǎng)合理的思維模式和習(xí)慣。

轉(zhuǎn)變教育模式，從“教師教”轉(zhuǎn)變到“學(xué)生學(xué)”。每個人都具有獨(dú)特的思考方式，在大腦中存在特異性的神經(jīng)“指紋”。教師和學(xué)生在思維上很可能存在眾多不同，教師自身成熟和系統(tǒng)的知識體系投射到學(xué)生頭腦中可能會變得支離破碎。由學(xué)生主動進(jìn)行輸出，更能促進(jìn)學(xué)生對知識的掌握、理解和運(yùn)用。從輸入到輸出的轉(zhuǎn)變，也是從知識灌輸?shù)街R生長的轉(zhuǎn)變，是幫助學(xué)生形成有機(jī)知識體系的重要方法。妥善設(shè)置教學(xué)安排，比如分組討論、翻轉(zhuǎn)課堂、活動展示和各種綜合的作業(yè)類型，都是鼓勵學(xué)生輸出的有效方式。

推動融合性課程和項(xiàng)目制學(xué)習(xí)。項(xiàng)目制學(xué)習(xí)的根本在于以問題為中心，打破知識之間的邊界，從而有助于形成有機(jī)聯(lián)系的知識體系。在這個過程中，老師需要站在更高的視角，主動打破知識在課時、學(xué)期、年級，乃至學(xué)科之間的壁壘，按照知識之間的內(nèi)在聯(lián)系來進(jìn)行教學(xué)。另外，布置更加綜合性的作業(yè)，比如畫報、主題展示、讀書筆記、項(xiàng)目報告、實(shí)踐活動等等都是比簡單復(fù)習(xí)或者考試更好的方法，因?yàn)檫@些形式有助于形成綜合的知識體系。

使用科學(xué)高效的學(xué)習(xí)和記憶方式?？茖W(xué)的學(xué)習(xí)和記憶方法可以提高學(xué)習(xí)效率、實(shí)現(xiàn)知識長期保持和靈活應(yīng)用。因此，在教學(xué)活動中科學(xué)使用這些學(xué)習(xí)方式，可以促進(jìn)學(xué)生思維能力的發(fā)展。另外，科學(xué)降低學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，給學(xué)生更多的體育鍛煉時間、午休時間，以及晚上更充足的睡眠時間，不僅可以促進(jìn)學(xué)生的思維能力發(fā)展，還能讓學(xué)生身心得到健康發(fā)展。

總之，思維能力的培養(yǎng)是學(xué)校教學(xué)的重要目標(biāo)。知識的傳授固然重要，但我們不能滿足于知識的死記硬背，而是要應(yīng)用和創(chuàng)新?；趯λ季S的本質(zhì)特點(diǎn)、評價標(biāo)準(zhǔn)和大腦規(guī)律的介紹，我們相信廣大教育實(shí)踐工作者能夠在上述原則的基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)生和學(xué)科的特點(diǎn)，進(jìn)行創(chuàng)造性的應(yīng)用和發(fā)展，從而形成更多更好的思維能力培養(yǎng)方法，為國家和未來培養(yǎng)更多的思維型人才。