在过去的10年里，人类对于脑的认识和了解超过了以往相关知识的总和，这就为更深入地研究教育问题提供了机遇和新视角，包括创新人才的培养问题。
创新人才培养不能只停留在理念上
——中国工程院院士韦钰谈脑科学与教育
《中国教育报》记者 却咏梅
为什么我们的学校总是培养不出杰出人才？”著名的"钱学森之问"是关于中国教育事业发展的一道艰深命题。近日，中国工程院院士韦钰从脑科学的最新发展谈到创新人才培养。她指出，21世界的教育必须要遵循脑科学的规律，要采用科学的方法，这是教育发展的新方向。——编者
“美国苹果公司市值已达400亿美元，排在整个世界GDP的第20位。苹果公司在乔布斯的带领下创造了大量财富，甚至富可敌国，这是因为苹果的领导者具有创新精神，这个实例给我们提供了很多值得思索的问题。”近日，教育部原副部长、中国工程院院士韦钰在中国科技馆向百名学生及家长做了一场题为“从脑的发展谈创新人才培养”的讲座。
一开场韦钰就讲述了乔布斯的故事：他出身低微，爸爸是叙利亚的移民，妈妈没有结婚就怀孕了，跑到加州把他生下来，立即就送给了别人。但是留下了一句话：“一定让这个孩子上大学。”后来乔布斯只读了一年大学就不读了。“在这样的成长环境下，乔布斯还能够取得如此惊人的成就并持续创新，先后领导和推出了iPod、iPhone、iPad等风靡全球的电子产品，深刻地改变了现代通讯、娱乐乃至人们生活的方式。”韦钰强调，创新其实并非科学家的专享，在这个时代每一个人都可能有所创新、有所改变，“乔布斯的创新经历告诉我们——21世纪每一个人都有可能成为一个创新者”。
创新源于激情驱动下产生的灵感
【过分强调对陈述性知识的记忆，会使孩子长期处于有压力的状态，这是对孩子创造力的最大伤害。】
怎样的大脑才是具有创新能力的大脑？应该是能够具有综合解决问题的能力和拥有良好社会情绪能力的大脑。
创新需要激情，韦钰提到一种能影响人体情绪的神经递质——多巴胺，多巴胺与对目标实现追求的热情有关。但同时，这种激情必须要由理智来控制，而情绪控制的训练在青春期非常关键。韦钰分析，青春期是多巴胺分泌量较高的时期，青少年对奖赏反应的回路正逐渐向成年水平发展，然而其情绪控制力仍可能处于儿童水平。
韦钰解释，人类大脑有3个最重要的发展时期：出生以前，主要由基因和母亲所处的环境决定，由此形成脑结构的大体框架；早期（0岁-5岁左右），形成很多控制无意识行为的脑回路；青少年时期（含青春期，11岁至18岁甚至到20多岁），会形成许多由认知控制的脑回路。学习是一个脑逐渐建构的过程，不同的脑回路在不同的年龄段发育成熟，而且存在着不同的敏感时期。也就是说，学习和教育需要遵循脑的发育规律，根据每个人的发育规律在恰当的时候给与适合脑发展的刺激，否则不仅无效，而且有害。
“人的智力发展是连续的，创新人才不是一下子产生的。孩子很小的时候主要的学习方式是模仿，一个温暖、固定的养育者不断和他互动、不断跟他讲话，作出及时的反应，这非常重要。”据韦钰介绍，美国威斯康辛大学的一些科学家曾对新西兰一项长达几十年的跟踪研究作了分析，他们发现，如果儿童的基因存在缺陷，孩子在小时候就受到虐待和忽视，不断给他压力，始终让孩子处于紧张状态，一定会损害他的成长，因为这是儿童性格成长的关键期，“比如马加爵，就可能有一些遗传特质。像这样的孩子，如果小时候没有受过什么虐待，长大以后也许不会发生什么事情。但是如果小时候被虐待和打骂，或者忽视他，他长大以后犯罪的概率会很高”。
谈起时下“不到5岁的孩子就被要求背诵唐诗宋词，3、4岁的幼儿就强记英语单词”这些司空见惯的早教培养方式，韦钰强调指出，人对“情节的记忆”一般在5岁以后才会形成，而到13、14岁以后才是最有效的，“这也是为什么大部分人会感到，在此期间记忆力处于最旺盛的阶段”。科学研究表明，人脑有着长达20多年的成长发育期。5岁之前过分强调灌输“陈述性知识”，无疑是对孩子创造力的伤害。
韦钰强调，21世纪的教育必须要用科学的办法对待，这是教育的新方向。她说：“现在一谈到创新就认为是大学的事情，其实更重要的是尽快推进基础教育改革，重视儿童的早期发展，制定相关政策，大力加强早期教育和科学教育；因材施教，科学地引导和支持有天分的儿童成长，并运用新技术增加知识分享和接受的能力。
教育应关注社会情绪能力培养
【社会情绪能力有问题的人，他的一生既不快乐也很难成功，甚至会毁于一旦。】
早在上世纪80年代中期，美国爱荷华大学曾发生了一起震惊中美的枪杀事件。一位从北京大学到美国学习的中国留学生，仅仅因为对论文答辩的分数不满意，竟然枪杀了多位爱荷华大学物理系的教授和同学，最后饮弹自杀。谈起这件事，韦钰至今唏嘘不已：“当时我正在美国访问，刚好在哥伦比亚大学教授吴健雄博士的家里，吴健雄博士和袁家骝先生当时的沉默和他们脸上失望的神情，印刻在了我的记忆深处，至今难以抹去。”
“未来教育最重要的不是关注提高智商，而是需要强调培养社会情绪能力。”韦钰认为，现在许多科学技术研究和创新都是一个集成的过程，不再局限于试验室，而是更多产生于和顾客、供应商的接触之中，或者是将一个已有技术应用在新的产品上。因此，未来的创新特别需要人与人之间的互动合作以及良好的文化支撑，“创新需要创新型人才，更需要人才之间的合作”。
社会情绪能力是指对自己情绪的认知和控制，特别是与他人一起工作时的互动、理解和合作能力，也是综合解决问题能力、交往能力中的重要组成部分，它包括自我感知和自我驾驭、自我激励、社会感知、处理人际关系的能力以及负责地做出决策等5个核心要素。社会情绪能力是２１世纪最需要的能力。
韦钰说，未来的社会和当前的工业社会有本质的区别，社会对人的要求也会越来越高，对综合解决问题的能力和社会情绪能力的要求也会随之提高了，而创新就是要解决那些不能确定甚至无法界定的问题。
社会情绪能力的培养主要包括两个方面，一方面是了解自己的情绪和控制自己的情绪；另一方面是了解他人情绪的能力，要有同理心。韦钰认为，社会情绪能力对人的一生都很重要，“实际上是社会情绪能力决定了人一生的成功和快乐”。人的智力只能决定一个人在什么程度上、什么领域里能够成功，但不同职业的人都可以有快乐和成功的人生，而社会情绪有问题的人，他的一生既不快乐也很难成功，甚至会毁于一旦，“马加爵、药家鑫的例子足以说明社会情绪能力的重要性”。
5至12岁儿童应接受连续的科学教育
【如果小学的科学教育不能帮助建构正确的科学概念，则儿童将在长达6年的学习中保持并形成更多的错误概念，并对其后续的学习造成影响。】
“10年来的神经科学研究已证明，我们原来的小学科学教育标准是有问题的，当然对这一问题仍存在争论。”在韦钰看来，新教改时取消了小学一二年级的自然科学方面的课程，这个决定值得商榷。“把科学教育课改成《品德与生活》的研究依据是什么？我们没有能够看到当时做这个重大决定的研究资料”。
为了能让孩子在5岁-12岁连续地接受科学教育，韦钰领导的研究团队从5个方面对这个问题进行了研究之后，正式向教育部提交了报告。该报告提出：“教育不只是塑造灵魂的艺术，教育是有物质基础的科学。教育的研究要充分重视神经科学和生物科学的介入，要充分重视脑发展的规律。”
韦钰介绍说，出生时人脑的体积大致为成人脑的５０％，到５岁左右就已经增加到成人脑的９０％。把一二年级的科学教育课改成“品德与生活”课，在教育理论上反映了三个方面的错误认识。第一，不了解近十几年脑科学研究的进展，低估了儿童学习科学的能力。第二，沿袭了19世纪杜威的理论，“杜威的理论在当时确实代表了一种先进的理念，对教育的发展起了促进作用，但并不代表100年以后的今天，他的理论还仍然适用”。简单地在科学教育中复演生活的内容已经不能满足人才培养的需要，必须围绕主要的科学概念来组织科学教育，为学生的终生发展奠定基础。第三，固守在皮亚杰对儿童概念发展的一些具体结论上，认为这些结论是不能改变的，要求今天的教育和这些结论相吻合。“皮亚杰是一位研究儿童发展的伟大的科学家和教育家，但其理论不能被视为教条，不能作为在教育中始终要遵循的教育准绳。认为只要学生的某种行为不符合皮亚杰提出的儿童概念发展具体实例，就说明我们今天的教育失败了，这种想法是很有问题的。只是因为半个世纪以前皮亚杰曾经说过儿童14岁才会有逻辑思维，所以一二年级的学生就不能学习科学，这是对科学研究本质的误解，也会使我们的教育改革走上错误的方向”。
在韦钰看来，科学教育改革的核心之一是科学课程的改革，而科学课程必须回答的问题是“学什么”和“怎么学”。她在刚刚翻译出版的《科学教育的原则和大概念》一书中，把来自7个国家的10位科学家、工程师和科学教育专家对于科学教育的认识和思考介绍给了中国的读者。这些科学家对全球的科学教育提出了一些看法——科学教育不应该传授给孩子支离破碎、脱离生活的抽象理论和事实，而是应该重点选择一部分最精炼、最重要的科学概念，即“科学大概念”，用恰当、生动的教育方法，帮助儿童完整地理解世界。
“这些科学大概念需要从小开始学习，从幼儿园一直到高中毕业。”研究发现，学生在某些方面具有的前概念很难完全消失，即使在他们了解到正确的概念以后，这些旧的、错误的概念也常常只是被抑制而不是消失了，原有的知识并没有被重置。这说明应该尽早对儿童进行科学教育，在他们巩固这些错误概念以前，帮助他们建立正确的科学概念或是纠正错误的概念。“儿童缺乏的是知识和经验，但并非没有推理能力。儿童在进入学校时已经形成了有关世界的一些认识，有着潜在而强大的学习能力。”韦钰强调，如果小学的科学教育不能帮助儿童有效认识世界，建构正确的科学概念，则儿童将在长达6年的学习中形成更多的错误概念，这些错误的理解无疑会对其后续的学习造成阻碍和影响。
神经教育学与“做中学”项目的结合
【10年“做中学”项目最重要的启示是，中国教育改革需要建立在实证性研究基础之上。】
“现在我们的孩子从小学到高中，已经被应试教育压成了一个模子，只有极少数漏网之鱼才会创新。”韦钰指出，神经教育学的研究表明，要尊重孩子的脑部发展规律，抓住关键期，探究式教学则是培养创新人才的重要途径。
据悉，2001年国家教育部和中国科协共同发起了“做中学”科学教育实验项目，在5岁-12岁儿童中进行基于探究的科学教育改革试点工作，希望孩子用自己感兴趣的现象来启发他们的科学思维，培养他们的动手动脑能力。至今这个项目已经走过了10个年头，共有20万儿童、数千名教师参与了这个项目，参加实验的学校遍及中国22个省份。
“10年‘做中学’给我最重要的启示是，中国教育改革需要建立在实证性的研究基础之上。”韦钰感慨：“当今中国教学改革中存在的问题之一就是空泛的理念太多。有些理念十分原则化，什么学科都可以套用，但是与实践脱离太远。教学改革不应只停留在理念上，关键是要解决课堂上教师怎么教、学生怎么学的问题，这是教育改革需要解决的核心问题。”
传统教学方法和探究式教学到底哪里不一样？又会给孩子带来什么样的后果？
韦钰通过沉浮实验建立密度概念的教学例子进行了分析。在我国现在使用的中小学科学课程教科书中就有这样的实验指导——教师让学生用橡皮泥来做沉与浮的实验。先让学生把一团橡皮泥丢到水里，学生看到橡皮泥沉入水底，然后教师让学生把橡皮泥捏成扁平形状，橡皮泥就可以浮在水面上了。这实际上是在加强学生的一个错误的前概念——物体的形状决定了物体的沉浮。
而法国在幼儿园时期就让孩子接触沉与浮的实验了。教师事先已了解到，孩子一般具有的前概念是认为形状决定沉浮。为了帮助孩子纠正这个错误的前概念，他们精心设计了教学过程。先拿一根火柴和一根粗的铁钉让学生放在水里，看看哪一个物体会沉。结果粗的铁钉沉下去了，儿童似乎认为是由于火柴比铁钉细，所以粗的铁钉沉入了水里。教师再请儿童用一根细的缝衣针和火柴一起丢入水中，儿童会发现，即使缝衣针比火柴细得多，缝衣针还是沉入了水底。老师又将一个很大的塑料衣架和细小的缝衣针一起丢入水里，形状反差这么大的两个物体在水中沉浮的情景给孩子留下了深刻的印象。虽然孩子没有直接建立密度这样一个抽象的概念，但是事实对他的错误前概念是一个冲击——不是形状决定沉浮，而是不同的物体具有不同的特性，因为它们的特性不同，所以有的物体会沉入水里，有的可以浮在水面。这个例子说明后天的教育可以促进儿童的学习，说明在学习过程中需要教师的指导和组织。神经教育学的形成代表了教育学发展的一个新阶段，它和传统教育学在哲学基础、研究方法和学科性质上有本质区别。
值得一提的是，“做中学”内容标准的一个重要特点是将儿童社会情绪能力也列入其中，它也是世界上第一个将社会情绪能力标准放入科学学习内容标准中的项目。从课堂实践可以看到，学生们相互合作，彼此交流，并且乐于帮肋别人。“教育应该培养学生离开学校以后永远不会忘记的素质，而非仅仅重视学生学到多少具体的知识。”
一切教育改革的关键是教师
【教师不仅要思考一节课的概念是什么，还要理解这个单元的每一节课中概念与单元核心概念之间的关系，从而引导学生形成系统的知识体系。】
以下的场景也许是大家司空见惯的：虽说是对孩子进行科学教育，但方法其实并不科学，重复的示范性实验禁锢了学生的思维；而另一些教师则把课堂全部交给学生，任由学生们自己去随意“探究”，结果课堂乱成一锅粥……显然，这都是对探究式教学的误读。
韦钰认为，教育改革很复杂，但最终还是要落实在课堂上。学生学什么，教育怎么教，学生能否从改革中受益，这才是衡量教育改革成败的核心问题。其中最大的困难在于培训教师。“我们曾经培训过一些农村教师，3个星期后，只有30%左右的教师能够掌握探究式的教育方法，很多教师还需要在他们回去以后，继续通过本地的教研员和师范学校教师提供支持。”
据了解，我国幼儿园和小学科学教师在自己接受师范教育的阶段，并没有充分接受过探究式科学教育的培训，也缺乏对科学的深入理解和从事科学研究的经验，因此对教师来说，要组织有效的探究式教学是非常困难的。
南京市教研室科学教研员徐燕认为，探究式教学对教师具有传统备课形式、教学方式、评价方式以及自身科学素养的四大挑战。教师不仅要思考一节课的概念是什么，还要理解这个单元的每一节课中概念与单元核心概念之间的关系，从而引导学生形成一个系列的知识体。教师在引导学生进行探究的过程中，常常伴随着生成性问题，这就需要教师善于倾听儿童的心声，理解儿童在探究中的所思所想，这样才能有效引导儿童向着正确的概念建构的方向发展。而过去简单对或错的评价方式不仅不能给予儿童正确的评价，还会导致儿童的探究活动终止或无效，这就要求教师对学生进行多元评价。
“教师有着十分重要的培养学生创新能力的责任，了解一定的脑神经发展科学知识，精心策划组织教学实践活动，有效指导和支持学生的知识建构，发展其推理系统才有可能完成培养创新人才的重任。”同时，韦钰也强调，“教育改革最终要落实到教育方法和教育内容的革新上。要实现这个变革，有赖于科学界和教育界持续、有效的合作，同时还要加强对教育科学研究的支持和教育科学研究队伍建设。”
《科学教育的原则和大概念》，[英]温·哈伦编著，韦钰译，科学普及出版社2011年7月出版
