脑科学与创造力培养

/ 陕西师范大学现代教学技术教育部重点实验室主任

创新思维能力是人脑学习能力和思维能力的集中体现，也是我们教育的核心目标。我国学生知识储备相对扎实，但创新能力相对不足的现状成为教育饱受诟病的重要原因。创新不是简单的发散思维；打破思维定式，更不是脑筋急转弯。它需要扎实、深刻和有机联系的知识体系，需要强大的大脑基础认知能力，还需要持久的创新动机和勇气。胡卫平教授的文章从脑科学的角度对创新能力的构成进行了深入的分析，并在这些理论基础的指导下开展有益的创新教育实验，其研究成果为我们开展创新教育提供了很好的启示。

——栏目主持人薛贵（北京师范大学教授，985首席科学家）

创造力作为21世纪人才必备的核心素养，是推动民族进步和社会发展的不竭动力。创造力的培养需要营造创造性的环境，开发创造性的课程，实施创造性的教学。那么，怎样的教学才能培养学生的创造力？截至目前，脑科学的研究成果可以为我们提供如下启示。

激发内在动机

研究发现，动机会影响多巴胺神经通路相关的纹状体和前扣带回等与基本认知过程相关的脑区，这些脑结构与个体注意抑制能力、注意模式、工作记忆，以及概念表征距离等都存在密切的相关性。动机通过以上相关脑区影响个体信息处理的有效性，从而显著影响个体的创造性。提出创造性的问题是创造力的主要表现，正性情绪状态能够提高学生创造性问题提出能力，尤其表现在学生提出创造性问题的数量及类别上，而恐惧和避免负性评价对创造性问题提出能力有着显著的抑制作用。愤怒情绪下个体颞中回、颞上回的激活会减少，这阻碍了信息处理的速度，以及对相关记忆的提取和知识的加工，并且影响了对无关信息的抑制，不利于创造性评价。新颖性是创造力的主要特征，消极情绪状态显著地阻碍了个体的图像新颖性和文字新颖性加工活动，从而阻碍创造力的发展。因此，教师应创设良好的学习环境，设置适当的问题情境，激发学生的内在学习动机，调动学生学习的积极性，使其产生强烈的求知欲，保持积极的学习情感与态度。要避免负性评价，因为这容易使学生产生负性情绪，特别是恐惧情绪。现在大部分学校实施月考并且排名，这种做法不利于教师的创造性教学，更不利于学生创造力的发展。

产生认知冲突

学生认知冲突可以激发强烈的求知欲，能够帮助调动学生对问题积极主动地思考。研究表明，相比普通图片，个体对新颖图形的加工能够诱发更大的右脑顶区脑电波波幅，这反映了图像中的新颖性信息所诱发的认知冲突能够促使个体对新颖图像进行更深入的记忆编码与加工，有助于学生积极地认知投入，并促进学生科学概念的习得、新颖问题的提出以及创造性答案的生成。因此，教师可以设计一些能够使学生产生认知冲突的“两难情境”，或看似与现实生活和已有经验相互矛盾的情境，以此激发学生的参与欲望，启发学生积极思维，引导学生在探究问题的过程中领悟方法、学会知识，发展能力。

促进自主建构

在创造性问题的解决过程中，学生积极主动的自主建构过程尤为重要。自主建构包括认知建构和社会建构。认知建构需要学生将已有知识经验和当前问题主动联系起来，以寻找创造性的解决方案。研究表明，具有良好知识经验建构的个体创造力更高。如相比非音乐家，具有深厚音乐知识及作曲经验的音乐家在发散性思维过程中有更大的双侧额叶激活。社会建构强调教师和学生之间的行为互动、情感互动、思维互动。研究表明，互动可以促进团队创造性观点产生，且前额叶和颞顶联合区的脑间同步性与团队的合作行为、团队创造性呈正相关。教学中要重视互动与合作，促使学生在学习新的知识和解决问题中，联系已有知识与经验，形成合理的知识结构，创造性地提出问题和解决问题。

重视反思评价

在得到一个初步的创造性问题解决方案之后，积极的反思评价能够帮助学生对所提出的创造性方案进行验证和优化。在验证和优化过程中，高认知控制有利于个体有目的地、系统地分析信息，促进新颖观点的适用性评价。脑成像研究也证明，个体在完成创造性评价任务时显著激活了负责认知控制的执行控制网络，包括背外侧前额叶和背侧扣带回。因此，教学中要引导学生对学习对象、学习过程、思维方式、所学知识和方法等进行积极地总结、反思和评价。

注重应用迁移

学生需要使用一些策略来帮助自己产生创造性的答案，而应用迁移就是非常有效的一种创造性思维的方法。研究表明，顿悟的形成与原型启发及关键信息的利用紧密相关，其过程激活了与认知控制及语义信息的创造性整合相关的额叶、颞叶、扣带前回，以及与新异而有效联系形成相关的海马在内的广泛脑区。顿悟是创造性问题解决的关键阶段，合理的迁移有利于顿悟问题的解决。教学过程要积极地引导学生将所学的知识方法迁移到真实情境和其他领域中去，将学习中形成的行为规范与价值观迁移到日常生活中去，提高学生应用迁移的能力。

强调全脑发展

从大脑结构角度分析，长久以来“左脑负责逻辑思维，右脑则负责创造性思维”的观念深入人心。但事实真的是这样吗？当前的创造力的脑神经科学研究结果打破了“右脑是创造力的源泉”这一神话。多项国内外研究检验了个体在完成常见创造力任务（如顿悟、发散性思维、远距离联想、言语创造性和图画创造性）时的大脑激活状态，结果表明，个体在完成这些任务时，主要激活前额叶、顶叶、颞叶及前扣带回；根据创造力任务的不同，视觉皮层、海马、胼胝体等其他脑区在不同任务中也有不同程度的激活，并且涉及多个脑网络之间的合作。例如，当个体完成最经典的创造力任务——多用途任务时，如说出常见物体（如空纸盒）有趣又新颖的用途时，他们大脑里两个非常重要的脑网络——默认网络和控制网络之间的功能连接会增强。默认网络有利于从长时记忆里提取潜在的有用信息来产生候选观点，而控制网络经常被用来评价候选观点的有效性，并修正它们以满足任务具体目标的限制。不仅如此，在不进行创造力任务的静息状态时，扫描个体的大脑成像会发现，高发散思维个体默认网络与左侧前额叶耦合的程度也显著高于低发散思维个体。

可见，在创造力产生的神经机制上，创造力任务的完成并不依赖于某一单侧脑区，而是大脑多个区域之间的同时激活与合作。这些结果可能是由于创造力是一种高级思维能力，是一种复杂的思维加工过程，它的产生涉及多个脑区负责的多种认知能力及思维过程的共同参与，如工作记忆、认知控制、发散思维和聚合思维等。因此，应注重多种认知能力的培养，同时促进左右脑的发展，而非执着地“开发右脑”。

基于脑科学研究、行为学研究和教育实验研究，我们提出了教学中需要遵循的动机激发、认知冲突、自主建构、自主监控、应用迁移五大基本原理，构成了思维型教学理论的核心内容，并基于“全脑发展”的理念开发了一套提升学生创新素质的课程——“学思维”综合活动课程。这套课程涉及了从幼儿园中班到八年级的儿童青少年，涵盖涉及形象思维、抽象思维、创造性思维和综合思维等20种思维方法和语文、数学、科学、社会、艺术等学科领域，由易到难，由浅入深，由形象到抽象，由日常问题到不同学科领域延伸，系统培养学生的创新素质。实验表明，经过一年“学思维”综合活动课程的教学，与对照组相比，实验组学生的学习动机、学习策略、思维能力、创造力、创造性人格等均有显著的提升，不仅在创造力任务的行为表现上更好，而且他们的大脑功能也有了明显改善。神经机制可塑性上，实验组儿童在进行顿悟问题解决时，事件相关电位中N300-500成分的平均波幅显著小于控制组。这表明“学思维”综合活动课程使得儿童对认知冲突的觉察自动化程度显著提高，从而促进顿悟问题的解决。并且，实验组儿童比控制组儿童在顶区出现了更强的低频alpha波同步化，在右侧中央顶区出现更强的高频alpha波同步化。这表明“学思维”综合活动课程使得儿童在发散思维任务中，增强集中了更多内部注意资源进行高效记忆搜索的能力，以及抑制无关信息干扰的能力，从而产生更多创造性的观点。

教育实质上就是在建构人的脑，正确地认识脑发展的规律，才能实施科学的教学。当前的脑科学研究结果为儿童青少年创造力的培养提供了多样化的方法，基于脑科学研究成果推进教学改革，培养创新人才的时代已经到来。