郭传杰：让青少年尽早开始高阶思维历练
郭传杰，研究员，博士生导师，中国科学院原党组副书记、中国科学技术大学原党委书记（兼），第1、2届国家教育咨询委员会委员）
“做好科学教育加法”是习近平总书记在2023年初春的指示，更是时代赋予我们的使命与要求。但是，如何做好科学教育加法？我以为，让我们的青少年尽早着手高阶思维的训练，是有效途径之一。
高阶思维是创新人才的核心素养
古今中外无数的事实证明，成功人士与普通人之间的差异虽有多种因素，但最大的差距往往在于思维方式。恩格斯称赞思维是“地球上最美丽的花朵”，哲人康德给自己撰写的墓志铭中说“重要的不是给予思想，而是给予思维”。有人问享有“经营之圣”美誉的日本企业家稻盛和夫：“一个人成功的关键是什么？”他十分明确简练地答道：“思维方式。”思维是思想的源泉，思想是思维力量创造的成果。
众所周知，美国教育心理学家本杰明·布鲁姆将学生从浅层到深度学习的认知思维过程分为6个层次，即记忆、理解、应用、分析、评价、创造。前3个被称为低阶思维，后3个被称为高阶思维。应该说，布鲁姆的学说比较符合学生学习认知的实际规律，对学生的教学实践具有较强的指导性。
高阶思维是建筑在低阶思维基础上的思维方式和能力，它是发生在较高认知水平层次上的心智活动，体现较高层次的认知能力，包括质疑意识与能力、信息素养能力、批判性思维能力、团队协作能力、创新创造能力、自我管理和决策能力等。在这若干认知思维和能力中，最核心的是3个，即质疑意识与能力、批判性思维能力和创新创造能力。
质疑是高阶思维的起始点和突破点。一个不敢、不会质疑的人，纵然学富五车，也不过是“图书馆”型人物，无力推动知识和社会的发展进步。批判性思维是高阶思维的关键点，只有对现成知识、标准答案提出挑战，并通过获取证据、分析推理等过程，给出新的解释和判断，才能推进知识的不断进步更新。当然，这里所说的批判性（critical）并不同于批判（criticism）这个概念，因为“批判”总是在否定，而“批判性”则是指思辨式的评析、判断，它除了否定外，还具有建设性。创造性思维是高阶思维的目标点，创造力的核心是“新”，具有强烈的建设性，提出新观点、新认知，发现新现象、新规律，发明新方法、新产品，是创造性思维的目标性特征。
综上不难看出，低阶思维具有承前、承继的静态性质，不负责推进知识发展的功能，而高阶思维则显然不同，它具有启后、开拓的前向动态性，有指向创新、发展的能力。由此可知，高阶思维才是创新人才的关键核心素养。这大概也是爱因斯坦在逝世前1个月说“追求真理比占有真理更可贵”所要表达的核心内容。
不过，这样说不是全盘否定低阶思维的存在价值。低阶思维是高阶思维必须要经历的基础阶段，没有通过低阶思维阶段获取的知识基础，高阶思维将是无源之水、无本之木。我们反对的是不要让青少年学生长期“卷”在对知识点的理解、记忆中，无休止地围绕现成知识点反复“刷题”。要知道，反反复复刷题，除了让学生倦学、厌学，浪费学生的宝贵青春年华外，是刷不出大批创新人才的。即使通过刷题可以让更多学生考出100分，那也与学生的创新能力提高没有任何关系。美籍华裔物理学家丁肇中曾说过：“我认识几乎所有健在的诺贝尔物理奖得主，我敢肯定地说，他们中没有一个是长期考分第一名的人。”因此，适时、较早地让学生接受高阶思维训练，及时提升学生的核心创新素养，才是当前教育的合理选择。
如何有效激发青少年的高阶思维
其实，青少年的好奇心和求知欲是与生俱来的，无须特殊方式激发，只要不给予打压就行。当然，从教学实践的角度，适当引导还是应该的，这样可以使他们的好奇心在正确方向上能持续更久。
从方法论的角度，能有效引导青少年开展高阶思维的方式方法很多。这里，我试举3例。
从问题切入
长期以来，教育实践中都是以传授、理解、记忆、应用知识点为教学基本目的。学生完美地掌握了老师教给的知识点，在老师出的以掌握知识点为要求的考试中得到100分，按此逻辑，学生就是好学生，老师就是好老师。这在以传授知识为主要目标的传统教育中，是天经地义的逻辑。
问题是，今天的教育已不同于工业文明以来的传统教育，数智时代的学生获取现成知识已属轻而易举之事。社会需要的是大批有创造力特别是具有知识原创能力和破坏性技术创新能力的杰出创新型人才。因此，教育的理念和方法必须改变。以传授知识点为理念和手段的教育不能承载培养创造型人才的使命，而从问题切入的教学思路与科学家认知探究的思路一脉相承，成为创新人才培育的第一选择，这也是科学教育的基本理念和方法，属于高阶认知的质疑思维。
科学问题不仅是科学研究的逻辑起点，也是推动科学、促进教育进步的原动力。学生发现现象、找到问题，就是做科学的开始。问题意识是知识进步的关键，也是创新教育的关键。爱因斯坦说：“你定义问题的水平，决定了你解决问题的水平。”他还讲过，“如果我有1个小时解决问题，我会花55分钟思考这个问题，花5分钟寻找解决方案。提出问题往往比解决问题更为重要。解决问题是技能层面，而提出问题是探索性的思考。”一个好问题能激发出不同层面的答案，能衍生出全新的研究领域，甚至开创一个新学科或新事业。在充满不确定性的未来时代，你“知道”什么并非最重要，你能否提出好问题才更为重要。
那么，如何能有效地让学生敢提问题并逐步提出好问题呢？这就需要教师的敏锐眼光和良好引导能力。首先，鼓励学生敢提问题，不怕提出“好笑”的幼稚问题；其次，告诉学生“科学问题无处不在”，一花、一叶，一云、一石等自然现象，我们日常司空见惯的常识，都蕴藏有无数诱人的问题，只要善于观察和思考，总能发现问题、提出问题；再次，层层递进，形成问题链，不断追问“为什么”，逐步深入，直达本源。不断追问“为什么、怎么样”的过程，是黄金思维的运行方式，也是科学家认知世界的方式。在学生提出问题时，教师不要因为“答不出来”而心虚脸红，好教师的职责是引导学生不断提出问题，不在于回答学生的全部问题。事实上，世上没有任何人能回答所有问题，不知道就说不知道，这恰是对科学精神的坚持和解读。
探究式学习
探究式学习，即“做中学”，是在教师指导下，由学生通过观察、阅读、实验、思考、讨论、报告等途径主动探究，找出规律，形成概念，得出结论，建立自己的认知模型和方法架构。它类似于科学家对不确定性结果的探究追寻，不同于对书本知识的记忆、理解，是激发学生高阶批判性思维的有效学习方式。
探究既是学习的过程，又是学习的目的，它多以项目的方式进行。项目探究有3点需要特别引起关注，一是探究题目的确定要以学生为主，自己商量决定该做什么、怎么做，而不是让学生被动接受教师给出的题目和已有的结论；二是探究过程中一定要鼓励学生相互沟通、讨论、理解，不要闭门造车、互不往来；三是多数情况下，探究式学习要用到先进科学仪器做实验，当然仪器越先进、现代，教学效果可能越好，但也不能一概而论。高质量的科学教育并不等同于运用高科技仪器的教育。有高级的仪器设备，应该做出高质量的教育；但即使没有好的仪器设备，同样可以做出高质量的科学教育。
跨学科融合
跨学科融合是激发青少年高阶思维的重要方法。现实中需要探究的问题，跨学科是常态，容易引发学生兴趣。创造性成果多产生于学科的交叉和融合处。2024年度的物理、化学诺贝尔奖都与大模型、人工智能密切相关。DNA双螺旋结构的发现得益于沃森等人的生物、物理、化学的跨学科协同探究，钱学森成为大师，得益于他对科学、技术与工程的系统把握，乔布斯擅长技术与艺术的感知，马斯克的巨大成功与其对商业和技术创新的超凡结合能力相关。
以前对大自然的探究和学习必须分科，数、理、化、天、地、生，不用“还原法”无法深入认识自然。现在人们的认知手段及认知水平都有极大提升，因此学习和探究应当重视跨界，否则不能正确理解自然的本质。值得注意的是，跨学科（inter-）是两个或两个以上的学科在学科知识、学科方法、学科思想等方面的化合融合，类似于多种水果榨成的果汁，它本质上与“多学科”不同。多学科（multi-）是指两个或两个以上的学科的并置组合，各学科仍然独立存在，有如一个装着多种水果的沙拉果盘。
目前，有一种称为“社会性科学议题学习”（SSI-L）的跨学科项目探究式教学实践在悄然开展，它以全球气候变化、能源问题、生态环境、人工智能、基因编辑等具有重大社会性影响的科学问题为背景，抽、提出适于中学生理解和把握的各种探究课题，经过知识准备、项目分解、分析批判、形成观点、分组讨论、创新结果、交流评价等环节，历练学生的高阶思维能力，既可让学生学到跨学科的重大自然科学问题，又可提升学生作为未来社会主人的责任感、使命感和批判力、创造力。
本文根据作者在中国青少年科技教育工作者协会2024年年会上的发言整理而来。
来源 | 《中国科技教育》2024-12，文章编辑：毕晨辉
编辑、排版 | 孟想
一校 | 孟想
复校 | 若惜
终校 | 朱志安