【摘要】2021年，我國設置了“交叉學科”門類，這一獨立學科門類的出現(xiàn)為教育創(chuàng)新和創(chuàng)新教育帶來了新挑戰(zhàn)、提供了新機遇，從支撐創(chuàng)新人才身體和腦、心理和精神發(fā)展的角度，實現(xiàn)交叉學科在個人、關系和群體三個文化層面的建設，是該學科發(fā)展的必由之路。20世紀以來，認知科學和聚合科技是兩次較大的交叉學科嘗試，在中西方均產生深遠影響。當前，我國交叉學科和教育創(chuàng)新還未實現(xiàn)有效融合、相互促進，應充分重視“創(chuàng)新人才培養(yǎng)”這個重大的交叉學科領域，著力培養(yǎng)勝任交叉學科教學和研究工作的師資，深入借鑒中西文明在“軸心時代”的經驗與智慧，進一步優(yōu)化現(xiàn)有學科和課程設置，并實現(xiàn)高等教育與基礎教育高水平協(xié)同育人創(chuàng)新。
【關鍵詞】交叉學科 認知科學 聚合科技 教育創(chuàng)新 創(chuàng)新人才培養(yǎng)
【中圖分類號】G649/G643 【文獻標識碼】A
【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2023.21.004
引言
2020年12月，國務院學位委員會、教育部發(fā)布《關于設置“交叉學科”門類、“集成電路科學與工程”和“國家安全學”一級學科的通知》（學位〔2020〕30號），“按照《學位授予和人才培養(yǎng)學科目錄設置與管理辦法》的規(guī)定，經專家論證，國務院學位委員會批準，決定設置‘交叉學科’門類（門類代碼為‘14’）”。由此，交叉學科成為我國繼哲學、經濟學、法學、教育學、文學、歷史學、理學、工學、農學、醫(yī)學、軍事學、管理學和藝術學之后的第14個獨立的學科門類。根據我國《研究生教育學科專業(yè)目錄（2022年）》，目前該學科門類包括集成電路科學與工程、國家安全學、設計學、遙感科學與技術、智能科學與技術、納米科學與工程、區(qū)域國別學、文物和密碼等9個一級學科。
交叉學科這一獨立學科門類的設置反映了時代對學科交叉、聚合的熱切呼喚（衣新發(fā)、蔡曙山，2016），既是應時之舉，有利于一系列關系國計民生重大問題的解決；也是應事之需，在秉持中西方傳統(tǒng)中有關培養(yǎng)“完整的人”思想的基礎上，為高素質、專業(yè)化、創(chuàng)新型、復合型人才的成長，為拔尖創(chuàng)新人才的涌現(xiàn)營造更好的學科發(fā)展環(huán)境。為此，在研究領域，國家自然科學基金委員會在數(shù)學物理科學部、化學科學部、生命科學部、地球科學部、工程與材料科學部、信息科學部、管理科學部、醫(yī)學科學部等8個傳統(tǒng)學部之外，于2020年新設立了交叉科學部。
交叉學科門類的設置，是我國教育和科技發(fā)展史上的大事件，從頂層設計的角度為教育創(chuàng)新開辟了新路。教育創(chuàng)新是為了實現(xiàn)培養(yǎng)高質量人才的目的，充分利用一切信息，在教育理念、教育制度、教師教育、課程教材和教育實踐等方面作出優(yōu)化調整的過程。雖然在制度層面，我國交叉學科已經成為獨立的學科門類，但其交叉性決定了這一門類的獨立具有相對性，其更重要的意義在于對原有的學科門類及所屬的各級學科作出交叉性、融合性和協(xié)同性的整合，以更加有利于人才的培養(yǎng)；而受制于傳統(tǒng)學科分化所形成的思維定勢、經驗定勢和制度定勢，這種整合并不是一個水到渠成的過程，需要推進者不斷地打破定勢、更新理念、探索經驗與反思改進。
教育創(chuàng)新與創(chuàng)新教育
黨的二十大報告提出：“教育、科技、人才是全面建設社會主義現(xiàn)代化國家的基礎性、戰(zhàn)略性支撐。必須堅持科技是第一生產力、人才是第一資源、創(chuàng)新是第一動力，深入實施科教興國戰(zhàn)略、人才強國戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略，開辟發(fā)展新領域新賽道，不斷塑造發(fā)展新動能新優(yōu)勢。”具備創(chuàng)新素養(yǎng)的人才能夠更好地成為發(fā)展所需的人力資本，而創(chuàng)新素養(yǎng)指的是創(chuàng)新人才所應具備的關鍵品格和必備能力，創(chuàng)新能力或創(chuàng)造力是創(chuàng)新素養(yǎng)的核心。有關人才創(chuàng)新素養(yǎng)的教育簡稱創(chuàng)新教育，創(chuàng)新教育對于堅持“三個第一”、實施三大戰(zhàn)略至關重要，而創(chuàng)新教育的核心基礎在教育創(chuàng)新，交叉學科則為教育創(chuàng)新奠定了文化基礎，也是教育創(chuàng)新的題中應有之義。
當前，我們的教育在人才創(chuàng)新素養(yǎng)發(fā)展方面還存在許多可以改進、提升的空間，尤其在交叉學科的有效支撐方面需要多作努力。對此，筆者提出創(chuàng)造力文化金字塔模型（衣新發(fā)，2009），該模型包括兩大部分，即創(chuàng)造力金字塔和文化球層（如圖1所示）。創(chuàng)造力金字塔位于該模型的內部中心，聚焦個體自身情況，其頂端是創(chuàng)造力，3個基座分別是身體、心理和精神，身體、心理和精神這3個因素會直接影響創(chuàng)造力的生成和表達。模型的外部是文化球層，聚焦個體之外的重要影響因素，該球層由里到外一共分為3層，分別是個人層面、關系層面和群體層面，越靠近中心的圈層對個體的影響越直接。從創(chuàng)造力文化金字塔模型可以直觀看出，創(chuàng)造力的發(fā)展是創(chuàng)造性的心理、身體和精神與創(chuàng)造性的文化相互作用的結果，缺少其中任何一環(huán)，創(chuàng)造力的發(fā)展和表達都會受到阻礙。
創(chuàng)造力的身體基礎。支撐創(chuàng)新素養(yǎng)發(fā)展的身體基礎包括健康的腦、動手能力（實踐操作能力）和體力（耐力）等。認知神經科學的研究發(fā)現(xiàn)表明，腦的功能會顯著影響創(chuàng)造的表達和發(fā)展。無論是大腦皮層，還是小腦的發(fā)育情況都與創(chuàng)造力和創(chuàng)新密切相關。近期研究表明，工作記憶、大腦皮層和小腦的合作是創(chuàng)造力和創(chuàng)新產生的基礎（L. R. Vandervert; P. H. Schimpf and H. Liu, 2007）。無論是科學創(chuàng)造力、技術創(chuàng)造力、工程創(chuàng)造力，還是藝術創(chuàng)造力，在各種創(chuàng)造力的發(fā)展和表達過程中，動手能力（實踐操作能力）都是很重要的，是創(chuàng)意產生、保持和實現(xiàn)的主觀條件，而健康的體魄則讓創(chuàng)造主體有足夠的時間和耐力來完成大量細致的探索和實驗。因此，上述三個因素所組成的身體因素是創(chuàng)造力發(fā)展和表達的生理和健康基礎。這個基礎的良好發(fā)展離不開交叉學科發(fā)揮合力所影響的教育、文化環(huán)境。當前，我國的教育主要集中于課堂學習，內容以間接經驗為主，學生普遍缺乏在自然天地、體育場、博物館、科技館和勞動實踐場所等地進行的直接經驗學習。
創(chuàng)造力的心理基礎。創(chuàng)造力發(fā)展和表達的心理基礎包括智力-知識部分和心理動力部分兩類心理因素。智力-知識部分包括智力、創(chuàng)造相關的知識和創(chuàng)造相關的技能3個部分；心理動力部分包括人格、動機和情緒。無論是通過傳統(tǒng)的智力測驗法，還是通過歷史測量法，以往的研究大都表明，中等程度以上的智力水平是高創(chuàng)造力表達的必要條件，但兩者并不總是正相關。同時，任何領域的創(chuàng)造都需要創(chuàng)造者對相關領域的知識和技能進行充分的掌握和嫻熟的運用，尤其是跨學科、跨領域的知識和技能對于創(chuàng)新尤為重要。如果說智力-知識部分是創(chuàng)造力發(fā)展所需的“硬件”基礎，那么心理動力部分就是其所需的“軟件”部分。對于情緒的作用，Csikszentmihalyi提出“酣暢”（flow）的概念（衣新發(fā)、敖選鵬、鮑文慧，2021），認為積極的情緒狀態(tài)有助于創(chuàng)造者打開思路、產生創(chuàng)造性的觀念。創(chuàng)造力發(fā)展和表達的心理因素，尤其是智力因素和人格因素在以往的研究中得到了廣泛的關注（F. Barron and D. Harrington, 1981），林崇德曾提出“創(chuàng)造性人才＝創(chuàng)造性思維（創(chuàng)造性智力因素）＋創(chuàng)造性人格（創(chuàng)造性非智力因素）”的理論（林崇德，2018）。
反觀當前的教育現(xiàn)實，一方面，“五育”（德智體美勞）中的“智育”長期一枝獨秀，超前學習、缺乏理解之下的機械學習、簡單重復性的刷題學習廣泛存在，這造成了基礎教育階段學生沉重的學習負擔，而通過這種方式形成的“智力-知識”基礎很難成為支撐創(chuàng)新素養(yǎng)發(fā)展的基礎，也不利于學生心理動力的發(fā)展。經合組織（OECD）最近的國際學生評估項目（PISA）測試結果也表明，雖然中國學生每周的學習總時長居于世界第二位，但其單位時間的學科學習效率是較為落后的。另一方面，學校教育較長時間以學科分化課程為基礎的教學傳統(tǒng)，使得職前教師在師范專業(yè)學習期間就較為缺乏跨學科的學習經歷，導致其成為教師后很難開展交叉學科的教學工作，這也是綜合實踐活動類的課程在中小學難以深入開展、以項目為基礎的學習方式在實踐與推進中困難重重的原因之一。
創(chuàng)造力的精神基礎。創(chuàng)造力發(fā)展和表達的精神基礎是包括道德因素、理想追求和審美體驗在內的精神因素。這些體驗是哲學、科學和藝術創(chuàng)造力的靈感來源，并為創(chuàng)意的表達提供新穎的方法。這種體驗使創(chuàng)造者感覺到客觀世界是有秩序的，并能為個體所認識、描繪和重新建構，也使創(chuàng)造者對于其本身的追求產生效能感和使命感。此外，創(chuàng)造力的精神因素是解放潛意識的必要條件，對于想象、直覺和靈感等有促進和激發(fā)作用。2020年9月，習近平總書記在北京主持召開科學家座談會并發(fā)表重要講話指出：“科學成就離不開精神支撐?？茖W家精神是科技工作者在長期科學實踐中積累的寶貴精神財富。”具體而言，科學家精神是胸懷祖國、服務人民的愛國精神，勇攀高峰、敢為人先的創(chuàng)新精神，追求真理、嚴謹治學的求實精神，淡泊名利、潛心研究的奉獻精神，集智攻關、團結協(xié)作的協(xié)同精神，甘為人梯、獎掖后學的育人精神。這樣精神的涵養(yǎng)和培育，要靠德育與各學科教育、美育和實踐教育的有機結合，需要課堂內外育人力量的深度融合，需要交叉學科培養(yǎng)資源的高度契合。
創(chuàng)造力的社會文化基礎。創(chuàng)造力發(fā)展和表達的社會文化基礎包括個人層面、關系層面和群體層面。這種關于文化層面的分類，筆者參照了早期Hofstede關于個人主義-集體主義的研究以及后來學者對于文化分類的研究。在文化研究領域，個人主義和集體主義的區(qū)分已經成為一種相對基礎的衡量尺度。一些西方文化，如美國文化，將自我概念定義為個人導向且與他人相分離的；相反，一些東方文化，如中國文化，將自我定義為與他人相互依賴的，更加具有集體主義的傾向。然而，也有一些學者對這種不明了的個人主義-集體主義結構提出了批評。有研究認為，這種包羅萬象式（catchall）的結構并不能涵蓋文化差異的各種形式，Brewer和Gardner（1996）提出一種新的理論架構，該架構包含個體、關系和集體三個因素。筆者認為該架構更為清晰準確，對于理解創(chuàng)造力發(fā)展和表達有很大借鑒意義。
在創(chuàng)造力的文化球層中，個人層面指的是個體的自我世界；關系層面指的是各種各樣與個體發(fā)生直接人際關系的文化因素的總和，包括家庭、親戚、幼兒園、學校和工作場所等，是個體的生活世界；集體層面指的是與個體有非直接關系的文化因素，包括不同種類的組織、專業(yè)團體等。這三個層面是相互影響的，個人層面在關系層面中生活、發(fā)展，同時受到來自集體層面的各種影響，在一些情況下，個人通過自己的行為也會對關系層面和集體層面產生影響。
文化球層通過直接或間接（通過身體、精神和心理的中介作用）的方式影響個體或群體創(chuàng)造力的發(fā)展與表達，個體或群體也可能通過自身的創(chuàng)造性產品影響文化的演進。在人類歷史上，一些卓越的創(chuàng)造力成果改變了整個文化的方向，例如，馬克思主義、達爾文的進化論和關于計算機的思想，等等。在文化球層的每一個層面都有3個特征可能影響個體或群體的創(chuàng)造發(fā)展與表達的水平，這3個特征分別是資源豐富程度、文化的寬松程度和文化的有序程度。所謂資源豐富程度，指的是該文化環(huán)境中可以為其成員所利用的物質資源的豐富程度；寬松程度指的是該文化環(huán)境對于其成員思想和行為的容許程度；有序程度指的是該文化環(huán)境內制度、法律等的秩序狀況。最適合創(chuàng)造力表達的文化類型是這3個特征有機組合的文化。
交叉學科與教育和創(chuàng)新。作為一門新的學科，交叉學科相對于現(xiàn)有的單一學科為主導的個人、關系和群體層面文化而言，意味著文化的再造和創(chuàng)新，未來必將從資源的豐富度、文化的寬松度和文化的有序度等3個角度優(yōu)化個人、關系和群體層面的文化。當前，交叉學科作為一種建制已經從群體文化的層面得到了制度的確認，但很明顯，在關系層面和個人層面，交叉學科還不是組織建制和個人文化的主要運行方式。從基礎教育到高等教育，現(xiàn)行的課堂教學主要依托的形式依然是分科教學?；A教育的教研組是以分科為基礎的，高校和科研機構中學院和研究所的劃分、經費的投入和分配也是依托學科而確定的。例如，中小學需要可以勝任STEM教學任務的教師，但我們當前的教師教育還無法滿足這種需求。原因在于，一方面，所涉及的不同專業(yè)教師教育力量分散在不同院系，較難形成合力；另一方面，即便是在中小學自然成長起來的可勝任STEM交叉學科教學的教師，其在晉級、評優(yōu)的時候也時常遭遇困境——較難納入現(xiàn)有以學科為基礎的評審序列，因“交叉學科”尚不是一個常設組別。鑒于此，通過教育政策與制度的創(chuàng)新，突破現(xiàn)有困境、解決當前問題就成為題中應有之義和當務之急。
交叉學科的追溯
交叉學科的歷史淵源可追溯到“軸心時代”。中國周朝的“六藝”教育實質就是初步以學科交叉融合培養(yǎng)人才的教育。雖然當時可能沒有“學科”概念，更談不上學科分化，但“六藝”的教育思想與現(xiàn)在所言及的交叉學科實際上是異曲同工?！吨芏Y·地官司徒·保氏》言：“養(yǎng)國子以道。乃教之六藝：一曰五禮，二曰六樂，三曰五射，四曰五御，五曰六書，六曰九數(shù)”，其中基于禮、樂、射、御、書、數(shù)的學習，可被視為“初級班”課程?！抖Y記·王制》載：“樂正崇四術，立四教，順先王詩書禮樂以造士，春秋教以禮樂，冬夏教以詩書”，其中所言《詩經》《尚書》《禮記》和《樂經》可被視為“高級班”課程；后來，孔子將《易經》和《春秋》也納入“六藝”學習內容，與前述內容共同構成“高級班”課程的完整體系。該體系為培養(yǎng)“完整的人”奠定基礎，并達到了“及門之徒三千，身通六藝者七十有二人”的教育成效。通過創(chuàng)造力的文化金字塔模型反觀“六藝”教育，重要的身體與大腦的訓練、心理的教育和精神的涵養(yǎng)均已涵蓋其中，由此觀之，這是一種較為全面的教育體系設計。如果莊子和馬一浮“諸子出于六藝”（馬一浮，1996）的立論正確，那么可以說“六藝”開啟了中華文明在思想和哲學上的首個黃金時期，為中華民族邁入“軸心時代”貢獻了交叉學科豐厚而必要的思想資源，是中國文化連綿不斷的動力來源之一。
軸心時代古希臘文明的醞釀與發(fā)展同樣與交叉學科關系密切。起源于古希臘的“七藝”體現(xiàn)了歐洲教育對“完整的人”的培養(yǎng)目標。其核心內容主要包括“三科”，即文法、修辭和辯證法，以及“四學”，即算數(shù)、幾何、天文和音樂。柏拉圖曾經按照“以體操鍛煉身體，以音樂陶冶心靈”的指導思想，把學科區(qū)分為初級和高級兩個類別。體育作為初級科目，主要包括游戲和若干項運動；同樣作為初級科目的音樂，除包括音樂和舞蹈之外，還包括讀、寫、算等文化學科。高級科目主要有算術、幾何學、音樂理論和天文學。該學科體系傳入羅馬以后，還增加了醫(yī)學、歷史、法律和建筑學等內容。“七藝”之學在歐洲歷史上影響較大，直到文藝復興（14至16世紀）后才出現(xiàn)基于“七藝”的學科分化，經過數(shù)百年的發(fā)展形成了今日不斷細分的學科局面。
“六藝”和“七藝”是在東、西方文明的發(fā)軔時期，教育者希望以少數(shù)關鍵領域的訓練，培養(yǎng)應時所需的優(yōu)秀人才，提升其關鍵品格和必備能力的教育模式。其思想方法是在學科和思想出現(xiàn)更大分化以前出現(xiàn)的，雖然不如今日學科分化精細，但妙在抓住關鍵、形成合效，旨在實現(xiàn)身心并重、多育并舉，仍然值得今天的教育工作者借鑒。從某種意義上說，今日的交叉學科也是回到“原點”，從時代需要什么樣的人、需要什么樣的教育出發(fā)，重新整合現(xiàn)有的學科體系，體現(xiàn)出交叉、綜合的特點。
交叉學科的兩個時代最強音
數(shù)個世紀學科不斷分化，從20世紀50年代開始，西方心理學、語言學、語言哲學、信息科學和腦與神經科學幾乎同時發(fā)生了革命性的變革。到20世紀70年代中葉，這種革命性的學科變化使得認知科學橫空出世。2000年，一個更大的綜合科學研究計劃于美國誕生，這就是聚合科技（converging technologies），這個綜合性的學科交叉計劃主要包括納米技術（nanotechnology）、生物技術（biotechnology）、信息技術（information technology）和認知科學（cognitive science）四大領域的聚合。認知科學和聚合科技的誕生，是人類科學技術發(fā)展史上的重大事件，是交叉學科發(fā)展的兩個時代最強音，對世界各國尤其是歐美發(fā)達國家的教育產生了一系列革命性的影響（衣新發(fā)、蔡曙山，2016；蔡曙山，2021）。
認知科學的發(fā)展。1975年，有賴于美國著名的斯隆基金的支持，美國學者將哲學、心理學、語言學、人類學、計算機科學和神經科學整合在一起，研究“在認識過程中，信息是如何傳遞的”這一課題，最終這個研究計劃產生了一個新興學科——認知科學。當前國際公認的認知科學學科結構如圖2所示（蔡曙山，2021）。
認知科學的發(fā)展首先是在原來的6個支撐學科內部產生了6個新的發(fā)展方向，即心智哲學、認知心理學、認知語言學（或稱語言與認知）、認知人類學（或稱文化、進化與認知）、人工智能和認知神經科學。這6個新興學科是認知科學的6大學科分支。其后分支之間互相交叉，又產生11個新興交叉學科，即控制論、神經語言學、神經心理學、認知過程仿真、計算語言學、心理語言學、心理哲學、語言哲學、人類學語言學、認知人類學、腦進化。
2013年，奧巴馬在任期間美國開啟了名為“通過推動創(chuàng)新型神經技術開展大腦研究”（Brain Initiative）的項目，該項目的預算經費達數(shù)十億美元，項目組于2022年9月宣布了極富野心的未來規(guī)劃——繪制世界上最全面的人腦細胞圖譜。研究者表示，該項目在5年內將獲得5億美元的資助，項目的成果——腦計劃全細胞圖譜網絡（Brain Initiative Cell Atlas Network, BICAN）將幫助人們更好地了解人類大腦的工作方式，并深入理解腦疾病的相關機理。對此，就職美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）的該項目研究負責人John Ngai斷言，項目成果“將改變我們?yōu)樽訉O后代進行神經科學研究的方式”。
在我國，近年來認知科學也得到了高度重視并蓬勃發(fā)展，逐步由引介、消化歐美認知科學成果轉為初步深化研究。在《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》中，“腦科學與認知科學”被列為我國科技中長期發(fā)展規(guī)劃的八大前沿科學領域之一。認知科學誕生30年后，2005年中國科技部批準成立中國兩大認知科學國家重點實驗室——北京師范大學“認知神經科學與學習國家重點實驗室”和中國科學院“腦與認知科學國家重點實驗室”，清華大學在2006年4月建成教育部“985工程”認知科學研究基地——清華大學心理學與認知科學研究中心。2015年12月，名稱包含“認知科學”的學院——“民族文化與認知科學學院”在貴州民族大學成立。
2017年9月，北京師范大學與北京大學、清華大學等18所高等研究機構共同成立了中國兒童青少年腦智研究全國聯(lián)盟。這個聯(lián)盟主要在研究中國青少年腦智發(fā)育基本規(guī)律、研發(fā)腦智綜合評估系統(tǒng)、研制腦智發(fā)育提升方法和方案、建立兒童青少年腦智評估與提升智能化一體化平臺等領域進行跨界合作。聯(lián)盟發(fā)起單位共同簽署了《中國兒童青少年腦智研究全國聯(lián)盟共識》，提出基礎科學研究、科研成果應用與社會服務、人才培養(yǎng)、機制體制創(chuàng)新等4個方面的目標，強調“推動跨學科交叉融合”“建立跨學科、跨單位的人才培養(yǎng)體系”。
2021年9月，科技部“科技創(chuàng)新2030—‘腦科學與類腦研究’重大項目”將“兒童青少年腦智發(fā)育研究”列為五大攻關方向之一。“中國學齡兒童腦智發(fā)育隊列研究”是“兒童青少年腦智發(fā)育研究”的主體項目，由科技部支持，北京師范大學牽頭協(xié)同全國30家科研院所與醫(yī)院共同開展。該項目旨在協(xié)同我國在兒童青少年腦智發(fā)育研究方面最具實力的機構，進行聯(lián)合攻關，構建世界上最大的學齡兒童腦智發(fā)育隊列。
2021年，清華大學蔡曙山教授《認知科學導論》出版，該著作系統(tǒng)展示了人類認知五層級結構——神經認知、心理認知、語言認知、思維認知和文化認知，此為認知科學這一交叉學科原創(chuàng)性的中國理論體系，標志著中國認知科學步入新的發(fā)展階段。
聚合科技的發(fā)展。“發(fā)展聚合科技，提高人類能力”這一共識，來自美國國家科學基金會（NSF）和美國商務部（DOC）于2000年共同資助的一項研究成果，其目的是要確定哪些學科是新世紀的引領學科。該研究的成果是一份題為《Converging Technologies for Improving Human Performance：Nanotechnology, Biotechnology, Information Technology and Cognitive Science》（《聚合四大科技，提高人類能力：納米技術，生物技術，信息技術和認知科學》）的報告。其中，“Nanotechnology”“Biotechnology”“Informati on Technology”“Cognitive Science”縮寫為“NBIC”，簡稱恩貝克，亦是該報告的簡稱。在這份濃縮了當時科學家前瞻性思考的報告中，研究團隊斷言：在整個21世紀的一百年中，重要的跨越式進展將發(fā)生在聚合科技等幾大領域。該報告指出，在納米技術領域，相關研究成果將幫助人類不斷消解自然分子系統(tǒng)和人造分子系統(tǒng)的界限，使得人造系統(tǒng)的設計與制作不斷精準化；在信息科技領域，更具智能性的機器會不斷出現(xiàn)；在生物技術領域，可以預期人類將可以通過對基因組學和蛋白質組學的不斷深入研究，更好實現(xiàn)延年益壽這一古老目標；在認知和神經科學領域，人類認知的奧秘將被不斷解開，并創(chuàng)造更先進的人工神經網絡；在社會科學領域，相關研究將幫助人們更好地理解文化的深層機制，更精準地把握群體的認知方式和思維演化。
總體而言，在聚合科技的框架內，認知科學將會是具有先導性的研究領域，從方式、內容、特征、時空等四個層次為聚合技術的發(fā)展奠定思維基礎；繼而，研究者可以使用納米技術和納米科學制造出相關的產品，生物醫(yī)學和生物技術研究者會推進相關產品的實踐應用，而信息科學家會實現(xiàn)對相應產品的準確操縱和控制，使其良好工作（M. C. Roco and W. S. Bainbridge, 2002）?！毒酆纤拇罂萍迹岣呷祟惸芰Α方o出的結論是，四大科學技術領域的深度聚合會形成革命性的成效，這種成效就如一把“利劍”，即“恩貝克之劍”，將會“加快技術進步的速度，并可能會再一次改變我們的物種，其深遠的意義可以媲美數(shù)十萬代人以前人類首次學會口頭語言”（M. C. Roco and W. S. Bainbridge, 2002）。
2013年7月，聚合科技體系發(fā)展到“2.0”升級版，其標志也是一份綱領性文獻——《Convergence of Knowledge, Technology, and Society: Beyond Convergence of Nano-Bio-Info-Cognitive Technologies》（《知識、技術和社會的聚合：超越納米-生物-信息-認知技術的聚合》）（M. C. Roco; W. S. Bainbridge; B. Tonn and G. Whitesides, 2013）。該報告集成了美國國家科學基金會數(shù)學、計算機科學與技術、生命科學、工程、物理學和社會科學、經濟學等領域的新研究進展。來自中國、歐盟各國、日本和澳大利亞等國家的研究人員貢獻了各自的研究成果。在這份報告中，研究者一致認為，符合社會利益的知識與技術的聚合（Convergence of Knowledge and Technology for the Benefit of Society, CKTS）是聚合科技發(fā)展的新方向，CKTS被形象化地描述為“聚合旋律”，其目的是實現(xiàn)更大范圍的學科交叉融合。然而，這樣的目標所需要的能力在傳統(tǒng)分析的時代、學科日益分化的時代都很難培養(yǎng)，時代的要求倒逼我們更新人才培養(yǎng)的模式、變革人才培養(yǎng)的課程標準體系和總體內容架構。
在新型交叉學科中，聚合科技將成為下一步知識社會創(chuàng)新發(fā)展的基石、新一輪科技和工業(yè)革命的發(fā)動機。聚合科技將著力攻克三大難關：其一，聚集各學科在基礎性前沿科學、技術范疇的最新進展，并不斷帶來新穎的研究重點方向和職業(yè)發(fā)展契機。其二，學科的交叉聚合將大幅度提升個體的創(chuàng)造與社會的創(chuàng)新，并不斷增進經濟的繁榮與發(fā)展，為更便捷的信息互動交流提供新的平臺。其三，CKTS的根本目的在于更好地提升人類的幸福感和發(fā)展?jié)撃?，包括進一步促進基于認知化的社會創(chuàng)新、不斷推進基于個人的、兼具高度整合性的社會健康體系和教育體系的建設。
21世紀90年代以來，中國對聚合科技展開了引介和初步探索。在聚合科技、學科交叉的影響下，2012年，陜西師范大學開始建設現(xiàn)代教學技術教育部重點實驗室。截至2023年10月，該實驗室是我國唯一一個以創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為研究主攻方向的教育部重點實驗室。實驗室的建設思路緊密結合聚合科技的思想，研究人員來自生命科學、計算機科學和技術及心理學、教育學等不同學科專業(yè)，實驗室專職研究人員均離開了各自的原屬學院，在一個全新的研究機構探索交叉學科下的研究工作。實驗室持續(xù)整合校內外、國內外的相關專業(yè)研究力量，在教學規(guī)律、學習機制、教師發(fā)展和創(chuàng)新素質這4個緊密聯(lián)系的主題領域持續(xù)開展研究，旨在于理論、實證研究和實踐探索方面取得突破性進展，以對我國的教育創(chuàng)新和創(chuàng)新人才培養(yǎng)有所貢獻。
該實驗室是依托國家教師教育“985”優(yōu)勢學科創(chuàng)新平臺建設的重點科研機構，是以現(xiàn)代科技支撐教學的教育部重點實驗室，旨在將聚合科技服務創(chuàng)新人才培養(yǎng)相關研究的工作落到實處；除人員的交叉融合外，實驗室還將代表分子生物學、動物行為學、發(fā)展與教育心理學、認知神經科學、計算機科學與技術等不同研究范式的硬件與軟件有機整合，在學習的腦機制、思維型教學、科技創(chuàng)新后備人才成長規(guī)律、智能技術增強學習4個方面展開研究，并建有相應的研究中心，分別是學習的腦機制研究中心、思維型教學研究中心、科技創(chuàng)新后備人才成長規(guī)律研究中心和智能技術增強學習研究中心，服務于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)這一國家重大需求（圖3）。
學習的腦機制研究中心合理開展人類和動物的實驗和田野研究，努力探索教學活動如何通過影響腦內神經網絡的建構，促進學生情感、思維、品德等方面的均衡發(fā)展。思維型教學研究中心以促進學生核心素養(yǎng)的發(fā)展為目標，以思維型教學理論為核心，以教學實踐為重點，以綜合評價為引領，以教師發(fā)展為支撐，建立教學、評價與教師發(fā)展的一體化體系，服務于國家義務教育科學課程標準修訂、國培計劃推進和國家義務教育質量監(jiān)測等工作?？萍紕?chuàng)新后備人才成長規(guī)律研究中心面向國家科技創(chuàng)新后備人才自主培養(yǎng)重大需求，圍繞科技創(chuàng)新后備人才的必備特征、成長規(guī)律、鑒別選拔、影響機制、培養(yǎng)模式、評價方式和科學教育改革開展研究。智能技術增強學習研究中心聚焦數(shù)字化轉型背景下教育教學重大需求，緊扣智能技術增強學習核心問題，開展面向智慧教學，支撐、促進學生個性化自主學習與問題導向精準化教學的智能技術、算法及模型研究，以及數(shù)字化教學轉型理論、理念、途徑及方式方法研究和智慧教學背景下學習者學習認知相關理論、機制及影響要素研究。
兩大交叉學科：愿景與經驗
兩大交叉學科的驅動力。以認知科學和聚合科技為代表的交叉學科，在美國形成了很大的推動力量，不斷重構美國的教育。這樣的重構一方面體現(xiàn)在諸多研究機構的研究計劃和研究成果之中，另一方面，相應的改變已經成為美國各州教育政策、教育發(fā)展戰(zhàn)略的修定依據。聚合科技在內容方面不斷優(yōu)化著現(xiàn)有的課程內容，人類基因組計劃的成果廣泛作為生物課程變革的來源，同基因相關的跨學科教育教學體系不斷被開發(fā)，在學?；蚩萍疾┪镳^中均可見到這樣的變化；另外，用于過程性評價的生物反饋儀器和可穿戴設備，也在不斷投入于日常學習信息的教育應用；大腦活動評價技術、認知和注意增強技術、自動神經反饋技術等不斷地應用于學生的學習力、注意力和壓力管理。
除此之外，美國多數(shù)著名大學都開啟了基于認知科學和聚合科技的長期研究工作，并將研究成果持續(xù)應用于教育創(chuàng)新。哈佛大學基于交叉學科的原則匯總了6大研究分類，即心智、身體、社會、地球、太空和技術；麻省理工學院著重發(fā)展“神經與認知科學”領域，設置了“腦與認知科學系”“麻省腦科學研究所”等機構，并創(chuàng)辦《認知神經科學》學術期刊，強調這一領域是未來幾十年尤為激動人心的研究領域，會出現(xiàn)實質性的學術成果；加州大學伯克利分校將認知研究聚焦實際生活中的認知活動，并不斷推進對這些現(xiàn)象的理論說明和實證研究解析。
聚合科技的愿景。聚合科技會有效地促進科學與教育的長足發(fā)展，也會更有機地將二者緊密關聯(lián)。相關領域研究者認為，社會的未來要依靠不斷的實質科技進步，而持續(xù)的科技進步又必須依賴先進的科技教育。聚合科技的提出者指出，以下4種因素會使未來的教育發(fā)生根本的改變。
其一，科學普及力度加大。在整體的教育系統(tǒng)中，存在許多似是而非的非科學思想，應合理使用恩貝克的研究成果以實現(xiàn)更具深度和廣度的科學普及，用科學的態(tài)度對待科學。
其二，中小學的持續(xù)改革。納米的、生物的、信息的和認知的研究與實踐會快速發(fā)展，這樣的發(fā)展將會為個體學習什么、如何學習、如何有效地檢驗學習成果不斷提供新的洞察視角，這會有效地推進中小學持續(xù)改革。
其三，教育教學輔助工具的研發(fā)。通過恩貝克，新的智能教育和其他輔助技術將在中小學得以運用和普及，各國都會投入巨資開展新技術和新的智能教具的研發(fā)。
其四，打破理念和經驗上的定勢。一位在分析時代成長起來的科學家，其主要的科研工作也多半是在學科分化的背景下開展的，其轉到以聚合科技為代表的交叉學科研究領域的可能性較??；因此，如果想扭轉學科過度細分所帶來的不利于創(chuàng)新的趨勢，就應該在基礎教育階段更新學科分化的理念，從教育內容和學習方式上更好地實現(xiàn)學科交叉。
來自材料世界的典型經驗。聚合科技如何真正帶來教育的實質性創(chuàng)新？美國西北大學Robert P. H. Chang（張邦衡）在這方面作出了有益嘗試，取得了良好成效。他帶領團隊從1994年開始投入材料世界模塊（Materials World Modules, MWM）的研制工作，在此之前他有多年材料領域的研究經驗，曾擔任國際材料學會主席。MWM項目作為一個科普性質的教育項目，目的是引導學習者在學習過程中通過親手操作實驗來發(fā)展其探究和創(chuàng)新能力，內容凸顯交叉學科的思想，以實操性、探究性和項目化為原則，與中學的科學、技術、數(shù)學和工程等STEM科目密切相關。團隊共研發(fā)出16個課程模塊，致力于應對各種全球挑戰(zhàn)，例如，再生能源、環(huán)境保護、醫(yī)藥、以及信息系統(tǒng)與安全等。
具體而言，MWM的16個課程模塊包括生物傳感器、混凝土、瓷器制品、合成材料、聚合物、智能傳感器、運動材料、食品包裝、生物可降解材料、納米簡介、納米技術、納米世界中的光線處理、太陽能電池、環(huán)境催化、納米模式、納米級藥物注射。所有模塊的教學活動均由3部分組成：首先，激發(fā)學生興趣和好奇心；其次，探索活動要能夠引出有關中心話題的背景知識；最后，設計項目通過利用現(xiàn)有的材料制作實用模型產品來激勵學生學以致用。這16個方面代表了納米技術研究的最前沿，同時與STEM課程以及科學標準緊密聯(lián)系，而且其課程模塊的設計貼近中學生實際，是全世界基于聚合科技所設計創(chuàng)新教育課程的典范。
無盡的探索：交叉學科與教育創(chuàng)新
充分重視“創(chuàng)新人才培養(yǎng)”這一重大交叉學科領域。對照我國現(xiàn)有的交叉學科目錄，在9個一級學科里，除“文物”和“密碼”屬于單一專業(yè)學位之外，其他7個一級學科可授予的學位均為兩個或兩個以上，例如，集成電路科學與工程可授理學、工學學位，國家安全學可授法學、工學、管理學、軍事學學位，區(qū)域國別學可授經濟學、法學、文學、歷史學學位，但沒有一個一級學科與“人”直接相關。然而，“創(chuàng)新人才培養(yǎng)”指向和需要的本就是一個重大交叉學科領域。
所有的進步都要靠人的創(chuàng)新來開拓，都要靠人才來完成，而只有對人深入研究，才能夠為“人盡其才”奠定科學基礎。特別是我們要更好地堅持“三個第一”，實施三大戰(zhàn)略，就需要更深入地探索回答創(chuàng)新人才的成長規(guī)律、評價機制、選拔和培養(yǎng)模式等問題，為拔尖創(chuàng)新人才的成長奠定堅實的理論基礎。需要注意的是，中國拔尖創(chuàng)新人才的成長規(guī)律與西方存在較大差異，西方的研究結論不能直接應用于中國本土實踐（X. F. Yi; P. Hong et al., 2023）。
國內多所頂尖大學已經在創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面進行了多年探索，但還未見哪種培養(yǎng)模式“打造”出具有國際頂尖水平的“學術大師”。這是值得我們深入反思的，也是“錢學森之問”的核心所在。兩方面問題需要注意，一是在遴選原則方面，不少大學都以入學成績或智力表現(xiàn)為第一衡量標準，集中優(yōu)質師資、人力和物力資源，為這些少數(shù)稀有的“明日之星”量身打造課程內容、培養(yǎng)模式和發(fā)展計劃，制定所謂“×××實驗班”，但這種模式究竟效果如何還需深入評估；二是在課程內容方面，許多大學推崇“寬基礎”的培養(yǎng)模式，力圖實現(xiàn)綜合培養(yǎng)，即在大學低年級不分專業(yè)，要求學生閱讀和熟記文史哲、社科或理科領域的經典名著，但這種基礎不能自然地引導學生走向一個創(chuàng)新型的研究方向?？傮w而言，這些“打造”所謂創(chuàng)新人才的計劃更像是以生產機器零部件、建造路橋的思維做教育，而不是從創(chuàng)新人才成長規(guī)律、評價模式，從認知科學的視角出發(fā)研究和制定培養(yǎng)計劃，也并未借鑒現(xiàn)在聚合科技提供的、新的知識綜合創(chuàng)新的國際趨勢。
當前，中國教育改革的方向之一是為基礎教育階段課內外學習負擔過重的學生“減負”和為大學生“增負”。然而，如果我們加強對聚合科技等交叉學科在不同教育階段如何實現(xiàn)有效教學的研究，并開發(fā)出以學生發(fā)展為中心的教學模式和課程內容，那么可能“減負”與“增負”就不再是教育問題的癥結所在。試想，如果學生對所學內容興致很高、樂此不疲，甚至廢寢忘食、近乎上癮，有可能高強度的學習可以促進其思維能力和創(chuàng)新素養(yǎng)發(fā)展，那么所謂“負擔”問題就不再是真正的問題了。在此方面，美國正大踏步地將當代核心科技整合進大、中小學課程和課堂，以持續(xù)的教育創(chuàng)新推進滿足時代需要的人才培養(yǎng)，或可成為借鑒。
培養(yǎng)勝任交叉學科教學和研究工作的師資。在交叉學科不斷推進的時代，值得反思的問題是：在傳統(tǒng)分科環(huán)境下成長起來的個體，其身體、心理和精神是否可以勝任交叉學科學生的培養(yǎng)工作；在個人和關系層面、在組織架構層面，應該作出何種調整；應該建立何種教師教育體系，才可保證交叉學科人才的發(fā)展與成長；現(xiàn)有的高校、科研機構的院系該作何種調整，完善或“修正”哪些制度才可以更好地服務于交叉學科的學習和研究工作。
借鑒中西文明在“軸心時代”的經驗與智慧。中西文明在“軸心時代”的經驗和智慧與當前交叉學科的發(fā)展不謀而合——集中整合少數(shù)關鍵學科、培養(yǎng)勝任各領域創(chuàng)新的優(yōu)秀人才。認知科學和聚合科技作為兩次學科交叉的嘗試，都是具有一定前瞻性的設計。我國的交叉學科一級學科建設，也應在面向當前重大需求的同時，考慮未來的學科建設與發(fā)展。有兩個問題值得深入思考：一是認知科學和聚合科技是否適合我國，如何將其引入教育；二是實現(xiàn)中華民族偉大復興中國夢所需要的交叉學科應該是一個怎樣的體系。
進一步優(yōu)化現(xiàn)有學科和課程設置。在教育改革的過程中，我國大、中小學的學科和課程已經有較大的更新和完善，目前逐步開始圍繞學生發(fā)展的核心素養(yǎng)推進新一輪改革。如果認知科學和聚合科技同樣適用于我國，那么我們就要認識到，認知科學是六大學科的綜合，聚合科技則是包含認知科學在內的更大的綜合，這種綜合的趨勢為20世紀八九十年代以來科學技術的進步和人類認知的發(fā)展提供了無比廣闊的科學基礎、學科框架和無與倫比的發(fā)展前景。在這樣的背景下，我國現(xiàn)有的大、中小學學科和課程設置可能還可以繼續(xù)作出更大范圍和更深程度的“修正”和完善。畢竟，如果學習內容和學習方法以及教育理念、教學內容和方法還停留在工業(yè)革命以前或工業(yè)革命的水準，那么基于此培養(yǎng)而成的“人才”若與那些從小就具備了認知科學、恩貝克等現(xiàn)代科技素養(yǎng)的“人才”進行競爭，其結果的不容樂觀幾乎可以預見。
高等教育與基礎教育應更好地相互協(xié)同。高等教育與基礎教育的相互協(xié)同與中國創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的戰(zhàn)略能否實現(xiàn)息息相關。人的創(chuàng)造性思維、產生高創(chuàng)造力的動機、問題發(fā)現(xiàn)能力和創(chuàng)造性人格等心理品質最關鍵的發(fā)展階段可能并不在高等教育階段，而是在其之前。
就高等教育而言，如果不關注基礎教育，不關注基礎教育階段兒童青少年的創(chuàng)造力是越來越被阻礙和扼殺，還是越來越被保護和促進，就很難在大學階段培養(yǎng)出高素質、創(chuàng)造性的人才。因為大學生不是如“一張白紙”般進入大學的，他們上大學之前已經有了一系列比較成熟和固定的思維方式及人格特征。在大學單純使用“寬基礎”和“實驗班”的方法，也許能夠增加學生的知識存量，但能否觸及其內心深處、打破其可能存在的消極思維定勢，使其提出有價值的問題，并實現(xiàn)有效的創(chuàng)新，則需打一個大大的問號。從國際經驗來看，大學應該為基礎教育階段的交叉學科能力培育提供榜樣和解決方案，并實現(xiàn)大學與周邊社區(qū)基礎教育學校的良好互動。例如，德國的大學經常向社會尤其是中小學生開放實驗室，舉辦“科技長夜”“兒童大學”等活動。同時，大學應探索利用諸如測量大腦活動和評估認知功能的技術、注意和記憶增強技術、腦波和自動神經系統(tǒng)生物反饋技術等來提升中小學學生的學習能力、注意力和壓力管理能力。
就基礎教育而言，基礎教育階段的教育者不能一切只向高考看齊，以學生考入好大學為自己職業(yè)成就的“頂點”，甚至為了激勵學生，時時告誡學生“現(xiàn)在吃點苦，好好學，將來上大學就輕松了”，要知道大學并不必然意味著輕松，最應該輕松一些的可能是中小學，而這種輕松應該是“做中學”“學中思”以及在思考中成長。我們應認真借鑒國際上交叉學科相關的有益做法，一方面，要將大學研究的成熟的交叉學科知識，如認知科學或數(shù)字化教育的成果，系統(tǒng)有效地融入基礎教育的課程內容之中；另一方面，中小學、幼兒園要在實踐中探索有效的高科技教育教學手段的應用之道，實現(xiàn)與大學教學和研究人員的良性互動。
結語
從國家交叉學科建設方略出發(fā)，開展創(chuàng)新教育對于堅持“三個第一”，實施三大戰(zhàn)略至關重要，而創(chuàng)新教育的核心基礎在教育創(chuàng)新，交叉學科則為教育創(chuàng)新奠定了文化基礎，亦是教育創(chuàng)新題中應有之義。認知科學和聚合科技的誕生，是人類科學技術發(fā)展史上的重大事件，是交叉學科發(fā)展的兩個時代最強音，對世界各國尤其是歐美發(fā)達國家的教育產生了一系列革命性的影響。當前，我國交叉學科與教育創(chuàng)新還未實現(xiàn)有效融合、相互促進，故此，應充分重視“創(chuàng)新人才培養(yǎng)”這一重大交叉學科領域，著力培養(yǎng)勝任交叉學科教學和研究工作的師資，借鑒中西文明在“軸心時代”的經驗與智慧，進一步優(yōu)化現(xiàn)有學科和課程設置，使高等教育與基礎教育更好地相互協(xié)同。
（本文系中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金創(chuàng)新團隊項目“西部貧困地區(qū)兒童創(chuàng)造力發(fā)展機制與提升效果檢驗”和北京師范大學中國基礎教育質量監(jiān)測協(xié)同創(chuàng)新中心專題成果培育性項目“陜西義務教育質量監(jiān)測影響因素測評工具研制”的階段性成果，項目編號分別為GK201901006、2022-05-016-BZPK01）
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責 編∕桂 琰
Educational Innovation From an Interdisciplinary Perspective
Yi Xinfa
Abstract: In 2021, China set up an independent discipline category of "cross-discipline", which provided new opportunities and challenges for educational innovation and innovative education. It is an inherent component of this discipline category to promote its development in the three dimensions of individual, relationship and group from the perspective of supporting the innovative talents' development physically, psychologically, mentally, and spiritually. In the "Axial Age", both Chinese and Western civilizations possessed the wisdom of promoting educational innovation with cross-disciplinary, which made great contributions to the subsequent civilization evolution respectively. Since the 20th century, convergent science and cognitive science are the two major attempts of cross-disciplinary, which have had far-reaching influence in both China and the West. Therefore, we should pay full attention to the significant cross-disciplinary field of "cultivation of innovative talents", focusing on cultivating faculty resources capable of cross-disciplinary teaching and research. Also, by learning from the experience and wisdom of Chinese and Western civilizations in the "Axial Age", the existing academic disciplines and curriculum can be further optimized, and the innovation of high-standard collaborative education between higher education and basic education can be achieved.
Keywords: inter-discipline, cognitive science, convergent science and technology, educational innovation, cultivation of innovative talents
衣新發(fā)，陜西師范大學現(xiàn)代教學技術教育部重點實驗室教授、博導、副主任，中國基礎教育質量監(jiān)測協(xié)同創(chuàng)新中心陜西師范大學分中心副主任。研究方向為創(chuàng)造力心理學、教師教育和教育創(chuàng)新。主要著作有《教學反思能力實訓》、《Creativity, Efficacy and Their Organizational, Cultural Influences》、《創(chuàng)新人才所需的六種心智》（論文）、《創(chuàng)造力基因組學研究》（論文）、《Creative Achievement of Eminent Scientists in Tang and Song Dynasties of China: A Historiometric Study》（論文）等。
