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教育新論語(yǔ)|人腦的量子糾纏與課程改革

日期:2021-04-19 11:15作者:羅清紅文章來(lái)源:校長(zhǎng)派點(diǎn)擊數(shù):4422次




作者 | 羅清紅

成都市教育科學(xué)研究院院長(zhǎng)、正高級(jí)教師


作為教育人,希望理解教育的原意;作為物理人,渴望找到事物的邏輯,窺見(jiàn)教育的本質(zhì)。按照量子力學(xué)的觀點(diǎn),文字的言說(shuō),就是在“測(cè)量”,“測(cè)量”行為本身會(huì)使立體豐富的現(xiàn)場(chǎng)“坍縮”成平面單一的文字,因而會(huì)遺失現(xiàn)場(chǎng)無(wú)數(shù)的信息??梢?jiàn),僅憑語(yǔ)言描述,是很難把教育說(shuō)清楚的。但,本文又不得不借助“坍縮”的文字來(lái)闡釋人腦的運(yùn)營(yíng)機(jī)制,以此推演出基礎(chǔ)教育多樣化課程設(shè)置的合理性。


當(dāng)下“繁榮”的教育形態(tài),不斷“翻新”的教學(xué)模式,著實(shí)讓人眼花繚亂。未來(lái)課堂、智慧課堂、翻轉(zhuǎn)課堂;跑班教學(xué)、分層教學(xué)、混合教學(xué)……教育需要安靜也需要熱鬧,需要自由也需要紀(jì)律,需要?jiǎng)?chuàng)新也需要堅(jiān)守,需要理性也在呼喚感性;教育需要線上更離不開(kāi)線下,需要前行還要回歸原點(diǎn);人工智能要替代教師,虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)能還原現(xiàn)場(chǎng),STEAM課程旨在彌合學(xué)科鴻溝,大數(shù)據(jù)畫(huà)像讓人無(wú)處遁形……


教育的原點(diǎn)是育心,育心的本質(zhì)是育腦。個(gè)人以為,如果教育人對(duì)腦的運(yùn)行機(jī)制從不思考也不理解,只是感性地端出一碗碗“心靈雞湯”,是很難讓教育走向厚重與深刻的。


人腦的蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)模型


19世紀(jì),最先進(jìn)的科技當(dāng)數(shù)蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī),于是科學(xué)家把人腦比喻成蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)??茖W(xué)家認(rèn)為,人的心靈和身體就像是由各種管道、汽缸、閥門(mén)與活塞構(gòu)成一樣,能夠積蓄和釋放壓力,從而做出各種運(yùn)動(dòng)和行為。弗洛伊德主張,軍隊(duì)可以通過(guò)控制或壓抑士兵的性沖動(dòng),去提高他們?cè)趹?zhàn)場(chǎng)上的軍事進(jìn)攻力。為此,軍隊(duì)會(huì)特別招募性沖動(dòng)達(dá)到頂峰的年輕男子,同時(shí)會(huì)限制士兵通過(guò)性活動(dòng)釋放其壓力,于是讓壓力在士兵體內(nèi)不斷積累,待壓力積聚到頂峰時(shí)刻,再讓士兵沖向戰(zhàn)場(chǎng),以最大的軍事攻擊形式釋放其身體壓力,從而形成強(qiáng)大的軍事進(jìn)攻力,獲得戰(zhàn)爭(zhēng)的最大效益。十年寒窗苦,一考定終身,苦行僧的壓抑,緊緊圍繞著最后的“考”來(lái)決定“教與學(xué)”的八股文課程,應(yīng)該有“蒸汽機(jī)”的影子。


隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技進(jìn)步以及認(rèn)知水平的提高,人們意識(shí)到,人不僅僅具有動(dòng)物的沖動(dòng)性,更有理性的控制力和約束力。人腦的蒸汽機(jī)模型是有失偏頗的。


人腦的圖靈計(jì)算機(jī)模型


21世紀(jì),最復(fù)雜的科技莫過(guò)于圖靈計(jì)算機(jī),于是科學(xué)家又把人腦比喻成一臺(tái)計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是記得多(內(nèi)存)、記得住(保存)、回憶快(搜索)和寫(xiě)得快(打?。?。反觀當(dāng)今之應(yīng)試教育,不正是在把活生生的人努力塑造成一臺(tái)冰冷的“計(jì)算機(jī)”么?堆積如山的作業(yè)(比記得多),晨讀暮念的吟誦(比記得住),定勢(shì)思維的范式(拼回憶快),飛速作答的書(shū)寫(xiě)(拼寫(xiě)得快)。這就是人腦計(jì)算機(jī)模型在教育中的遺跡。課程設(shè)置為此緊緊圍繞著信息儲(chǔ)存與提取展開(kāi)。前不久,某衛(wèi)視有一檔很火的節(jié)目——“最強(qiáng)大腦”,細(xì)細(xì)想來(lái),它不過(guò)展示了人腦在信息儲(chǔ)存與提取的記憶型低階能力。事實(shí)上,在面對(duì)綜合性、復(fù)雜多變的高階思維問(wèn)題,計(jì)算機(jī)目前還無(wú)法與人類抗衡。更重要的是,人類具有豐富的情感,思維具有突發(fā)性和飄逸感,而計(jì)算機(jī)遵循的仍然是程序化的圖靈模式。當(dāng)今考試檢測(cè)的都是計(jì)算機(jī)的強(qiáng)項(xiàng),而對(duì)人類比之優(yōu)勢(shì)方面則無(wú)從考察,這也正是教育的悖論。


人腦與電腦思維存在差異的另一個(gè)證據(jù)是:計(jì)算機(jī)的扇區(qū)壞了,扇區(qū)儲(chǔ)存的信息也就隨之丟失,新扇區(qū)替換進(jìn)來(lái),不會(huì)恢復(fù)出同樣的記憶。而人的大腦細(xì)胞每天工作,在新陳代謝過(guò)程中,組成細(xì)胞的氫氧碳原子被不斷替換,而我們的記憶不僅沒(méi)有消失,反而日漸增強(qiáng)。計(jì)算機(jī)以硅為基礎(chǔ),人類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以碳為基礎(chǔ),兩者構(gòu)架不同,因此人類意識(shí)的特征很可能無(wú)法簡(jiǎn)單套用計(jì)算機(jī)模型。


綜上所述,人腦與電腦的思維一定存在著本質(zhì)上的不同。人腦思維既然不是圖靈模式,會(huì)不會(huì)是量子關(guān)聯(lián)模式?


人腦的量子糾纏關(guān)聯(lián)模型


量子糾纏的突出特點(diǎn)是,兩個(gè)單元的糾纏關(guān)聯(lián)不一定要發(fā)生在相鄰區(qū)域。如果人腦量子關(guān)聯(lián)模式成立,那么與一個(gè)腦細(xì)胞發(fā)生關(guān)聯(lián)的就不僅限于跟它相鄰的幾十個(gè)腦細(xì)胞,而是另外的130億個(gè)腦細(xì)胞。這樣的非局域性關(guān)聯(lián)作用,將極大程度地提高腦細(xì)胞間的關(guān)聯(lián)速度。在現(xiàn)實(shí)生活中,人們會(huì)感覺(jué)到,人的思維總是那么跳躍不停,漂浮不定,難以捉摸,再?gòu)?qiáng)大的計(jì)算機(jī)也無(wú)法知道人類提出的下一個(gè)問(wèn)題!


在量子物理中,有一種“量子逾滲”現(xiàn)象。“量子逾滲”是指在復(fù)雜系統(tǒng)中隨著某種形式的密度達(dá)到某一程度,系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)某種長(zhǎng)程關(guān)聯(lián)(量子糾纏),系統(tǒng)性質(zhì)發(fā)生突變的現(xiàn)象。這就好比人到一定年齡,積累的素材和信息足夠豐富,在某些偶然因素的觸發(fā)下,會(huì)有融會(huì)貫通、思維頓悟的感覺(jué)。這里的貫通與頓悟,就是創(chuàng)新思維的形成,豐富的信息則是創(chuàng)新思維的基礎(chǔ)。


量子理論認(rèn)為,任何事物或情景都包含著兩種信息,一種是交互的、非決定性的量子信息,另一種是固定的、決定性的經(jīng)典信息;觀察與記錄會(huì)使場(chǎng)景中“漂忽不定”的量子信息“坍縮”成固定的經(jīng)典信息。大量經(jīng)典信息的糾纏、聚合,可以再現(xiàn)“場(chǎng)景”,實(shí)現(xiàn)畫(huà)像。


“現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景”含有豐富的量子信息,人在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中,通過(guò)五官的體驗(yàn)感受,獲取經(jīng)典信息,人們正是通過(guò)這樣的方式來(lái)接觸世界、認(rèn)識(shí)世界。無(wú)數(shù)經(jīng)典信息的聚集、聯(lián)結(jié)與糾纏,孕育產(chǎn)生出新觀念、新思想與新方法。近代教育家無(wú)不強(qiáng)調(diào)教育的“現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景”,如“教育即生活”“教育是做中學(xué),學(xué)中做”等觀念,其意義也許正在于此。


面對(duì)未知世界,人類從來(lái)都是“瞎子 ”,我們只能像“瞎子摸象”那樣,通過(guò)眼耳鼻舌身的感觸小心翼翼地去認(rèn)識(shí)世界。一頭尚未被觸摸的大象,相對(duì)于“瞎子”而言,就是一種“飄忽不定”的量子狀態(tài)。瞎子摸象的行為等效于觀測(cè)記錄:第一個(gè)瞎子摸到象的耳朵,于是整頭大象的“量子信息”瞬間坍縮成一把扇子的“經(jīng)典信息”,他認(rèn)為大象是把扇子;第二個(gè)瞎子摸到象的尾巴,他認(rèn)為大象像一條繩子;第三個(gè)瞎子摸到象的肚皮,于是大象又成了一垛墻……不同的瞎子摸象,他們各自從量子信息的坍縮中獲得不同的經(jīng)典信息。


瞎子們所獲的信息雖不完整,卻是他們體驗(yàn)后的經(jīng)典實(shí)在信息,他們對(duì)自己所獲得的信息會(huì)深信不疑。每個(gè)“瞎子”都獲得了實(shí)在信息,但如果他們以自己?jiǎn)我坏男畔⒕妥龀觥按笙蟆闭w的形狀判斷,一定是有失偏頗的。而把所有這些經(jīng)典信息聚合在一起,對(duì)認(rèn)識(shí)完整的大象卻是很有意義的。因?yàn)橄棺硬豢赡芸匆?jiàn)一頭完整的大象,他們只能通過(guò)這種坍縮后的經(jīng)典信息來(lái)認(rèn)識(shí)大象,認(rèn)識(shí)世界。只要這里的“瞎子”足夠多,就有足夠多的經(jīng)典信息得到收集。把足夠多甚至是冗余的經(jīng)典信息聚合在一起,我們似乎就可以逼近甚至再現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)豐富的量子信息。


教育的現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景


在教育實(shí)踐中,怎樣把教育拽入“現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景”并讓人“沉浸”其中?筆者以為,大體有以下三種情形。


走進(jìn)真實(shí)生活,沉浸現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景,在條件許可情況下,我們要盡最大努力地創(chuàng)設(shè)條件,讓教育活動(dòng)沉浸入現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景,學(xué)生以此獲得最大豐度的量子信息,為創(chuàng)新思維的形成奠定厚實(shí)基礎(chǔ)。


“綜合社會(huì)實(shí)踐”是一種讓孩子們沉浸入現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的有效途徑。在活動(dòng)中,孩子們主動(dòng)設(shè)計(jì)、探究、體驗(yàn)、總結(jié)和反思,這個(gè)過(guò)程將沉淀下豐富的信息,形成記憶單元儲(chǔ)存于大腦。無(wú)數(shù)次活動(dòng)的無(wú)限多信息單元儲(chǔ)存,累計(jì)到一定程度,就會(huì)發(fā)生“量子逾滲”現(xiàn)象,信息單元彼此糾纏、鏈接,創(chuàng)新也就自然而然。


成都雙中實(shí)驗(yàn)學(xué)校,從2004年開(kāi)始一直致力于“綜合實(shí)踐課程”的落地實(shí)踐。其課程的實(shí)施集中體現(xiàn)了“三全”特點(diǎn),即全體師生參與、全體學(xué)科卷入、全時(shí)段保證。志愿者服務(wù)、軍事訓(xùn)練、農(nóng)事實(shí)踐、歌詠比賽、詩(shī)歌朗誦、微電影拍攝、運(yùn)動(dòng)會(huì)、球賽活動(dòng)等等,都有利于讓人沉浸入現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景,是學(xué)校不可或缺的教育形式。


選擇多種途徑,再現(xiàn)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景


在人類歷史發(fā)展長(zhǎng)河中,沉淀出無(wú)數(shù)優(yōu)秀的經(jīng)典文化,我們理應(yīng)加以繼承與發(fā)揚(yáng),這是曉通古今中外的便捷之門(mén)。一書(shū)一世界,一語(yǔ)一思想,我們通過(guò)閱讀書(shū)籍,實(shí)現(xiàn)與古人的對(duì)話,通過(guò)闡述語(yǔ)義,實(shí)現(xiàn)與名家的交流。


然而,任何一本書(shū)籍文字,必然只是當(dāng)時(shí)作者豐富生活環(huán)境感觸下,坍縮出來(lái)的有限“經(jīng)典信息”。如果我們的學(xué)習(xí),僅僅停留在坍縮后的文字,其信息的獲取必然是單調(diào)的、平面的,對(duì)作者原初的創(chuàng)作背景不甚了解,其解讀往往會(huì)有失偏頗,甚或至于謬傳千里。譬如,道家的一句話,奸商們常用作“至理名言” ——“人不為己,天誅地滅”。其實(shí)“人不為己,天誅地滅”中的“為”應(yīng)讀作“二聲,陽(yáng)平”。意思是說(shuō),人如果不做出人的本樣,人如果像禽獸那樣貪婪攫取,就會(huì)失去人的本性,就會(huì)遭致天誅地滅。要真切了解作者意圖,就是要選擇不同途徑,獲取更多經(jīng)典信息,以此再現(xiàn)“現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景”。


當(dāng)下教育,紙介盛行,紙筆測(cè)試幾乎成為教學(xué)評(píng)價(jià)的唯一形態(tài)。我們不可能活在過(guò)去,也不可能所有生活都必須親歷,因?yàn)檫€有效率與成本的考量與平衡。然而,這并不代表我們只能坐以待斃,固守陳規(guī)。教師們可以在紙介文字的基礎(chǔ)上,盡可能地創(chuàng)設(shè)環(huán)境,讓學(xué)生像科學(xué)家那樣重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程,倡導(dǎo)科研的“類體驗(yàn)”。譬如,在教學(xué)中,可以更多地開(kāi)展演示實(shí)驗(yàn),條件許可情況下,更多地讓演示實(shí)驗(yàn)向分組實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化,驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)向探究性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變等,這都是不錯(cuò)的教學(xué)形式選, 擇。又譬如,在《雷雨》教學(xué)中,除了文本基礎(chǔ)解讀外,還可以讓學(xué)生扮演不同角色,開(kāi)展話劇表演活動(dòng),這樣就再現(xiàn)了《雷雨》的“真實(shí)場(chǎng)景”,孩子們從中可以獲取豐富信息。


不同的交流方式,坍縮出不同的經(jīng)典信息,我們的目的是盡最大可能還原現(xiàn)場(chǎng)的量子信息,所以需要盡可能多的經(jīng)典信息。面對(duì)同一個(gè)場(chǎng)景,可以用語(yǔ)言言說(shuō),用音樂(lè)歌唱,用美術(shù)描繪,用舞蹈來(lái)表達(dá)等。時(shí)下盛行的STEAM課程(Science科學(xué)- Technology技術(shù)- Egineering工程- Arts藝術(shù)- Maths,數(shù)學(xué)),其根本意義在于,面對(duì)同一教學(xué)主題,我們可以采用五個(gè)維度進(jìn)行信息觀測(cè)。雖然每一次觀測(cè)都只是那一個(gè)領(lǐng)域的經(jīng)典信息,但當(dāng)五個(gè)維度的經(jīng)典信息足夠豐富,也就可以再現(xiàn)主題的“現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景”。這就有點(diǎn)像前文所述的“瞎子摸象”,無(wú)限多“瞎子”的經(jīng)典信息,也就可以再現(xiàn)“現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景”。由此觀之,我們強(qiáng)調(diào)教學(xué)要善于采用豐富多彩的形式,如“混合式教學(xué)”,也許正是在于突破紙介限制,多維度信息聚合,以“再現(xiàn)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景”。


應(yīng)用虛擬技術(shù),模擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景


當(dāng)下信息技術(shù)領(lǐng)域,最為風(fēng)光的莫過(guò)于虛擬現(xiàn)實(shí)VR與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR技術(shù)。它們?cè)诼殬I(yè)技能訓(xùn)練、電玩娛樂(lè)、遠(yuǎn)足旅游、遠(yuǎn)程醫(yī)療會(huì)診等領(lǐng)域幾乎獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷、獨(dú)樹(shù)一幟。虛擬技術(shù)就是利用計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng),生成可交互的三維環(huán)境,使用者恍若置身其中,最大限度感受各種信息。


在地球村時(shí)代,虛擬技術(shù),真正地實(shí)現(xiàn)了天涯若比鄰的夢(mèng)想。未來(lái)教育,眾創(chuàng)共享,也許千里之外的名師,能在你的教室里自由地走動(dòng),會(huì)在你的家里俯身為你輔導(dǎo);萬(wàn)里之遙的同學(xué),可以與你一起實(shí)驗(yàn),共同交流探討;歷史上的名人可以“復(fù)活”,他們可以走進(jìn)你的生活,與你自由的交流。


虛擬技術(shù)模擬出沉浸式的現(xiàn)實(shí)環(huán)境,人因此感觸無(wú)數(shù)信息。無(wú)數(shù)信息的逾滲、鏈接,意識(shí)的糾纏,自主創(chuàng)新也就自然而然。


人的創(chuàng)新思維來(lái)自大腦大量信息的聚合,當(dāng)信息聚集到一定程度,就會(huì)產(chǎn)生“量子逾滲”現(xiàn)象。任何信息間可能發(fā)生觸碰、鏈接或糾纏。一觸碰一閃念,一閃念一動(dòng)念,一動(dòng)念一觀念,一觀念一行動(dòng)。這就是創(chuàng)新意識(shí)與行動(dòng)的連鎖反應(yīng)。


由此觀之,如果學(xué)生的核心素養(yǎng)是創(chuàng)新,創(chuàng)新的關(guān)鍵是信息聚合,而豐富的信息一定來(lái)源于現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景。為此,在教育環(huán)境打造與教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì)中,就要通過(guò)“走進(jìn)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景、再現(xiàn)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景與模擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景”三種方式,最大限度地走近現(xiàn)實(shí)、還原生活。如此,則抓住了教育的內(nèi)核,讓創(chuàng)新無(wú)處不在,真正踐行“創(chuàng)新即核心”理念,走出“核心素養(yǎng)”的莽莽叢林。


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