信息加工视角下综合实践活动培养创造性思维的策略
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作者:姚忠根
摘 要：创造性思维是一种具有开创意义的思维活动，是综合实践活动课程问题解决与实践创新两个核心素养的重要组成。信息加工视角下的创造性思维指大脑将旧信息模块重新加工组合形成新的信息模块的过程，但加工中用到的信息仅占存储信息的一小部分。因此，为培养学生的创造性思维，教师可采用如下策略：提高信息存储的质与量，发挥分层思维导图在信息存储中的重要作用；指导学生运用正确的信息加工方法，使用实践与理论交互作用的循环试错教学模式；优化教学设计，提高学生的信息加工能力。
关键词：信息加工；综合实践活动；创造性思维；循环试错
综合实践活动是中学阶段的一门必修课程，强调通过实践增强学生的探究和创新意识。开展综合实践活动可以让学生联系社会生活，通过亲身体验进行学习，积累和丰富直接经验，培养创新精神、实践能力和终身学习能力。通过综合实践活动，学生可以养成科学精神和科学态度，掌握基本的科学方法，提高综合运用所学知识解决实际问题的能力。
综合实践活动课程的核心素养包括问题解决、服务意识、团队合作、责任担当、实践创新等，其中问题解决与实践创新这两个核心素养包含了丰富的创造性思维成分［1］。因此，研究C合实践活动中创造性思维的形成途径与培养策略具有十分重要的教育价值。
一、创造性思维的概念
创造性思维是一种具有开创意义的思维活动，能够开拓人类认识新领域、开创人类认识新成果。对学生来说，创造性思维就是在解决个人没有现成知识的问题时产生的思维，需要学生创造新的理论方案并且能够在实践中得到验证。创造性思维是以感知、记忆、思考、联想、理解等能力为基础，以综合性、探索性和求新性为特征的高级心理活动，需要人们付出艰苦的脑力劳动。创造性思维能力需要经过长期的知识积累、素质磨砺才能具备，创造性思维的过程离不开繁多的推理、想象、联想、直觉等思维活动。
二、信息加工视角下对创造性思维的新认识
认知心理学把人脑看作类似于计算机的信息加工系统［2］，人脑的信息加工系统由感受器、反应器、记忆和处理器（或控制系统）四部分组成。在实践活动中，感受器先接收外界信息，可以是表象信息，也可以是语义信息，然后进行转换，转换后的信息在进入长时记忆之前，要经过控制系统进行符号重构、辨别和比较，最后将信息以可供提取的符号结构形式贮存在长时记忆系统中［3］。人的思维就是从长时记忆中提取信息到短时记忆中然后加工的过程，加工后的信息通过反应器对外界作出反应。创造性思维是大脑将旧信息模块重新加工组合形成新的信息模块的过程，信息加工过程中用到的信息量是有限的，加工中用到的信息是从存储信息激活而来的，仅占存储信息的一小部分。信息的加工过程详见图1。
广义对象指人类实践的客观对象，包括实践操作的对象和可以提供知识信息来源的书籍、期刊资料、网络信息等。培养创造性思维能力，就是培养对信息进行加工从而产出新信息模块的能力。
三、信息加工视角下综合实践活动培养创造性思维的策略
当今社会是人工智能风起云涌的时代，推动人工智能发展的三大要素是数据、算法和算力。与计算机作类比，我们可以认为，数据相当于大脑中存储的信息，算法相当于大脑对信息的加工方法，算力相当于大脑对信息的加工能力。要提高创造性思维能力，我们就要从信息输入、信息加工方法和信息加工能力三个方面来寻找策略。下面，笔者分别从这三个方面探讨信息加工视角下在综合实践活动中培养创造性思维的策略。
（一）提高信息存储的质与量
创造性思维作为一个信息加工过程，其原材料就是信息，信息质量的优劣与数量的多少将对思维的产出有重要影响。因此，培养创造性思维的第一步就是提高信息储备的质与量。
1.理论知识的学习要贯穿实践活动的始终
诺贝尔物理学奖获得者、美国科学家格拉肖说：“涉猎多方面的学问可以开阔思路，对世界或人类社会的事物形象掌握得越多，越有助于抽象思维。”
心理学认为人的大脑中已有的知识和知识结构对人的行为和当前的认识活动有决定作用，具备一定的知识储备是顺利解决问题的必要条件。对个人来说，信息不但来源于实践活动与过去的经验积累，更来源于理论知识的学习，而且理论知识的学习要贯穿于实践活动的始终，服务于实践中所出现问题的解决。
2.利用思维导图引导学生正确储备知识信息
任何发明创造都不是可以凭空在大脑中设计产生的，大脑中一定要先有材料、设备等技术知识，然后才有可能进行构思设计。新产品研发，往往是在实践需要的推动下进行的构思设计，本质上是综合应用各种技术与基础知识。技术创新一定是在继承已有科学技术知识基础上的创新。
综合实践活动，如设计制作、发明创造，就是一个产出新的实物作品的过程，需要制作出前人没有创造出来的作品。如在设计制作类活动“金属探测器电路的设计与制作”中，笔者为学生提供可视化的思维导图，引导学生解决综合实践活动中的信息正确输入问题。
笔者首先给学生布置一个任务，让他们向家长与邻居调查新房装修是怎么在墙面装壁挂式电器的，如电视机、空调等，然后引出墙面打孔操作，而墙面打孔经常发生打断电线的情况，这样就自然导出了“设计制作金属探测器”这一问题。
金属探测器的设计是在大量的表象信息与语义信息的吸收与加工基础上进行的，教师要让学生分析金属探测器需要具备哪些功能，这些功能需要哪些结构模块才能实现，这些结构模块的制作是建立在哪些技术知识基础上的，而这些技术知识又是建立在什么基础理论之上的。
笔者引导学生梳理所要学习的物理学知识：先学习电磁学、半导体物理、电子元器件知识与单元电路功能模块知识，其中电磁学中的电容、电感、电阻、交流电路等知识属于基础知识模块；在多个基础知识模块的学习之后再学习半导体等技术知识模块；然后学习三极管、电感器、电容器、蜂鸣器等器件的电学特性等结构知识模块；最后学习LC振荡电路、选频电路、正反馈电路、检测电路等功能电路模块知识。整个探测器电路是从诸多的功能模块中选择可能有效的模块，然后通过大量反复组合试验与理论分析，在积累经验与调整电子元器件各种物理参数的基础上创新制作而成的。
整个学习过程是一个对实践活动中产生的问题进行逐层分解的过程，它通过分解与分层形成一个备选知识模块体系。先将待制作的作品按照其功能组成分解成几个功能模块，再将每个功能模块分解成若干个结构模块，然后将每个结构模块分解成若干个技术模块，最后将每个技术模块分解成若干个基础知识模块。从创造的角度来说，每个上层知识模块都建立在其下一层的几个知识模块之上，并通过理论分析与实验试错构建而成。当然，在综合实践活动中，学生不可能每一个模块都去研究，其主要任务是在学习基础知识与技术知识的基础上，进行相对简单的结构知识与功能知识模块的探究。
知识信息输入要从实践活动出发，在实践中发现问题形成项目，进行构思设计，然后按问题解决需要的知识层次逐层分解，其思维导图详见图2。
综合实践活动的探究就是在大脑信息库中搜索与调取合适的知识信息模块，然后进行组合、试错、调整、定型的过程。存储的知识信息越多，就越有可能促成创造性灵感的出现。从知识信息的角度来说，灵感就是有用的存储信息的提取与重新组合。如施敏与姜大元在吃甜点时，用了一层又一层的涂酱，这触动了二人的灵感，想到在金属氧化物半导体场效电晶体（MOSFET）中间加一层金属层，结果l明了非挥发性记忆体（Flash）。这是空间结构信息与材料知识信息相综合的结果。
阿波罗登月计划总指挥韦伯说：“当今世界，没有什么东西不是通过综合而创造的。”阿波罗庞大计划中就没有一项是新发现的自然科学理论和技术，都是现有技术知识信息的综合运用。
（二）指导学生运用正确的信息加工方法
决定创造性思维的第二个要素是大脑对信息的加工方法，包括信息加工目标的确定、存储信息的调取、有用信息的激活、信息加工的流程等。
1.明确信息加工的目标
综合实践活动过程中设计构思阶段的信息加工目标是为了解决问题，而要解决问题，教师首先要指导学生在实践中发现问题与明确问题。提出一个新的问题意味着创新的开始，不论是项目发现，还是知识模块形成，都是由问题驱动的。因此，教师要引导学生从事实出发，从需要出发，去发现问题、思考问题，寻找新的方法、新的答案。创造性思维能力强的人具有这样的特点：喜欢独立思考，遇事喜欢多问几个“是什么”和“为什么”。
思维源于问题。问题提出后，下一步就是将问题进行分解，使之明确化、具体化，转化为可以进行实验研究的具体问题。创造性思维需要分析思维的深度介入，而对初始问题的反复提问，是分析问题的一种有效方法。一时解决不了的问题，只要不停地问“是什么”“为什么”，将问题进行层层分解，距离解决问题就会越来越近。
2.指导学生在想象与联想的基础上运用表象与语义信息思考问题
想象是人类运用储存在大脑中的信息进行综合、设想的思维过程，是对信息的重新组合。心理学家认为，人脑有四个功能部位：一是以外部世界接受感觉的感受区；二是将这些感觉收集整理起来的贮存区；三是评价收到的新信息的判断区；四是按新的方式将旧信息结合起来的想象区。只善于运用贮存区和判断区的功能，而不善于运用想象区功能的人就不善于创新。据心理学家研究，一般人只用了想象区的15%，其余的还处于“冬眠”状态。开垦这块处女地就要从培养想象入手。想象也是由问题驱动的，是在建立假设过程中的一种思维过程，想象为试错服务，通过寻求问题解决的更多、更有效的可能性而发挥作用。创造性想象力是在构造知识模块的过程中培养出来的，依附于知识模块的构造。例如，对单元功能电路模块的构造就需要通过大量的想象与分析参与［4］。
在思维过程中，如果没有想象的参与，思考就会发生困难。爱因斯坦说过：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。”世界上第一架飞机，就是从人们幻想造出飞鸟的翅膀而开始的。想象不仅能引导我们发现新的事物，而且还能激发我们作出新的探索，去进行创造性劳动。
3.在知识信息基础上通过启发式实践试错来迭代设计
从整个人类历史来说，理性认识归根结底来源于实践，但是具体到现代的某个人来说，大部分理性认识来源于学习，然后将学到的理论知识用来指导实践。反过来，实践也丰富与修正人的理性认识，二者是相互促进的关系。要解决实践中的问题，学生首先要通过大脑提取知识信息进入加工程序，进行思维加工，然后提出各种设想，最后进行实践检验。问题解决有两种方法：算法式与启发式［5］。前者是对所有可能性进行试错，只需要少量知识，但是单次试错的成功概率低；后者是有理论指导的试错，学生在方法与理论知识的指导下提出多个假设，单次试错的成功概率相对较高。人类最初的认识就是从算法式试错中得来的，实践活动中这两种方法都有可能用到。
在创新实践中培养创新思维，对发明创造来说就是应用新知识或旧知识的新组合的思维过程。基础研究是创造新知识的过程，应用研究是对新知识在实践中的应用或者旧知识新的综合应用。
设计制作主要依靠启发式试错，也就是在学科理论与方法知识指导下进行的试错。山东威达机械股份有限公司国际技术开发部部长张吉祥说过这样的话：“先放手让他们去想方案，做样品试验，给他们犯错误的机会，在不断试错中进行创新突破，最终才能成就一个产品、一项技术。”这是他们创新实践的经验总结。
设计制作类实践活动的设计问题是一个大的综合问题，应当进行问题分解，先从功能层面进行分解，然后从结构层面进行分解，再深入到技术知识层面，最后到达基础知识层面。每一个层面，驱动性问题都是不一样的，要综合运用所学知识对问题作初步的解答，然后实践试错、修正迭代。比如基础知识层面的实践其实就是指科学实验，而功能知识层面的实践就是一般所说的试验。
创造性发明是对储存在大脑中的知识信息模块的选取与联结，高层次的知识模块建立在低层次的知识模块基础之上。学生在进行综合实践活动时，经常会遇到挫折，可能要经过多次循环才能达成目标。但通过综合实践活动的多次循环，学生可以把实践层面与理论层面紧密结合起来。这既能加深综合实践活动与文化课的紧密联系，促进文化课的学习，又能促使学生把学到的知识用于创造性地解决实际问题，提高应用知识的能力。
问题的分解是从高层到低层，问题的解决是从低层到高层，最后通过综合实践活动结束一轮循环。一轮循环后可能会遗漏很多问题，因此，学生往往要经过多轮循环才能彻底完成实践活动。
综合实践活动的循环试错教学模式可用图3表示，其中由知识模块指向实践模块的实线箭头表示试错过程。创造性思维过程就发生在运用原有知识模块设计假设提供问题解决方案的过程之中。
其中适用于大多数中学生的是结构与功能层面的实践活动。学生通过试错，不断努力，双向促进，就可取得个人的认知理论成果与实践成果双丰收。试错依托于下层知识模块的组合，建立在创造性假设的基础之上。
4.在实践与理论思维的反复循环中激发灵感
创造性思维是对大脑存储知识信息模块的提取与重组，需要外在与内在因素的激发才能完成。灵感是外在新信息输入时激活存储信息的结果。面对问题百折不挠、知难而进、反复实践、反复思考，如此才能激发灵感，才能实现认知边界的突破。理论假设与实践要经过多次反复循环，需要在实践过程中吸收外界信息来激活大脑中潜在的存储信息。实践是创造的阵地，是灵感产生的源泉。针对问题，小组进行合作与讨论，可视作实践的一种特殊形式，也是激发灵感的一种好方法。加强讨论，经常进行思想碰撞，能够激活大脑中潜在的有用信息，进而激发灵感。
灵感是长期艰苦思考后突然涌现的信息成果。要有创造性发现，遇到困难是非常正常的情况，反而没有困难就不正常，没有困难，说明别人也可以轻易解决，创新性就不强。只有克服别人无法克服的困难才能产生真正的创新成果。爱因斯坦说：“我没有什么特别才能，不过喜欢寻根刨底地追究问题罢了。”正是因为他寻根刨底地追究问题，才产出了巨大的创造性成果。
（三）优化教学设计提高学生的信息加工能力
创造性思维能力还有一个构成成分，就是大脑的信息加工能力，这种能力只能在问题解决的锻炼中得到提高。教师可以通过优化教学设计，培养学生的好奇心，激发学生的兴趣，提高学生的参与度。多实践，多提问，多思考，从浅层思维转为深度思维，并且经常检查、督促与改进，通过一段时间的积累，学生的信息处理加工能力就能够得到有效的提升。
四、结束语
综合实践活动是实践与理论相互作用的循环过程。实践证明，教师以问题解决为活动导向，以信息加工为主轴，以新信息成果的获得并在实践活动得到检验为目标，可使学生通过实践活动与理论学习两方面知识信息的获取，获得创造性思维方法的指导与锻炼，显著提高创造性思维能力。[□][]
参考文献：
［1］梁燕霏.试论综合实践活动n程的核心素养［J］.新课程研究（上旬刊），2017（8）：7-8.
［2］解军强.信息加工视野下的问题解决研究［J］.西安社会科学， 2009（3）：167-168，180.
［3］［5］王d，汪安圣.认知心理学［M］.北京：北京大学出版社，1992：3，293.
［4］杨旭佳.基于语义和表象的领域知识影响创造性认知活动的研究［D］.上海：华东师范大学，2013：3.
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