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教育新論語|人腦的量子糾纏與課程改革

日期:2021-04-19 11:15作者:羅清紅文章來源:校長派點擊數(shù):4421次




作者 | 羅清紅

成都市教育科學研究院院長、正高級教師


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,窺見教育的本質。按照量子力學的觀點,文字的言說,就是在“測量”,“測量”行為本身會使立體豐富的現(xiàn)場“坍縮”成平面單一的文字,因而會遺失現(xiàn)場無數(shù)的信息??梢?,僅憑語言描述,是很難把教育說清楚的。但,本文又不得不借助“坍縮”的文字來闡釋人腦的運營機制,以此推演出基礎教育多樣化課程設置的合理性。


當下“繁榮”的教育形態(tài),不斷“翻新”的教學模式,著實讓人眼花繚亂。未來課堂、智慧課堂、翻轉課堂;跑班教學、分層教學、混合教學……教育需要安靜也需要熱鬧,需要自由也需要紀律,需要創(chuàng)新也需要堅守,需要理性也在呼喚感性;教育需要線上更離不開線下,需要前行還要回歸原點;人工智能要替代教師,虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實能還原現(xiàn)場,STEAM課程旨在彌合學科鴻溝,大數(shù)據(jù)畫像讓人無處遁形……


教育的原點是育心,育心的本質是育腦。個人以為,如果教育人對腦的運行機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)動機模型


19世紀,最先進的科技當數(shù)蒸汽發(fā)動機,于是科學家把人腦比喻成蒸汽發(fā)動機。科學家認為,人的心靈和身體就像是由各種管道、汽缸、閥門與活塞構成一樣,能夠積蓄和釋放壓力,從而做出各種運動和行為。弗洛伊德主張,軍隊可以通過控制或壓抑士兵的性沖動,去提高他們在戰(zhàn)場上的軍事進攻力。為此,軍隊會特別招募性沖動達到頂峰的年輕男子,同時會限制士兵通過性活動釋放其壓力,于是讓壓力在士兵體內不斷積累,待壓力積聚到頂峰時刻,再讓士兵沖向戰(zhàn)場,以最大的軍事攻擊形式釋放其身體壓力,從而形成強大的軍事進攻力,獲得戰(zhàn)爭的最大效益。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”來決定“教與學”的八股文課程,應該有“蒸汽機”的影子。


隨著經濟發(fā)展、科技進步以及認知水平的提高,人們意識到,人不僅僅具有動物的沖動性,更有理性的控制力和約束力。人腦的蒸汽機模型是有失偏頗的。


人腦的圖靈計算機模型


21世紀,最復雜的科技莫過于圖靈計算機,于是科學家又把人腦比喻成一臺計算機。計算機的特點是記得多(內存)、記得?。ū4妫?、回憶快(搜索)和寫得快(打?。?。反觀當今之應試教育,不正是在把活生生的人努力塑造成一臺冰冷的“計算機”么?堆積如山的作業(yè)(比記得多),晨讀暮念的吟誦(比記得?。?,定勢思維的范式(拼回憶快),飛速作答的書寫(拼寫得快)。這就是人腦計算機模型在教育中的遺跡。課程設置為此緊緊圍繞著信息儲存與提取展開。前不久,某衛(wèi)視有一檔很火的節(jié)目——“最強大腦”,細細想來,它不過展示了人腦在信息儲存與提取的記憶型低階能力。事實上,在面對綜合性、復雜多變的高階思維問題,計算機目前還無法與人類抗衡。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,而計算機遵循的仍然是程序化的圖靈模式。當今考試檢測的都是計算機的強項,而對人類比之優(yōu)勢方面則無從考察,這也正是教育的悖論。


人腦與電腦思維存在差異的另一個證據(jù)是:計算機的扇區(qū)壞了,扇區(qū)儲存的信息也就隨之丟失,新扇區(qū)替換進來,不會恢復出同樣的記憶。而人的大腦細胞每天工作,在新陳代謝過程中,組成細胞的氫氧碳原子被不斷替換,而我們的記憶不僅沒有消失,反而日漸增強。計算機以硅為基礎,人類神經網絡以碳為基礎,兩者構架不同,因此人類意識的特征很可能無法簡單套用計算機模型。


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


人腦的量子糾纏關聯(lián)模型


量子糾纏的突出特點是,兩個單元的糾纏關聯(lián)不一定要發(fā)生在相鄰區(qū)域。如果人腦量子關聯(lián)模式成立,那么與一個腦細胞發(fā)生關聯(lián)的就不僅限于跟它相鄰的幾十個腦細胞,而是另外的130億個腦細胞。這樣的非局域性關聯(lián)作用,將極大程度地提高腦細胞間的關聯(lián)速度。在現(xiàn)實生活中,人們會感覺到,人的思維總是那么跳躍不停,漂浮不定,難以捉摸,再強大的計算機也無法知道人類提出的下一個問題!


在量子物理中,有一種“量子逾滲”現(xiàn)象。“量子逾滲”是指在復雜系統(tǒng)中隨著某種形式的密度達到某一程度,系統(tǒng)內出現(xiàn)某種長程關聯(lián)(量子糾纏),系統(tǒng)性質發(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,會有融會貫通、思維頓悟的感覺。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。


量子理論認為,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、決定性的經典信息;觀察與記錄會使場景中“漂忽不定”的量子信息“坍縮”成固定的經典信息。大量經典信息的糾纏、聚合,可以再現(xiàn)“場景”,實現(xiàn)畫像。


“現(xiàn)實場景”含有豐富的量子信息,人在現(xiàn)實場景中,通過五官的體驗感受,獲取經典信息,人們正是通過這樣的方式來接觸世界、認識世界。無數(shù)經典信息的聚集、聯(lián)結與糾纏,孕育產生出新觀念、新思想與新方法。近代教育家無不強調教育的“現(xiàn)實場景”,如“教育即生活”“教育是做中學,學中做”等觀念,其意義也許正在于此。


面對未知世界,人類從來都是“瞎子 ”,我們只能像“瞎子摸象”那樣,通過眼耳鼻舌身的感觸小心翼翼地去認識世界。一頭尚未被觸摸的大象,相對于“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記錄:第一個瞎子摸到象的耳朵,于是整頭大象的“量子信息”瞬間坍縮成一把扇子的“經典信息”,他認為大象是把扇子;第二個瞎子摸到象的尾巴,他認為大象像一條繩子;第三個瞎子摸到象的肚皮,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典信息。


瞎子們所獲的信息雖不完整,卻是他們體驗后的經典實在信息,他們對自己所獲得的信息會深信不疑。每個“瞎子”都獲得了實在信息,但如果他們以自己單一的信息就做出“大象”整體的形狀判斷,一定是有失偏頗的。而把所有這些經典信息聚合在一起,對認識完整的大象卻是很有意義的。因為瞎子不可能看見一頭完整的大象,他們只能通過這種坍縮后的經典信息來認識大象,認識世界。只要這里的“瞎子”足夠多,就有足夠多的經典信息得到收集。把足夠多甚至是冗余的經典信息聚合在一起,我們似乎就可以逼近甚至再現(xiàn)現(xiàn)場豐富的量子信息。


教育的現(xiàn)實場景


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


走進真實生活,沉浸現(xiàn)實場景,在條件許可情況下,我們要盡最大努力地創(chuàng)設條件,讓教育活動沉浸入現(xiàn)實場景,學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基礎。


“綜合社會實踐”是一種讓孩子們沉浸入現(xiàn)實場景的有效途徑。在活動中,孩子們主動設計、探究、體驗、總結和反思,這個過程將沉淀下豐富的信息,形成記憶單元儲存于大腦。無數(shù)次活動的無限多信息單元儲存,累計到一定程度,就會發(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。


成都雙中實驗學校,從2004年開始一直致力于“綜合實踐課程”的落地實踐。其課程的實施集中體現(xiàn)了“三全”特點,即全體師生參與、全體學科卷入、全時段保證。志愿者服務、軍事訓練、農事實踐、歌詠比賽、詩歌朗誦、微電影拍攝、運動會、球賽活動等等,都有利于讓人沉浸入現(xiàn)實場景,是學校不可或缺的教育形式。


選擇多種途徑,再現(xiàn)現(xiàn)實場景


在人類歷史發(fā)展長河中,沉淀出無數(shù)優(yōu)秀的經典文化,我們理應加以繼承與發(fā)揚,這是曉通古今中外的便捷之門。一書一世界,一語一思想,我們通過閱讀書籍,實現(xiàn)與古人的對話,通過闡述語義,實現(xiàn)與名家的交流。


然而,任何一本書籍文字,必然只是當時作者豐富生活環(huán)境感觸下,坍縮出來的有限“經典信息”。如果我們的學習,僅僅停留在坍縮后的文字,其信息的獲取必然是單調的、平面的,對作者原初的創(chuàng)作背景不甚了解,其解讀往往會有失偏頗,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“人不為己,天誅地滅”中的“為”應讀作“二聲,陽平”。意思是說,人如果不做出人的本樣,人如果像禽獸那樣貪婪攫取,就會失去人的本性,就會遭致天誅地滅。要真切了解作者意圖,就是要選擇不同途徑,獲取更多經典信息,以此再現(xiàn)“現(xiàn)實場景”。


當下教育,紙介盛行,紙筆測試幾乎成為教學評價的唯一形態(tài)。我們不可能活在過去,也不可能所有生活都必須親歷,因為還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上,盡可能地創(chuàng)設環(huán)境,讓學生像科學家那樣重現(xiàn)實驗過程,倡導科研的“類體驗”。譬如,在教學中,可以更多地開展演示實驗,條件許可情況下,更多地讓演示實驗向分組實驗轉化,驗證性實驗向探究性實驗轉變等,這都是不錯的教學形式選, 擇。又譬如,在《雷雨》教學中,除了文本基礎解讀外,還可以讓學生扮演不同角色,開展話劇表演活動,這樣就再現(xiàn)了《雷雨》的“真實場景”,孩子們從中可以獲取豐富信息。


不同的交流方式,坍縮出不同的經典信息,我們的目的是盡最大可能還原現(xiàn)場的量子信息,所以需要盡可能多的經典信息。面對同一個場景,可以用語言言說,用音樂歌唱,用美術描繪,用舞蹈來表達等。時下盛行的STEAM課程(Science科學- Technology技術- Egineering工程- Arts藝術- Maths,數(shù)學),其根本意義在于,面對同一教學主題,我們可以采用五個維度進行信息觀測。雖然每一次觀測都只是那一個領域的經典信息,但當五個維度的經典信息足夠豐富,也就可以再現(xiàn)主題的“現(xiàn)實場景”。這就有點像前文所述的“瞎子摸象”,無限多“瞎子”的經典信息,也就可以再現(xiàn)“現(xiàn)實場景”。由此觀之,我們強調教學要善于采用豐富多彩的形式,如“混合式教學”,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)實場景”。


應用虛擬技術,模擬現(xiàn)實場景


當下信息技術領域,最為風光的莫過于虛擬現(xiàn)實VR與增強現(xiàn)實AR技術。它們在職業(yè)技能訓練、電玩娛樂、遠足旅游、遠程醫(yī)療會診等領域幾乎獨領風騷、獨樹一幟。虛擬技術就是利用計算機圖形系統(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。


在地球村時代,虛擬技術,真正地實現(xiàn)了天涯若比鄰的夢想。未來教育,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,會在你的家里俯身為你輔導;萬里之遙的同學,可以與你一起實驗,共同交流探討;歷史上的名人可以“復活”,他們可以走進你的生活,與你自由的交流。


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


人的創(chuàng)新思維來自大腦大量信息的聚合,當信息聚集到一定程度,就會產生“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,一閃念一動念,一動念一觀念,一觀念一行動。這就是創(chuàng)新意識與行動的連鎖反應。


由此觀之,如果學生的核心素養(yǎng)是創(chuàng)新,創(chuàng)新的關鍵是信息聚合,而豐富的信息一定來源于現(xiàn)實場景。為此,在教育環(huán)境打造與教學過程的設計中,就要通過“走進現(xiàn)實場景、再現(xiàn)現(xiàn)實場景與模擬現(xiàn)實場景”三種方式,最大限度地走近現(xiàn)實、還原生活。如此,則抓住了教育的內核,讓創(chuàng)新無處不在,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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