第一節 超學科教育智慧課題的產生
一、超學科教育智慧的研究內容和意義
（一）課題產生背景
時代需要智慧，智慧指引並塑造時代。隨著基礎教育課程改革的不斷推進，素質教育的深入實施，教育事業的發展對教師教育智慧的要求越來越高，教育智慧在未來教育改革中越來越起著無與倫比的作用。因此教師要站在新的曆史起點上，主動探索和深入研究教育智慧的理論與實踐問題，審視教育活動中的人文理想和實踐智慧，強化智慧素養的提升和建設，努力使自己成為智慧型教師，這是時代發展的必然要求。
我國教師的培養在很大程度上受到單一學科化的影響，多數教師都有從學校（中小學）到學校（大學）又到學校（大中小學）的線性化專業成長經曆。這種以學科為本位的教師培養機製，使教師相對缺乏教育智慧的理論與實踐，形成了目前教師教育教學智慧的單一學科化局麵。再從教育實踐智慧方麵來看，當前學校層麵教育教學中存在的問題是各個學科之間“雞犬之聲相聞，老死不相往來”，這種各自為戰的狀態，阻礙了教師教育智慧的培育和發展，從而影響到教育教學活動中師生的智慧體驗和精神塑造。
處於這種狀況下的實踐經曆與理性思考，作者提出必須突破目前教育智慧的學科本位界限，大力培育和發展教師的“超學科教育智慧”的研究課題，力圖通過超學科教育智慧的研究與實踐，改變教師的單一學科觀，培養一批具有綜合能力、充滿教育智慧、富有人文精神的超學科教育智慧型教師。在教育實踐和教師培訓中進行超學科教育智慧的科學哲學方法論的發展研究，積累較多超學科教育智慧的科學方法、教學方法和探究教學實踐模式與經驗，創造各種新穎的超學科教育教學智慧情境和方法，對突破各學科教學難點、提高教學效率、培育人的智慧方麵產生積極的引領與促進作用。
本研究課題因此獲得了廣州市教育科學“十一五”規劃立項，得到了廣州市教育局科研處的大力支持和廣州市教育科學研究所的嚴格管理與指導。《廣州市教育科學“十一五”規劃課題研究指南》提出的重點研究方向之一是推進校本研究。強調學校和教學第一線的廣大教師，是教育教學活動的根本著力點，是教育科研的根基和重心所在。新時期的教育科研要有效地解決好學校教育教學中出現的重點、難點問題，促使學校的管理和教學上層次、上水平。還指出隨著基礎教育課程改革實驗的不斷推進，素質教育的深入實施，教育科研的課題和成果將向更為多樣化、綜合化發展，教育科研工作者要站在新的曆史起點上，主動探索和深入研究重大理論與實踐問題，關注教育領域的人文理想、實踐智慧、管理效益和教育質量，關注教育發展的文化內涵和綜合實力，關注教師的素質提升和學校的內涵建設。本課題就是在此指南引領指導下，結合近年來課程改革和進一步深化素質教育過程中教育教學實踐中出現和存在的現實問題之後經過綜合而提出的。所提出的超學科教育智慧發展問題，不僅在廣州市而且在全國教育的麵上也有一定的普遍性與參考意義。
超學科教育智慧課題研究的主要內容是以教師教育教學實踐為基礎，通過超學科教育智慧、藝術和方法的研究，發展超學科教育智慧，發展教師的個體獨創性教學智慧，從而打破目前學校課堂教學中的“學科本位”界限，培育新型的教學情境創造智慧，在育人智慧上超越現有框架的局限，構築更有效、更有實踐價值的新型教學模式。同時通過教師的教育智慧培育學生的智慧，喚醒和激勵學生主動、愉快地體驗、享受充滿人文智慧的教育資源，讓教育教學充滿美的追求、美的愉悅、美的享受。
著名天體物理學家錢德拉塞卡在充分研究過莎士比亞、牛頓和貝多芬的創造模式後，得出一個發人深省的結論：科學家早熟而藝術家晚熟。這啟發了我們的教育研究目的，應該是將科學、人文和藝術智慧高度融合，延長人的“創造青春期”，使學校教育對一個人產生永恒的智慧影響，成為一個人充滿美感的精神之旅，而不應該成為一個短期的榨取式的應試教育階段。
（二）課題研究目標
目前特別是中學教育中存在的普遍情況仍然是按學科進行教師分工，各科之間常常“各掃自家門前雪”，尤其受到應試教育的影響，學校教育存在一定的短期行為，程度不同地側重於中考或高考升學率，一定程度上忽略了人的發展的終生性、人才培養的長期性、學習的愉悅性、生命體驗和精神塑造。教育科研應知難而進，為什麼要研究這個難題，就是因為存在具體的教育困難，存在長久不能解決好的問題。針對困難解決的研究才是課題的價值。否則一個研究就成了無的放矢、無本之木。因此，本課題的研究、探索和推廣，肯定是充滿艱辛和挑戰的，這也正是這個選題的思想根源之一。
研究還必須在教育實踐中生成教學效益，產生明顯的育人成果，使研究者和實踐者強烈感受到智慧研究活動帶來的美感和樂趣，從而支持和重視推廣教學改革成果。在課題研究中培育一批擁有超學科智慧的新型教師，也培養具有多種能力以及精神健全、充滿智慧的學生。在提高學校教育教學質量的同時，為課程改革和素質教育提供創造性的、有較高理論價值和實踐意義的研究成果。
開發的超學科教育智慧係統主要內容：語言文學智慧（中國、外國語言文學）；數學智慧（現代數學幾個分支）；科學智慧（物理學、化學、生物學、天文學等）；人文哲學智慧（政治學、曆史學、經濟學、哲學）；藝術智慧（音樂、美術、體育）等。超學科教育智慧係統不是對各學科知識的簡單綜合，而是對各個學科的教育智慧進行係統綜合，發展，向學科教學滲透，在教學操作上形成更多元的、靈活的方法係統。如“怎樣利用數學公理化智慧來設計政治、曆史、經濟學的課堂教學？”“文學藝術與化學、物理學課堂教學中的智慧滲透”等等。
（三）課題主要概念釋義
為了明確本課題的研究範圍，現在對“發展超學科教育智慧構建新型育人模式”課題的關鍵詞的涵義進行必要的闡釋與定義。
“超學科”：“超學科”也叫元學科。劉仲林等在《現代交叉科學》（浙江教育出版社，1998）中的解釋是：“超學科是超越一般學科層次，在高一級層次上形成的超常研究領域。它可以說是關於科學的科學，關於學科的學科。超學科是超越一般學科的層次而在更高或更深的層次上總結事物（包括學科）一般規律的學科。元學科的“元”英文為meta，其原始詞是meta physika，來源於亞裏士多德的學生在編輯他的著作時所使用的題目。超學科或元學科就是尋找事物（學科）本質或本源的研究，它可以使我們超越原有學科的邊界，在更深更廣的層麵認識事物，是推動原始創新的重要思想源泉。”
教育與教學：學界對兩者的定義和內涵有專門的論述，這裏不做深入解釋。在此需要簡單確定兩者之間的區別與關係，以便於論述以後的問題時用詞盡可能恰當明確。教育比教學的概念內涵更加豐富，外延也更為廣泛。一般認為教育是一個係統的過程，而教學是一個比較具體的動作。教育多指價值目標與策略，教學傾向於實現教育目標的具體方法與實踐。教育重在“育”字，教學重在“學”字。但兩者也沒有絕對的界限，所以有時也不刻意區分。影響到以下的論述，主要是“教育智慧”、“教學方法”和“教學情境”等。
智慧：“智慧是由智力、知識、方法、技巧、意向、情感、道德觀念與美感等要素構成的複雜係統。智慧有著網絡式的複雜結構，在其結構中交織著先天素質與後天努力、生理機製與心理機製、直觀與思維、意向與認識、情感與認識、道德與美感、智力與非智力、顯意識與潛意識等眾多要素”（孟憲鵬：智慧方法論。北京：海洋出版社，1993）。當今教育改革迫切需要智慧，隻有智慧才能指引和塑造我們的教育改革，在當前特別是社會信息化和藝術化來臨的時代，智慧越來越發揮著無與倫比的偉大作用，教育教學如果不重視發展智慧的作用，將是沒有靈魂的教育。
超學科教育智慧：也可以叫做元學科教育智慧，是關於教育智慧的智慧，是研究教育智慧的發生發展及運行規律的智慧，也是研究教育智慧之上的更本質規律的智慧。它是建立於學科教育智慧層次之上的、具有複雜組織的、更高層次的教育智慧大係統。
方法：在任何一種智慧中都要使用一定的方法，而方法則是構成智慧的重要因素，就是在智慧活動中所使用的模式、方式、程序、步驟和層次。智慧總是同機智巧妙地創造使用方法相聯係的。不管使用什麼方法，隻要是能出奇製勝進行發明創造和解決問題的方法，都是智慧的方法，方法是智慧的操作係統。
育人：不僅指培育學生，也培育教師。教育教學活動中教師和學生角色不同，但從教育的終極目的來看，教師發展和學生成長是不可分割的一個整體，在智慧型教育教學中師生共同成長發展。
本課題的綜合內涵是：新時期教育改革中將多學科教育智慧和方法進行“超學科”的融合和升華，發展出一個超出學科壁壘或單一學科（如文科、理科之間，或文學、物理、化學、曆史之間等）的、不受具體學科（類）限製的、通用的教育智慧和方法組成的新型育人模式，包含理論和具體教學操作方法的綜合性體係，並運用於具體學科教育教學實踐中，培育智慧型教師和智慧型學生，產生更深廣的教育教學實際效益。
（四）與國內外相關研究的關係
目前國內外與本課題研究相關的研究，主要是世界範圍內的STS（科學、技術、社會）課程、課程整合、綜合課程和多元智能的研究。在1960年代末期，美國學術界誕生了一門跨越文理科界限的課程STS。這門新興的課程將綜合課程推到了前所未有的高度。最早的STS課程，為多學科階段。然後是交叉學科階段。當前世界各國的STS課程正處於這一階段。STS課程的第三階段是“超學科”階段，它超越了多學科和交叉學科，創立的是一個能影響許多學科的概念係統。據國內外許多專家學者的研究分析，認為這是STS課程將要邁進的新階段。1970年代，STS課程不但在西方得到認同，而且在許多國家如美國、荷蘭和加拿大等均有所發展。近年來我國的中小學教學中也正在逐步推行、實施綜合課程教育。各省市教改範圍在不斷擴大，參與綜合課程教學改革的學校越來越多。為綜合課程教學進行的師資培訓，已在蘇州大學、遼寧教育學院等高校展開。
另外從1979年起，美國哈佛大學教育研究所發展心理學教授加德納（Howard Gardner）參與了哈佛大學教育研究學院零點方案（Harvard Project Zero）的研究計劃。該方案試圖探討一個偉大的問題，就是人類潛能的本質與實現。加德納博士於1983年將當時的研究成果結集成一本名為《心智的結構》（Frames of Mind）的書。提出人類的智能是多元化的，即現在所說的多元智能理論。多元智能理論經過近30年的發展，到現在美國已經有多所多元智能的學校。在中國，這個理論近年來已經有了不少介紹，甚至研究與實踐，但目前真正能完全理解和實施的人還比較少，這正如北京教育學院教授梅汝莉前些年坦率指出：“多元智能理論在中國還處在介紹的階段，各地的實驗狀況很不平衡，需要從我國教育實際出發研究的具體問題還很多。總之，正確借鑒多元智能理論的研究，可謂任重而道遠。”
筆者對STS課程、課程整合、綜合課程和多元智能這一係列課題，早已產生了極大的興趣，並在自己的教育教學中潛心研究實踐了20多年。所以本課題的“超學科教育智慧”乃是吸收和繼承了以上研究的主要思想、精神和方法的基礎之上，進一步發展出來的新的具有高度實踐性智慧的新型教育教學模式。目前對這一課題的研究與實踐已經進入超學科教育智慧階段，實屬必然。
二、超學科教育智慧的主要理論假設
北京大學的錢理群教授曾經說過：“多年之後，學生記住的教師常常是語文教師，而不是其他學科的教師。這是因為語文教師給學生精神塑造上的影響最大。”語文教師的教學給學生更多的是精神、做人方麵的影響，而不僅僅是學科知識。北京師範大學吳國慶教授也說過：“所謂科學素養就是學生受學科教育很長時間以後，當他們忘記了學科知識後還剩下來的東西。這種‘剩下來的東西’，就是科學素養與科學智慧。”本課題的研究體現了這種思考與理念，並且實踐怎樣有效培養這種智慧和素養。
超學科教育智慧就是改變教師的單一學科觀，培養具有綜合能力、富有教學機智和超學科教育智慧的高素質教師。在此過程中培養具有不斷進取精神的保持持久創造活力的學生，給學生的未來造就持續發展的可能與空間。“超學科教育智慧”既不是跨學科教學，也不是不同學科方法的整合，也不是綜合課程的延伸，也不等同於多元智能教育，而是企圖建立在多元智能理論等多種教育教學理論和實踐基礎之上的超學科教育智慧融合和靈活實踐的教學模式，是高度有序和高度靈巧的教育教學機智組成的智慧大係統。
打破當前封閉、單一的學科化教學局麵，走向各學科教育智慧的係統綜合，運用係統論的原理和方法，構築一係列非線性的動態的教學智慧子係統。從具體學科知識上升到學科方法，然後上升到學科智慧，再到學科群智慧，再到達超學科智慧，最後上升到高度有序、開放的、動態的，具有係統層次性、功能性等性質構成的最優化整體育人智慧係統，即形成了超學科教育智慧係統，為學科教育教學實踐提供具體的理論指導與實踐智慧，從而實現育人方式的轉變。在此基礎上，形成教師與學校的教育智慧特色模式。據此提出教師教學智慧的多層次係統理論模型。其中超學科教育智慧是教學智慧係統中最高層次的因變量，即最高層次的概念，是各個層次學科教學智慧及其係統綜合。下麵按照各教學智慧層次從低級到高級的關係，表達超學科教育智慧的係統結構：
這個理論模型和假設框架是一個非線性網絡係統結構，元變量是具體學科的科學方法，一級因變量是具體學科教學智慧；而作為一級因變量的具體學科教學智慧在作為二級因變量的跨學科教學智慧中又變成了自變量；自然作為二級因變量的跨學科教學智慧又成為了最高級三級因變量超學科教育智慧的自變量。同時這個係統結構圖也顯示了“單學科”、“跨學科”與“超學科”概念之間的層次與屬類邏輯關係。當一個教師完成這三個層次的智慧建構以後，就形成了他的超學科教育智慧係統，此時這個係統就變成了這位教師的“智慧素養”而牢固地內化，形成他終生的超學科教育智慧。
係統論的整體性、層次性、功能性、動態隨機性和最優化等原理是該課題研究所依據的主要理論基礎。教育教學係統不是一個孤立的係統，而是一個超學科的複雜動態係統。因此教學思想方法就不能單單隻從教材或某單一學科本身考慮，而必須有效融合多學科、跨學科、交叉學科、橫斷學科的“超學科”方法和思路，創造性地運用於學科教育教學。
該課題研究立足點是在教育教學活動中，組織“教師研究與實踐共同體”，以學校為實驗研究基地，通過超學科教育智慧的理論及操作模式與方法的研究，發展超學科教育智慧，發展教師的個體獨創性教學智慧，同時通過教師的教學智慧培育學生的智慧，喚醒和激勵學生主動、愉快地體驗、享受充滿人文智慧的教育，讓教育充滿美的追求、美的享受和美的愉悅，因此本選題具有現實意義。課題研究努力打破目前特別是中學課堂教學中的“學科本位”界限，在育人智慧上超越現有框架的局限，構築具有高度智慧和實踐價值的新型教學模式。研究的目的是將科學、人文和藝術智慧高度融合，延長人的“創造青春期”，使學校教育對一個人產生永恒的影響，成為一個人充滿人文與科學智慧的精神之旅，而不隻是成為一個短期的榨取式的應試教育階段。研究還準備在第一線教學行動實踐中生成教學效益，產生明顯的育人成果，使研究者強烈感受到科研帶來的教育教學樂趣和效果，從而積極推廣教育教學改革成果。
本課題選題就是針對教學第一線存在的教育缺乏對人的精神關照、教師知識麵比較狹窄、課堂教學單一學科化傾向、教育教學缺乏智慧和方法單調等實際問題和現狀，提出從超學科高度發展智慧型教師和培養智慧型學生的新型育人模式的探索和研究，對解決學校教育教學中存在的實際問題，有著重要的理論價值和現實意義，能夠為推進素質教育、創建特色教育提供較高層次水平和具有較高推廣價值的研究成果。
從係統論角度看超學科教育智慧型課堂教學，我們認為超學科教育智慧型教師的教學具有以下本質特征：①自我創造性。文如其人，課如其師。教學的靈魂就是創造自己的智慧。②即時生成性。充滿教學智慧的課堂會自然出現許多激動人心的瞬時情景，在過程中生成教學效益。③動態不穩定性。課堂教學是一個開放、動態的耗散結構係統，因此動態性和不穩定性必然是它的基本特性。要研究運用多種靈活、智慧的係統控製方法進行有效的課堂教學組織。④不可重複性。課堂教學不但不能重複別人，甚至都不能重複自己，這本質上仍然是係統動態不穩定性的一種表現。課堂是隨著時間而演化的，教學智慧是時間的非線性函數，要認識這個特征很重要，教師擁有了超學科教育智慧，才會創造出新穎、活躍的課堂教學。
三、研究思路、方法及操作模式
我國教師在一定程度上來講，是受工具化、學科化教育深刻影響的，都有著從學校到學校又到學校的單一經曆，社會實踐經驗缺乏，知識麵單一、狹窄，是教師專業發展的短板和瓶頸，與未來素質教育的要求相差甚遠，整體智慧素養還不足以擔負起素質教育之大任。因此要培養學生，首先得培養教師。本課題組織各學科的教師代表參加，就是為了培養一批智慧型教師，讓他們在研究中發展自己的智慧。教師要做學生的表率和榜樣，培養智慧型學生，首先教師要有智慧。俗話說“要給學生一碗水，教師得有一桶水。”現在我們必須研究教師的“桶”究竟應該裝什麼樣的“水”？研究將以大量實例展示超學科教育智慧教學模式的優勢，本課題將用研究實踐成果讓人們認識到這項研究本身的意義。
本課題研究工作的主要思路是，組織課題參加者學習本課題的意義、研究內容、研究方向和研究思路，進行理論和實踐兩方麵的準備。因為該課題的校本性和實踐性特點，必須將研究工作融入日常教學中進行直接的應用研究（行動研究）和實證研究。向實驗學校教師宣傳該課題研究思想，讓他們了解課題研究的意義，做好實驗研究與檢驗推廣成果的準備。運用“超學科教育智慧”的觀念對各學科課程智慧資源進行具體到綜合的開發，依托係統論、信息論、控製論、多元智能理論、腦科學、行為科學、教育心理學、現代科學哲學、宇宙學、藝術、哲學等理論和思想智慧。具體研究方法主要是行動研究法，如教學調查、教學實驗、數據統計分析等；也采用多種形式的研究方法及其綜合，如敘事研究法、反思總結法、調查報告法、追蹤研究法、行動研究法、模型化方法、模糊方法、現代係統科學方法等。
同時，研究方法又具有多元性和開放性，正如當代著名科學哲學家費伊爾阿本德所主張的“怎麼都行”法。如前述，“超學科教育智慧”育人模式不是STS課程，不是跨學科的課程整合，也不是綜合課程，而是在多元智能理論基礎之上的一種操作性和實踐性智慧課堂教學模式，主要特征是智慧型教師、智慧型教學情境和培養智慧型學生，因此具有極強的教學創造性、實踐性和生成性，教師在教育教學中的實踐操作方法上可以“八仙過海，各顯神通”。
具體研究技術路線是，建立科學模型，進行理論研究和實踐探索。課題設計運用了類比的科學智慧方法。認為智慧是由智力、知識、方法、技巧、意向、情感、道德觀念與美感等要素構成的複雜係統，有著網絡式的複雜結構。本課題研究認為，每門學科都具有本學科的智慧體係，但單一學科智慧相對而言都有一定的獨立性和封閉性，俗語說“隔行如隔山”。如果一位教師隻擁有他自己所掌握學科的知識和智慧，就隻能運用單一學科的智慧進行教育教學。受到哥德爾不完備性定理所包含深刻寓意的智慧啟發（即不能用一個形式係統內部的定理和邏輯來證明這個係統本身提出的命題），筆者認為教師的學科智慧在解決本學科教育教學問題時就顯得缺乏力度，智慧上就顯得比較蒼白，時間久了就會日益顯示出教育智慧的貧乏。因此要打破學科智慧的界限，努力擁有更多學科的“超學科”教育智慧，才能使教師自己的教育智慧源源不斷地得到補充、更新和發展。
確定研究課題過程中，筆者運用類比的科學智慧方法，想到了化學動力學中的阿雷尼烏斯關係式模擬教師的“智慧動力學”，通過類比來確定教師智慧動力的構成和影響要素，這是因為教師的“智慧動力學”與化學反應動力學有著內在的同構與相似之處。請看下式：
k∝Ae－E/RT
其中k原來代表化學反應的動力（速率）常數，在這裏則用於表示教師教育智慧的成長速率。A代表個體智能因子，與多元智能有關，因人而異。R是個自然常數。E代表達成教育教學目標的程度，與教育教學評價有關，對每個教師來講也基本上是個常數。T則代表教師追求教育智慧的動力（來自內部的需要和外部的激勵）。這個數學模型所揭示的意義就是：教師教育智慧的成長速率（程度），除了個體智能差別以外，與教師追求教育智慧的動力以自然指數成正比。也就是說，在教師個體智能水平基本相同的情況下，對教師教育智慧的成長程度起主要作用的是教師個體的自我追求和外部激勵。所以具有積極的智慧追求與良好的激勵環境，是培養和發展教師超學科教育智慧的重要條件。
在研究與實踐中還特別重視將藝術引入科學與人文學科教育教學之中，以藝術智慧優化其他學科的教學智慧，為超學科教育智慧係統融入藝術元素。所以在課題研究中吸收美術、音樂、體育等科教師參加實驗研究，以體現研究的超學科性。伴隨著新一輪教育改革和素質教育的深化，本課題將不斷吸收新的問題和思想，進入課題的研究視野，擴充課題的研究內容，拓展課題的研究時空。
第二節 超學科教育智慧的宇宙學起源
筆者意識到宇宙學對人類生存的重大意義，因此對宇宙學產生了強烈興趣，並對宇宙學與思維規律進行了多年的研究，從中深刻感受和認識到人類智慧與宇宙起源具有密不可分的內在聯係。以下就這一觀點展開幾方麵的簡要論述。
一、創造力智慧的宇宙學起源
今天我們對宇宙起源的最新認識就是暴漲宇宙論。它是根據廣義相對論推演出來的一種宇宙誕生和演化理論。認為宇宙最初是一個很小的、溫度在100億度以上的致密“奇點”，在大約100億～200億年前突然發生爆炸而不斷地膨脹冷卻，直到今天的情形。暴漲宇宙理論追述了大爆炸過後不同時刻的情況。由於受到量子理論的不確定性原理的限製，隻能追溯到爆炸後的10－43秒，並把這一時刻叫做普朗克時刻。現今的基本粒子理論可以對爆炸後10－35秒的情況作一些計算，知道在那時宇宙中存在著幾乎等量的粒子和反粒子，即幾乎等量的電子和正電子，中微子和反中微子，誇克和反誇克等，這時的宇宙基本上還是對稱的。但在暴漲期結束時，真空發生相變，宇宙通過真空相變將極小的原初不對稱放大成今天極大的不對稱，這就是宇宙不對稱現象的最早起源。今天我們所看到的宇宙的許多不對稱，就是通過真空相變演化出來的。美學上有一條重要的原理是“對稱＋破缺＝美”，我們在日常生活工作中也能感覺到這種帶些缺點的對稱所帶來的美感，也許正是因為宇宙本身是以對稱加破缺的方式演化的。
現代宇宙學認為，時空拓撲是時空的整體性質。在日常範圍內，時空好像是一個大平麵，是單連通的（即單向性時空結構）。因為遠沒有達到普朗克尺度（即時間為10－43秒和空間為10－35米），可以使用時空順序概念。但在宇宙的創生時期，即普朗克期的小尺度上，時空很可能是多連通的。在普朗克狀態，宇宙整體已經小到普朗克尺度，可以說宇宙整體都是微觀的，整個宇宙時空拓撲的演化，成了最主要的物理過程。隨著宇宙的膨脹，能量尺度下降，溫度下降，時空就顯得越來越“硬”，這時已經沒有任何物理過程可以影響宇宙的時空拓撲了。從此，時空拓撲成為不變的東西，一直遺留到今天。普朗克期的時空拓撲，是多連通的（即時空具有循環的結構），因此，今天的宇宙時空拓撲，也很可能是多連通的。
智慧本質上也是一種具有時空循環結構的“多連通”拓撲係統，同樣具有宇宙學起源。例如人類最早構造出來的數學體係是畢達哥拉斯的數和歐幾裏得的平麵幾何學。筆者認為數學絕對不是人類純粹空想構造出來的體係，而是宇宙構造在人腦中的一種“分形”即自相似性的反映。因為組成人腦細胞的是物質基本粒子，而基本粒子就是宇宙大爆炸的產物，因此基本粒子內部就蘊含著宇宙結構和大爆炸的信息。也就是說人類大腦的微觀結構及其思維方式與宇宙大爆炸的瞬間存在因果關係。宇宙在普朗克期的多連通結構在大爆炸之後被冷卻而固化下來，後來形成了宇宙在大尺度上的多連通結構。
於是人類在創造出歐幾裏得平麵幾何學之後，大約在17世紀，又創造出了黎曼幾何學和羅巴切夫斯基幾何學兩種“非歐幾何學”即曲麵幾何學，而非歐幾何學卻在天文觀測中證實符合宇宙的大尺度空間特性。這就進一步說明，數學的任何分支構造，都不可能超越宇宙的構造。任何創造性思維都具有宇宙結構為基礎的物理實在性和宇宙自洽性。用宇宙學的話語來說就是：宇宙中不可能產生或創造出宇宙結構以外的規律和東西，哪怕想象出來的東西，數學的發展則充分地證明了這一點。我們平常說人類的想象力和創造力是無限的，從宇宙學意義上說，就是宇宙中還有幾乎無窮的人類尚未發現的許許多多係統規律。筆者認為，所有已經創造與發現的和將來可能創造與發現的簡單如數學定理與物理定律、複雜如社會與思維規律，都包含了宇宙創生的信息，都遵從宇宙演化的規律。
愛因斯坦也許本能地感覺到了這一點，他在創造相對論宇宙學時，就感覺到了宇宙結構的非平直性，因此它運用了黎曼的曲麵幾何學作為相對論的數學基礎。他還說過這樣的話：“時間和空間是人們頑固地堅持著的幻覺”，“時空是人們的一種思維習慣，而非我們生存的條件。”這都是多連通宇宙結構在人類頭腦中的再現和反映，隻是愛因斯坦打破了絕大多數常人的日常生活經驗的束縛而深刻地感覺出了這一點。這些事實說明人類的創造性思維應該具有時空的多連通性和彎曲性。所以本課題所研究與描述的教育智慧應該是這種宇宙智慧，它具有和宇宙起源及演化同構和分形構造，具有宇宙學意義上的時空多連通拓撲結構。
大爆炸理論認為宇宙是從原初奇性開始的大爆炸創造了各種粒子和時空，這種宇宙起源標準理論直接解釋了宇宙的演化，同時也演化產生了創造性思維，即宇宙創生之樹孕育創造思維之果。涉及到創造力智慧的起源，依然可以看到大爆炸創造的影子，這是創造力智慧最深刻的本質。
老子說：“天下萬物生於有。有生於無。”“道生一。一生二。二生三。三生萬物。”這些話的大意是：宇宙從最早一無所有的真空出發，開天辟地形成今日之大千世界。
這段話用現代宇宙學方式表述就是：奇點大爆炸生成等量的粒子和反粒子（電子與正電子、中微子與反中微子、誇克與反誇克）。由於不對稱的產生，這些粒子大部分生成質子與中子，質子與中子生成輕原子，輕原子生成恒星，再由恒星演化生成重原子和星係，直至生命和智慧。
若用數學方式表述就是：
0＝[（+1）＋（-1）]＝[（+2）＋（-2）]＝[（+3）＋（-3）]
＝……＝[（+n）＋（-n）](n為任意數)
因此，“創造”是與宇宙創生具有同一起源的宇宙學意義上的詞彙，包含有宇宙創生的意義，故它的本質就是“萬物有生於無”的“無中生有”。但創造不是假造，也不是捏造，而是按照宇宙演化產生的自然規律和邏輯規則進行的從無到有的生成過程。漢語成語中的“無中生有”、“無拘無束”、“無孔不入”、“無米之炊”等等，都包含創造的思想。簡而言之，創造力的本質就是“無中生有”，問題解決的本質是“自圓其說”（後麵將會論及，“自圓其說”有時又會遇到無法繞過的哥德爾定理）。實際上一切文學、藝術、科學創造，都可以看做是“無中生有”和“自圓其說”的過程，因此平時解決問題應該倡導與培養“無中生有”和“自圓其說”的精神。
創造力智慧是宇宙中最高級的運動形式，具有宇宙結構的同源性。以上就是人類創造力智慧的宇宙起源理論。
二、哲學與邏輯學智慧的宇宙學起源
從古到今，東西方哲學包括老子的哲學思想和辯證法，都具有宇宙學起源。在宇宙暴漲期結束時，真空發生相變，宇宙通過真空相變把極小的原初不對稱放大成今天的極大不對稱，這就是宇宙不對稱的最早起源。宇宙今天的許多不對稱，就是通過真空相變而演化出來的。宇宙在經曆過普朗克期的真空暴漲時期還是對稱的，但後來由於產生了不對稱的起源，這些稍微的不對稱就為後來宇宙的不對稱埋下了伏筆。當然宇宙中大部分情況下還是有對稱性的，如正與負、陰與陽、物質與反物質等。這些對稱性經過真空暴漲後迅速降溫冷卻，就給固定下來。
這種對稱性的基本宇宙結構信息進入了每一個粒子的“記憶”之中，也就是說每個原子都包含著宇宙創生最初的信息。後來粒子凝聚產生了星係和恒星，又產生了重原子，這些信息“遺傳”到今天的物質中，再後來進化出了人類的大腦，大腦要進行思維，這樣就產生了精神現象，因此精神也是宇宙演化的產物。這些包含在粒子中的對稱性信息再次複現，就像錄像片播放錄像一樣，這時便產生了最早的辨證思想。辯證法中的核心思想是對立統一規律，它就是宇宙對稱性結構在人類大腦中的複現和反映。
無論古代東西方，從老子到亞裏士多德，再到黑格爾，辯證法思想是以一貫之的。這再一次地證明，人類的哲學智慧是起源於宇宙大爆炸真空暴漲期形成的宇宙多連通結構中。如果用宇宙學的人擇角度來說明就是：宇宙中的每個粒子都像一架錄像機，它錄製了宇宙創生時的原初信息。能量與物質都是宇宙產生的，是對立統一的，是物質的兩種表現形式，故可以認為精神對應於能量和場，而物質則對應於粒子和質量。愛因斯坦的質量能量關係式則通過一個也許是科學史上最美的形式表達了這一點，它就是：E＝mc2。其中E為能量，m為質量，c為光速，是自然常數。這也許就昭示著精神與物質的對應關係式：能量對應於精神，質量對應於物質，相互之間以光速相聯係。人的大腦在思考時，就像播放錄像一樣，將宇宙創生時的信息“直播”出來，所以無論東方還是西方的哲學家，都不約而同地幾乎同時產生了辯證思想。
包括超學科教育智慧同樣也是宇宙演化的產物。思維、智慧是屬於精神的，對應於場和能量，而大腦則是粒子構成的，它承擔了精神的載體，它通過神經細胞內和之間的複雜的生物、化學和電磁等過程產生了精神和思維。基本粒子包含了宇宙精神。所以人的精神實際上就是宇宙的精神。這也就是人類智慧同源性的原因。
古代希臘哲學家與古代東方哲學家之間出現了驚人的相似，如留基伯、德謨克利特與墨子對物質基本單位的“原子”觀念；泰勒斯、老子對物質起源的觀念；亞裏士多德與莊子對物質運動規律的觀念；蘇格拉底、柏拉圖與孔子、孟子對人性與自然界的觀念……。他們之間並沒有進行過任何形式的“國際學術會議”交流，但他們卻幾乎在同時思考過幾乎是同樣的問題，並且得出極為相近的結論，原因即在於此。
邏輯智慧也起源於宇宙的創生。為什麼會產生邏輯智慧？就是因為我們的宇宙是以邏輯的形式創生和演化的。1900年，德國數學家希爾伯特發表了劃時代的、筆者稱之為“希爾伯特邏輯係統完美化綱領”。然而到了1931年一個名叫庫爾特·哥德爾（Kurt·Godel）的人的工作則完全打破了這追求和諧與完美的“希望”(希爾伯特期望)。
哥德爾定理是數理邏輯中的一個定理，也叫哥德爾不完備性定理，是一個十分專業和深奧的定理。剛才說過，這個定理徹底粉碎了希爾伯特的完美形式主義理想。它包括兩條定理，簡單地說，第一條定理指出：任何一個相容的數學形式化理論中，隻要它強到足以蘊涵皮亞諾算術公理，就可以在其中構造在體係中既不能證明也不能否證的命題。把第一條定理的證明過程在體係內部形式化後，哥德爾證明了他的第二條定理，該定理指出：任何相容的形式體係不能用於證明它本身的相容性。更加簡單地說，就是人類智慧永遠不可能構造出一個包含在人類智慧係統之內的邏輯體係，而該邏輯體係內不存在任何自我矛盾。筆者認為這實際上給出了智慧係統的一個根本性的限製，即智慧永遠都不能僅靠自己消除其內在的矛盾性。
這個定理生動地反映出了宇宙起源的邏輯不完備性。宇宙在奇點開始大爆炸時，產生了輕微的不對稱，這種不對稱性在大爆炸後被逐次放大並冷卻固化，成了一種宇宙的物理實在，這個實在性中就包含了在每一個構造層次上都存在一定的矛盾性和非自洽性。看看我們的日常生活吧。我們的生活、思維中難免出現自相矛盾、左右為難、進退維穀的情形；社會係統同樣充滿了自相矛盾，人類似乎永遠都無法建立一個不存在內在矛盾的“完善”的社會與社會製度。
哥德爾定理給我們的智慧啟示是廣泛而深刻的。對同一個邏輯係統來說，由於係統的不完備，不可能僅靠這個係統內部的邏輯，來證明或否證該係統內部產生的命題。即不能用自己的邏輯來證明自己的命題，也就是不能進行循環論證。宇宙在奇點大爆炸的暴漲期結束時，真空發生相變。產生的輕微的不對稱，在大爆炸後被逐次放大並冷卻固化，成了一種宇宙的物理實在。也就是宇宙時空拓撲多連通結構決定了哥德爾定理的命運，使得任何形式的數理邏輯係統都具有拓撲多連通性，就包含了在一定層次上邏輯係統自身的矛盾性、非自洽性或者不完備性。所以一切數學定理和物理學定律，都是宇宙大爆炸普朗克期（10－43秒）真空相變的產物，因此都包含了宇宙創生的信息。宇宙的演化將最初的大爆炸真空相變的信息給放大了。故大爆炸真空相變產生的不對稱，決定了我們今天的數學和一切科學定律的形式，也決定了我們今天思維方式的本質，盡管思維的形式可以創造和多樣。
所以，超學科教育智慧不僅是教育學智慧，也屬於宇宙學基礎上的拓撲多連通智慧，它具有和宇宙起源及演化同構和分形的構造，與宇宙結構具有同源性。因此，超學科教育智慧是人類智慧的高級運動形式，這就是超學科教育智慧的宇宙學起源理論。我們將在以後的章節中看到它的作用。
三、藝術智慧的宇宙學起源
1980年代末我在家鄉一個小書店買到一本小書《BEG——一條永恒的金帶》（美國專欄作家道格拉斯·霍夫斯塔特著，樂秀成編譯），屬於叢書《走向未來》係列中的一冊。翻開書的第一眼，就被荷蘭版畫家M·C·埃舍爾那一幅幅夢幻般不可思議的奇異畫麵所震撼。如此富有想象力的版畫筆者還是第一次看到，從此對這本書愛不釋手，經常隨身攜帶，反複品讀達20年之久。
書中以令人驚歎的奇異筆法，闡述了從巴赫的音樂，到埃舍爾的版畫，再到哥德爾的數理邏輯三個完全不同領域的創造模式之間的神奇內在聯係。埃舍爾的版畫是非同尋常的，完全不同於一般意義上的繪畫作品，它打破了通常繪畫藝術用抽象與感性表現世界的方式，開創了以高度嚴謹的理性方式詮釋非理性的想象化世界的理性藝術表現形式。鑒賞埃舍爾的作品，猶如看著一麵麵魔鏡，正常的事物在埃舍爾的魔鏡裏反射出一個又一個出人意料的情境，但又是一個個絕不可否認的新世界。埃舍爾版畫中變幻無窮的空間錯位、無限延伸，以及圖形的規律變化讓人心馳神往，猶如《艾麗絲漫遊仙境》般的幻覺。更讓人讚歎的是，從這些作品看到的似乎是絕不可能存在的世界，但都能經得起邏輯推敲，可以發現其圖形中合理的一麵，原來它們是畫家經過一步步數學和邏輯推理，在精密計算基礎上創作形成的。埃舍爾利用了拓撲學領域中的對象和概念。在他的作品《紐結》中精巧地做成三葉形紐結；《蛇》更是表現紐結理論主題的一件完美的藝術品，即使他可能並非有意這樣做。《畫廊》和《陽台》也是拓撲變換智慧的奇妙例子。這些版畫看來幾乎好像是印刷在經過奇妙的拓撲變形的橡皮薄板之上的。有興趣的讀者可以去查閱更多的埃舍爾版畫作品慢慢欣賞。
對此埃舍爾曾說：“這不僅僅是人類的發明或創造。它們本來就‘是’如此；它們的存在完全不依賴於人類的智慧。具有敏銳領悟能力的任何人所能做的事至多是發現它們的存在並認識它們而已。”寫到這裏筆者猛然感到：這不就是他對自己一係列奇妙作品的一段絕妙的宇宙學闡釋嗎？埃舍爾版畫中圖形的矛盾性、自相似性，理性中隱藏的荒誕性等奇異特性，實際還是人腦對宇宙結構的反映。宇宙在普朗克時刻形成的多連通結構形成了今日宇宙大尺度上的“扭曲”結構，就是因為這種拓撲結構和性質，都反映在人的大腦活動層次上。所以在構造這些“荒誕”畫麵的構想時，仍然是宇宙結構拓撲性質在藝術家大腦中的反映和作用。因此埃舍爾版畫本質上也還是一種宇宙學意義上的拓撲結構在人的創造力上的表現和反映。
由於埃舍爾版畫藝術具有許多不同層次上的奇妙含義，所以它對超學科教育智慧思想的形成產生了長久且重要的啟發與引領作用。在以後的章節中我們可以看到埃舍爾版畫中表現出的拓撲變換智慧在教育教學中產生的許多巧妙方法與教學情境。
第三節 超學科教育智慧的腦科學原理
如上所述，宇宙起源創造了物質，宇宙演化又產生了大腦，大腦是智慧的物質載體，所以研究智慧的規律，就必須認識腦的科學原理。在這裏主要探討生物分子水平上與共振有關的腦科學原理，為超學科教育智慧理論的確立提供腦科學的微觀基礎、尋找源頭和認識論坐標和方向，同時為進一步發展超學科教育智慧及其理論和實踐的新思維和新觀念提供建設性的思路和方法。
一、人類智慧的腦科學基礎
腦科學，狹義地講就是神經科學，是為了認識神經係統內分子水平、細胞水平、細胞間的變化過程以及這些過程在中樞功能控製係統內的整合作用而進行的研究。廣義的腦科學是指研究腦的結構和功能的科學，包括神經生物學和認知神經科學等。這裏主要側重於腦科學中神經生物學觀點的討論。神經生物學是研究人和動物的神經係統結構與功能及其相互關係的科學，是在分子水平、細胞水平、神經網絡或回路水平以至係統和整體水平上闡明神經係統特別是大腦的物質、能量和信息基本活動規律的科學。是我們認識大腦信息處理規律的微觀基礎。
關於大腦的思維機製與智慧的本質，當代分子生物學和認知神經科學、分子遺傳學、分子神經生物學和分子行為學的發展，為精確地認識智慧的本質提供了強大的理論與實驗支持，研究認為大腦皮層微觀結構最為重要。美國麻省理工學院生理心理學家W·H·納塔在他的《大腦的結構》“the Structure of Brain”一書中說，人的大腦約有1000億個的神經和膠質細胞等結構，其中大腦神經元約為200億個，大腦皮層神經元約140億個。大腦新皮層占70％，前額頁新皮層占90％，而前額頁約占大腦皮層的1/3。因此前額頁新皮層約有45億個神經元。耶魯大學生理學家C·F·史蒂芬斯認為，人腦神經元的形狀和體積差別很大，沒有任何兩個神經元在形狀上是完全相同的。研究表明，這種細胞形態的特異性，來自突觸及其樹突、微絲空間構造、形態數目、信息介質和膜受體、膜電位頻率編碼與振幅模式、其雙向對接互動的大量神經細胞的突觸性質及其迥異的分子突觸回路等複雜特異性。
正是這種分子水平的微觀特異性，是人的個性心理活動如從事特征化精細記憶、聯想、想象、推理、要領生成、抽象思維等的終極性物質基礎。諸如個性的內在特征、情感方式和思維方式，意識體驗內容等高級心理過程，更與這種基礎性物質構造與功能密切相關。然而更有意義和更重要的是，腦內不同區域同種神經元及不同神經元會有不同的基因表達譜和樹突側棘空間結構、突觸總和模式及神經回路結構。據此可以體會到正是每個神經元及其相互聯係的與眾不同，形成了人的個性化大腦心理與行為的微觀基礎；而如此不同的微觀層麵和豐富個性，經過時空疊加、多層級相互作用和前額頁構建全新的世界圖景內部模式之後的下行性反作用，更加造就和推進了大腦與心理的特異性發展。
二、智慧量子性的腦科學基礎
“智慧量子性”是筆者在本課題研究中提出的一個比較抽象的思想。大腦中神經細胞膜生物電模式是認識智慧運動本質的腦科學基礎。神經元的空間結構是功能發生的物質條件，生物電流的傳導和膜電位變化則是功能活動的物理化學體現方式。神經元的動作電位來自突觸電流：膜內向陽離子電流產生興奮性突觸後電位，內向陰離子電流則產生抑製性突觸後電位。由於離子通道和突觸後膜受體的結合部位都是同一受體蛋白質的一部分，所以在突觸前膜釋放非連續性的量子化遞質而引起突觸後膜相應受體蛋白的構象發生變化時，同時伴有離子通道活性的改變。人們稱這種化學、電學耦合的同源動力同步反應為“突觸後膜信息反應的同步多元化耦聯”現象。這正好是後麵將要論述的超學科教育智慧共振耦合現象產生的神經生物學微觀基礎。
神經遞質、神經肽等物質均可以在突觸後膜同時激活各種蛋白激酶，從而引發神經元的細胞內反應和核內反應，再作用於基因表達、轉錄及轉譯、蛋白質裝配加工等一係列分子過程。這是超學科教育智慧的個體差異和個性化現象的神經生物學基礎。還有，上述遞質與神經肽、激素等還可以激活和維係長時程增強電位，使突觸電位增設維持數小時至數天。而長時程增強電位是長時智慧形成的膜生物電模式的核心本質，是人的智慧活動的神經生物學基礎。
另外大腦的信息論機製也與智慧的量子性質有關。大腦的分子水平微觀機製隻是理解心理過程的必要性結構基礎，而非充分性信息基礎。信息的逐級取舍、重組和增益現象根植於神經元特定的時空結構及矩陣轉換特性之中。在細胞與細胞之間呈現的非電學、非化學通訊聯係——光學與量子場耦合性相互作用方麵，這種相互作用也體現在樹突之間、側棘之間等等超微觀結構的功能增益上。神經元之間的交互式連接對大腦信息處理非常重要，約占人腦連接方式的70％（而在高等靈長類動物中隻有30％左右）。特別在前額頁，這種遠中近端的廣泛性交互式連接最為顯著，提示前額頁控製著各級感覺皮層、聯合皮層和邊緣皮層的下行性反饋調節、高層功能對低層功能的能動性反作用等深層信息動力學機製。