二十一世纪是什么时代？二十一世纪是一个知识爆炸的时代，是一个日新月异、突飞猛进的时代，是一个英雄辈出的时代。任何一个国家如果想要在这样的时代中保持有利地位，只有一个办法，就是培养大量可用人才，极大地增强国家的竞争力。《汉书李寻传》：马不伏历，不可以趋道；士不素养，不可以重国。国家竞争力的增强最终归结为全体国民素养的提高。那么，什么是素养呢？怎样培养个体的素养呢？这个问题看起来似乎比较简单。有文化、讲礼貌就是素养。在学校里好好听课就可以培养个体的素养。但实际上却非常不简单。本书主要就这两个问题进行讨论，以期得到一些有用的启示。素养到底是什么，虽然大家都可以意会，并在日常生活中大量使用，但目前仍然没有一个明确的、公认的定义。在汉语中，素养是一个使用频率非常高的词，常常用于称赞某人具有较高的能力，也可以用来批评某人缺乏公共道德。人们常常将某一专业的技能称之为素养，如数学素养、科学素养、文化素养、人文素养等，也常常将一些基础性的、对个体将来的生活有用的能力称为素养，如经济合作与发展组织Organization for Economic Co-operation and Development，OECD称这些能力为核心素养。描述素养的词很多，如素质、能力素质等都得到广泛使用、混用。在英语中，素养这个词也给我们带来更多的迷惑，因为很难找到一个类似汉语这样可以作为所有素养或能力的上位词，所以英语国家中的首要任务就是确定这样的一个词。无论是OECD的PISAProgram for International Student Assessment，国际学生评估项目，还是DeSeCo项目：素养的界定与遴选： 理论和概念基础（Definition and Selection of Competencies： Theoretical and Conceptual Foundations），其首要任务就是确定素养或者核心素养到底采用什么词。为了解决素养到底是什么的问题，我们必须仔细研究素养的表现是什么。显然，素养是一种能力，一种专门适用于人的能力。所以要分析素养，必须先分析能力，特别是人的能力。因为能力、素养等相关的词在汉语字面上已经自发地形成了上下位的关系和一脉相承的关系，所以首先从汉语中进行研究是非常有利的。在古汉语中，能力一词产生得很早，用于描述一种抽象的概念。这种抽象概念很难直接用单个的字来表示，所以只能采用能和力两个字构成的词组，其中能是一种像熊一样的兽，而力是翻地用的农具。历经几千年，能力这个词的意义没有发生大的改变，使用范围却不断扩大，说明该词的生命力极强。该词不仅适合于人，也适合于动植物，还可以适合非生命体。素养这个词则形成得比较晚，它的适用范围相对来说比较小，一般仅针对人，非生命体不能用，动物也不宜使用。所以，从汉语中词的组成和释义就可以得知，能力是表现做事的能力，而素养也是表现做事的能力但专用于人。能力适合于所有有生命体和无生命体，而素养仅适合于人类。那么人类与非人类在能力上的差别是什么呢？从行为方式看，非人类的行为一般是本能行为。例如，非生命物体具有各种能力，其行为具有简单重复性，一旦条件满足可以重复执行。动物也有很多行为，大部分行为具有简单重复性，少部分则存在变化性。所以，非人类的行为主要是简单重复行为，称之为本能。人类则不一样，它在处理各种事物时经常需要进行思维活动，而不仅仅表现为本能的行为，还存在许多复杂可变性的行为。从表现形式上看，人类与非人类最大的差别就是人能使用自然语言。有了语言，人才可以有效地进行思维活动，才可以创造大量自然界不存在的东西。所以，人类除了具有本能外，还具有思维活动能力。因为这些思维活动的处理对象都是与知识相关的，所以我们将这种能力称为知能。简单地说，知能就是与知识活动相关的能力。因此，人类与非人类在能力上的差别就是在知能上面的差别。人类的能力包括本能和知能，而且知能比较强。动物的能力也包括本能和知能，但知能比较弱。有些专家认为植物也具有一定的知能，但知能更弱。而非生命体则只有本能。素养就是人的能力，它包括人的本能和人所特有的高级知能。那么素养具体包含哪些内容呢？我们如何认识素养的内涵呢？因为素养是一个抽象的上位词，所以直接认识素养的内涵是非常困难的。有效的方法就是对典型的、具体的素养进行分析，然后综合得到各种素养的内涵。例如，我们可以依据素养在不同领域中的表现来寻找素养的基本特征。数学素养、科学素养和人文素养是重要的专业素养，而OECD的PISA则列出了各种专业素养评测的框架，这些都是我们应该选择的比较合适的素养研究对象。因为素养的内涵非常丰富，所以需要将素养分解成要素并进行建模研究。目前已有的要素模型有很多，我们将其分为多范畴模型、两部分模型、三维测量模型、多层模型、类数学模型等。直接分析所获得的要素可以用多范畴模型予以表达，但是由于多范畴模型主要以散点图的形式来表示素养的各个组成要素，所以难以描述各要素间的复杂关系。随着对素养要素研究的深入，所获得的要素数量增多，有必要对这些要素进行层次化分析与管理。层次化分析与管理的关键是发现分层的依据。因为素养是与人密切相关的，所以最简单的方法就是将其分成两部分，一个与专业相关，一个与人相关。为了更好地描述要素之间的关系，可以建立三层模型，甚至多层模型，这样可以考虑更多的社会人文性和知识与技能的特点。寻找素养内涵的另一种方式是通过直接综合考虑一些典型专业素养来寻找核心素养。发达国家从提高个体的社会生存与适应能力出发，提出了核心素养的概念，强调对个体核心素养的培养，其主要方法就是选定一些课程作为教育的核心课程来培养个体的核心素养。显然，选择合适的课程和教学方法是提高核心素养的关键。特别值得注意的是，所有专业素养都存在相通性和知识性，对相通性和知识性的研究成为我们对素养进行研究的重点。因为所有的专业素养是相通的，那么它们一定具有相同的部分，而通过对专业素养的知识性进行分析，可以知道每个专业素养都与知识密切相关，差别在于知识的内容不同，这样就可以按照集合理论推出所有专业素养所共有的部分就是知识素养，不同部分就是各专业拥有的专业知识。如果定义广义知识素养就是知识素养与本专业知识之和，则每种专业素养就对应于一种广义知识素养。这样我们对知识素养的研究就等价于对素养的研究，而对专业素养的分析就可以转化成对知识素养的分析。知识素养是所有专业素养所共有的部分，使其成为各种专业素养的上位词。由于知识素养和素养是一对一的关系，所以可以简单地用知识素养代替素养。通过对已有的各种素养要素模型进行分析与综合，我们发现可以用一个层次化的要素模型来表示知识素养。知识素养的层次化要素模型是已有的各种要素模型的综合，不仅考虑了知识和技能，而且考虑了很多人文方面的内容，例如，智力水平、价值观、习惯、个性等所有的要素均根据自己的功能分别安放在基础层、意识层、表现层和目标层上，形成一个4层层次结构。每个要素不仅可以与同层的要素发生关联，并且可以通过层与层之间的关系与另外层的要素发生联系。要素所处的层次越深，对个体处事的影响就越深刻。要素所处的层次越浅，则与知识活动联系越紧密。层次化要素模型可以清楚地表示知识素养及其各个组成要素之间的各种关系，为知识素养的培养提供了理论依据。知识素养模型是所有专业素养模型的共有部分，不同专业素养所不同的地方主要表现在基础层的元知识网络和表现层的知识片段上。可以将知识素养理解为图书馆，而专业素养就是图书馆及相关专业的藏书。所以从形式上看，专业素养要素模型与知识素养模型是完全一样的，专业素养的培养实际上就是改变个体的知识片段和元知识网络内容。在书中，我们用健康体育素养作为例子介绍了使用知识素养要素模型来建立专业素养要素模型的方法。为了更深入地认识知识素养，必须对知识进行进一步的研究。按照符号主义理论，我们用符号来表示知识和元知识。如果采用知识表示标准模型来进行知识表示，这样知识就形成了一个用知识表示标准模型构成的知识网络，这种知识网络中的任一部分可以构成知识组件，其中知识元件和知识片段是典型的知识组件。将知识网络的概念扩展到元知识，则可以用类似于知识网络的网络来表示人的思维能力等，这样就能采用与知识网络一样的方法对思维能力进行研究，而所得到的知识网络则称为元知识网络。知识网络是人类建立的、表示比较完整知识的方法，是一种将客观世界多维信息映射到二维平面的方法，那么人类最自然的表示和应用知识的方法是什么呢？毫无疑问，是自然语言。在内，人使用自然语言进行思维，在外，人利用自然语言进行交流与沟通。所以要进一步研究知识和知识素养就必须研究自然语言。严格地说，自然语言包括两部分：语言和文字。一个民族可以没有文字，但不能没有语言。人在思维和交流时使用的是语言，所以文字常常定义为用来表示语言的符号系统。这样的定义对于拼音文字是非常合适的，但对于汉字是不合适的，因为汉字首先是用来表示信息的，其次才是表示语言的。从这个观点出发，可以知道语言和文字在开始是各自独立发展的，只有在各自不能适应人类文明发展的情况下才发生相互交融并逐渐成为一体。在语言与文字交融过程中，如果侧重于说听，则发展为拼音语言文字，而侧重于看写，则发展为汉语语言文字。客观世界是变化的，要反映这种变化必须采用多维手段。或者说，如果要反映客观世界及其变化，必须将其用多维模型进行表示。显然，知识表示标准模型是多维的，可以用来表示客观世界，是用二维平面表示多维客观世界的方法。但值得注意的是，人脑的思维需要使用语言，而语言是一维的，换句话说，客观世界的多维模型必须进行序列化并最终转化成一维的符号流，人脑才能处理。同样，人必须将一维的符号流在人脑中转化成高维模型才能理解语义并实现信息的交流。为了保证这两个过程能够正确地实现，必须规定符号及其排列顺序。因为人脑所使用的符号流就是自然语言的语句，所以研究自然语言就是研究高维客观世界与一维符号流的映射方法。在自然语言中，符号就是字或词，而符号的排序顺序规则就是语法规则。高维客观世界与一维自然语言的成功映射主要就是通过该自然语言中的语法和词汇来实现的。当然，语义对于成功映射也起着重要的作用，例如在汉语中有些情况下需要根据语义来进行分词。语法和词汇也不是各自独立的，它们互相影响。这一点在拼音语言文字中尤为突出。人类因为具有较高的知能，所以高维客观世界与一维自然语言的映射时可以具有一定的灵活性，但计算机系统则必须做到毫无歧义。像电路图设计一样，人脑对知识网络的构建也是充分利用成熟的知识组件来进行的。在自然语言中，就是不断地造新字词并利用这些字词来构建句子和文章。造字或词的方法有两种：构建一个新的字或词，或者对已有的字词进行组合。在英语中两种方法都大量使用，但在汉语中目前常用的只有后者。随着知识的扩展，新造字词将大量产生。汉语在造词方面具有独特的优点，不仅理据性很强，可望文生义，而且还通过适当地管理以避免词汇爆炸。将汉语中造词方法应用于英语对于避免英语的词汇爆炸也具有较大的意义。如果将知识网络和元知识网络的概念反过来应用于人的本能和知能的分析，则可以发现本能就是知识网络的计算能力，而知能就是知识网络的构建能力。无论是天生的，还是后天学习所获得的，只要它们形成知识网络并存储在人体（主要是人脑）中，则由于知识网络是计算模型，可以不通过思维直接获得计算结果，其结果就表现出个体的本能行为。如果人体中不存在这样的知识网络，那他就必须首先建立知识网络，然后才能进行计算。这种建立知识网络的行为就表现为个体的知能行为。如果认为人的思维活动可以用符号表示，则这种符号表示就是元知识网络。元知识网络是人的思维能力的表示，元知识网络的运行就是人脑的思维活动。因此可以得到如下结论：人的本能行为是知识网络的运行计算，而人的知能行为是元知识网络的运行计算。当然，人在进行知识活动时，不仅仅是知识网络和元知识网络的运行，还离不开记忆。记忆是人脑对经验过事物的识记、保持、回忆或再认。记忆的本质是对信息的存取，具有信息的特征化、存储的低维性、内容的多样性和时间的流逝性等特点。可以将人的记忆功能与计算机的存储器功能相类比，将记忆的结构看成是多级存储器，即多级缓存器和永久存储器组成的一个存储系统。只有永久存储器里的内容才能长期保存，而缓存器中的内容则具有暂时性，而且越靠近运算器的存储器中的信息越容易消失。这种记忆原理可以很好地解释艾宾浩斯遗忘曲线图的产生原因。为了永久保存信息必须建立索引结构，而建立索引结构的外在表现形式就是建立新信息与人脑中已有信息之间的关联关系或联想关系，所以可以得到一个重要的结论：为了克服遗忘问题，最有效的方法就是建立新旧信息之间的关联关系，而不是简单重复。一个人的头脑再好，相对于客观世界的复杂性也是不够用的。计算机的计算速度再快，也很难解决NP组合爆炸问题。一个人如果没有悟性和灵感，其学习效率将非常低，甚至根本无法基本掌握某一门专业知识。悟性和灵感都属于知能的一部分，是快速建立知识网络的方法。悟性强调对事物的认识，而灵感强调对问题的解决。前者作用时间长，而后者则是一瞬间就结束了。它们都是知能的高级应用形式，强调对事物的不同寻常的认识。无论是悟性还是灵感，它们都是直接认识事物的因果关系。所以，在学习和应用专业知识时，培养悟性和抓住灵感非常重要，远远超过专业知识和技能的学习。人的素养主要是后天培养出来的。如果没有后天的努力，仅依靠先天所继承的本能，则人将与动物没有什么差别。教育的目标就是培养更高的个体素养，而个体素养的培养必须遵循素养要素模型的运行规律。从素养的要素模型可以看出，模型的运行主要包括两个过程，一个是自上而下的知识素养培养过程，一个是自下而上的知识素养表现过程。模型的运行离不开知识活动，它是模型运行的外部驱动力。也离不开素养中的各个要素，它们产生模型运行的内部驱动力。通过知识活动，使知识素养各要素产生相互影响，并使知识素养各要素发生变化，从而改变个体的知识素养水平，称之为自上而下的知识素养培养过程。而在知识活动中，个体的知识素养可以充分地表现出来，从而使知识活动顺利进行，并更加有利于提高个体的知识活动效果，称之为自下而上的知识素养表现过程。实际上，在知识活动中知识素养培养过程和知识素养的表现过程是同时存在的。知识素养要素模型的运行机制为我们培养个体的素养提供了指导。例如，可以将知识的学习分成两个层次：浅层学习和深度学习。偏重于知识快捷应用的可以采用浅层学习方法，而偏重于理解和创新的可以采用深度学习。可以根据应用对象、学习对象等的不同采取不同的教育方式，因人施教、因材施教、因事施教等等。教育的核心就是根据教育目标，选择合适的课程，针对不同的素养要素培养目标设计教学方法，使学生获得适应社会的各种素养。特别值得注意的是，劳动与生活和体育对素养的培养所起的作用是非常明显而有效的，这一点往往被人们所忽视。劳动与生活和体育在知识素养培养上的作用不是辅助的，而是非常关键的。良好的劳动与生活素养、健康体育素养不仅可以提高个体的身体健康水平，改善个体自身的生活质量，更重要的是它与个体的本能器官关联得更近，与客观世界联系得更紧密，因此对个体素养的培养作用更大。四体不勤、五谷不分的人是很难成为旷世奇才、名师大家的。总之，素养是人的能力，包含本能和知能。一个人可以具备很多专业素养，但是所有的专业素养都共有知识素养，只是不同的专业素养所包含的知识网络和元知识网络不同。素养的影响因素很多，但可以用一个层次化的要素模型予以描述。个体在进行知识活动时，同时存在知识素养培养过程和知识素养表现过程，因此在对个体的素养进行培养时，应该以要素模型作为指导，依据培养目标制定正确的方法和措施，才能取得事半功倍的效果。限于作者的学识水平，对知识、素养的本质认识比较肤浅，书中疏漏及不当之处在所难免，希望能起到抛砖引玉的作用，感谢读者批评指正。本书获得国家自然科学基金项目：基于工程联接知识的装配序列规划51175200的资助，也获得华中科技大学教学研究项目：基于互联网的自主学习研究创新平台研究2015008的资助。感谢华中科技大学出版社领导和同志对本书的出版给予的大力支持和付出的辛勤劳动，没有他们的支持，本书是难以完成和出版的。特别感谢谢燕群老师的指导与关心。谨以此书献给我们的家人，特别是我们的女儿。在写作本书的过程中，我们惊奇地发现，本书的主线可以归结为两个字：知和灵。素养的核心就是知能和悟性与灵感。有了知能，个体才能学习知识、创造知识，有了悟性和灵感，个体才能更有效地学习知识、创造知识。而这一切却早早地印在了女儿的名字中，也许是天意吧
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