【脑与认知科学大学排名】新见解：通过认知和脑科学了解学习

1、【脑与认知科学大学排名】新见解：通过认知和脑科学了解学习【芥末翻】是芥末堆全新推出的一档学术栏目，由芥末堆海外翻 译社群的小伙伴们助力完成。我们致力于将全球经典或是前沿的教育 理念、教育技术、学习理论、实践案例等文献翻译成中文，并希望能 够通过引进这类优质教育研究成果， 在全球教育科学的推动下，让更 好的教育来得更快！图片来源：谷歌图片；论文来源：CERI( Centre for Educational Research and Innovation ); 题目： Understanding the Brain: the Birth of a Learning Science ; 译者： 董倩

2、； 编辑： 介一隹尔瑞本文呈现了神经科学的研究对教育和学习产生影响的政策与实 践，旨在概述和汇集这些关键信息及潜在政策解读。本文探讨的主题 包括：终身学习；老龄化；整体教育方法；青年期的大脑发育与认知 状态；特定年龄阶段的学习形式及课程；解决“三大障碍”(阅读障碍、计算障碍、痴呆症)；神经科学可能会逐步扩展评估和选择的问 题。本文还汇总了教育神经科学领域有待进一步研究的问题。概述经过二十年有关大脑研究的开创性工作，教育界开始认识到，“ 了 解大脑”是开辟教育研究、政策以及实践改革的新路径。本报告综合 现有的脑科学对学习的研究方法并且将其应用于教育界来解决关键 问题。本报告既不提供不成熟的解决方

3、案，也不认为基于脑科学的研2016全新精品资料-全新公文范文-全程指导写作法家原创1 / 17 究是万能的，而是旨在为对现阶段认知神经科学和学习的这个交叉领 域研究现状、未来十年的研究方向及政策影响做出客观评价。第一章是报告的基本内容，前半部分力求简明扼要地概述对大脑 结构和功能。人的一生中大脑是如何学习的？尽管在人的一生中，大脑都是可塑的，但是对于特定的学习类型， 在某个特定的时期中大脑的可塑性最强，即存在着接受教育的最佳时 期。对于感觉刺激，例如语音，以及对于某些情感和认知体验，例如 语言接触，大脑可塑性的最佳时期相对严格，局限在某一特定阶段。 而对于词汇学习等其他技能，大脑可塑性最强的时

4、期并不局限在某个 特定阶段，即在人的一生中的任何时间都能取得同等的学习效果。现有关于青少年的神经影像学研究发现，青少年的大脑还不成 熟，而且青春期后大脑的发育出现显著的变化。 青春期是情绪发展的 关键时期，因为在此阶段大脑中的荷尔蒙分泌激增， 同时大脑前额叶 皮质发育尚不成熟，由此可能导致他们行为不稳定。我们将情绪不稳 定性和高认知潜能的结合归纳为“高潜力，低控制”。中老年人对任务处理的经验会降低大脑活动水平。 从某种意义上 讲，这样会更有效率。但是随着年龄的增长，当我们不用大脑处理任 务的次数越来越多，大脑也会逐渐退化。研究表明，学习是预防大脑 功能减低的有效途径，也就是说，那些一直保持学习

5、（不论是通过成 人教育、工作还是社会活动）的中老年人，他们延缓神经性疾病的可 能性更高。2016全新精品资料-全新公文范文-全程指导写作法家原创2 / 17环境的重要性有关大脑的研究结果表明，后天的培养对学习过程至关重要，它 为恰当的学习环境提供了方向。很多日常的环境因素都对改进大脑功 能有益，例如社会环境本身的质量以及与之的互动性、营养的摄入、 体育锻炼、睡眠等。这些因素对教育的影响显而易见，但却常常被人 们忽视。通过正确调节我们的大脑和身体， 我们有可能发挥大脑可塑 性的潜能来促进学习过程。而这需要一整套的整体性方法，才能实现 身体和心理的协作以及情感和认知的相互协调。在大脑中心，有个结构

6、被称为边缘系统，历史上也有人将其称为 “情绪脑”。现有证据表明，我们的情绪会重塑大脑神经组织。压力 过大或强烈恐惧的情境会使大脑驱动情绪调节的神经过程，在此过程中，人们的社会判断和认知表现会找寻应对此情境的折中方案。有些压力是应对挑战必不可少的因素，它可以帮助人们更好的认知和学 习，但是也有可能在一定程度上适得其反。 积极情绪是激发人们学习 的最有力的触发条件之一，因为它伴随着对新概念的把握，而大脑对 新概念的响应很好。早期教育的主要目标是确保孩子尽早拥有“启蒙” 知识，并意识到学习的乐趣。在儿童和老年人所处的社会环境中，有效地管控情绪是成为一名 高效学习者的关键技能；自我调节能力更是行为和情

7、绪技能中的最重 要技能之一。情绪直接作用于心理过程，例如注意力、问题解决的能 力以及社交。神经科学吸收认知心理学和儿童发展的研究，开始着眼于研究不同脑区的功能，而这些脑区的活动和发展与自我调控直接相2016全新精品资料-全新公文范文-全程指导写作法家原创3 / 17关。语言、读写能力与大脑人类从出生开始，大脑就在生理上就已经具备了习得语言的能 力，而语言习得过程需要经验的支持。 语言学习的有效性与年龄之间 的存在负相关关系，一般来说，人们接触一门语言的年龄越小，其学 习的成功率越高。神经科学已经着手对比在语言学习过程中， 幼儿和 成年人的大脑的差异。这个研究与教育政策有关，特别是外语教学， 因

8、为学生通常都在青春期之后才开始学习外语。当然，青少年和成人也能学好新语言，但是却会面对更多困难。在语言学习中，大脑中对于声音（语音学）和意思（语义学）两 个方面的直接处理非常重要，其重要性可以回应在阅读教学中能否发 展具体的语音技能的经典争论，有时也被称为“音节教学”和“整体 语言教学”的文本浸染。理解大脑对语音和语义的处理过程，可以帮 助我们在读写能力教学中采用平衡的方法。 这种方法根据人们所关注 的语言形态，可能更多针对“语音”或“整体语言”学习。阅读中涉及的大脑环路大部分是跨语言共享的， 但也存在一些差 异，语言学习的特定方面需要激活不同功能的脑区， 例如不同的解码 或单词认知策略。本报

9、告中主要讨论的是字母语言“深度”学习中拼 写的重要性，深层语言（将声音映射到富有变化的字母上），例如英语、法语，相较于浅层语言，如芬兰语、土耳其语会其拼写和发音会 更加一致。在这种情形下，特定的大脑结构会支持人们对特定语言的 阅读。2016全新精品资料-全新公文范文-全程指导写作法家原创4 / 17阅读障碍这一问题非常普遍，甚至跨越文化和社会经济的界限。一般来说，阅读障碍与大脑左半球的后方区域与有关， 这个脑区受损 会导致处理语言声音元素功能受损，皮层不规则这一特征也用作判断 阅读障碍的标志。尽管这些困难（比如分不清楚发音相似的词）对语 言学习影响相对较小，但是对于阅读字母语言来说却是一个难题

10、，因为字母语言需要将发音与正确的拼写相对应。 神经科学正要开启识别 和干预的新方法。算术与脑算术和读写能力一样，需要生物学知识和经验的协同作用才能在 大脑中建构。正如特定大脑结构的发育是随着语言进化的，也有一些结构是随着数量感觉形成的。而且和语言一样，仅由基因决定的大脑 结构不能支持数学计算，因为它们需要与那些不是专门用于完成此项 任务的辅助神经回路共同配合，而且还会受到先前经验的影响。因此, 无论是在学校、家庭、游戏之中，教育扮演着重要角色，而神经科学 在应对教育挑战中发挥了宝贵作用。尽管神经科学的研究仍处于起步阶段， 但是这个领域在过去的十 年取得了重大进展。研究表明，即使是完成非常简单的

11、数值运算，也 需要激活大脑中很多不同部分的脑区，并且需要多个结构一起配合共 同完成。仅仅是数字的简单展示，涉及一串复杂的回路，调动数感、 视觉、语言表征。计算则需要调用其他更为复杂的分布式网络。根据 讨论的问题，这些网络要随着变化，减法主要调动下顶叶区域的脑回， 而加法和乘法需要调动其他脑区。目前对高等数学的研究还不是很2016全新精品资料-全新公文范文-全程指导写作法家原创5 / 17 多，但是至少我们知道处理不同问题需要激活大脑中不同的脑区。从脑科学的视角出发了解数学的潜在发展路径对教学策略的设计有着积极影响。不同的教学方法会形成不同的神经通路， 从而造成 学习效果的差异。例如相较于现有的

12、较为成熟的教学策略， 学习训练 这种策略发展的神经通路效果较差。从神经科学发展出来的“支持” 教学策略，不是仅给出学生正确或错误的判断，而是生提供更丰富的 细节。这与形成性评价的思路大体一致。尽管计算障碍、数值等价阅读障碍的神经机制仍处在研究之中，与特定数学障碍的生物学特性研究发现， 数学不仅仅是文化建构，它 需要特定的脑结构以及脑功能完整性。由脑神经缺陷造成的计算障碍 可能通过针对性的干预得以恢复，因为脑具有可塑性，与数学有关的 神经回路具有灵活性。消除有关神经科学的误解在过去的几年中，流传了越来越多有关大脑的谣言，即有关神经 科学的误解。它们与教育相关并且演化成为错误的教学方法、和对学 习

13、的误解。这些误解往往产生于一些科学合理化的元素， 这让鉴别和 反驳这些误解变得更加困难。因为这些误解或不完整性、或缺乏根据 亦或者事虚假的。所以为了防止教育陷入困境，我们要消除误解。l我们没有时间可以浪费，因为大脑的所有重要因素都是在三岁 时就决定了。l有些特定的内容必须在关键时期教授和学习。l但是，我曾在书中得知，我们只开发了大脑的 10%2016全新精品资料-全新公文范文-全程指导写作法家原创6 / 17l我是左脑人，她是右脑人。l让我们面对现实吧一一男人和男孩的大脑和女人和女孩的大脑 就是不同的。l一个小孩的大脑只能在同一时间学习一种语言。l提高记忆力。l边睡觉边学习。睡觉的时候大脑在进

14、行自我学习教育神经科学的伦理规范与组织机构我们到底为了什么？为了谁？现在很重要的是， 我们需要重新思 考脑成像的数据以及如何避免这些数据的滥用。 例如，我们如何确保 神经科学提供的医疗信息保密性，并且信息没有泄露到商业机构或教 育机构中。大脑成像可以呈现的个体特定的、曾经隐藏的信息越多， 就会有越来越多的人质问这些信息如何应用于教育之中。影响大脑产品的使用：医疗与非医疗之间的界限并非总是很清 晰，尤其是问题出现在健康个体服用影响大脑的物质时。比如，在存 在一定内在风险的情况下，就好像体育运动中服用兴奋剂一样， 父母 是否有权给孩子们服用药品来辅助他们在学习成绩上精进呢？大脑与机器的结合：生物器

15、官和技术的结合不断进步。这种结合 的好处对于那些残疾人来说显而易见，比如远距离控制机器。然而引 发人们深切关注的是，同样的技术也可以用于控制个体行为。如果可以的话，神经科学在教育中的重要应用将是一个全然不同 的场景，例如评价教师的好坏是通过识别教师对学生大脑的影响。当然，创造上述的一个相对科学、规范的教育系统的过程中也存在风险。2016全新精品资料-全新公文范文-全程指导写作法家原创7 / 17虽然教育神经科学还处于初级阶段，但是随着跨学科研究的战略 发展策略，它会为科学和教育界服务，走向国际视野。构建一个共同 的话语体系是关键的一步，此外还要确立共享的方法。教育实践和学 习研究之间应建立互惠

16、关系，这与医学和生物学的关系类似，共同创 建和维持可持续的双向流动来支持结合脑科学的教育实践。目前，一些机构的成立、网站的发布、方案的出台表明了教育神 经科学的发展前景。本报告中可以看到领域内前沿研究的案例成果。 他们包括日本科学技术研究所、德国乌尔姆大学神经科学与学习转化 中心、丹麦学习实验室、英国剑桥大学的教育神经科学中心、美国哈 佛大学教育学院的“心智、大脑、教育”研究所。关键信息及潜在政策解读教育神经科学不断产生有价值的新知识来指导教育的政策和实 践。神经科学对很多问题的结论建立在已有知识和日常观察之上，但其重要的贡献在于，它实现了问题从相关关系到因果关系的转化，即在理解熟悉模式的背后

17、机制之后，据此找出有效的解决方案。在其他 问题上，神经科学正在产生新知识，从而开辟新途径。脑研究为终身学习的整体目标提供了重要的神经科学证据支持， 即教育没有年龄歧视，更不是只针对年轻人。尽管年轻人有更强的学 习能力，但神经科学证实，学习是一项终身活动并且持续时间越长， 学习越有效。神经科学为教育提供了更为广泛的利益， 特别是人口老龄化。神 经科学在教育的更广泛利益（超越单纯的商业价值，并影响政策制定）2016全新精品资料-全新公文范文-全程指导写作法家原创8 / 17 上，提供了强有力的额外加成。因为神经科学确立的学习干预方案是 解决社会耗资巨大的大量老年痴呆问题的有效应对措施。整体性的解决

18、方案需要身体与心理、 情感和认知的相互依赖。我 们不能仅仅关注加强大脑认知的功能或者以绩效为最终导向制定方 案，而是应当认识到身心健康、情感和认知都紧密相关，分析和创造 相互依存。了解青春期一一高潜力，低控制：对青春期的了解非常重要，因 为在个体教育生涯中，这个时期的教育效果最为持久。这个阶段，青 少年认知能力较强（高潜力），但是情感还不成熟（低控制）。这并不 意味着重要选择应当推到成年之后，但确实表明某些重要选择并非一 旦确定不可更改。更好地为课程和教育的阶段及水平提供神经科学见解： 下面的说 法很微妙，即个体在参与特定的学习活动（前文已详细探讨了语言学 习）时，存在“敏感期”而没有所谓的学

19、习必须发生的“关键期”。报告中关于早期学习研究的坚实基础奠定了幼儿教育和基础教育的 重要性。确保神经科学对专业学习挑战的贡献， 也包括对“三大障碍”（阅 读障碍、计算障碍、痴呆症）的贡献。就最近几年才引起人们关注的 阅读障碍为例，人们可以通过检查听觉皮层（有些情况是视觉皮层） 是否符合常态这一特征来判断是否患有阅读障碍，我们可以运用这一 特征在孩子很小的时候做检测和鉴定。虽然早期干预和晚期干预都可 能使阅读障碍患者治愈，但是早期干预的成功率会更高。2016全新精品资料-全新公文范文-全程指导写作法家原创9 / 17更个性化的评估来改进学习，而非筛选和淘汰：神经影像学可能 提供了强有力的机制来确

20、定学生个性化学习特征和初始能力， 但是同 时它也可能导致比现在更强力度的筛选和淘汰。未来教育神经科学研究优先发展的关键领域直接来源于报告，但是不会有具体的规划。未来研究的具体规划包括更科学地了解不同形 式的学习内容的最佳发展期，情感发展和评估、特定的教学材料和环 境如何影响学习、大脑中语言和数学学习的持续分析。 如果这些研究 能够有所发现，可能对跨学科研究的学习科学的诞生奠定基础。这是本报告期望得到的结果，也是报告以此为标题的原因。我们 期许利用日益发展的新知识来构建教育系统，来满足学习个性化和普 及化的要求。结论和未来展望经过七年在学习科学领域的开拓性活动，一方面我们可能会夸大 学习科学可能

21、带来的益处，另一方面在我们也可能会找到隐藏在背后 的疏漏，这些疏漏需要在我们做出结论前进一步地研究。关于后者， 我们需要更多的研究，我们会在下面提出进一步研究的关键路线。关 于前者，结论部分不会给出具体的建议但会列出大致的方向啊。这个领域发展还不成熟的说法是有道理的，毕竟神经科学和教育之间的关 系太过复杂。但是也有少数关于未来神经科学的研究， 内容富有智慧 且充满前景，可以作为证据支持，明确地为教育政策和实践提供具体 的建议。事实上，在2002年发布的理解大脑一一走向新的学习科 学报告中提出了活动的消息，即我们应当谨防过度简化或还原论的2016全新精品资料-全新公文范文-全程指导写作法家原创1

22、0 / 17方法，因为这种方虽然可能帮你获得上头条的谋利的机会，但是也是知识失真的源头。这个章节汇集了前面分析的主题当中的主要内容和结论。此章会提出一些更加宽泛的主题和挑战，可能会打开或者重构我们对未来教 育制度的形式和性质的论辩。如果我们见证了学习科学的诞生，新观 点、新证据将快速发展并改变当前面貌。我们无需坐以待毙，仅仅等 待研究成果的出现。教育研究与创新中心的部分任务就是帮助经济合 作与发展组织国家思考他们未来的发展规划。这些结论高度概括，正是为了为接下来的讨论提供必要动力，以便各国在前面章节提供的广 阔议题上开展讨论。关键信息和结论科学史上重大的革命，虽然性质万殊，却又共同之点，就是把

23、支 撑人类自大的巨柱，一根又一根地推翻。Stephen Jay Gould-教育神经科学不断产生有价值的新知识来指导教育的政策和 实践本卷将介绍神经科学对教育政策和实践的广泛贡献，从年龄上 看，覆盖了从婴儿期到老年期的年龄阶段；从知识出发，涵盖从特定 主题领域到有关情绪和动机的知识；从学习角度看，既包括辅导学习， 也包括一般意义理解下的学习。这表明，神经科学对教育贡献的多元 化。在众多问题上，神经科学得出的结论建立在许多其他来源的现有2016全新精品资料-全新公文范文-全程指导写作法家原创11 / 17知识上，例如心理学研究、课堂观察、成果调查。在本卷当中我们也 讨论了一些案例，例如饮食对提高

24、学习成绩的影响、青春期风暴、自 信心和动机对教育成功的关键作用。 这些案例并不是全新的问题，但 是神经科学提供了更多证据支持，原因如下：l神经科学开启了对因果关系的理解，而非仅仅是相关关系；同 时，将领域内的重要问题的研究视角从依靠直觉或意识判断转向证据 支持的视角；l神经科学通过揭示影响发生机制，来为确定有效的干预措施和 解决方案助力。在其他问题上，神经科学的研究不断精进，开辟新研究路径。例 如，对专家和新手大脑活动模式差异的研究， 有助于了我们对“理解” 和“掌握”两个概念进行深入了解。止匕外，对不同年龄段大脑活动的 研究，有助于规避年龄风险，实现有效的终身学习相关研究也会尝试 解释在其他

25、领域擅长的学生会在某一领域出现障碍的原因，并给出相应有针对性的建议。神经科学对教育的另一个重要贡献在于：l研究不断深化知识基础，将学习作为人类和社会生活的中心， 并贯穿于不同的制度安排之中，并将其称为“教育”。l神经科学作为一种不断发展的方法，揭示了迄今为止隐藏的个 体特征，在今后可能用于治疗，例如克服阅读中的问题或障碍。最后, 神经科学可以用于选拔或提升学习成绩，同时也需要考虑之前提出的 很多棘手的伦理问题。2016全新精品资料-全新公文范文-全程指导写作法家原创12 / 17l神经科学和其他学科一样，一方面能够告诉人们如何设计和优 化不同的教学实践，特别是教学实践的时间地点如何与学生最佳学

26、习 发生地点和时匹配。另一方面的问题在于，如何组织日常教学。除此 之外，目前知识的现实应用也是值得思考的。-脑研究为终身学习的整体目标提供了重要的神经科学证据支 持，特别是人口老龄化问题在有关学习系列研究中，最有力的发现就是关于大脑“可塑性” 这一显著性特征。可塑性指的是，大脑由于经验和实践的需要，发展 和改造内部结构的行为。比如当某一部分不必要时，这个部分就会退 化更新。这个过程贯穿整个生命时期，也包括老年时代。个人对自己 的自身要求以及对学习的需要是可塑性的。 你学得越多，你可以学习 的也就越多。我们不支持教育是有年龄限制的， 也不认为最好的教育 最好集中在年轻人身上，尽管他们的学习能力很

27、强。神经科学研究告 诉我们，学习是一个终身的活动，你持续学习的时间越长，学习的效 果越好。出于要为政策和实践寻找证据支点的需求， 我们认为扩大对教育 的“更大利益”的理解显得愈发重要，这种理解是超越当下经常提到 的占主导地位的“成本效益”分析的经济标准。越来越多的证据表明 教育应该应用于公民健康的实践中（参见CERI的“学习的社会产出”）。这个报告巩固了关于学习具有更大效益的观点， 即通过神经科 学研究发现，很多老龄化人群面临老年痴呆症问题， 可以通过学习干 预来解决。2016全新精品资料-全新公文范文-全程指导写作法家原创13 / 17即通过改进诊断方法、增强锻炼、适当有效的药物治疗、良好的

28、 教育干预的结合可以对保持身体健康、预防疾病起到积极作用。-我们需要基于身心、情感和认知相结合的整体方案随着国内外对认知能力的强烈关注，对教育的狭隘理解的风险可 能相伴而来。我们不应该只关注大脑强化认知的功能，也不应该以结 果导向制定方案。我们需要的是整体性的解决方案。这个方案中，身 体与心理、情感和认知都紧密相关，分析和创造相互依存。良好的饮食、运动、睡眠方式通过对大脑功能的影响进而对学习 产生影响越来越大。对老年人来说，认知参与（例如下国际象棋或者 玩填字游戏），定期体育锻炼、积极的社交活动可以有效促进学习， 延缓大脑的退化。-我们需要更好地理解青春期（高潜力、低控制）本报告特别从大脑在青

29、年期的发育阶段、情感成熟度两个角度出 发，揭示青春期的本质。神经科学为青春期及其发生的变化提供了新视角，这个阶段对于 个人教育生涯的发展发挥着重要作用。通常来说，这个阶段涵盖了教 育发展的第二阶段，对未来个人、教育、职业关键选择产生长期深远 影响。此时，青年人正处在青春期，他们认知能力较强（高潜力），但情感不够成熟（低控制）。显然，这并不意味着重要选择应当推到成年之后，但确实表明某 些重要选择并非一旦确定不可更改。 我们需要进一步探索差异化学习 机会（正式和非正式），以及进一步认识青春期的轨迹。2016全新精品资料-全新公文范文-全程指导写作法家原创14 / 17神经科学也发展出“情绪调节”这

30、一关键概念。有效地管控情绪 是成为一名有效学习者的关键技能。情绪调节会影响日常的方方面 面，例如注意力集中与否、能否解决问题以及人际关系的处理。在年 轻人青春期的关键时期，鉴于他们情绪的“低控制”特征、培养他们 成熟情感的价值显得更为重要，我们所思考的如何将情绪调节引入课 程、发展制定的方案可能会对学生未来发展助力。在处理课程问题时，我们需要考虑时间和周期心理学家，例如皮亚杰工作长期影响了我们对与个体发展与学习 之联系的理解。现在教育神经科学引入了皮亚杰模型 （包括已有的婴 儿能力证明），同时通过“学习敏感期”的研究扩大对学习时间和周 期的理解。报告中的说法很微妙，没有必须学习的“关键期”，但是神经科 学确实认为，关于终生存在的可塑性的理解，告诉我们人们总是能打 开新的知识大门。另一方面，它也给“敏感期”赋予精确界定，即个 体特别擅长从事某项学习活动的最佳时期。在日益全球化的今天，本报告突出了语言学习