脑科学教育研究入门基础

脑科学教育系列报告之一脑科学教育研究入门基础序言一•为什么要学习脑科学？•为什么要研究脑科学教育？它能给我们带来什么？与大家已有的改革是否会冲突？1、20世纪之前，人类不知道大脑的功能；•2、脑科学研究发现：人的一切心智和行为都是大脑功能或大脑支配下的活动。从脑功能开发的角度研究学习、教育和课程旨在从根本发起一场改革，是从开发脑、改变用脑的方式和角度去改革教育和课程。全面提高学习和教育的效率。3、我们过去所做的教育研究可用“摸象理论”类比，也摸到真象，但只是某一部分或某几部分，不是全部。脑科学教育就像引导我们从整体去认识大象一样，从全面认识脑的功能的视角，去研究教育，课程、教学。4、从脑科学看，现有的一切优秀的、成功的理论、经验都是符合脑科学的，“全脑开发教育”要求荟萃历史上一切优秀的教育思想和经验，并在脑科学教育的平台上进行科学的改革、提升和整合。前言二•普天下父母，谁不希望自己孩子阳光、聪明、健康成长！•但是，希望之路，路在何方？•为教育者，哪个不希望全体学生，德智体美全面发展，将来成为国家优秀人才！•但是，全面成才的教育之路有吗？••十年脑科学教育研究给我们重要启示：•1、脑科学正在使我们重新认识人类的潜能，原来我们只是用了大脑的很少一部分功能。“一个健康人的大脑与科学家之间并不存在不可逾越越的鸿沟，甚至是可以超越的。”••2、开发大脑前景十分广阔，全脑开发教育有可能为人类自身的发展创造前所未有的奇迹，人人都可以成为优秀人才，关键在于开发教育。•我们想想现代科学给我们带来了什么福祉‘，也可望脑科学教育给人类带来多大的智慧和力量【】•3、脑科学全脑开发教育实验让我们看到希望的曙光•举两个典型例子：•••1）邢台23中小学部四年级两个实验班，上学期语文期中期末使用教育局统一考题，优秀率局超过90%，其中一个班期末竟然超过99%。两个班数学优秀率均超过70%；•个个有礼貌，行为习惯好，全面发展、有特长，每人会一样乐器，会多项健身技能。•2）栾城梅家村小学，二年级实验班形成了“两个100%”常态化高效课堂。区教研室主任听课后说“这个班没有一个孬的！”情况简介•十年脑科学教育研究初步成果：•小学全脑开发教育研究连续进行四年实验，主要成果：•1、系统地提出了脑科学学习论、教育论、课程论和教学论•2、提出并践行“国家课程脑科学校本化”理念，这项实验已经覆盖了小学1——4年级语文、数学、英语、音、体、美等学科。•3、填补国家课程能力培养缺失，开创了《超常课程》系列——《入校教育课程》《假期生活学习课程》《返校汇报展示交流课程》和《校园文化课程》，•4、分别在邢台和石家庄形成了两种实验模式，实验表明，全脑教育理论和课程不仅适合中、小城市小学，而且也能在乡村小学落地生根。（邢台市五所实验小学都是中小城市学校，石家庄栾城三所全市农村小学）••5、实践使我认识到：•脑科学是教育创新强大理论武器，一旦掌握了这个武器，就可以在教育科学、学习科学、课程理论、教育哲学等各个领域开展广泛研究，可以对历史的教育理论进行批判型研究，对现实的教育问题开展脑科学层面上的科学研究，可以成为优秀的教育工作者，长期坚持研究实践就有可能成为扎根于第一线有作为的脑科学教育家。全脑开发教育第三种模式的计划•1、我们强调参加“全脑开发教育实验”首先普及脑科学知识，获得第一张《入门证》•2、进行三个层级的培训：•1）脑科学教育入门基础•2）基于脑科学的学习论、教育论、课程论•3）全脑开发教育课程与实验•其中1）、2）3）的理论部分有我来讲，3）实践部分我会请一线各科实验教师和校长们来讲•第一阶段培训目标：弄清十个问题1、如何理解脑是自然界最复杂的系统，弄清这概念对改革教育有什么重要意义？2、人聪明与否主要决定于什么？3、为什么要学习，如何看待不爱学习的孩子？4、对脑是一种特殊生命物质系统——两种结构、两种属性、两种工作方式的智慧生命物质的理解5、如何理解教育的“关键期”，“起跑线”6、脑功能四个系统论及其教育意义7、对“五种心理相互作用及其统一性”的理解8、对脑科学智能结构的理解及其与加德纳多元智能的对比9、对脑存在“两种工作状态”的理解及其教育意义10、人脑与电脑的异同比较及其对教育意义、几点说明：1、雄县教育局赵局长决心很大，我也很感动，计划在雄县教育界逐渐普及脑科学教育入门基础知识，在全县范围推动全脑开发小学教育。2、上述10个问题就是第一期考核目标，用评价机制推动脑科学教育理论在雄县全县教育界普及。3、上面10个问题基本懂得，就可以获得“全脑开发教育实验”《入门证》，校长通过，学校获准进入“全脑开发教育实验”；教师“通过”有资格进入下一轮培训，三轮培训合格取得《实验教师上岗证》4、评价办法，群众性自评与专家评比相结合脑科学教育研究入门基础•一、人脑是自然界最复杂的系统•二、脑有两种最基本的结构•三，脑内存在三个维度的耗散结构•四、脑功能四个系统•五、心智的五种心理相互作用及统一性•六、智能的结构•七、人脑与电脑的比较•八、专司信息的器官•一、人脑是自然界最复杂的系统•（一）、了解复杂性系统特性的常识•（二）大脑是自然界最复杂的系统（一）、复杂性系统的基本特性（只要求了解）1、非线性——1+12z=(x+y)22、不确定性——可塑性天气，生命过程3、自组织性——自发进行4、涌现性——会出现突变，量变到质变5、初值的敏感性——教育的“关键期”1、非线性•●基本概念：•“非线性”与“线性”是一对数学概念，用于区分数学中不同变量之间两种性质不同的关系。从函数表达说，线性是一次函数z=ax+by•非线性是z=axnn不等于1•从图像说，线性是直线，后者是曲线•现实世界本质上是非线性的，但非线性程度和表现形式千差万别，线性系统不过是在简单情况下对非线性系统的一种可以接受的近似描述。•●非线性的重要意义非线性作用是复杂性的主是要根源.是系统无限多样性、不可预测性和差异性的根本原因。非线性思维是一种直面事物本身的复杂性以及事物之间相互关系的复杂性、运用超越直线式的思维去力争更清晰的理解和把握认识对象的思维方式。科学研究发端于线性。经典物理研究起始于线性模型，如质点、匀速直线运动；弹性形变、弹性碰撞、单摆、简谐运动等都是忽略很多因素后的理想模型。物理学历史表明，正是伽利略、牛顿提出理想模型思想才开创了辉煌的经典力学时代。但是经典力学只是真实世界的近似。应用力学，如航空、航天领域都是非线性的，都不能用简单模型计算。•●教育的反思之一：中国人为什么缺乏创造性？•长期来，我国的基础教育，包括高等教育内容，基本上是线性理论，回避复杂性思维，课程的主体特征是线性课程，课程体系是线性理论，轻视实验动手、埋头题海（都是线性知识），所以抑制青少年的创造性。•真实世界是复杂的，应该用复杂性思维去考虑。有人说“物理学一个实际问题也解决不了！”，这一说法虽然有些极端，但是在解决实际问题时，往往都不能完全搬用书本中的物理模型。••用线性思维去处理复杂性系统，如在技术、经济领域就会出大问题。回想中国的“人口问题”、五八年的大跃进的问题，当代一些工程问题，本质上都是由于缺乏复杂性思维，给国家和民族带了灾难性的后果。•结论：让我们的孩子从小就要面向实际，基础教育课程就要拓展非线性内容，强调真实世界的非线性特性，从而培养学生的创造性2、不确定性•1）、“不确定性“是复杂性系统的一个基本特性。•●在近代科学发展史上，以牛顿力学为代表的经典自然科学向人们描绘了一幅确定性的世界愿景，•●20世纪初的量子力学首先打破了“确定性”图像，提出“海森堡测不准原理”，但是，习惯于确定性思维的人对“海森堡测不准原理”始终格格不入。•●二十世纪60年代以来，现代系统科学中关于混沌现象的研究，却打破了传统科学中把“确定性”与“不确定性”截然分割的思想禁锢，并用大量客观事实和实验表明，正是由于确定性和不确定性的相互联系和相互转化，才构成了丰富多彩的现实世界。•2）.不确定性的重大启示•●不确定性是推动科学进步的动力。现代科学是靠不确定性发展繁荣的•●近代科学从确定论起步走到自己的终点，现代科学从不确定论开始开创全新的时代，所以确定论和不确定论反映人类认识的不同发展阶段•3）.教育反思之二——中国人为什么缺乏创造性？•●我们的基础教育课程主体是一个确定论课程体系，确定论是一个严密的逻辑体系，能培养按逻辑思维处理事情的品质，但是，真实世界并不服从确定论逻辑。确定是相对的，不确定是绝对的。•●不确定性是创新的源泉，我们的基础教育课程缺少不确定性课程，也是抑制创造力的重要原因。这就回答了“优秀生工作岗位往往缺乏创造性”的问题。•结论：应该关注“不确定性课程”内容。如，强化遗传的变异，随机问题等课程内容。3、自组织性•1）、基本概念：•●组织是指系统内的有序结构或这种有序结构的形成过程。•●自组织系统是能自行组织、自行创生、自行演化，能够自主地从无序走向有序，形成有结构的系统。•德国理论物理学家哈肯依据组织的进化形式把“组织”分为他组织和自组织两类。自组织是相对于他组织而言的，我们一般把不能自行组织、自行创生、自行演化，不能够自主地从无序走向有序的组织称为他组织。相反，自组织是指无需外界特定指令，能够自主地从无序走向有序。•2）、自组织理论是20世纪60年代末期开始建立并发展起来的一种系统理论。它的研究对象主要是复杂自组织系统(生命系统、社会系统)的形成和发展机制问题，即在一定条件下，系统是如何自发地由无序走向有序、由低级有序走向高级有序的。•3）、自组织形成的条件：系统开放、远离平衡、、非线性相互作用、涨落是自组织形成的基本条件。•4）、自组织性是自然界和人类社会演化发展的基本原因●地球上生态的演化发展是一个复杂的自组织过程。几十亿年的演化形成大约3000万种动物；2000万种植物。•●我们常说抗菌素失效，菌种变异。就是微生物的自主演化。•●神经系统和脑的演化和发展是自组织过程最神奇的创造。•●脑是最复杂的自组织系统。4、涌现性•1）、基本概念：把整体还原为各个部分时，整体所具有的这些属性、特征、行为、功能等便不可能体现在单个的部分上。复杂性科学把系统整体具有，而部分或者部分和，所不具有的属性、特征、行为、功能等特性称为涌现性。•2）、涌现性的形成。•当构成整体的各部分形成有机的整合，即集成为一个新的复杂体系时，就会出现涌现性。•一堆沙子不会出现涌现性。蛋白质细胞的有序结构就会涌现出生命现象•3）、突发性是一种特殊的涌现性。••●自然界恶劣的气象现象是突发性；•●社会生活中突发性事件、瘟疫形成和传播、全球性金融灾难等就属于复杂社会的突发性；•●大脑功能开发到一定阶段会出现涌现性。•开发大脑，将无序的神经元系统连接成有序的结构就是建构脑的“涌现性”。突然会说话了，突然掌握了某项技能。•心理异常，狂躁发怒等5、初值的敏感性•1）、“蝴蝶效应”是最典型的复杂系统初值敏感性。•“蝴蝶效应”的形象的比喻：亚马孙河上一只蝴蝶的翅膀抖动一下就可以在美国的德克萨斯州引起一场风暴。•2）、生命演化、物种的多样性•回顾生命演化的历史，生命从单细胞开始，为什么几十亿年后会演化出形形色色的动物和植物。用处置敏感性就比较容易理解。假设亿万年前，生物之间存在的某些很小的差异，逐渐形成明显差异，以致成为不同物种。•3）、幼儿教育的敏感期不被人注意的婴儿早期的环境和教育的差异会导致人的智能重大差异，一言以蔽之“天赋”（二）、脑是自然界最复杂的系统•1、复杂的生理结构•2、复杂的潜在功能结构•3、从脑功能发育发展过程认识脑的复杂性•4、从脑的早期发育敏感性体会脑的复杂性1、复杂的生理结构•1）复杂的脑区结构•2）复杂的神经元系统1）脑区结构•●最先发现脑具有•十一个分区•●现代脑科学研究表明,脑科学已经从实验发现人的大脑存在很精细的空间分区结构，每一个功能都定位于解剖学上一个专一性脑区。而一个脑区包含几百到几千个神经元细胞，其空间尺寸大约才几十——几百微米。可见会有多少专一性脑区（上亿个专一性脑区）•2）复杂的神经元系统•1011个神经元，每个神经元有104，10