教育神经科学

教育神经科学一门极具实践意义和发展前景的新型学习科学主讲人李其维TABLEOFCONTENTS一、教育神经科学出现的背景二、什么是教育神经科学三、教育神经科学的主要研究领域四、教育神经神话(neuromythologies):“回归大脑”的过犹不及五、发展教育神经科学：面临的问题引言：心理学在强国战略中最可用武之处莫过于在人才培养方面的重要作用。高层次人才的成长与培养呼唤教育的现代化，而教育自身的现代化已不能脱离脑科学而侈谈之。基于脑科学的教育是教育现代化最鲜明的特色。教育神经科学的诞生“教育神经科学”或曰“神经教育学”（educationalneuroscience；neuroeducation）。它是心理学、神经科学和教育实践进行深度整合的产物，是构筑在后两个学科之上的桥梁。（日本学者小泉英明（H.Koizumi）认为其有超学科的性质）诞生标志西方发达国家的“经济合作与发展组织”（OCED）的“教育研究与革新中心”在1999年启动的“学习科学与脑研究”著名项目（主持人奇萨B.D.Chiesa）标志着这一新学科的肇始。2003年“国际心智、脑与教育协会”（InternationalSocietyofMind,Brain&Educational）的成立。2007年该协会主办的《心智、脑与教育》（Mind，BrainandEducation）杂志的创刊则宣告其正式面世。心理学学科的自身发展社会需求两方面教育神经科学出现的背景一、产生动力心理学科自身发展对所谓“笛卡尔错误”的疏离在心理学领域，则表现为第一代认知科学（认知心理学）向第二代认知科学（认知神经科学）转换的总体趋势。这一转换的标志性特征，一言以蔽之，就是“离开计算（图灵意义上的计算）而走向大脑”，于是产生了一股强劲的回归大脑的“具身化运动”的旋风。当代心理学研究“回归大脑”的转向我们认为，任何一门心理学的研究，迟早都要走向“回归大脑”之路。当然，这种回归之终极目标，不是去寻找“从生理到心理”的因果解释，而是去探明它们（身、心）在同一动力系统中的关联性和互塑性。即应在“大脑如何活动而与心理相伴”的研究方向上解读身、心两者关系教育现代化需求“神经科学与教育相关”“理解人类大脑的运行规律有助于设计适合每个人的教育”，并可为教育政策的制定者提供“与教育相关的认知神经科学研究成果的信息”。取向之一：取向之三从“心理表征的发展”角度定义教育神经科学取向之二二、什么是教育神经科学？跨学科或超学科的取向从“学习”的角度把教育神经科学定义为一门（新的）学习科学取向一:跨学科或超学科的取向典型观点：教育神经科学是“一座架起脑科学与教育政策和教育实践的桥梁”，（尽管有人（如JohnBruer）指出：这是一座“过于遥远的桥梁”）简洁观点;“教育神经科学是神经科学运用于教育实践而产生的一门学科”。心理学教育学神经科学取向二：从“学习”的角度把教育神经科学定义为一门（新的）学习科学教育神经科学视角下的新的学习科学新的学习角度下的教育神经科学教育神经科学视角下的新的学习概念(1)广义的“学习”概广义的学习概念也包括“教”的方面，因为我们所指的“学习”是一种“合目的”的学习。需要指出的是，学习科学所指的“学习”，既主要指学龄阶段的课堂学习，也泛指非课堂的社会学习和终身学习。(2)用“学习科学”与“学习理论”的区分不结合脑科学的研究，不整合脑科学研究成果于学习过程中去的有关学习的各种学说和理论，我们只把它们称为学习理论。一言以蔽之，“学习理论”一词只属于前认知神经科学时代，而“学习科学”之概念只特定地用于与脑研究相结合的有关学习理论。教育神经科学视角下的新的学习(3)教育神经科学视角下的学习和教育“学习被看作是根据外部环境的刺激所作出的神经连接的过程；而教育是控制或增加刺激，激发学习愿望的过程”。可见，教育在学习过程中，并不直接与脑相联系，而是要通过心理学或通过认知神经科学与脑相沟通——因为如何“控制或增加刺激”才能“激发学习愿望”，这是需要心理学加以研究的。从“学习”的角度来定义教育神经科学，可以突显心理学在其中的地位。这是一种立足桥墩（心理学），顾及两端（教育与神经科学）的定义。(4)教育神经科学面临的任务我们不仅应该知道儿童是怎样学习的（认知心理学），还应知道人在学习时，脑中究竟发生了什么，即还应扩展这一表述于教育：所有教育活动发生时，脑中发生了什么、是否发生、如何发生（从认知神经科学到教育神经科学）？不考虑脑的教育是浅层的、只有暂时效果的教育。(5)教育神经科学是认知神经科学的最重要的应用领域无论认知心理学还是认知神经科学，都还只是属于对“批判的武器”的研究，而重要的是要进行“武器的批判”之探索，“好剑再好，不射则若无”。要使好武器有其用武之地，教育就是它的最直接、最重要的应用领域（合目的性的体现）。新的学习角度下的教育神经科学宏观层次：教育神经科学就是“从脑、认知与行为三个层次来理解人的一生中不同阶段的学习能力，解决学生在学习过程中普遍存在的问题，为教育政策、课程与教学改革实践提供科学的依据”。具体层次：在对学生学习数据（来自“脑、认知与行为三个层次”）进行科学分析的基础上，确定学生的发展阶段、特长与弱点、擅长学习的教学内容、学习生涯中可能出现的问题等，并根据每一个学生成长与成熟的状况，扬长避短，设计出适合其发展的最佳教育计划”；简洁观点：教育神经科学就是探索人类学习的脑与认知的机制，并将其研究成果用于教育实践（决策与教学）”，故有学者干脆把教育神经科学称为“神经学习（neurolearning）”（董奇等）。取向三：从“心理表征的发展”角度定义教育神经科学(1)英国剑桥大学的斯祖克斯（D.Szucs）和格斯瓦米(U.Goswami)在2007年提出了一个新的定义：他们认为教育神经科学是关于“心理表征的发展研究”。“教育的一个重要方面是系统地塑造儿童的认知系统。发展儿童的认知系统部分地依赖于脑的结构和功能”(2)教育神经科学视角下的“心理表征”概念（3）心理表征依赖于分布的神经网络的事实对教育神经科学提出挑战斯祖克斯和格斯瓦米关于心理表征之新观点的一个关键点是：不存在一个复杂的表征可定位于脑的一个部分！复杂的心理表征是通过多个相互联结的神经网络的相互作用来编码的。编码非数字的数量的网络主要是在顶叶皮层（parietalcortex）；存贮记忆的计算的facts的网络主要在角回（angulargyrus）和脑的语言加工区域。（4）教育神经科学基于心理表征概念下的认知系统隐喻及对教育的挑战科拉克（A.Clark）认为，整个认知系统应被理解为是一种“松散的织品”（loose-knit），即分布的表征组织（economy）。在发展的过程中，完全可能在economy中的一些元素发展了而与其他元素产生冲突。这是不可避免的，因为不存在什么“小人”（“homunculus”）或一个所谓“中央reasoningengine”来决定发展。相反，在整个reasoningmachinery-economy中有许多相互作用的部分（它们是按不同速率发展的），而“所有这些部分的活动就是认知”（theactivityofallthesepartsiscognition）。大脑中没有“全知的，内部执行官”来支配认知发展，这一观点如果从神经网络之本质的角度来看，它显然对教育具有挑战性。这意味着教育必须要平等地认真对待那些“具有或多或少影响力的广泛而平行的成员”（vastparallelcoalitionofmore-or-lessinfluential）；而且，正是这些成员之影响力的展开，才“使我们的每一个人的思维表现得如我们自己”（unfoldingmakeseachofusthethinkingbeingsthatweare）。费希尔（K.Fischer）认为认知与脑之间的“发展的循环”，展现了重要的类似阶段的特征。如儿童在某一年龄期间，他们会对蕴涵着某种特别结构的认知技能进行最宜（optimal）的操作，表现出明显的发展（spurts）来。由于对皮层活动的研究也能揭示出这种发展，故费希尔进而认为：皮层的改变可以联系于认知的改变，它为把心理、脑与教育联席起来提供了机会。（5）教育神经科学:整合突显了对各种“神经变量”（neuralvariable）加以研究的重要性。把“神经变量”结合进来的最关键的好处是：它使我们对脑活动的观察成为可能。我们认为（1）心理表征的神经测量可能对教育具有重要意义——因为神经标记是与认知结构有着系统联系的。因此，找出神经标记并对其进行发展的分析，这将为作为认知发展基础的心理表征的发展研究提供一种方法。（2）对成功的教育神经科学来说，我们需要把神经变量与教育行为联系起来。神经变量可以产生影响心理学理论的新知识，并能够进一步影响教育的研究例1，事件相关电位（ERP）的振幅可以作为人脑中数量信息的指标。因此，这一变量可被视为数量加工的神经标记。举例例2，另一个潜在神经标记的例子是N100对语言发展的意义。教育神经科学的主要研究领域三、早期教育语言学习阅读技能数学技能终身学习与脑的终身可塑性情感因素对学习的影响由于素朴知识（naiveknowledge）的存在，儿童很早就形成了他们各自的“关于世界（语言、智力、人、动物、植物、物体）的理论”。因此，应该“以儿童在早期环境中所获得的知识作为学校实践的基础”。有学者甚至主张“学校甚至应该为最小的孩子提供成为科学家的机会，而不仅仅是告诉他们关于科学的知识”在低年级开设日常心理学，或从现实的自然概念（或者错误概念）入手来教育孩子，以使他们真正理解科学概念。另外，就教学方式而言，早期教育要求施教者应更好地考虑幼儿独特的思维方式和个别化概念（儿童自己的素朴知识），更多地使用游戏、自然探究等方法。早期教育语言的理解和产生所涉及的语法和语义两个加工过程依赖于不同的神经系统（当然还包括对情境与意图的理解、韵律与语音加工等其他过程）：语法加工，主要在左前额叶；语义加工，主要在左、右脑的后部外侧区域。语言功能不是由单一脑区而是整个脑中的不同神经系统来执行的。语言学习认知神经科学研究的主要成果：A,语法学习开始越晚，脑变得越活跃（表明难度越大)B,对第二语言学习者来说，越早学习，掌握语法更快更容易.C,上述研究结果对教育政策的启示显而易见：①13岁以后学习第二语言很可能会导致对该语言的语法掌握程度不高；与第二语言学习有关的任何公共政策与干预措施（如提高起步晚者的学习语言的能力）必须考虑大脑是如何加工语言的，如此才能保证其有效性。②如果能确定脑的哪个系统受敏感期的限制，哪一个不受限制，那么开发与实施合理的教育与康复计划就可以成为教育决策者的一个目标。语言学习阅读障碍在鉴别阅读障碍的孩子时，至少一个脑区——左侧颞上回非常重要：它用于注意词汇的声音结构。他们不能正常激活该区，但额叶却代偿性地活跃（尽管智力正常）。例如拼写阅读障碍受损区：枕叶、额叶及顶叶三部位的衔接处阅读障碍干预至于对阅读障碍的干预：一方面，单纯靠教育手段很难矫治阅读障碍；另一方面，人们又相信，当我们能够借助认知神经科学工具，将阅读技能分解为一个个信息加工步骤和功能模块之际，或许可以乐观期待，它就是为克服阅读障碍设计有效的矫正项目之时。当然，它们同样也可服务于为正常儿童设计更好的教学方法。数学技能数学障碍脑损伤是物质本体（硬件）的损伤，如顶叶障碍还有两种（至少）被认为是软件意义上的原因会导致数学困难：一是可能某些与数量有关的神经网络受到损害而解体，故而很难理解数字中所包含的信息；二是儿童还未学会把数量表征与词语符号（及视觉符号）联系起来。数学技能迪昂还提出一种模型来描述脑半球协同运行实现儿童在学习或进行数学运算时脑区的激活系统，即著名的三重编码模型（TheTripleCodeModel）：三种基本数字操作————运用三个不同脑区（激活）看到阿拉伯数字“3”梭状回（fusiformgyrus）听或读到言语数字“three”外侧裂区（perisylvianarea）比较数量大小，如“3