学习科学研究的新进展

学习科学和教育神经科学关于学习研究的新进展主要内容1概念2发展脉络3新进展4总结与反思5参考文献学习科学概念教育神经科学概念二者之间的关系01添加标题学习科学概念1《剑桥学习科学手册》一书从学习科学整合的学科角度来界定学习科学，该书认为，“学习科学是研究教与学的跨学科领域，包括认知科学、教育心理学、计算机科学、人类学、社会学、神经科学以及其他领域”。2“国际学习科学学会”从研究的范畴来界定学习科学，认为学习科学是跨学科的研究领域，它把真实世界的学习作为研究对象，研究如何最好地促进正规与非正规环境中的学习。教育神经科学概念1教育神经科学是将神经科学、心理学、教育学和机器学习整合起来，研究人类教育现象及其一般规律的新兴交叉学科，是一门新的学习科学(theNewScienceofLearning)。（Meltzoff等，2009）2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学称为“神经学习（neorolearning）”。（董其等）二者之间的关系目前，人们常常将“学习科学”看作“教育神经科学”的同义词，或者将教育神经科学看作学习科学领域的一个分支。“教育神经科学”与“学习科学”并非完全不相关或者完全相关的两个学科，两者的交集在于学习科学作为领域的概念。作为一个研究领域，学习科学涵盖了人类学习、动物学习、机器学习等非常广泛的研究领域，其范围远远超越了学科的边界。学习科学作为领域的概念涵盖了教育神经科学。因此有人将教育神经科学称为脑科学时代的学习科学。（李其维等，2011）经济合作与发展组织在2007年出版的《理解脑:一门新的学习科学的诞生》一书中，明确地将这“一门新的学习科学”称为“教育神经科学”。在此基础上，我们小组经过讨论认为，“教育神经科学”是“学习科学”领域在新阶段的延伸，尤其在关于“学习”的研究中，二者应该是统一的。学习科学发展脉络教育神经科学发展脉络02添加标题学习科学发展脉络05040302011991年第一届学习科学国际会议在美国西北大学召开，同年出版了《学习科学杂志》（JournalofTheLearningSciences），标志着学习科学的正式诞生；19世纪末20世纪初，行为主义心理学的诞生，极大地推动了心理学家转向教育研究的历史进程；20世纪上半叶，心理学家将动物身上获得的大量有关学习的科学知识应用于学校教育实践，谱写了20世纪学习研究三部曲中的第一部——“动物是如何学习的”；20世纪50年代，乔姆斯基反思了行为主义心理学，其后，多学科领域的研究人员竞相开始了对学习的科学探索，最终形成了学习的认知观点，谱写了三部曲中的第二部——“机器是如何学习的”；20世纪80年代之后，转向研究“人是如何学习的”。教育神经科学发展脉络诞生标志：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。研究热点研究主题研究方法研究成果及运用03添加标题研究热点•关键词共现知识图谱（国外）添加标题研究热点•高频关键词（国外）序号频次中心性关键词序号频次中心性关键词1470.04education11140.08classroom2280.04neuroscience12140.02cognitiveneuroscience3270.06student13140.03performance4260.11children14120.14dyslexia5240.06educationalneuroscience15110.03identity6220.13knowledge16110.12instruction7220.07brain17100.09language8210.02science18100.04mathematics9150.06workingmemory19100.16metaanalysis10140.15achievement2090.03intervention研究热点•关键词共现知识图谱（国内）添加标题研究热点•高频关键词（国内）序号频次中心性关键词序号频次中心性关键词1300.54学习科学1130教育游戏2120.28脑科学1230.03以学生为中心390.08深度学习1330.14个体差异470.1认知神经科学1430学习技术560.02教育神经科学1520.02认知心理学650.05学习分析1620未来课堂740学习空间1720浅层学习840.01人工智能1820翻转课堂940.05学习过程1920.02二语习得1040.07神经科学2020.02在线学习研究主题010203”人为什么要学习“”人应该如何学习才更有效“”人是怎样学习的“研究主题•“人为什么要学习”(1)美国的斯蒂吉（MichaelF.Steger）专门从“生命的意义”（MeaninginLife）这一角度出发来探讨“学习”;（“学习作为人类生命存在及其优化的本质”）(2)台湾中央研究院的曾志朗院士以及台湾中央大学认知神经科学研究所的洪兰教授在研究人类的语言与阅读学习机制的过程中发现，人只要学习5天就能够改变大脑皮层的厚度与树突的结构，尤其是改变接收信息和形成突出连接的树突棘的数量与形状;(3)美国宾夕法尼亚州立大学的李平教授在多年的双语学习神经机制研究中也同样发现，第二语言的习得不仅能够改变人脑的功能区，还能够改变解剖学意义上的人脑结构，同时他的研究还特别关注人脑可塑性的个体差异性。研究主题•“人是如何学习的”学习科学研究关注创新能力学习、语言学习、数字学习、类别学习、科学概念学习以及思维学习等不同类型的学习机制。创新能力学习：（1）台湾认知神经科学专家洪兰教授专门探讨了“创造力”的神经机制，即是两个不相关的神经回路碰在一起活化第三条回路。为了能够使神经回路更容易接近并相遇，即促进创造力的学习与发展，洪兰教授提出了两条有效路径：阅读与游戏;（2）陕西师范大学的胡卫平教授则选择从思维的角度切入来探讨如何提升学生的创造力品质。研究主题•“人是如何学习的”语言学习：就语言学习的机制而言，从文字的识读到文本的阅读，从母语方言的习得到第二外语的习得等，研究者们从各自的视角切入来展开深入的探讨。（1）从脑科学与认知神经科学出发，曾志朗院士专门研究了不同语系的成年人在识读有着相同字意的字词过程中，发现不管是表音文字还是表意文字，都存在共通的大脑区域；（研究成果，以中国汉字的六书为理论框架，曾教授提出了“转识成智”的认知发展五步原则：仿、借、存、转、联。）（2）广州大学的陈穗青等研究者通过对幼儿园64名4~6岁儿童的行为观察实验发现，使用普通话和粤语双语交流的儿童比单语言使用者具有更强的认知灵活性。研究主题•“人是如何学习的”数字学习：数字的学习机制是学习科学研究的另一大问题。各类数字或数值的表征是数字认知科学研究的主题，其中关于数字比例的表征是新兴的研究问题；（1）台湾的李俊仁教授就学习者的估算能力及其与数学学习成就之间的关系展开了研究。通过对63名五年级学生的非言语数感测试研究表明，非文本的数感能力与数学成绩之间有着显著的相关性；（2）大连理工大学的王慧丽教授基于数字认知实验，专门探讨了小学生的数字能力发展趋势。（研究表明，小学生在三年级前是发展基本数学能力的关键期，亦值得引起重视。）研究主题•“人是如何学习的”类别学习：类别学习能使学习者区分人的好坏、环境的安全或危险等，归纳习得的类别知识并将其运用到新的刺激上，是人类适应新环境的关键。（1）美国科罗拉多州立大学的赛格教授（CarolA.Seger）通过功能核磁共振扫描的方法专门研究了类别学习过程的神经机制。（研究发现，知觉层面的归纳与决策层面的归纳有着不同的神经机制。）研究主题•“人如何学习才更有效”学习科学除了关注人类学习机制的基础研究，也十分重视学习方法与策略等方面的应用研究。（1）比利时的沃尔克（MartinValcke）教授基于廷托（Tinto）的理论模式，专门研究了促进或阻碍学生学习过程的关键个人要素——元认知；（2）美国密歇根大学佩里·萨姆森(PerrySamson)教授基于Echo360平台设计实施了一门混合式课程，并通过搜集和分析学习行为的数据，发现学习者最终的学习成绩多和学习者的出勤时间、观看视频时间、观看讲义时间、提问和回答、记笔记、测试的正确率等显著相关。研究主题•学习环境的设计研究（1）美国宾夕法尼亚州立大学教育学院院长莫恩克（DavidH.Monk）教授专门交流了该大学的学习空间设计研究。（为促进大学教师教学方式以及学生学习方式的转变，宾夕法尼亚州立大学已经创建了多样化的创新学习空间（LearningSpace），这些学习空间包括两大类：“学习实验室”（LearnLab）和“学习空间”（TheLearningSpace）。研究主题•学习内容选择的标准以及评价研究（1）台湾师范大学的宋耀庭教授专门开展了阅读文本的可读性评价研究，其团队整合一般语言学特征与概念空间，提出了一种新的用于测定具体领域文本的可读性评估方法。以上实证研究的结果表明，这一新方法是有效的。有效的文本可读性评估能为学习者科学地选择出合适的学习内容。研究主题•学习内容选择的标准以及评价研究（1）胡卫平教授及其团队沿着独立式与渗透式两条路径开发出了“学思维”的系统思维课程体系。（包括基本思维与综合性思维两大训练课程，涵盖了观察、联想、想象力、分类、比较、科学探究、故事创作等各类思维方法）（2）沃尔克教授特别推荐“同伴指导”（Peer-Tutoring）这一学习方法，他的研究结果表明，同伴指导不仅能够促进学习者个体水平的元认知参与度，还能够促进学习者调用其共享元认知规划的能力；（3）美国的墨菲教授（P.KarenMur-phy）则提出了“高质量对话”（QualityTalk）这一有效学习方法，她通过评估学生的口头阅读流畅性发现，“高质量对话”能够促进学生的高水平理解能力，辅以写作教学时还能提升学习者的写作能力。研究方法010203研究对象的跨文化融合、研究技术的跨学科融合研究方法的跨范式融合研究方法•研究对象的跨文化融合台湾的曾志朗院士为了能够探索和捕捉到人类言语学习的共通大脑机制，他选择了以西班牙文、英文、希伯来文以及中文四种完全不同语系作为母语的成年人作为研究对象。研究方法的跨范式融合斯蒂吉关于“生命的意义”的研究，采用测量法等实证研究范式与标志性事件访谈、每日行为观察记录等质性研究范式相结合的方法论来展开研究。将实证研究、质性研究与基于设计的研究三者相融合。研究技术的跨学科融合功能性磁共振成像（FMRI）、脑磁图（MEG）、正电子发射断层扫描（PET）等多种无创伤脑研究技术的问世，使得学习科学研究者能够在实验室里探讨不同类型、不同群体学习神经机制。近红外光学成像技术（NIR-OT）的出现还将有助于研究者实现在自然情境中揭示学习发生的脑机制的目标。研究成果及运用学习科学主要探讨了三大学习实践主题及其应用创造力的学习和发展语言与阅读的学习教学方法与策略的有效性研究研究成果及运用•创造力的学习和发展问题（1）胡卫平教授研究了创造力的内在思维结构，倡导系统化的思维训练，并开发了相应的课程与教学理论；（2）陈晓红等研究者设计了整体思维课程以提升大学生的批判性思维能力这一创造力的内核；研究成果及运用•语言与阅读的学习问题（1）李平等的双语学习（包括第二外语以及方言）习得机制研究结果表明，双语的习得能够促进学习者大脑以及认知的发展，这再次肯定了双语早教的价值和意义；（2）墨菲教授提出并创建了“高质量对话”的教学模式，其研究结果表明，这一模式不仅能够促进