教育神经科学.ppt

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1、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,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”（educational neuroscience；neuroeducation）。它是心理学、神经科学

2、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”（International Society of Mind,Brain&Educational）的成立。2007年该协会主办的心智、脑与教育（Mind，Brain and Education）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

3、面,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

4、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,取向之二,什么是教育神经科学？,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John Bruer）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

5、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

6、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

7、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

8、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：

9、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（parietal cortex）；存贮记忆的计算的facts的网络主要在角回（angular gyrus）和脑的语言加工区域。,（4）教育神经科学基于心

10、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reasoning engine”来决定发展。相反，在整个reasoning machinery-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”（the activity of all these parts is

11、 cognition）。,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”（vast parallel coalition of more-or-less influential）；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”（unfolding makes each of us the thinking beings that we are）。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

12、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”（neural variable）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

13、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,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（naive knowledge）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

14、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。

15、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：13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。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

16、，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

17、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（The Triple Code Model）：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（fusiform gyrus）听或读到言语数字“three”外侧裂区（perisylvian area）比较数量大小，如“3比1大”顶间叶（interparietal lobes）,终身学习与脑的终身可塑性,教育神经科学关注老年人的学

18、习以下误解需要澄清：并非年老之渐至必然地伴随着认知能力的降低尽管大多数认知能力的普遍衰退发生于20岁到80岁（如字母比较；范式比较；心理旋转；计算范围；阅读范围；线索回忆；自由回忆等），但有些能力在此期间却反而会有所提高，甚至显著提高；有些则要到80岁后才会衰退（如Shipley词汇测验，同义词与反义词测验等）。因为随着年龄增加，脑并不是走向一条不断衰退的不归路，而是终身都具有可塑性。脑可塑性既表现在神经元和突触数量的变化上，也表现在神经回路、神经网络的调整和重组等方面。,终身学习与脑的终身可塑性,对“脑可塑性与学习的关系”的深入研究，特别可澄清一些时下流行的“神经神话。1、要抛弃有关0-3岁

19、的“神经神话”（“神经谬误”）。珀斯纳（M.I.Posner）在“经济合作与发展组织”2000年主题为“脑机制与早期教育”的“纽约论坛”上说：“我们确实抛弃了0-3岁的谬误，取而代之的是可塑性与阶段性的重要性。换言之，脑是可塑的，然而在我们生命的某个阶段发生的某些事情对早期学习和终身学习都非常重要”。2、可塑性不是0-3岁儿童的专利，各年龄阶段有各自的可塑性形式。生命早期自然发生的突触形成，我们称之为“经验期待可塑性”（experience-expectant plasticity）；生命历程中因复杂环境影响而产生的突触形成则是另一种“经验依赖可塑性”（experience-dependent

20、 plasticity）。,情感因素对学习的影响,人们质疑现在的教育系统（学校体系和教育政策等）并未把非认知的方面（情绪、个性等）作为主要关注点。科学家已确定情绪表达的生理结构结是杏仁核和海马，人们称这一区域为“情绪脑”，它与情绪的生物基础和脑机制有关。一门新的学科情感神经科学（Affective Neuroscience）最近正在兴起。,情感因素对学习的影响,1、主要集中在基本情绪反应的脑回路和系统、情绪对认知的影响、气质和性格、情绪的社会行为等方面。,当代教育神经科学 关注以下问题,2、特别重视对儿童情绪能力的培养,3、情绪调节与想象的关系是情感神经科学另一活跃的研究领域,情感因素对学习的

21、影响,1.）正确评估和认识自己的感情；2.）控制自己的情感，使之适当并能分析其起因，找到办法处理恐惧、焦虑、愤怒、悲伤等所谓消极情绪；3.）激励自己，克服自满与迟疑，调动自己情绪达到某一目的并较持久地保持这种动力；4.）了解并理解别人的情感，欣赏别人对事物不同的认识和感情；5.）善于处理人际关系，掌握别人的情绪，具备社会能力和社会技巧。,情绪能力有五个方面的表现和功能：,情感因素对学习的影响,调节情绪的脑区也在著名的“前扣带回”（anterior cingulate），它在所谓眶额皮层（orbito-fronal cortex）的后面。这个脑区作用很大，不仅调节认知过程，还负责调节情绪，获得所

22、谓有意行为或自动控制行为。情感神经科学研究发现，杏仁核是恐惧回路的基础部分，是情绪学习和恐惧记忆的主要部位。而且，它也是构成儿童的不同气质倾向的主要生物基础，是具有神经可塑性的学习和恐惧记忆的主要部位。杏仁核起两方面的作用：首先决定直接呈现的刺激是否对生物主体有威胁性。如有，它必须指挥相应的行为反应、内分泌反应等。同时，杏仁核与脑中的感知系统、认知系统有广泛联系（这是直接与皮层联系）；杏仁核也可以投射到不同的激励系统，间接地影响知觉皮层对信息的处理。,对儿童情绪能力的培养,情感因素对学习的影响,其研究成果提示我们如下丰富的教育含义：情绪脑与感知区域相连接。脑枕叶（occipitao lobe）

23、是这些感知区域的一部分。脑枕叶不仅参与感知，还参与心理想象。想象会激活与感知相同的许多区域！心理想象会改变情绪状态，无论是正性刺激还是负性刺激，它们不仅会被记录而且会影响身体；想象有助于记忆，如通过想象与某词语相关的物体与情境来记住该词语（情绪记忆参与的记忆术应用）；把想象作为心理辅助手段，克服（考试）焦虑和恐惧症；将想象作为一种激素调节物，间接影响认知能力，如睾丸激素会影响空间能力，比赛胜利会提高其在血液中的水平，如此等等,情绪调节与想象的关系是情感神经科学另一活跃的研究领域,教育神经神话,对生命早期突触发展研究的错误推论,人仅运用了大脑“10%潜能”,脑的半侧化或特化,哈腾罗切尔（Pete

24、r Huttenlocher）和诸格尼（Harry Chugani）发现：出生不久，神经细胞突触数量开始快速增长，10个月达到顶峰，持续到2-3岁左右，然后开始下降，10岁左右稳定在成人水平，呈现出所谓倒U型曲线：其上升意味着突触连接大量形成，即所谓“突触形成”；下降则指突触连接数量的减少，即所谓“删除”。突触形成和删除都是发展过程中的正常而必要的过程。但是面对这种现象，“神经神话”出现了：一些人将神经突触密度与智力水平直接联系起来，认为突触数量越多，人越聪明，学习能力也越强，于是陷入“突触迷信论”。,对生命早期突触发展研究的错误推论,反驳的证据（1）人的智力与学习能力的发展并未遵循倒U型曲线

25、。（2）不同种类智障者的研究发现，如唐氏综合症会突触密度降低；脆性X综合症会由于遗传缺陷造成突触删除异常，因而导致突触密度很高。（这也许恰恰说明适当的密度是智力和学习能力的保障，因此两者的线性关系只在一定范围内存在）。,该神话来自三个方面（1）该神话来源乃是对脑功能定位研究的误解。早在18世纪末，研究者就发现了布罗卡、威尔尼克、角回三个语言区以及与视觉、听觉和运动控制相关之脑区，显示了神经和心理功能定位于脑的具体结构上。当时的确仅绘出了10%的结构和功能。,人仅运用了大脑“10%潜能”,（2）“10%潜能”神经神话的另一来源可能与错误解释著名神经科学家拉希里（Karl S.Lashley）上世

26、纪20年代所设计的系列迷宫实验结果有关：在保留老鼠一定量的大脑皮层而切除其皮层中较大一部分后，其解决简单任务如走迷宫、视觉辨别的能力并不受影响。甚至在皮层的切除量达到58%时都不会影响某种类型的学习。,（3）对“静息皮层”（silent cortex）概念的误解也是该神话的来源之一。所谓静息平层指的是在电刺激下没有引起明显反应的脑区，但这并不意味这些脑区是“不活跃的或没有使用过的”，目前人们已将这些脑区改称为“联想皮层”，它是负责语言、想象等人类特有行为的重要脑区。,另一错误理解脑科学与学习的著名例子是所谓“右脑学习与左脑学习”概念“脑的左半球主管逻辑与语言信息代码，而右半球具有创造性，主管视

27、觉信息代码”，即所谓艺术家是“右脑型的”，数学家是“左脑型的”。我们可得出如下结论：脑是高度综合的系统，单独脑区几不独立运行；尽管像面部识别及言语发声以某半球为优势，但大多数任务都要求两半球并行工作。难怪有人对这种所谓两半球学习的神经神话戏说为“left no left;right no right.”！,脑的半侧化或特化,目前教育神经科学的发展状况并不尽如人意，其影响其原因是多方面的：,深层原因 则既可能源于对“笛卡尔的错误”认识不足，又可能在回归大脑时对还原论缺乏警惕,浅层原因浅层原因主要来自不同领域人员的某些消极态度,例如，很多人大谈如何加强德育教育 因此，当务之急是应提高对开展教育神经

28、科学研究的必要性和必然性的认识。教育神经科学、认知神经科学，乃至第二代认知科学，它们的理论基础绝不是生理还原论，而是具身认知的“身、脑、环境的综合论或动力系统论”：脑机制只是在必要条件而非充分条件的意义上为心理提供基础，它并不能为心理提供因果解释。,第一，以二元论观点来对待教育问题，即离开脑、甚至离开心理而谈教育。,第二，在回归大脑时应对还原论保持警惕以避免“回归过头”。,深层原因,心理（精神、理性、意识）与物质的本质区别不会因大脑的研究而被彻底磨平，即永远也不可能在两者之间划上等号。心理“产生于”物质，但绝不是说，心理“变成了”物质。应澄清“大脑如何思维”这样一种说法，正确的表述一如前说：“

29、人在思维时，大脑是如何活动的。”或者如尼采所言：“大脑并不思考，而是我们思考大脑”当前，某些教育神经科学家的说法似有还原论之嫌，如“你就是你的突触”（Joseph Ledoux，其人以“恐惧情绪”的研究著名于世）,更著名、更经典的话即“人的本质是社会关系的总和”那么，“你就是你的突触”与“你就是你的社会关系的总和”两句话何种说法更可取？两者能否统一又如何统一？前者不仅是后者的必要条件，而且前者还会影响并介入到后者（社会化进程）之中，成为生理-社会相互作用之整体中的一个必不可少的对偶（coupling）成分。,首先，“心理”不够“桥”已有了，“两岸”似乎也并不遥远，但“桥身”并不坚固，即所谓“心

30、理”不够。表现为目前的认知心理学成果似乎仍很有限，能为教育神经科学提供具有丰富教育含义的心理学研究并不多。,第三，在操作层面上，以下“三不够”也是制约教育神经科学发展的重要原因。,其次，“神经”不够向脑回归的方向虽对，但成果不丰，表现在目前教育神经科学还没有多少属于自己的独特研究，“神经不够”还指心理与生理的对应（非因果说明）关系目前研究得不够特异化。未来至少可有两点思考方向：求救于其它层次，特别是“活的网络”层次，神经网络之复杂不是由于神经元数量之庞大，而在于它是一个“活的化学网络”以“认知通道和情绪通道上的突触以及递质的多样化”来作为解释心理学多样性的方向。,最后，训练不够，“虽然教育神经

31、科学对于教育政策与实践具有潜在的价值，但是认为神经科学将为教育实践与课程设计提供现成答案的观点不免有些幼稚和简单。因为认知神经科学的研究目的在于观察与描述大脑内部结构的功能与各种认知活动的现象，但这些描述性研究的目的并不是为了制定教育政策”，这说明认知神经科学家并不必然就是教育神经科学家。,特别是目前“三通”（心理、脑、教育）人才的训练严重不足。当前美国训练“三通”人才似乎也只有一家（哈佛大学自2002年起已有“心智、脑和教育博士项目”），中国则无目前主要有北京师大“认知科学与学习教育部重点实验室”（2000）和“认知神经科学与学习”国家重点实验室（2005）、东南大学的“学习科学研究中心”（2002）以及华东师大“教育神经科学研究中心”（2010）少数单位开展着教育神经科学的研究。,当然，“小荷已露尖尖角，岂止连天无穷碧”。我们对未来教育神经科学的发展深具信心，因为我们深信，和谐社会的建立和创新人才的培养这两大时代主题和实践需要，是助推其发展的最大动力！,