脑科学与教育创新精选课件.ppt
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1、关于脑科学与教育创新第一页,本课件共有59页序序研究背景和问题提出研究背景和问题提出现代社会对教育发展影响最大的两个领域现代社会对教育发展影响最大的两个领域数字技术数字技术脑科学脑科学第二页,本课件共有59页个人专业背景和兴趣趋向个人专业背景和兴趣趋向身在高校情系基础教育,投身中学物理课程改革28年为谋求教改深入研究,申请全国教育科学研究课题,年逾花甲步入脑科学领域,结识著名脑科学家唐孝威院士,快步跻身脑科学与教育的研究前沿创建中国创造学会大脑开发研究会,致力我国教育界的脑科学与教育的普及与研究活动。第三页,本课件共有59页主要内容主要内容一、脑科学简介一、脑科学简介二、认识自己的脑二、认识自
2、己的脑脑是一个怎样的器官?脑是一个怎样的器官?三、基于脑的教育基本理论三、基于脑的教育基本理论四、从脑科学看当前基础教育课程四、从脑科学看当前基础教育课程五、从脑科学看物理课程特殊教育功能五、从脑科学看物理课程特殊教育功能 与与 初步实践初步实践第四页,本课件共有59页一。脑科学简介一。脑科学简介 1.基本研究领域基本研究领域2.多学科交汇3.基本研究方法第五页,本课件共有59页脑科学简介之一脑科学简介之一基基本研究领域本研究领域认识脑认识脑保护脑保护脑开发脑开发脑仿造脑仿造脑第六页,本课件共有59页脑科学简介之二多学科交汇,对多个领域重大影响神经科学神经科学认知科学认知科学人工智能人工智能心
3、理学心理学信息科学信息科学精神科学精神科学教育学教育学医学医学第七页,本课件共有59页脑科学简介之三多种研究方法的应用观察探测仿真成像解剖内省第八页,本课件共有59页二、认识自己的脑二、认识自己的脑脑是一个脑是一个怎样的器官?怎样的器官?1、自然界最复杂的系统、自然界最复杂的系统2、自然界最神奇的系统、自然界最神奇的系统3、脑、脑专司信息的器官专司信息的器官 人与动物区别的主要器官人与动物区别的主要器官第九页,本课件共有59页1、自然界最复杂的系统、自然界最复杂的系统是一个巨大的复杂系统是一个巨大的复杂系统 10101111个神经元细胞和个神经元细胞和个神经元细胞和个神经元细胞和10倍的胶质倍
4、的胶质两种结构、两种属性两种结构、两种属性:生理结构与功能结构生理结构与功能结构生理结构与功能结构生理结构与功能结构 自然属性和社会属性自然属性和社会属性自然属性和社会属性自然属性和社会属性细胞细胞 第十页,本课件共有59页第十一页,本课件共有59页人脑是地球上生命物质亿万人脑是地球上生命物质亿万年演化的结果年演化的结果从鱼脑到脑从鱼脑到脑的演化的演化第十二页,本课件共有59页人脑是人类祖先几百万年劳动人脑是人类祖先几百万年劳动的创造的创造种类种类脑重量脑重量神经元总数(单位:亿个)神经元总数(单位:亿个)类类人人猿猿黑猩猩黑猩猩394ml43猩猩猩猩411ml大猩猩大猩猩506ml53非非洲
5、洲猿猿人人南方古猿非洲种南方古猿非洲种(300万年前万年前)422ml46-52南方古猿粗壮种南方古猿粗壮种(200万年前万年前)518ml鲍氏东非人鲍氏东非人(200万年前万年前)656ml人人ER1470(能人能人)(200万年前万年前)775ml直立人直立人(60万年前万年前)1043ml北京猿人北京猿人(40万年前万年前)1043ml60-94智人智人1330ml94-100现代人现代人1450ml1000第十三页,本课件共有59页人类与黑猩猩的脑对比人类与黑猩猩的脑对比黑猩猩黑猩猩人类人类第十四页,本课件共有59页人脑的特殊性与哺乳动物脑的基本数据比较几种动物脑几种动物脑/体重之比体
6、重之比种类种类鲸鲸象象大猩猩大猩猩豚豚人人脑重脑重9000g6000g540g1600g1450g脑脑/体比体比1/100001/10000.0020.01171/50第十五页,本课件共有59页人脑的基本数据之一人脑的基本数据之一 人脑平均重人脑平均重1400克,克,包含有约包含有约1011次方个神经元细胞次方个神经元细胞 10倍于神经元的胶质细胞。倍于神经元的胶质细胞。每个神经元又有大约每个神经元又有大约104突触,即大约突触,即大约有有1015个突触。个突触。第十六页,本课件共有59页人脑的基本数据之二人脑的基本数据之二脑的几项指标与人体所占例:脑的几项指标与人体所占例:脑重量脑重量/人体
7、比人体比 2%血流量血流量/人体比人体比 20%耗氧量耗氧量/人体比人体比 25%第十七页,本课件共有59页人脑的基本数据之三人脑的生长过程年龄年龄新生儿新生儿9个月个月3岁岁7岁岁成人成人重量重量(g)390660101112801400第十八页,本课件共有59页人脑的基本数据之四 人脑的衰老过程人脑的衰老过程年龄年龄70岁岁80岁岁90岁岁重量(重量(g)133012601120比例(比例(%)959080人脑神经元平均每日死亡数约50万个。(出生时约1万亿)第十九页,本课件共有59页2、脑是自然界最神奇的系统脑是自然界最神奇的系统1)脑存在特殊的耗散结构特性超耗散超耗散结构系统结构系统2
8、)脑的复杂)脑的复杂神经网络结构神经网络结构1015的突触的突触连接的排列组合(超天文数字)连接的排列组合(超天文数字)3)脑内存在)脑内存在五种基本心理相互作用及一体性及一体性第二十页,本课件共有59页1)脑具有特殊的耗散结构)脑具有特殊的耗散结构超耗散结构系统超耗散结构系统耗散结构系统耗散结构系统是一个开放系统开放系统,与周围环境保持能量与物质的持续交流,是一个远离平衡态的非平衡态、非线性、有序的远离平衡态的非平衡态、非线性、有序的自组织系统自组织系统超耗散结构,大脑是具有大脑是具有“信息、能量、信息、能量、物质物质”三个维度的耗散结构系统。所以我们三个维度的耗散结构系统。所以我们称其为超
9、耗散结构系统称其为超耗散结构系统第二十一页,本课件共有59页超耗散结构系统特性1.信息维度占有主导的地位,对脑的物质能量耗信息维度占有主导的地位,对脑的物质能量耗散结构活动起着控制的作用散结构活动起着控制的作用2 2、存在发展的阶段性和时间性上的敏感性。、存在发展的阶段性和时间性上的敏感性。3.能自主获取信息,学习和创造是大脑的本能能自主获取信息,学习和创造是大脑的本能能自主获取信息,学习和创造是大脑的本能能自主获取信息,学习和创造是大脑的本能4脑的超耗散结构使神经网络始终处于动态建构之中,脑的超耗散结构使神经网络始终处于动态建构之中,脑的超耗散结构使神经网络始终处于动态建构之中,脑的超耗散结
10、构使神经网络始终处于动态建构之中,人脑具有终身可塑性。人脑具有终身可塑性。人脑具有终身可塑性。人脑具有终身可塑性。5.创造了创造了“物质与精神物质与精神”“存在与意识存在与意识”统一的统一的特殊空间。特殊空间。第二十二页,本课件共有59页1.信息维度占有主导的地位,对脑信息维度占有主导的地位,对脑的物质能量耗散结构活动起着控制的物质能量耗散结构活动起着控制的作用的作用1)反例)反例狼孩狼孩狼孩狼孩 2 2)许多实例可以说明信息维度对于发展和维持许多实例可以说明信息维度对于发展和维持人脑正常耗散结构活动有着决定性作用人脑正常耗散结构活动有着决定性作用。如处于深度昏迷,医学上称为脑死亡的人停止信息
11、交流,因此缺乏正常的“信息、能量、物质”的三个维度耗散结构活动,实验表明,这种病人大脑的能耗量比正常人低得多;“实验表明,药物实验表明,药物麻醉可导致大脑能量消耗显著下降,麻醉可导致大脑能量消耗显著下降,”;“植物植物人的脑能量代谢比控制组低人的脑能量代谢比控制组低30403040%”【1】。第二十三页,本课件共有59页2)脑的复杂神经网络结构脑的复杂神经网络结构 神经元神经元 神经元簇(约神经元簇(约1毫米尺度)毫米尺度)神经元簇回路神经元簇回路脑功能子系统脑功能子系统脑整体网络。脑整体网络。第二十四页,本课件共有59页大脑功能的定性估计大脑功能的定性估计“整个大脑网络可以有多少条通路呢整个
12、大脑网络可以有多少条通路呢据专家据专家的保守估计,这是一个大到令人无法相信的保守估计,这是一个大到令人无法相信的数字,如果用标准打字机打出来,会有的数字,如果用标准打字机打出来,会有15万千米总长度的万千米总长度的“0”!这个数字比全宇宙这个数字比全宇宙原子的总数目还要大上许多倍。原子的总数目还要大上许多倍。若将全球的电话网络系统和大脑电路网络相若将全球的电话网络系统和大脑电路网络相比,它的复杂程度也仅仅占大脑网络的一小比,它的复杂程度也仅仅占大脑网络的一小部分。而且大脑的运行速度也是任何电脑所部分。而且大脑的运行速度也是任何电脑所无法比拟的。假如电脑每秒钟运行无法比拟的。假如电脑每秒钟运行4
13、亿次,亿次,那么它要工作那么它要工作l00年,才能完成人脑年,才能完成人脑1分钟分钟之内做的事情之内做的事情”脑科学导论脑科学导论第二十五页,本课件共有59页3)五种基本心理相互作用五种基本心理相互作用 心心心相互有用心相互有用 心心,心智是脑的功能,心智是脑的功能心心脑相互作用脑相互作用 脑脑是脑神经网络是脑神经网络心心身相互作用身相互作用心心物相互作用物相互作用心心社相互作用社相互作用第二十六页,本课件共有59页3、脑、脑专司信息的器官专司信息的器官,(人区别动物的主要器官),(人区别动物的主要器官)脑的工作特性脑的工作特性 信息交流信息交流信息交流信息交流学习是大脑的本能学习是大脑的本能
14、学习是大脑的本能学习是大脑的本能五种心理相互作用五种心理相互作用创造是大脑创造是大脑的功能的功能的功能的功能 多元智能是脑的自然特性多元智能是脑的自然特性多元智能是脑的自然特性多元智能是脑的自然特性信息处理信息处理定期定期适当休息适当休息是脑的必须是脑的必须 能量需要能量需要能量需要能量需要脑需要脑需要新鲜空气新鲜空气,所以需要,所以需要活动活动物质需要物质需要适当的适当的蛋白质,满足记忆需要蛋白质,满足记忆需要个性特性个性特性人脑人脑网络网络的唯一性的唯一性决定决定决定决定第二十七页,本课件共有59页三、基于脑的教育基本理论三、基于脑的教育基本理论1 1、人脑有无限的潜在功能,每个人都有可能
15、成为天才、人脑有无限的潜在功能,每个人都有可能成为天才、人脑有无限的潜在功能,每个人都有可能成为天才、人脑有无限的潜在功能,每个人都有可能成为天才2 2、儿童敏感期期是脑复杂性系统特性、儿童敏感期期是脑复杂性系统特性、儿童敏感期期是脑复杂性系统特性、儿童敏感期期是脑复杂性系统特性必须抓早期大脑开必须抓早期大脑开必须抓早期大脑开必须抓早期大脑开发发发发3 3、学习是大脑的本能、学习是大脑的本能、学习是大脑的本能、学习是大脑的本能教育必须以人为本,人人都需要学教育必须以人为本,人人都需要学教育必须以人为本,人人都需要学教育必须以人为本,人人都需要学习,习,习,习,4 4、学习和记忆是大脑网络功能、
16、学习和记忆是大脑网络功能、学习和记忆是大脑网络功能、学习和记忆是大脑网络功能具有微观和宏观机制具有微观和宏观机制具有微观和宏观机制具有微观和宏观机制5 5、多元智能是脑的功能结构特性、多元智能是脑的功能结构特性、多元智能是脑的功能结构特性、多元智能是脑的功能结构特性智能结构智能结构智能结构智能结构6 6、人脑具有唯一性、人脑具有唯一性、人脑具有唯一性、人脑具有唯一性必须尊重人的个性需求必须尊重人的个性需求必须尊重人的个性需求必须尊重人的个性需求7 7、提高教学效率的脑科学原理、提高教学效率的脑科学原理、提高教学效率的脑科学原理、提高教学效率的脑科学原理脑功能发育发展的动力学脑功能发育发展的动力
17、学脑功能发育发展的动力学脑功能发育发展的动力学机制机制机制机制 超耗散结构超耗散结构超耗散结构超耗散结构 五种基本心理相互作用及一体化五种基本心理相互作用及一体化五种基本心理相互作用及一体化五种基本心理相互作用及一体化8 8、人应当坚持终身学习、人应当坚持终身学习、人应当坚持终身学习、人应当坚持终身学习脑具有终身可塑性,人脑健康脑具有终身可塑性,人脑健康脑具有终身可塑性,人脑健康脑具有终身可塑性,人脑健康的需要的需要的需要的需要第二十八页,本课件共有59页1、人脑有无限的潜在功能,每、人脑有无限的潜在功能,每个人都有可能成为天才个人都有可能成为天才1)神经网络的复杂性决定认得智能水平“整个大脑
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