脑科学对教育的启示及其应用.ppt
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1、脑科学对教育的启示及其应用脑科学对教育的启示及其应用杨元魁杨元魁东南大学学习科学研究中心东南大学学习科学研究中心儿童发展与学习科学教育部重点实验室儿童发展与学习科学教育部重点实验室中国科协中国科协“做中学做中学”科学教育改革实验项目教学中心科学教育改革实验项目教学中心江苏汉博教育培训中心江苏汉博教育培训中心2013.12.18 2013.12.18 辽宁沈阳辽宁沈阳2003年,国际心智、脑和教育学会(年,国际心智、脑和教育学会(IMBES)成立,这是基于实证的神经教育学诞生的标成立,这是基于实证的神经教育学诞生的标志志神经教育学基于学习科学的研究之上,但是神经教育学基于学习科学的研究之上,但是
2、它本身不属基础研究学科,也就是说,它它本身不属基础研究学科,也就是说,它主主要不是发现学习的规律,而是在运用已经发要不是发现学习的规律,而是在运用已经发现的规律,来解决教育问题现的规律,来解决教育问题,和所有教育学,和所有教育学一样是一门应用科学,更像工程学和医一样是一门应用科学,更像工程学和医学学也和传统的教育学一样,需要考虑不同文化也和传统的教育学一样,需要考虑不同文化和历史背景的独特性,考虑价值取向,必须和历史背景的独特性,考虑价值取向,必须和教育实践紧密相连和教育实践紧密相连学习科学对学习的共识学习科学对学习的共识注重教,也注重学注重教,也注重学创设学习环境创设学习环境 适合的刺激适合
3、的刺激建立在学习者已有知识上的重要性建立在学习者已有知识上的重要性反思的重要性反思的重要性剑桥学习科学手册,剑桥学习科学手册,2009对于儿童来说,学习的最佳方法是建立在基于原有对于儿童来说,学习的最佳方法是建立在基于原有知识基础的环境中学习;如果教学没有包含学生的知识基础的环境中学习;如果教学没有包含学生的已有知识,那么学生学到的知识仅够其通过考试,已有知识,那么学生学到的知识仅够其通过考试,而在课堂之外,持有的依然是错误的前概念而在课堂之外,持有的依然是错误的前概念新的学习科学关注教学技巧,也关新的学习科学关注教学技巧,也关注学生的学习过程。注学生的学习过程。2003年,年,“国际心智、脑
4、与教育学会国际心智、脑与教育学会”成立成立2002年,东南大学成立了我国第一个年,东南大学成立了我国第一个“学习科学研究中心学习科学研究中心”2011年年9月月22-24日日 美国纽约科学院举办了美国纽约科学院举办了“学习的认知神经科学:对教育的启示学习的认知神经科学:对教育的启示”研讨会研讨会总结:神经教育学将改变总结:神经教育学将改变对国家教育政策的讨论对国家教育政策的讨论改变学习、教学和教师的培养改变学习、教学和教师的培养2013年年8月,教育部启动了月,教育部启动了“脑与学习科学专项研究计划脑与学习科学专项研究计划”,召开了两次专家研召开了两次专家研讨会讨会中国认知科学学会中国认知科学
5、学会,成立于,成立于2011年年2013年年11月月30日在北京召开了第一届学术大会启动会日在北京召开了第一届学术大会启动会第一届学术大会将于第一届学术大会将于2014年年6月月28-30日在北京举行日在北京举行皮亚杰是第一个把教育视为科皮亚杰是第一个把教育视为科学,并进行实证研究的科学家,学,并进行实证研究的科学家,他在他在5050年前就对教育研究的发年前就对教育研究的发展作出了正确的预言。展作出了正确的预言。我确信,在生命和精神之间,或是说在生物我确信,在生命和精神之间,或是说在生物和心理之间不存在边界。当一个有机体基于和心理之间不存在边界。当一个有机体基于他已获得的经验,并适应新的环境时
6、,那就他已获得的经验,并适应新的环境时,那就是心理过程。是心理过程。皮亚杰皮亚杰 1969年年GardnerGardner提出未来需要的五种心智提出未来需要的五种心智1)专业的心智,至少学一种专业,需要十年的过程,或者转向和其他不同的专业磨合2)综合的心智,当大量知识流过你的视野时,你需要去关联、理解和评估这些来自不同领域和地方的信息 3)创新的心智,因此你就能建立新的工作领域4)尊重别人的心智,不能不宽容和不尊重别人5)伦理心智,以使你的工作不仅是出自于自己的兴趣,也为改善所有人的生活质量而努力儿童学习者在很多方面区别于成人,对儿童学习者的研究显示学习随着时间的推移呈现出动态图景。在某些特殊
7、领域,比如生物学和物理学的因果关系、数、语言等,婴儿和幼儿具有极强的好学易学的先天素质 儿童缺乏知识和经验,但并不缺乏推理能力 早慧的知识可以起动学习过程,但由于有限的经验和逻辑思维系统的不完善,儿童的知识包含错误概念 儿童能够通过纯粹的意愿和努力学习,但当儿童被要求学习他并不具优势的领域时则需要具备有目的的学习策略1414学习科学对儿童学习者的研究学习科学对儿童学习者的研究儿童需要理解学习的含义,需要反思他们自己和别人的学习,元认知技能为学习提供了策略性的能力儿童是问题的解决者,又是问题的制造者儿童的好奇心和坚持性需要得到成人的支持和帮助1515学习科学对儿童学习者的研究学习科学对儿童学习者
8、的研究主要内容主要内容一、脑的基本原理一、脑的基本原理二、执行功能与学习二、执行功能与学习三、情绪与学习三、情绪与学习四、具体学科的学习四、具体学科的学习一、脑的基本原理一、脑的基本原理什么是脑什么是脑?脑是人最重要的器官脑是人最重要的器官人之所以独特因为人有独特的脑,脑死亡人之所以独特因为人有独特的脑,脑死亡了实际上作为人的主要特征就不复存在了了实际上作为人的主要特征就不复存在了脑是世界上我们接触到的最复杂的系统脑是世界上我们接触到的最复杂的系统脑的基本结构单元脑的基本结构单元神经元神经元 神经元神经元 NeuronNeuron 细胞体细胞体 Cell BodyCell Body轴突轴突 A
9、xonAxon树突树突 DendriteDendrite人脑中含有数千亿人脑中含有数千亿(10(101111)的神经元的神经元突触(突触(Synapse)神神经经元元与与神神经经元元之之间间,或或神神经经元元与与非非神神经经细细胞胞之之间间的的一一种种特特化化的的细细胞胞连接,称为连接,称为突触突触。突触是神经元之间进行突触是神经元之间进行联联系系和和生生理理活活动动的的关关键键性结构。性结构。出生时看到第一张面孔出生时看到第一张面孔神经剪除神经剪除人出生时,大脑皮层的每个神经元有大约人出生时,大脑皮层的每个神经元有大约2500个突触;两到三岁时,每个神经元突触个突触;两到三岁时,每个神经元突
10、触的数目达到大约的数目达到大约15000个;成年以后,每个神个;成年以后,每个神经元突触的数目大约是经元突触的数目大约是7500个。个。人的经历决定哪个连接将被加强,哪个将被人的经历决定哪个连接将被加强,哪个将被修剪;反复被激活的连接将得到保存。修剪;反复被激活的连接将得到保存。突触生长和剪除突触生长和剪除面孔识别的特异性面孔识别的特异性在发育不同阶段突触连接和密度的变化在发育不同阶段突触连接和密度的变化通常说灰质变化是一个通常说灰质变化是一个倒倒U U 型型的曲线的曲线大脑皮层大脑皮层5-20岁人脑的发育岁人脑的发育01481216年龄年龄 语言语言高级认知功能高级认知功能369-3-6月月
11、 年年 感觉通路感觉通路(视觉、听觉)(视觉、听觉)发展速度发展速度我们只使用了我们只使用了10%的脑吗?的脑吗?10%的说法是怎么开始的?的说法是怎么开始的?可能始于对爱因斯坦所说的话的错误引用;可能始于对爱因斯坦所说的话的错误引用;也有可能源于也有可能源于1908年年WilliamJames的一句话,他的一句话,他写到:写到:“我们只使用了我们所有心理和生理资源我们只使用了我们所有心理和生理资源的一小部分。的一小部分。没有科学证据表明我们只使用了没有科学证据表明我们只使用了10%的脑!的脑!我们使用了全部的脑!我们使用了全部的脑!只使用只使用10%的脑意味着什么?的脑意味着什么?睡眠与学习
12、睡眠与学习不同年龄阶段所需要的睡眠时间不同年龄阶段所需要的睡眠时间出生时出生时 16小时小时7岁岁 10.5小时小时14岁岁 8.5小时小时21岁岁 7.75小时小时睡眠有两种基本的形式:睡眠有两种基本的形式:慢波睡眠、快速眼动睡眠慢波睡眠、快速眼动睡眠睡眠对记忆的影响睡眠对记忆的影响近年的大量研究发现:近年的大量研究发现:“在发生新认知之后稍微睡一会儿,能巩在发生新认知之后稍微睡一会儿,能巩固和提高从新经验中学习的后期影响固和提高从新经验中学习的后期影响”大脑在慢波睡眠过程中记住陈述性或情景大脑在慢波睡眠过程中记住陈述性或情景记忆的内容记忆的内容非陈述性记忆(技能)则是在快速眼动睡非陈述性记
13、忆(技能)则是在快速眼动睡眠过程中被编码存储眠过程中被编码存储睡眠问题睡眠问题世界卫生组织对世界卫生组织对14个国家,个国家,15个地区,个地区,25916位基层医疗系统就诊的病人调查位基层医疗系统就诊的病人调查显示:有显示:有27%的人有睡眠问题。的人有睡眠问题。中国睡眠研究会公布的结果是中国成中国睡眠研究会公布的结果是中国成年人失眠发生率为年人失眠发生率为38.2%,而,而50%的学的学生缺少睡眠。生缺少睡眠。(大众科技报(大众科技报20090322)中小学生睡眠不足的主要原因中小学生睡眠不足的主要原因学校上学时间过早:尤其是中学学校上学时间过早:尤其是中学择校:学校离家远,需要早起择校:
14、学校离家远,需要早起作业太多作业太多兴趣班、辅导班兴趣班、辅导班上海市副市长沈晓明教授领衔的上海市副市长沈晓明教授领衔的“睡眠对儿睡眠对儿童生长发育影响的研究及其应用童生长发育影响的研究及其应用”获得获得2011年国家科技进步二等奖年国家科技进步二等奖对目前中小学校作息制度的改革提出建议,对目前中小学校作息制度的改革提出建议,并以上海市部分中小学校为试点进行了干预并以上海市部分中小学校为试点进行了干预效果评价,完成了通过研究推动干预措施出效果评价,完成了通过研究推动干预措施出台,再到措施效果评估的完整应用台,再到措施效果评估的完整应用建议不妨考虑适当减少学生的家庭作业,早建议不妨考虑适当减少学
15、生的家庭作业,早上到校时间推迟半个小时上到校时间推迟半个小时左脑左脑or右脑?右脑?大脑优势?大脑优势?左半脑左半脑语言语言 数学数学 逻辑逻辑 右半脑右半脑空间能力空间能力 面部识别面部识别 美术美术 音乐音乐每个脑半球都优先支每个脑半球都优先支配着某些行为。当然,配着某些行为。当然,一般来说普通人的两一般来说普通人的两个半脑协同工作,它个半脑协同工作,它们之间通过胼胝体联们之间通过胼胝体联系并传递信息。系并传递信息。没有科学证据表明创造性水平与右半没有科学证据表明创造性水平与右半球的活动之间存在着相关性球的活动之间存在着相关性同样,也没有科学证据表明分析性与同样,也没有科学证据表明分析性与
16、逻辑性思维依赖于左脑,或者左脑是逻辑性思维依赖于左脑,或者左脑是专门负责数学与阅读的专门负责数学与阅读的科学家们认为,虽然脑的两个半球的科学家们认为,虽然脑的两个半球的功能存在不对称性,但是并不是分开功能存在不对称性,但是并不是分开来运行的,而是共同完成所有的认知来运行的,而是共同完成所有的认知任务任务在教育上划分所谓的在教育上划分所谓的“左脑左脑”和和“右脑右脑”是错误的!是错误的!任何所谓的任何所谓的“左脑教育左脑教育”、“右脑右脑教育教育”、“左脑开发左脑开发”、“右脑开右脑开发发”也都是错误的!也都是错误的!环环境境基基因因身身体体行行为为脑脑家庭、学校、家庭、学校、同伴、社区、同伴、
17、社区、文化文化4646压力与学习压力与学习HPA轴:轴:下丘脑垂体肾上腺下丘脑垂体肾上腺短促而强烈的情绪刺激使短促而强烈的情绪刺激使我们自卫或形成强烈而持我们自卫或形成强烈而持久的记忆久的记忆适当的应激状态使我们的适当的应激状态使我们的记忆能够改进记忆能够改进早期的忽视和虐待早期的忽视和虐待长期慢性的压力长期慢性的压力会使会使HPA激素系统异常激素系统异常人人在在恐恐惧惧等等负负面面情情绪绪的的影影响响下下,进进行行高高级级思思维维的的前前额额叶叶皮皮层层激激活活下下降降,一一些些神神经经元元会会变变得得“静静寂寂”,而而无无法法工工作作。一一些些恐恐怖怖的的记记忆忆会会保保留留得得很很长长久
18、久,甚甚至至影影响响一一生生。恐恐惧惧对对儿儿童童的的影影响响最大,因为儿童的情绪控制能力较弱。最大,因为儿童的情绪控制能力较弱。神神经经科科学学家家已已经经发发现现:长长期期存存在在的的慢慢性性压压力力,会会使使学学生生身身体体受受到到长长期期的的严严重重损损害害,并并使使海海马马萎缩。萎缩。用科学概念表达用科学概念表达“减负减负”二、执行功能与学习二、执行功能与学习儿童发展和学习的两大基石儿童发展和学习的两大基石执行功能(执行功能(ExecutiveFunction)情绪能力(情绪能力(EmotionalCompetence)执行功能执行功能广义上来讲,执行功能是指对个体的意识和广义上来讲
19、,执行功能是指对个体的意识和行为进行监督和控制的各种操作过程。行为进行监督和控制的各种操作过程。包括三个方面:包括三个方面:抑制控制(抑制控制(inhibitorycontrol)工作记忆(工作记忆(workingmemory)认知灵活性(认知灵活性(cognitiveflexibility)许多学习问题和障碍都与执行功能的发展水许多学习问题和障碍都与执行功能的发展水平密切相关!平密切相关!执行功能的重要性执行功能的重要性可以有效地预测学业成绩可以有效地预测学业成绩是一个终身发展的过程是一个终身发展的过程与额叶的发育水平密切相关!与额叶的发育水平密切相关!额叶额叶是执行功能的是执行功能的神经科
20、学基础神经科学基础包括四个部分:包括四个部分:-外侧前额叶皮层外侧前额叶皮层-腹内侧前额叶皮层腹内侧前额叶皮层-额极额极-内侧额叶皮层内侧额叶皮层(1)抑制控制)抑制控制执行功能的核心成分,决定多种心理过程如执行功能的核心成分,决定多种心理过程如何协同工作。何协同工作。典型测试:白天典型测试:白天-黑夜任务、延迟满足黑夜任务、延迟满足要求儿童看到实验者出示画有太阳的卡片时,就要求儿童看到实验者出示画有太阳的卡片时,就报告晚上;而当实验者出示画有月亮的卡片时就报告晚上;而当实验者出示画有月亮的卡片时就报告白天。报告白天。抑制控制差带来的问题:执行力差,拖延。抑制控制差带来的问题:执行力差,拖延。
21、冲动控制冲动控制延迟满足延迟满足(2)工作记忆)工作记忆信息的意识加工,有点类似于电脑的内存,是有一定容量的。工作记忆让我们用已有的信息来整合当前的感觉信息,使我们可以有意识、有效地操作记忆(如思考、谈论、背诵),从而保证将其存储在长时记忆中。工作记忆不是孤立的通往长时记忆的通道,相反,大多数进入脑的感觉信息只是暂时的。记忆的信息加工模型记忆的信息加工模型工作记忆的时间和容量工作记忆的时间和容量如果没有背诵或持续的注意,在工作记忆如果没有背诵或持续的注意,在工作记忆中的信息只能保持大约中的信息只能保持大约15-20秒秒神奇的数字神奇的数字“7”工作记忆的容量问题:电话号码、音阶的音工作记忆的容
22、量问题:电话号码、音阶的音符数、一个星期的天数,等等符数、一个星期的天数,等等工作记忆容量的年龄特征工作记忆容量的年龄特征5岁儿童只能岁儿童只能2 (2)个数字)个数字7岁时,平均回忆岁时,平均回忆3个数字个数字11岁时,平均回忆岁时,平均回忆5个数字个数字几乎每两年增加一个,直到几乎每两年增加一个,直到15岁岁外侧前额叶皮层可能为外侧前额叶皮层可能为存储于其它皮层区域中存储于其它皮层区域中信息的维持提供了瞬时信息的维持提供了瞬时的缓冲的缓冲数学能力与工作记忆数学能力与工作记忆数学计算几乎都与数学计算几乎都与“工作记忆工作记忆”密切相关,密切相关,工作记忆的容量决定了计算的精度和准确工作记忆的
23、容量决定了计算的精度和准确度。度。一般而言,工作记忆较弱的儿童其数一般而言,工作记忆较弱的儿童其数学学能力能力一般也不好一般也不好,通过执行功能的训练,通过执行功能的训练可以取得较好的结果。可以取得较好的结果。此外,有很多儿童空间工作记忆较差,将此外,有很多儿童空间工作记忆较差,将来学习几何的时候会出现很多问题来学习几何的时候会出现很多问题,尤其,尤其是辅助线问题。是辅助线问题。(3)认知灵活性)认知灵活性包括注意的保持性、灵活性、规则转换的能包括注意的保持性、灵活性、规则转换的能力等力等所谓的所谓的“粗心粗心”,主要是,主要是注意的保持性注意的保持性和和灵灵活性活性方面的问题方面的问题没有没
24、有“不专心不专心”这回事,脑总是专注于某些这回事,脑总是专注于某些事情所谓事情所谓“不专心不专心”,只不过是孩子或学生,只不过是孩子或学生没有专注于我们所认为的有意义或重要的事没有专注于我们所认为的有意义或重要的事情,也就是说,注意具有选择性情,也就是说,注意具有选择性红红绿绿注意忽视注意忽视数学中的规则转换数学中的规则转换儿童的朴素认儿童的朴素认知对学习的影响知对学习的影响威斯康辛卡片分类任务威斯康辛卡片分类任务可以考察额叶功能可以考察额叶功能外侧前额叶皮层损伤的外侧前额叶皮层损伤的病人完成该任务存在困病人完成该任务存在困难难不同年龄阶段的儿童完不同年龄阶段的儿童完成情况也不一样成情况也不一
25、样可以采用该任务对儿童可以采用该任务对儿童的额叶功能进行评估的额叶功能进行评估提高执行功能和学业水平的最好方法提高执行功能和学业水平的最好方法鼓励儿童的热情和兴趣,带给他们快乐和鼓励儿童的热情和兴趣,带给他们快乐和自豪感;自豪感;降低儿童的压力降低儿童的压力鼓励儿童积极锻炼身体鼓励儿童积极锻炼身体给儿童归属感和社会认同感给儿童归属感和社会认同感给学生足够的机会重复练习执行功能,并给学生足够的机会重复练习执行功能,并逐步提高练习水平逐步提高练习水平执行功能发展的干预方法执行功能发展的干预方法注意力和动作协调性的干预注意力和动作协调性的干预沿着一条直线或曲线走沿着一条直线或曲线走手上拿着一个汤匙,
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- 脑科学 教育 启示 及其 应用
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