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“学习科学”让人们认识学习与大脑的关系
时间:2018-10-25 15:08
“学习科学”让人们认识学习与大脑的关系

  江苏连云港赣榆区新城实验小学的学生们正在课堂上高声朗读。

  贵州丹寨羊巫苗寨,一名支教老师在教苗族小朋友写字。

  2018年全国科技活动周暨北京科技周上,一位小观众使用3D教学设备学习人体解剖结构。

  广东中山石岐中心小学的学生参加集体跳绳训练。

  编者按:过去百年,科技进步给健康、交通和通信等领域带来巨大变化。人类对自己的身体、大脑神经也有了更为深入的了解和利用,这就催生了由生物科学和教育科学交叉而成的前沿学科——学习科学。自问世以来,学习科学备受全球教育界关注,引领着世界教学模式的变革方向。

  我们从小就开始在学校学习,学习可以说是每个孩子长大成人、进入社会的必经阶段。然而,到底什么是学习,应该学习什么,人的大脑在学习的过程中发生了怎样的变化,如何学习才会更有效果?

  过去几千年,以孔子为代表的人类先贤对学习的重要性和学习的方法论有过很多阐述和探索,但受认知水平和科学技术的限制,人类对学习的本质、对学习与人体尤其是与大脑的关系却鲜有研究,直到最近几十年,学习科学才诞生和发展。日前,在首届世界教育前沿论坛上,来自世界各国的教育工作者、研究者围绕“学习的革命:学习科学引领教育未来”这一主题进行了深入探讨,让人们对学习科学这一相对新兴的学科有了一个全面的认识。

  人的学习过程值得更深入研究

  “学习科学就是运用各种最先进的专业知识,来聚焦研究人类的学习。”香港大学原副校长、荣休教授程介明认为,我们有很多教育理论,但都是在研究学习的成果,而学习的过程一直是个黑箱。随着科学进步和技术创新不断进入教育领域,现在有了学习科学这把钥匙,人类正在逐渐打开学习过程这个黑箱。

  北京师范大学校长董奇说,在20世纪末,随着一系列对人脑研究测量技术的进步,人类有史以来首次能够客观研究大脑学习的过程,可以对人的外在学习行为与脑机制有更为深刻的描述和理解。在此背景下,一个将人脑学习不同层面的研究整合起来,进行交叉研究的认知神经科学诞生了。教育学、心理学、神经学……学习科学涉及的学科非常多,不外乎人们从传统的思辨、从实际的经验来观察、思考和总结。研究的对象一方面是外在的行为,包括老师的教育行为以及学生的学习行为,另一方面则是大脑内部进行的认知活动,包括心理活动和神经活动。

  华东师范大学副校长任友群对学习科学的概念进行了更详细的阐述。他认为学习科学脱胎于认知科学,初衷是研究真的人在真实环境中学习的过程,而不是在传统的实验室里去研究学习,不是拿老鼠、猴子等其他动物去研究学习。任友群反复强调学习科学的理论基础——建构主义:知识的建构性、认知的情境性、学习的社会性。他表示,知识不是客观的,而是主体经验的解释和假设;学习不是被动地接受知识,而是主动生成自己的经验;教学不是传递知识,而是创设一定环境和支持促进学习者主动建构知识的意义。一言以蔽之,学习科学主要研究人是如何学习的这一问题,如果这一问题取得进展,接着就研究如何促进人的学习。教育者或者说是环境建构者,要利用学习科学来帮助学习主体建构属于他自己的知识。

  成年人的大脑也具有高度可塑性

  进入电子时代后,中国人开始大量使用拼音输入,而且现在智能拼音输入法的联想功能非常强大,使得中国人特别是少年儿童写字的时间越来越少。这一情况是否会影响儿童中文阅读能力的发展呢?

  深圳神经科学研究院院长谭力海教授和他的同事在进行了大量的研究调查后发现,过度使用拼音输入法的儿童左脑额中回发育不良,阅读能力明显低于同龄儿童,有的甚至存在严重的语言障碍。谭力海得出的结论是,中国儿童的阅读能力与书写的时间之间是正相关,与使用拼音输入法的时间则存在非常明显的负相关,而且这种关系随着年龄的增加而逐步增强。因此谭力海呼吁,应该限制儿童使用拼音输入法,甚至应该立法强制在中国的电脑键盘上设置手写区。

  谭力海解释,中国人在处理汉语时,主要使用左脑的额中回,左额中回临近大脑中负责运动的区域,这有可能跟两千多年来中国人学习汉语主要靠书写有关。与此相对应的是,人脑中负责处理英文的则是左脑的颞顶区,这也是大脑中负责听的区域,所以英文学习主要以听为主。中英文本身也有很大差别,汉字是象形文字,而英文则是表音文字。

  “在用拼音输入法打‘谭’这个字的时候,输入‘t、a、n’这三个字母和用笔写出‘言、西、早’这三个汉字完全没有关系。”谭力海说,长此以往,中国人使用汉字的能力将大为弱化,中华民族的文化传承将面临危机。

  谭力海还发现成年人的大脑也具有高度的可塑性。例如,让放下武器的哥伦比亚游击队员在20多岁时学习阅读,3年后这些年轻人大脑中负责阅读的灰质数量显著增加。在一个少年14岁和17岁时分别进行智力测试,会发现17岁智商明显提高。与之相对应的是,该少年大脑中的灰质体积也大为增加。总之,只要对大脑进行持续的学习刺激,即使是成年人,大脑中的灰质也会发生变化。可以说,学习科学为“学无止境”这句话找到了科学依据。

  里约热内卢联邦大学生物医学科学教授罗伯特·兰特介绍了巴西政府运用学习科学的例子。他说巴西总统之前专门签署了一份提升巴西教育水平的法律,其中要求学校必须设置专门的体育课程。罗伯特说,巴西政府之所以这样介入教育也是有学习科学作为依据的。运动会激活人脑中的很多区域,学生在上体育课的时候,其他方面的表现也会提升。为了通过更科学的研究来改变巴西的教育现状,巴西还创建了全国科学教育网络,目的就是把研究成果转化运用到教育实践中,让学习变得更加科学。

  “以教为中心”转向“以学为中心”

  “为了培养创新型而不是标准化人才,为了提供‘幸福教育’而不是‘成功教育’,深圳当前的中小学正在逐步从‘以教为中心’转向‘以学为中心’,这涉及教学内容、方式、过程、空间、评价等方面的系统性变革。”深圳市教育科学院院长叶文梓介绍了深圳学习科学的发展情况,具体来说,就是促进课程形态多样化发展;大力推进创客式、探究式、项目式学习;建设新型功能室和教室;建立中小学生综合素养电子成长档案;加快普及脑科学和学习科学,着力提升教师的现代信息技术应用能力和教学研究能力;以及开展综合素养阳光评价。

  叶文梓表示,深圳将结合自身实际情况运用学习科学、推动教育变革。深圳市教育科学研究院将加快建设脑科学和教育应用研究中心、人工智能研究中心、大数据研究中心。叶文梓呼吁加大力度普及脑科学的知识,因为只有教师们理解了脑科学之后才会去应用脑科学。

  许多专家认为,学习科学能够帮助完善现有教育体系。在董奇看来,对学习进行认知神经科学研究,有助于深入认识学习规律,对改进教育教学有一定启发。目前相关研究进展迅速,这将持续推动对学习规律的认识,能够为提高学习成效提供新的原理、方法和技术。不过董奇也认为,学习的认知神经科学研究取得的成绩还是初步的,有的成果与教育应用还存在较大距离;有的成果具有潜在的转化应用价值,但还需开展大量的转化应用研究工作。

  对于今后如何开展学习科学的研究,董奇建议:一是要以学生的学习和未来发展为中心,克服忽视学生主体地位的现象;二是要注重多学科和学科交叉研究,克服用学习的认知神经科学研究替代其他学科和层面研究的现象;三是要重视从学习、教育的实践中挖掘研究问题,开展问题导向的基础与应用研究,克服为研究而研究,从文献中找研究选题的现象;四是鼓励更多人共同参与学习科学研究,打破学科的“鄙视链”,倡导包容、开放、相互尊重、平等探索的氛围;五是倡导政府、大学、教育科研机构、中小学紧密合作,克服科研与实践“两张皮”的现象。董奇特别强调,要为学习科学搭建交流和分享平台,提倡认真、严谨、客观的科学态度,提高辨别能力,避免过度解读、夸大学习科学的作用。

  任友群认为,新时代背景下学习科学的使命就是用科学的、更为精准的方法研究教育,从而为国家培养综合素质全、综合能力强、具有创新思维的人才。目前,学习科学作为一个术语在中国的普及程度已大大提高,这一观念也逐渐被大家接受。但是,对人的教育和学习的研究是目前人类最复杂的任务之一,对此我们尚未达成足够的共识。

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