周加仙:教育神经科学视野中的学生作业

摘要:周加仙、:华东师范大学教育学部研究员,教育神经科学研究中心副主任 首先,我来介绍一下教育神经科学是一门怎样的学科。可能很多老师和同学今天是第一次听说这样一门学科。这……

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周加仙:华东师范大学教育学部研究员,教育神经科学研究中心副主任

  首先,我来介绍一下教育神经科学是一门怎样的学科。可能很多老师和同学今天是第一次听说这样一门学科。这是在21世纪才诞生的一门新兴的学科,这门学科的最主要目的是解决教育实践问题,满足国家重大需求。更通俗地说,就是向科学要教育的质量。从教育神经科学的角度来设计学生的作业是这个学科中非常重要的课题。

  上个世纪的最后10年,美国、欧洲和日本都投入了巨额的资金,启动了脑计划的研究。到了21世纪,各国政府进一步投入巨额资金,来支持人脑的研究。例如,美国的脑计划大约投入60亿美元,欧洲的脑计划投入是13亿欧元,据网络新闻报告,我国的脑计划投入是540亿人民币。在这种巨额的投入支持下,这些年来,脑与认知科学的研究已经产生了海量的证据,这些研究成果已经超过了以往历史的总和。这些研究成果有两个重要的运用领域,一个是运用于医学领域,治病救人;另一个就是运用于教育,提升教育的质量。在这种背景下,在新世纪诞生了这门新的学科,叫教育神经科学。教育神经科学是将神经科学、心理学与教育学整合起来,研究人类教育现象及其一般规律的、横跨文理的一门新兴的交叉学科。

  但是这些海量的证据,并没有用到我们的课堂教学中来。这是一个卡脖子的问题,造成这个卡脖子问题的原因是缺乏能够综合地运用心理学、神经科学、教育学的知识,来科学地设计课堂教学的这种跨学科的复合型的人才。

  以往的教育学可能用的比较多的证据来自心理学。在很长的一段时间里,心理学主要运用行为主义的研究范式,输入一个刺激,然后看看它产生的结果,计算反应时或者正确率等。把刺激与反应之间的复杂人脑的活动看作是黑箱。教育神经科学正在打开人脑教与学的黑箱,探讨输入一个刺激之后,人脑内部产生的反应,探索教与学背后的生理机制。由于它注重学与教的脑生理机制,强调教育的实证研究范式,明确指向教育决策与实践的科学化,近年来已成为许多国家教育发展战略的基础,其发展对国民素质的提升与国家综合国力的增强具有重要的价值与意义。因此,经济合作与发展组织、世界银行、国际脑研究组织、联合国教科文组织国际教育局等重要的教育组织都十分重视这个学科的发展,并启动了相关的项目在全球来推进这个学科的发展。

  2019年,国际脑研究组织-联合国教科文组织国际教育局共同举办了一个高层论坛,让全球的教育部长和教育神经科学研究者进行面对面的对话。我有幸作为联合国教科文组织国际教育局的高级研究顾问受邀参加了这次会议。在这次论坛上,一些资深的教育神经科学家提出了一个非常重要的问题,在全球,包括德国、法国,其实也包括我们中国,心理学和教育学的本科生、研究生教育和教师培训的教材内容比较落后,教材内容关注得比较多的主要是上个世纪及其以前的研究成果,比如皮亚杰、维果斯基、杜威等人的思想,这些著名的专家确实在教育学和心理学的历史上做出了巨大的贡献,但是这些学者生活的时代和我们当今的时代已经迥然不同了,尤其是近些年来,各类神经影像技术和许多先进的研究手段和方法的运用,在教育神经科学的研究中,已经形成了系统性的知识体系,但是这些教科书却没有反映出来。

  长期以来,我国的文化一直奉行“头悬梁、锥刺股”的学习精神,这种文化显著地影响了家庭和学校的教育理念。但是从教育神经科学的角度来看,这是违背学生的学习规律的。根据《中国青少年儿童睡眠健康白皮书》的统计,我国小学生和中学生的睡眠时间都低于标准的睡眠时间。睡眠不足与作业的时长相关,随着中小学生作业时间的增加,睡眠时间显著减少。在两项有关影响睡眠因素的研究中,作业时长和课业负担在众多的影响因素中分别排第一。神经科学的证据表明,睡眠不足会导致人脑海马区的激活水平显著低于睡眠控制组的激活水平。海马区主要负责为短时记忆编码。与睡眠控制组相比,睡眠不足会激活更多的脑区。这些数据证明,睡眠不足会削弱海马区的编码能力,大脑必须借助更多的区域来学习。在这种情况下,大脑处于一种高负荷、低效率的认知状态,学习能力大打折扣。由此可见,睡眠不足会显著地降低第二天的学习效率。教育神经科学的研究,为学生的作业与睡眠之间的关系提供了大量的实证研究证据。

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  作业过多也导致了学生闲暇时间的减少,进而影响学生的创造性水平。从教育神经科学的角度来看,人脑中有两条非常重要的神经网络,一条是默认网络,一条是任务执行网络。默认网络主要负责脑中的内部定向、解释性和反思性思维的活动,例如在回忆过去的经历、想象、假设未来的场景,或在加工推断的、抽象的、与道德相关的信息时,或在白日梦状态下激活的网络。任务执行网络是完成各类任务时所激活的网络。学生一直忙碌于完成大量的作业,会导致大脑中的执行网络一直处于激活状态,而默认网络启动的时间减少。默认网络的活动与创造等能力的形成有关,默认网络的活动需要有闲暇的时间。因此,大量的作业,在培养学生的外在注意力和任务执行能力方面取得了重要的成就,但是学生闲暇时间减少,用于内在注意、自我反思能力的时间也会相应地减少,这会影响学生创新思维能力的形成。在我国的文化中,很多老师和家长都希望学生每时每刻都在学习,完成一个又一个学习任务。有的学校,为了防止学生开小差,甚至让学生戴着头环上课。这样,学生的任务执行网络一直处于启动状态。事实上,适当的开小差、做白日梦,是大脑的正常运行状态,是我们的反省思维、创造性思维活跃的时间,在这个过程中,在原本不相关的概念之间建立联系,就会产生顿悟的现象,因此,默认网络启动的时间是我们创造性思维发展的重要时间。这一点也得到了研究证据的支持,默认网络连通性较强的人,在某些认知能力方面,得分也比较高,比如说发散性思维、阅读理解、推理、记忆等方面。学生缺乏闲暇时间,终日忙忙碌碌,没有反思,在不同的事物之间就难以建立创造性的联结,长此以往,就会影响创造思维能力的形成。在古希腊,人们非常重视闲暇时间,特别是贵族阶层,他们认为,自由人就应该过一种闲暇的、有思考的生活方式。当代,闲暇成为一种稀缺的资源,甚至有人对在闲暇中度过的时间有罪恶感,把闲暇看做是浪费时间。

  那么,从教育神经科学的研究视角,如何来设计学生的作业呢?我们认为,作业的设计应符合脑认知发展与加工的规律,例如,人脑中的识别网络、策略网络与情绪网络是学生完成所有作业都会启动的三个通用的神经网络,这三个神经网络的加工效率存在着巨大的个体差异。因此,教师在设计作业的时候,可以遵循三条原则:根据大脑识别网络的加工规律,教师可以提供多种作业的呈现方式,以符合学生的个体差异;教师根据学生情绪网络的加工规律,可以设计多种作业的形式,供学生选择,以激发学生对作业的兴趣;根据学生策略网络的加工规律,可以让学生采用多种途径来完成作业,以发挥其创造性。除了人脑中的这三条通用的神经网络,教师还需要了解语、数、外、音、体、美等不同学科学习时人脑的加工规律与机制。人脑中的这三条通用神经网络可以与我国的课程标准联结起来,例如,识别网络关注作业内容(what);策略网络重视作业的过程与方法(how);情感网络、动机网络强调对待作业的情感、态度、价值观 (why)。教师在设计作业时,还需要确定具体的作业目标,并与学生交流作业的目标,这样才能达到作业的目的。

  由于时间关系,我们简要地从教育神经科学的角度来阐述了学生的作业设计。这些年来,教育神经科学的研究取得了突飞猛进的发展,已经深入到教育实践问题的方方面面,也为国家的教育政策制定提供了严谨可靠的证据,但是,目前,由于跨学科人才的奇缺,该领域的研究亟待进一步拓展。我们呼吁,广大的教育工作者、心理学与神经科学研究者,都要积极关注教育神经科学的研究,投身于这一新兴学科的建设中。


 编者按

  2021年7月3日下午,由中国教育科学研究院主办、教育文摘周报社承办、中关村第一小学协办的首届全国教育科普论坛成功举办。全国政协常委、民进中央副主席朱永新教授,教育部基础教育司司长吕玉刚以及中国科协科学技术普及部副部长廖红等与会领导对我院举办教育科普论坛、推进教育科学普及工作予以高度肯定。全国政协常委、中国科协副主席、中科院院士袁亚湘,清华大学文科资深教授谢维和等与会专家围绕“孩子们需要什么样的作业”论坛主题,发表了精彩演讲,并就作业问题达成一些初步共识。论坛采取线下会议与线上直播结合方式,来自北京、江苏、重庆、山西、河北等省市的高校和中小学教师、教科研人员、家长等200余人出席了现场会议;线上直播、微信公众号等关注度达9万余人次。论坛得到教育战线和广大家长的积极响应,取得明显正面成效。

  (本文根据华东师范大学教育心理学系研究员,教育神经科学研究中心副主任,《教育生物学杂志》执行主编周加仙在中国教育科学研究院首届全国教育科普论坛上的演讲整理)


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