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【教育讀書】
“腦科學(xué)+教育”，未來教育的風(fēng)向標(biāo)
中國工程院院士、原教育部副部長韋鈺曾說，在21世紀(jì)，人的智能成為重要的生產(chǎn)力要素，同時(shí)指出了“腦科學(xué)+教育”是教育行業(yè)的終極發(fā)展方向。
腦科學(xué)帶來了腦機(jī)交互和類腦計(jì)算的驚人成就，但其最關(guān)鍵的應(yīng)用領(lǐng)域還是教育領(lǐng)域，通過學(xué)習(xí)來塑造人腦本身。
虛擬現(xiàn)實(shí)，信息社會，知識爆炸，轉(zhuǎn)變……每個(gè)人都有很多思考。作為一個(gè)人工認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)和腦科學(xué)研究的學(xué)者，我認(rèn)為，腦科學(xué)在定義未來的過程中會發(fā)揮非常重要的作用。
腦科學(xué)定義未來
隨著，腦科學(xué)的發(fā)展，特別是腦機(jī)接口的出現(xiàn)，發(fā)展人的認(rèn)知和行動能力有了可能。結(jié)果，已經(jīng)有人用腦機(jī)接口在低等動物身上呈現(xiàn)出來。
未來，腦機(jī)接口的使用可能成為常態(tài)，幾乎會用到動物身上，然后用到人類身上；甚至?xí)糜跉埣踩耍矔米髡Ｈ?。通過對大腦870億個(gè)神經(jīng)元的放電過程進(jìn)行深入研究，把神經(jīng)元放電所要表達(dá)的信號理解清楚，實(shí)現(xiàn)通過機(jī)械裝置來幫助殘疾人恢復(fù)正常的生活，甚至促進(jìn)人類大腦的功能增強(qiáng)與延伸。
在人工智能時(shí)代，技能型人才將會被人工智能所代替。既如此，在前兩年阿爾法狗出現(xiàn)以后，AlphaFold通過智能算法，可以解析高度人們一直認(rèn)為科學(xué)家的工作又安穩(wěn)，而伴隨著人工智能時(shí)代的到來，就連創(chuàng)新的科學(xué)工作也受到了挑戰(zhàn)。
所以，未來教育究竟如何發(fā)展，才能實(shí)現(xiàn)人的個(gè)性化潛能發(fā)展，提升學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力，實(shí)際上具有非常大的挑戰(zhàn)。
腦科學(xué)定義學(xué)習(xí)力
教育的一個(gè)目的是為未來的培養(yǎng)人才。面對快速發(fā)展的社會或者未知的社會，最有效適應(yīng)環(huán)境的方法，是為他配備強(qiáng)大的學(xué)習(xí)能力，這樣他可以在任何的環(huán)境下適應(yīng)并生存。腦科學(xué)的角度如何定義學(xué)習(xí)力？根據(jù)這幾年我個(gè)人的思考，學(xué)習(xí)力可能至少包括三個(gè)方面的內(nèi)容。
首先，學(xué)習(xí)力需要有一個(gè)有機(jī)的知識體系，這實(shí)際上是跟我們大腦的感知覺平層和垂直葉密切相關(guān)，這里是人存儲信息一個(gè)非常重要的區(qū)域。
人的信息存儲有幾個(gè)特點(diǎn)：第一是層級性，它是從后面到前面，從簡單到復(fù)雜，從具體到抽象；第二是緊密聯(lián)系；第三是靈活使用。
如果你的知識符合這樣的規(guī)律，這個(gè)信息就能夠存儲下來，而且能夠靈活地使用，如果不符合這個(gè)規(guī)則，某些說碎片化的知識或者死記硬背的學(xué)習(xí)，就不能形成有機(jī)聯(lián)系的知識，從而避免了這種學(xué)習(xí)的困難，學(xué)完了以后很快會遺忘，除非是你花了幾十次，上百次的重復(fù)把它記住了，也沒有辦法去靈活使用。
為了實(shí)現(xiàn)這種基于人腦的知識存儲機(jī)制，我們需要相應(yīng)的有效的學(xué)習(xí)方式。某種，我們現(xiàn)在特別專注學(xué)習(xí)要從老師的“教”轉(zhuǎn)向?qū)W生的“學(xué)”，從“輸入”到“輸出”，讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主角。在這個(gè)過程中，我們還需要依據(jù)知識本身思維導(dǎo)圖能夠幫助我們建立知識之間的聯(lián)系，但我們要更科學(xué)地使用思維導(dǎo)圖，而不是簡單羅列各種知識點(diǎn)。
這都是我們大腦外側(cè)前額葉的主要功能，是我們獲得知識，并進(jìn)行綜合分析和創(chuàng)新的但是，認(rèn)知能力對教師所說的太陌生了，因?yàn)榻處熯^去補(bǔ)充都在進(jìn)行知識的傳授。我們跟老師更多的擴(kuò)展，某種認(rèn)知能力恰到好處。
怎么來定義，認(rèn)知能力是不是就等同于智商，如何科學(xué)測量這樣的能力？認(rèn)知能力與學(xué)生學(xué)習(xí)成績有沒有關(guān)系，訓(xùn)練認(rèn)知能力不能提高學(xué)業(yè)成績？實(shí)際上，很多研究都對這還有，通過專業(yè)化的訓(xùn)練，能否提升個(gè)體的認(rèn)知能力？最后，我們?nèi)绾我罁?jù)孩子的個(gè)性化認(rèn)知能力來實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的教育？對于這些問題，我們可能還需要更多的研究。大部分我們還需要更多的研究來回答這些問題，從而還需要更多的實(shí)踐，以及一線的老師一起來做大數(shù)據(jù)的研究，來揭示這種認(rèn)知能力和學(xué)習(xí)之間的深刻關(guān)系。
第三，學(xué)習(xí)力還需要持久的學(xué)習(xí)動力，這是我們大腦局部前額葉的一個(gè)重要功能，它負(fù)責(zé)我們學(xué)習(xí)的動力系統(tǒng)。動力系統(tǒng)包含兩個(gè)方面，就像我們講汽車的動力系統(tǒng)。一個(gè)是它的方向盤，相等于人的價(jià)值，某些東西對人稱重的替代，人就會追求這個(gè)方向；另一個(gè)方面實(shí)際上是像它的油門和剎車，就是既有強(qiáng)大的發(fā)動機(jī)，還要有很很好的剎車。
當(dāng)前，社會競爭加劇，各種誘惑的增加，對人的動機(jī)系統(tǒng)提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，需要未來的孩子擁有對生活的持久熱愛和激情，成長性思維，堅(jiān)韌的品質(zhì)，而且能夠善于管理情緒和延遲滿足，這才是一個(gè)強(qiáng)大的動力系統(tǒng)。
為了培養(yǎng)強(qiáng)大的學(xué)習(xí)動力系統(tǒng)，教育還需要做出很多的改變，包括約會社會情緒學(xué)習(xí)的方法，進(jìn)行心理素質(zhì)的測評和提升練習(xí)；包括運(yùn)動，包括正念冥想，包括成長型思維培養(yǎng)等等。
基于此，我們過去幾年做了一些初步的嘗試。
首先，為了實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)提升學(xué)習(xí)力的教育目標(biāo)，我們發(fā)現(xiàn)了學(xué)習(xí)的測評體系和工具，從核心認(rèn)知能力，學(xué)科學(xué)習(xí)能力，心理素質(zhì)和成長這些測評建立在腦科學(xué)所揭示的大腦結(jié)構(gòu)和功能的對應(yīng)關(guān)系基礎(chǔ)上，從而能更好地揭示人腦的功能。全面檢測一個(gè)孩子在各方面的能力積累情況，以及他在整個(gè)人群的分布情況，然后把這些孩子進(jìn)行不同的分類。有的是各方面都很突出的，也是我們所說的拔尖人才；有的是各方面還有待提升的；還有一部分可能是屬于不均衡型的，有些方面比較強(qiáng)，但還有一些薄弱串聯(lián)。
2019年，我們對1萬多名學(xué)生做了一個(gè)測查，然后把學(xué)習(xí)能力和學(xué)業(yè)成績進(jìn)行關(guān)聯(lián)。研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)化年級的增加，認(rèn)知能力對學(xué)業(yè)的貢獻(xiàn)越來越大，而且有一些能力的貢獻(xiàn)相對較為突出。這個(gè)研究還發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)有意思的結(jié)果。
首先，我們發(fā)現(xiàn)兩位數(shù)的心算是預(yù)測學(xué)業(yè)成績的一個(gè)特別重要的指標(biāo)。因?yàn)閮晌粩?shù)的心算已經(jīng)考察了你的計(jì)算能力，而且是訓(xùn)練你的工作記憶能力的一個(gè)非常重要的指標(biāo)。這個(gè)結(jié)果實(shí)際上可以直接指導(dǎo)我們的教學(xué)和課后作業(yè)安排。
第二，可以基于認(rèn)知能力和學(xué)業(yè)成績的關(guān)聯(lián)，對學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)，診斷，明確學(xué)習(xí)成績后面的影響因素。
第三，可以結(jié)合學(xué)業(yè)成績和學(xué)習(xí)能力，進(jìn)行分段走班教學(xué)，從而實(shí)現(xiàn)更好的個(gè)性化教育。
第四，在高中，這種學(xué)業(yè)診斷還有助于高考選科的指導(dǎo)。
基于這樣的一些思考和數(shù)據(jù)，我們研發(fā)了針對學(xué)生不同階段的大腦學(xué)習(xí)能力的擴(kuò)展課程和教材，對小學(xué)生，初中生和高中生進(jìn)行腦科學(xué)的擴(kuò)展，傳遞“認(rèn)知腦”“保護(hù)腦”“促進(jìn)在小學(xué)階段更多地突出認(rèn)知領(lǐng)域的發(fā)展，因?yàn)樾W(xué)階段是大腦前額葉發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵時(shí)期。在中學(xué)階段我們更多地突出認(rèn)知能力和心理素質(zhì)的教育；在高中階段我們會把認(rèn)知能力，心理素質(zhì)和生涯規(guī)劃進(jìn)行一個(gè)融合，來指導(dǎo)學(xué)生個(gè)性化的發(fā)展。
在這些課程中，我們把大腦測評，大腦訓(xùn)練/發(fā)展指導(dǎo)和腦科學(xué)普及有機(jī)融合，從而更有效地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。對于特殊的學(xué)生，無論是拔尖的學(xué)生，還是學(xué)困生，我們也可以針對其學(xué)習(xí)能力的情況，利用課后的時(shí)間，開展個(gè)性化的干預(yù)訓(xùn)練課程。
在這個(gè)過程中，我們研發(fā)了一些基于腦科學(xué)的技術(shù)，例如在學(xué)校嘗試建立基于腦科學(xué)的學(xué)習(xí)中心，結(jié)合基于互聯(lián)網(wǎng)的學(xué)習(xí)力大數(shù)據(jù)平臺，進(jìn)行促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)力發(fā)展的個(gè)性化的測評，訓(xùn)練干預(yù)，以及基于學(xué)習(xí)力的個(gè)性化教學(xué)。
在這個(gè)過程中，我們得到了一些驗(yàn)證的結(jié)果，能夠成功地對學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)力的診斷，并且發(fā)現(xiàn)不同的學(xué)生的學(xué)習(xí)成績和學(xué)習(xí)潛能；另外，專門的認(rèn)知訓(xùn)練確實(shí)能夠提高認(rèn)知能力，改善大腦的結(jié)構(gòu)和功能。在疫情期間，我們?yōu)橐凰袑W(xué)研發(fā)了學(xué)習(xí)力課程，發(fā)現(xiàn)認(rèn)知能力對學(xué)習(xí)成績有提升作用。
這說明，在通過認(rèn)知訓(xùn)提升學(xué)業(yè)方面，還有很多的潛力可以去挖掘，能夠作為促進(jìn)學(xué)生學(xué)業(yè)發(fā)展，乃至后面長期發(fā)展的一個(gè)方向。
