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脑科学与教育 学生是用心学习还是用脑学习 为什么每个孩子都与众不同 阅读是最重要的学习方式吗 为什么说学生的社会情绪能力决定了他一生的幸福与成功 为什么要减负 学生是用心学习还是用脑学习 脑的发育 学生是用心学习还是用脑学习 脑的发育 出生后到二十多岁七个方面的变化 1 轴突 树突的生长2 突触生长3 突触剪除4 神经递质发育5 髓鞘化6 功能区重组7 脑的整体发育 学生是用心学习还是用脑学习 脑的发育 学生是用心学习还是用脑学习 脑科学的研究告诉我们 1 在儿童发育的过程中 突出连接和密度的变化呈倒U形 2 其中存在一个剪裁的过程 3 这是人脑的一种自主优化过程 将不需要的 无效的连接去除掉 要保留所需要的连接 就需要给它不断的 合适的刺激 学生是用心学习还是用脑学习 对教学的启示1 儿童有强大的学习能力 2 学生有些正确的科学概念的建立不是可以自发形成的 需要良好的教学策略 3 需要采用适合儿童年龄特征的学习方式和教学方式 学生是用心学习还是用脑学习 脑与我们的精神生活1 笛卡尔的二元论 理与性的灵魂与躯体是完全分离的 两者通过松果体相接触 2 AntonioDamaasio 笛卡尔的错误 学生是用心学习还是用脑学习 脑的功能分区 学生是用心学习还是用脑学习 脑的功能分区 1 枕叶 位于脑后中心部位的下方 是处理视觉刺激的主要中心 因此往往也被称为视觉皮层 2 颞叶 主要处理听觉刺激 由许多处理听觉 语言和某方面记忆的亚区组成 3 顶叶 处理触觉 压力 温度和疼痛等知觉 并能调节注意或分配空间注意 4 额叶 与推理 计划 情感 问题解决 以及部分的语言和运动 运动皮层 有关 学生是用心学习还是用脑学习 脑的功能分区 学生是用心学习还是用脑学习 两个数学回路 为什么每个孩子都与众不同 孩子是不断发展的 为什么每个孩子都与众不同 脑的发育过程 为什么每个孩子都与众不同 青春期的特点1 接受外面的信息特别敏感 2 孩子变化大 也很聪明 3 这个时候小孩特别喜欢表现 奖赏回路特别发达 为什么每个孩子都与众不同 分子层面长期记忆的形成 为什么每个孩子都与众不同 为什么每个孩子都与众不同 小结 1 大脑有一个发展的过程 不同的功能有不同的最佳发展期 2 建构过程是逐渐和连续进行的 3 在此过程中出现一些功能的敏感期 4 教育要考虑到学生的差别和学生的学习历程 阅读是最重要的学习方式吗 脑记忆系统中的一些核心部位 阅读是最重要的学习方式吗 阅读是最重要的学习方式吗 学习陈述性知识的时候 我们一般是有意识的学习 是明晰的学习过程 还有非常重要的 说不出的 如性格 情感 对别人的同情 在生活中形成了情感记忆 这些不需要意识控制的过程也是学习 是潜移默化学来的非陈述性知识 这个过程叫内隐学习 阅读是最重要的学习方式吗 学习是一个逐渐积累的建构过程 认知神经科学告诉我们 在学习过程中 对问题的理解是构筑在学习者原有的理解和经验之上的 阅读是最重要的学习方式吗 深刻理解概念的重要性注重教 也注重学创设学习环境建立在学习者已有知识上的重要性反思的重要性 更深刻理解概念的重要性 仅仅学到陈述性知识和程序性知识 却不一定能胜任工作 只有学习者知道何种情形运用何种知识 并能在新的情况中对原有知识做出恰当修正 陈述性知识和程序性知识才是有用的 当学生对概念获得更深层次的理解时 他们就会以一种更加使用而且深刻的方式来学习知识 并将所学知识迁移到真实情境中 剑桥学习科学手册 2009 给我们的启示 注重教 也注重学新的学习科学关注教学技巧 也关注学生的学习过程 创设学习环境适合的刺激建立在学习者已有知识上的重要性对于儿童来说 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反思的重要性 剑桥学习科学手册 2009 以学生为中心的探究式学习是在教师指导下学生的主动的探究过程和在学习共同体中互动的过程 社会情绪能力 情感推动注意 注意推动学习 RobertSylwester为什么能够成功 情商起决定性作用 王选Alllearninghasanemotionalbase Plato 社会情绪能力 社会情绪是指在社会性发展过程中形成的情绪 需要较多社会经历的卷入 与文化密切相关 自我意识情绪 对自己情绪的理解和表达 包括自豪 自信 害羞 羞耻 尴尬 愧疚 骄傲等等 指向他人的情绪 他人情绪的理解和反应 包括同情 同感 羡慕 妒忌等等 社会情绪能力 自我感知 能准确的评估自己的感觉 兴趣 价值取向和强项 保持一种有充分根据的自信的感觉 自我驾驭 能调节自己的情绪 以应对压力控制冲动 面对挫折能坚忍不拔 不断的确立和总结趋向实现个人和学业目标的进展 并能适当的表达自己的情绪 社会感知 能够了解他人的感觉 理解他人的观点 认可和欣赏个人之间和群体之间的异同 认可和能运用家庭 学校和社区处理人际关系的能力 处理人际关系的能力 在人际交往中能正确的处理自己的情绪 在合作的基础上建立和维持健康和有益的人际关系 抵制不合理的社会压力 适当防止 驾驭和以适当方式解决人际冲突 在需要时能寻求帮助 能负责任地做出决策 能在考虑伦理规范 安全 适当的社会规范 尊重他人 和对后果做出考虑之后做出决策 能在特定的学业和社会环境下运用这种决策能力 社会情绪能力 研究表明 儿童时期具有的情绪能力 而不是他们的IQ 是他们以后生活中能否成功的最好预示 但是 目前正规的教育和大部分的家长们 强调的是认知能力 忽略了情绪能力培养的重要性 摘自OECD CERI学习科学第一次会议纪要 社会情绪能力 由于前额皮层发育不完善 儿童的情绪调节能力较差 因此1 不要当着别人的面批评学生 容易引发自卑或退缩2 批评要就事论事 不要进行人身攻击3 不要在同班树立学习榜样 这只会导致人际关系紧张 社会情绪能力 延迟满足 为什么要减负 压力与学习 HPA轴 为什么要减负 1 如何能有效的记忆 有基因也有环境的作用 有些结论是比较明确的 如人的一些基本需要能够满足时 如睡眠 饥饿等 记忆就可以较好的形成 缺乏睡眠明显影响工作记忆 2 人在恐惧等负面情绪的影响下 进行高级思维的前额叶皮层激活下降 一些神经元会变得 静寂 而无法工作 一些恐怖的记忆会保留得很长久 甚至影响一生 恐惧对儿童的影响最大 因为儿童的情绪控制能力较弱 3 神经科学家已经发现 长期存在的慢性压力 会使学生身体受到长期的严重损害 并使海马萎缩 为什么减负 关于睡眠 出生时16小时7岁10 5小时14岁8 5小时21岁7 75小时 不同年龄阶段所需要的睡眠时间 为什么要减负 睡眠的类型 慢波睡眠和快动眼睡眠 为什么要减负 正常成人入睡时首先进入慢波睡眠 慢波睡眠分为四个期相 一共用时约90分钟 慢波睡眠阶段 脑血流量会逐渐下降 会出现心率减慢 血压下降 呼吸缓慢和体温降低 慢波睡眠 为什么要减负 在约90分钟的慢波睡眠之后 脑电活动会出现一次快速而剧烈的变化 眼动图记录表明 此时眼球出现了快速转动 50 60次 分钟 大脑皮层的氧消耗和血流量也与人清醒时相似 80 的人会报告这个阶段在做梦 快速眼动睡眠 为什么要减负 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 大脑在慢波睡眠过程中记住陈述性或情景记忆的内容非陈述性记忆 技能 则是在快速眼动睡眠过程中被编码存储 睡眠对记忆的影响 为什么要减负 睡眠对于记忆的影响1 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 2 大脑在慢波睡眠过程中记住陈述性或情景记忆的内容 3 非陈述性记忆 技能 则是在快速眼动睡眠过程中被编码存储 致谢 本课件参考了东南大学韦钰教授及其学习科学实验室的部分培训材料 一些你感兴趣的问题 男性和女性的脑是否不同 左右脑是如何分工的 脑是否具有可塑性 为什么要把脑科学与教育联系在一起 教育不只是知识的教学 教育的本质是对人脑的教育 教育实际上就是培养脑 学习实际上是一个生理过程 每一天都可能产生变化 男性和女性的脑是否不同 婴儿发育时所表现的贺尔蒙将影响脑部 决定脑部结构的男性化或女性化 男女脑部差异研究着重于 脑部的整体大小胼胝体 TheCorpusCallosum 下视丘 TheHypothalamus 脑部的整体大小 几乎所有的研究皆显示出生时男孩的脑比女孩大 出生时 男孩脑部平均比女孩重12 20 男孩头围也比女孩大 2 然而 若是比较同年龄者脑部 体重的比值男孩和女孩之间并无差异 因此 同样重量的女宝宝和男宝宝 脑部重量也相似 在成人 男性的脑部平均重量约比女性重11 12 男性的头部比女性大上2 左右 愿您谨记虽然男性平均而言脑部比女性来的重 但是脑部的绝对大小可能不是智力的最佳度量方式 过去有许多报导提到男性和女性的行为差异 例如 曾有报导提到女性在某些语言能力上较优 而男性则在某些空间能力上表现较佳 许多的研究曾试图发现由左右半脑的差异来推测男女的脑部差异 然而 有些研究发现男女之间的差异之处的确存有其意义 事实上 男性与女性的大脑半球有许许多多相似之处 胼胝体上的差异 连结左右脑的主要路径称为胼胝体 胼胝体由2 2 5兆条轴突纤维束所组成 脑部分割病患的胼胝体被截断 近来有些主张宣称女性的胼胝体 corpuscallosum 比男性的大 媒体大肆报导这些主张 然而 其它的研究则抱持着不同的看法 某些研究者使用磁振扫描摄影并无发现男女性的胼胝体有任何不同 需要更进一步的研究比较男女之间胼胝体的大小差异 下视丘的差异 下视丘是脑中男女差异已被妥善研究的区域 男性和女性下视丘的两个区域前视区 preopticarea 以及视交叉上核 suprachiasmaticnucleus 有很明显的不同 下视丘之前视区下视丘的这个区域涉及交配行为 包括人类在内的几个物种 其雄性的前视区不论在体积 横切面或是细胞的数量上 都较女性为多 男性此区域的体积是女性的2 2倍 细胞数目则为2倍 孩童在四岁以后才能在此区域看出显著的差异 四足岁时 女孩此核的细胞数目减少 此核对于行为的确切功能尚未完全厘清 下视丘之视神经交叉上核 下视丘的此区域与生理时钟 circadianrhythms 以及生殖周期 reproductioncycles 在此区域男性与女性的差异仅止于形状 在男性 此核的形状为球形 女性则显得较长 然而 男女两性在此核的细胞数目与体积上并无不同 视神经交叉上核可能影响此区域与脑部其它区域的连结 尤其是下视丘的其它区域 1 脑 一个还是两个 2 右侧 左侧右脑控制左侧身体的肌肉 而左脑则控制右侧身体的肌肉群 一般而言 来自身体左侧的感觉讯息交叉传递至右脑 而身体右侧的感觉讯息交叉传递至左脑 因此 当某一侧的脑部受损将会对另一侧身体造成影响 95 的右撇子 其左脑是语言的优势脑 即使是左撇子 其中60 70 是由左脑掌管语言 回溯至1860年代以及1870年代 神经科学家 PaulBroca以及KarlWernicke 观察到左脑特定区域受伤的人有发音以及语言上的问题 但这些区域右脑受损的人通常不会有任何语言障碍 脑部有两个区域对语言功能很重要 目前称之为布卡氏区 Broca sarea 以及韦尼克氏区 Wernicke sarea 脑部分割实验 1981两位神经科学家研究哪些曾经接受胼肢体切除术的病患 脑部分割实验 的受试者表现得相当 正常 他们可以行走 阅读 谈话 从事体育竞赛 以及进行手术前会做的任何事 唯有将要到达某一脑半球的讯息拦截实验严谨的完成后 手术的效果才能被确定 施行在脑部分割病患身上的实验是复合图 chimericfigures 就像是这张图 图中 左边是一位女士的脸孔 而右边是一位男士的脸孔 因此 如果病人凝视额头中央的的点 女人脸孔的视觉讯息将会传送到右脑 而男人脸孔则会传送到左脑 当脑部分割病患被要求由完整 正常的图片中 指出先前所看到的脸孔 病患通常会挑选女人脸孔的图片 记得吗 女人脸孔的讯息传送到右脑 然而 假如病患需要说出这张图所呈现的是男人或女人 病患会说是男人 因此 端看病患需要做何响应 左右脑各对不同的反应有主导权 在这个案例中 若无须命名 右脑将是脸孔辨识的优势脑 大脑可塑性 可塑性 或者称为神经可塑性 是大脑根据新经历而重组神经路径的终身能力 如同我们学习 我们透过指示或经验而获得新的知识和技能 为了学习或者记住一个事实或技能 在大脑里一定有持久的功能的变化藉以描述新知识 随学习而改变的大脑的能力 即是所谓的神经可塑性 有关神经可塑性的事实 事实1 神经可塑性包括在一生进行的几个不同的过程 神经可塑性不由一种单一类型的形态学上的变化组成 而是包括发生在整个个人一生的几个不同的过程 脑细胞中很多类型涉及神经可塑性 包括神经元 胶细胞和血管的细胞 事实2 神经可塑性有清楚的视年龄而决定的原素 虽然可塑性发生在一个人的一生 不同类型的可塑性在一的某些时期占支配性地位 但较少在其它时期流行 事实3 神经可塑性在两种主要条件的大脑里发生 1 在正常的大脑发展期间 当未发育完全的大脑首先开始处理感觉讯息时直到成年 发展的塑性和学习和记忆的塑性 2 作为一个适合的机制去补偿失去的功能 和 或使如果大脑发生损伤时保持功能最佳化 事实4 环境扮演影响可塑性的关键作用除遗传因素之外 大脑透过一个人的环境的特性和由那个相同的人的行动被形成 学习和记忆的可塑性 曾经相信当我们变老时 大脑的网络变得固定 不过 在过去二十年 大量研究已经揭示大脑从未停止改变和调整 学习是透过指示或经验获得新知识或技能的能力 记忆是知识随着时间被保留的过程 可塑性是大脑随学习而改变的能力 那么大脑怎样随学习而改变 1 在神经元内部的架构方面的变化 最显著的事在突触区域内 2 在神经元之间的突触的数量增加 最初 新学习的数据被 储存 在短期的记忆 这是回想片段讯息的一个暂时的能力 一些证据支持 短期的记忆倚赖大脑里的电和化学事件 与架构上的变化如新突触形成相反 短期记忆的一个理论说明记忆可能由神经回路引起 也就是说 一个进来的神经脉波刺激第一个神经元 第一个神经元刺激第二个神经元 依此类推 在一段时间之后 讯息可能被进入一种更永久类型的记忆 长期的记忆 这是根据大脑里发生的解剖或生物化学的变化的结果 脑科学的进展对教育的启示 大脑神经突触生长呈n状的模型假说 大脑的秘密主要在于神经细胞 而脑科学研究发现 早期大脑神经突触联系形成最为迅速 人在出生20年里神经突触密度的变化呈n型 即刚出生时低 童年期达到高峰 而成年后则又降低下来 那么这个事实对儿童的学习和教育的科学含义是什么呢 似乎可以得出这样一个结论 突触生长高峰期的童年是学习收获最多和智力发展最充分的时期 这项研究发现对开展早期教育提供了科学依据 尽管还没有完全证实 但值得进一步探讨 大脑发育的关键期假说 大脑发展的关键期概念是英国学者戴维休伯尔等人在60年代提出来的 休伯尔等人由此提出了一个视觉机能发展的关键期概念 最近这40年来 数以百计的脑科学专家对 关键期 作了大量研究并已取得相当的进展 其科学结论简要说来就是 脑的不同功能的发展有不同的关键期 某些能力在大脑发展的某一第三时期最容易获得 如人的视觉功能发展的关键期大约在幼年期 对语言学习来说 音韵学习的关键期在幼年 大约8岁以前 而语法学习的关键期则在大约在16岁以前 总体说 识字 阅读的关键期在8岁以前 最佳期在12岁以前 良好期在16岁以前 这个时期左右脑可以同时参与语言认知 16岁以后语言认知主要是左脑 大脑的变化 学习和记忆及脑内神经元的联结程度决定于环境对大脑的刺激 脑科学研究发现 多姿多彩的环境刺激对早期大脑发展具有显著的影响 人并不是生来就拥有一个功能完备 高效运转的大脑 大脑的逐渐成熟是一个人的遗传特征与外部经验交互作用的结果 也就是基因与环境交互作用的结果 以语言功能为例 语言是人和其他动物区别的重要标志 也是大脑成熟的重要标志 从脑的进化和关于语言机制研究中我们可以了解到 语言的产生具有重要的脑科学基础 这就是为什么人有语言而其他动物没有语言的根源 遗传特征在语言发展中固然起着重要作用 但正常的语言发展仍需要儿童期语言环境 也仍需要语言教育的配合 大脑的变化 学习和记忆及脑内神经元的联结程度决定于环境对大脑的刺激 总之 环境影响基因的变化 基因决定环境的作用 这是脑科学研究得出的一个新的见解 而这里的关键因素是对脑的刺激 人们在研究中已经认识到 引起脑内巨大变化的主要因素是有学习和记忆参与的脑力活动而不只是体力活动 像课外愉快的交谈 有意义的交往 填字猜谜游戏和勤奋的 轻快阅读 都可以不拘一格地使大脑得到刺激 比如 轻快阅读 通过眼脑直映 表象记忆 形象思维 整体认知 快速反应 使大脑得到刺激 16岁以下的学生和学前班儿童都能提高阅读速度3 5倍 900字 1500字 分钟 理解记忆率提高到70 以上 脑高级功能和生理基础主