情绪认知科学教育科学的新课题

情绪认知科学教育科学的新课题

随着科学技术的发展，人们对脑科学与教育的关系有了进一步的认识，建立了新的兴学科教育科学，并对心理学、脑科学和教育科学进行了探讨。哈佛大学在其认知和神经科学基础上率先确立了心智、脑和教育项目。2007年,以哈佛大学的Fischer教授为首的部分国际知名教育学家成立了TheInternationalMind,BrainandEducationSociety(IMBES),即“国际心智·脑和教育学会”,强调认知心理学、神经科学和教育实践(尤其是在学习、教学、认知和社会发展)中的结合运用。过去20年,在社会认知神经科学研究领域,情绪的脑机制研究也取得了进一步的发展,但是将情绪的脑研究结果应用到教育中尚未得到足够重视。关于情绪与教育,《论语》的开篇首章首句“学而时习之,不亦说乎”,即描述了两者的交互作用。同类的还有“知之者不如好之者,好之者不如乐之者”,说明在古代,教育者就意识到积极情绪对学习的促进作用和培养积极的学习动机的重要性。在我国进行的新课程改革中,情感目标是新课程最重要、最核心的目标之一,情感目标的确立也印证了现代教育对学生健全人格的培养、情绪与学习效果交互作用的重视。本文主要回顾情绪的脑环路研究、情绪与认知的交互作用和情绪障碍的脑研究三个方面的研究成果,以期对教育的优化提供服务。一、情绪加工和动机脑假如神经科学家监测学生的大脑以观察其在教学过程中的情绪状态,有哪些脑区会反映出学生的情绪体验?在加工情绪的脑网络中,杏仁核和前额叶被认为是其中的两个关键脑区。如果个体感受到威胁,杏仁核会做出快速反应,这个功能具有很强的适应性意义,例如LeDoux等人认为情绪的快速通路就是经过丘脑直接传递到杏仁核,这样可以为个体争取生存时间。除杏仁核和前额叶外,腹侧纹状体、前部扣带回和脑岛也被研究证实和情绪加工有关。前额叶也是情绪加工的重要脑区,只是不同前额叶部位在情绪加工中的作用不同。如腹内侧前额叶和基本的正性和负性情绪表征有关,而背外侧前额叶则和情绪的目标表征有关。在大脑中动机环路和情绪环路是紧密联系的,两个系统存在重叠,如愉快情绪对应着趋近动机。作为奖励加工的脑区,眶额皮层(OFC)在个体进行愉快情绪判断、闻愉悦的气味、听到愉快音乐和加工幽默材料时都产生激活,基于电生理的研究发现左侧和右侧前额叶分别和趋近和回避的动机相关。这一研究结果已经被应用在商业领域,例如对产品或广告的评价等等,但是这个模型在一些研究中未得到证实。学习动机和学习目的、学习策略都有很强的相关性,教育首先要保护的是学生长远的学习动机,从而能更好地达成学习目的,采用更有效的学习策略。通过对情绪和动机脑的研究我们可以知道如果学生的学习动机总是和负性动机有关,如害怕惩罚,逃避威胁等,那么杏仁核等情绪性脑区都会长期处于激活状态,从而导致情绪问题。当然,学生的学习动机可以通过教师引导和学生自主调节作用发生改变,此时需要发挥背外侧前额叶的作用,调动学生学习的深层次动机。二、正性情绪扩展—情绪与认知的交互作用情绪与认知的交互作用在教育中的重要性不言而喻。事实上,情绪几乎影响学习的整个过程。假设学生需要解决一个数学问题,首先要明确的是解决问题的动机,是逃避惩罚还是为了自我成就感的达成。如果是前者,可能始终在恐惧或者压力状态下答题进而影响答题效果。在问题解决的过程中,注意、思维、记忆、决策等认知过程与情绪活动的交互作用都可能影响问题的解决。而学生在解题过程中如何克服出现的焦虑、失望、愤怒等负性情绪问题又涉及情绪调节的作用。积极心理学中的正性情绪扩展—建立理论就认为积极情绪可以扩展个体的注意广度、认知和思维—行动系统,促使他们从事更广范围的思维和行为活动,而负性情绪则相反。目前该理论得到了很多实证研究支持,如研究表明正性情绪会促进创造性问题解决、直觉性判断等。以下将从情绪与注意、情绪与记忆、情绪与决策,以及情绪调节四个方面了解这种影响的机制。(一)情绪性内容的加工教育内容首先要得到教育对象的注意,否则后续的深入学习变得不可能。研究表明情绪会约束注意而且注意对情绪性内容具有加工偏向。比如Fredrickson的研究就发现相对于中性情绪,积极情绪可以拓宽个体的注意广度,在Flanker任务的研究中也发现了情绪对选择性注意影响,而适宜的注意广度和选择性注意可能是学习的必要条件。在注意过程中,情绪性内容的加工存在优先性。即相比于中性刺激,情绪性刺激可以吸引更多注意,从而占据信息知觉上的优先地位。而相比中性刺激,情绪性刺激作为目标刺激或提示线索时,能增强注意,促进认知加工。这在一定程度上说明了为什么枯燥的教育内容不受欢迎且学习效率不高。对情绪性刺激的注意偏向也在事件相关电位(ERP)研究中得到证实,例如相对于中性刺激,情绪性刺激在刺激出现后120~180毫秒间诱发了更大的正波(P2),反映了情绪加工早期的注意偏向。在对情绪性刺激和注意的脑成像包括脑损伤研究中,杏仁核这一脑结构也是至关重要的。研究者认为杏仁核对情绪性刺激进行快速探测,然后投射到皮层,这样可以促进对情绪性内容的注意和知觉。此外前额叶皮层也在对情绪性刺激的注意加工中激活。(二)杏仁核和核心脑区教学目标的达成依赖于学生记忆的形成,在这个过程中,情绪是重要的影响因素。情绪与记忆的相互作用主要集中于情绪性内容的记忆和情绪对记忆的影响方面。情绪性事件在记忆中占据优势,情绪唤醒影响记忆的编码阶段和巩固(consolidation)阶段,从而产生情绪记忆增强效应(enhancementeffectofemotionalmemory)。认知神经科学探讨了这种情绪性记忆保留优势的脑机制,发现杏仁核是这种效应产生的核心脑区,它调节海马和前额叶的活动。杏仁核作为情绪学习(如前文提到的恐惧学习)产生的脑区,同时触发应激激素的释放,经由下丘脑—垂体—肾上腺通路反馈到记忆巩固和储存脑区(内侧颞叶和前额叶)以及杏仁核本身,以提高记忆储存效率。除杏仁核外,不同情绪记忆类型还涉及不同的脑环路。如陈述性情绪记忆需要前额叶和颞叶的综合作用,而杏仁核、前额叶和内侧颞叶在记忆巩固的初期阶段和情绪性记忆的回忆初期综合构筑记忆系统。对于情绪性自传体记忆,杏仁核、前额叶和海马在条件性情绪习得、消退和恢复中都起重要作用。在记忆的准确性方面,研究已经表明负性情绪更容易导致错误记忆。除长时记忆外,情绪也对工作记忆产生影响,有研究者甚至认为情绪对认知过程的影响通常是通过影响工作记忆来完成的。如对数学焦虑的研究发现焦虑情绪可能影响了工作记忆而导致数学成绩的降低。新近研究发现,不同类型的情绪状态(负性、中性)对不同类型工作记忆(词语、空间)的影响也可能存在差异。如Lavric等通过电击威胁诱导正常人的焦虑情绪,结果发现空间工作记忆任务的表现因诱发的焦虑情绪影响而变差,然而言语工作记忆的表现则没有明显改变。ERP研究同样发现图片诱导的负性情绪更多地干扰了空间工作记忆的诱发电位,而非言语工作记忆,进一步支持空间工作记忆更易受负性情绪影响。这可能说明教学内容类型受情绪的影响程度不一,教师可以根据这一关系适当安排学生在不同情绪状态下的学习内容,如在学生情绪低落时可以尝试安排言语学习内容而非空间信息内容。(三)情绪和决策的联系显然,在教学和学习活动中教师和学生都面临很多微型决策,包括选择哪种教学方式,选择何种教学材料,选择哪种解题方式,等等。情绪会帮助我们作出这种决策。情绪与决策的交互作用涉及的主要问题是情绪是否影响个体的理性决策。传统的经济理论认为决策遵循预期效用最大化原理,决策者应当是完全理性的,但近年来研究学者从不同方面证明了情绪和决策之间的联系。Damasio在决策的神经科学研究基础上提出躯体标记假说(somaticmarkerhypothesis),认为人类的情绪都直接或间接地与躯体状态相联系。根据这一理论,Damasio看到了这种脑成像研究对教育的潜力,他认为对过去决策的情绪性记忆决定了生活中的决策行为,而我们现在的教育则忽视了情绪对学习和决策的影响力。实际上,脑损伤造成的情绪功能损失会引起决策困难。如Damasio的一项研究发现,腹内侧前额叶损伤患者和健康控制组被试相比,前者无法从之前的损失中学习到合理决策的规律。研究者认为,腹内侧前额叶损伤患者的情绪体验和表达功能受损,导致他们不能够利用身体产生的基于情绪的偏好信号来引导决策。除腹内侧前额叶,杏仁核和眶额叶皮层也是研究情绪与决策关系的重点。Krain等认为决策的执行功能包括热(情感)和冷(认知)两部分,前者主要与眶额叶皮层有关,后者主要与背外侧前额叶皮层有关。杏仁核对决策的主要作用是对反馈以及相关的情绪信息(例如奖赏和惩罚的效价和强度)进行加工。。(四)情绪调节的脑模型作为情绪智力的重要组成部分,情绪调节(emotionregulation)能力对教师和学生而言都很重要。情绪调节是指个体主动(voluntary)或自动(automatic)对其具有什么样的情绪、情绪什么时候发生、如何进行情绪体验与表达施加影响的过程,包含对情绪反应各方面的有意或自动的改变。情绪调节是个体正常社会交往活动的基础,很多研究表明情绪调节对促进目标达成、社会适应、心理健康和幸福感都有重要意义。成功的情绪调节会改变个体的情绪评定和情绪反应,研究者认为这种认知活动对情绪反应的调节是通过前额叶和边缘系统实现的。如功能性磁共振成像(fMRI)研究表明对负性刺激的情绪调节会降低杏仁核的激活水平,而对杏仁核活动的调节可能和前额叶活动相关。Phillips等人总结了情绪的主动调节和自动调节的脑模型。在情绪的主动调节中,前额叶皮层区域,包括双侧额下回、双侧的内侧额叶眶回、外侧额叶眶回、背侧扣带前回、背外侧前额叶以及腹外侧前额叶等脑区都起着重要作用;而情绪自动调节对应的脑区主要有杏仁核、喙侧扣带前叶、双侧的额叶眶回、腹内侧前额叶、额极眶额叶、内侧的额叶眶回尾部、背侧海马、脑岛以及海马旁回等区域。从已有的脑研究结果上可以推测不同情绪调节策略涉及不同的神经通路,成功的情绪调节依赖于前额叶的作用,表现为情绪脑区的反应改变。三、情绪障碍与学业压力情绪障碍是儿童和青少年的主要心理健康问题之一,而焦虑和抑郁是其中最主要的两种障碍。一方面,两种情绪障碍与学业压力不无关系,如调查发现学业表现不良学生的焦虑水平较高,学习障碍儿童容易患抑郁症等。另一方面,近年来,研究者也就情绪障碍的生理基础进行了很多探讨。(一)恐惧环路与基因融合研究焦虑是由对威胁和潜在威胁的期待引起的常见的多发的情绪障碍,其常见亚类包括恐惧症、强迫症、社交焦虑、广泛性焦虑障碍等。焦虑是基因和环境交互作用的结果:从基因角度看,研究已经表明焦虑症具有遗传性,且在双生子研究中证实了并发率,但是受制于方法学上的问题,还无法找到特定的基因基础。基因影像学通过考察基因对焦虑刺激的反应中杏仁核活动的影响,揭示了恐惧环路受基因影响。如已有研究发现,五羟色胺转运体的SS基因型携带者在面对恐惧刺激时,其杏仁核激活的更强。此外,焦虑症者的多种神经递质(如多巴胺、去肾上腺素等)的浓度也异于正常水平。fMRI研究已经表明焦虑者在诱发焦虑的刺激下杏仁核、双侧海马和前额叶尤其是右侧前额叶的激活更强。这也说明了前述前额叶和边缘系统的脑环路异常易伴随情绪障碍。总之,焦虑的易感性是由基因和环境共同决定的,且有其分子生物机制和神经活动表现。(二)青少年情绪障碍的脑结构和功能变化抑郁是一种以显著而持久的情绪低落为主要特征的情绪障碍,伴随兴趣或快感缺失、有自杀念头、减少社会活动、睡眠和饮食习惯改变和精力不足等症状,其中快感缺失被认为是抑郁症的核心症状,伴随对负性信息的加工偏向。值得注意的是焦虑和抑郁是两个相关的精神障碍,也就是长期的焦虑可能导致抑郁,这说明了早期干预的重要性。在基因基础上,研究表明生活事件对自我报告的抑郁症状得分与五羟色胺转运体基因型有关。在生理基础上发现,抑郁症患者存在特定脑区结构和功能的异常,这种脑结构和功能改变主要集中在前额叶皮质、前部扣带回、海马、杏仁核、丘脑和基底神经节。而抑郁症患者的认知功能损伤表现为执行功能、短时记忆、操作能力下降和选择性注意困难等。对抑郁症患者治疗前后的对比研究表明,患者的认知功能可以通过治疗得到改进,脑白质病变损伤也可以通过心理和药物治疗得到改善。总之,对情绪障碍的脑研究发现了障碍者在结构和功能上的异常,这种障碍发生机制受基因和环境因素共同作用。在基因调节不可逆转的情况下,应营造良好教育环境以减少儿童和青少年情绪障碍的发生。青少年在面对生活事件和学业压力时极易产生负性情绪,调节不良会造成情绪问题。作为教育者应考虑如何避免学生因学业压力和教师教学等带来的情绪障碍问题。对这些情绪障碍的早期干预可以减少青少年脑结构或认知功能的损伤。四、基于脑科学的教学实践活动虽然在教育教学活动中,学生掌握学科知识很重要,但情绪问题也不容忽视,因为教师和学生都是受情绪影响的个体。近年来认知神经科学对情绪的产生、理解和调节的脑机制的探讨有助于我们更好地理解教育教学中情绪的作用和这种作用的机制。教育研究者对脑科学知识的掌握可以促进教育与神经科学之间的对话,从而对教育目标、教育内容、教育方法和教育评价有更好的构建,以跨学科的视野,开展基于脑科学的教学实践活动。此外,也要倡导积极教育观。(一)情绪调节的重视应用应注意使用的问题情感教育是促使个体社会化的重要因素,也是个体人格健全的重要保障。将情感目标作为教育的核心目标之一,说明新课程标准特别注重学生的情感体验尤其是积极的情绪体验。笔者认为,情感教育应首先对学生进行情绪理解和表达的教育。情绪理解即对情绪线索和情境信息进行解释的能力,是情绪智力的重要内容,也是个体发展和社会适应良好的指标。学会理解他人情绪,是社会交往的基础。基于脑的教育也支持情绪表达,长期的压抑会造成情绪环路的障碍。其次,考虑到情绪调节和心理健康的密切相关,情绪调节能力的培养也至关重要,除了心理健康课程教授基本的情绪调节策略,还应鼓励学生建立对自己行之有效的情绪激励或调节策略。对于情感教育的目标,目前还缺少有针对性的评价体系。卢家楣等人编制了“教学领域的情感目标测评问卷”,并发现问卷对教学的情感目标达成检测具有较好的鉴别度和可行性。相比于这种外显的测试方式,笔者认为脑科学的评价方式可能是未来的趋势。事实上20世纪五六十年代以来我国就开始对学生进行心理生理学指标的测试,如对学生听课时的皮肤、生物电反应规律的研究;在教育实验中,还逐步使用测脑电波的方法来验证实验效果等。然而,这些研究并没有推广到教育实践中。随着科技的发展,我们可以预期神经科学技术将为建立科学的教育评价系统和情绪能力测评系统作出更大的贡献。(二)通过音乐、幽默材料等措施,引导学生深化情感教育如上所述,情绪与注意、情绪与记忆的研究已表明个体对情绪性刺激的注意偏向和记忆优势。那么教育者在教育活动的设计中如何维持学生的学习动机并保障学习效率呢?教育内容的调整更新,教育活动的生动设计,以及师生之间的动机感染都是良好的途径。比如教师可以通过音乐、幽默材料等诱发学生对教学活动的积极情感,发挥情绪性内容在教学中的作用。其次,在儿童和青少年情绪性问题日益突出的背景下,应在学科教学中渗透情绪理解、情绪表达和情绪管理的知识技能,保障儿童和青少年的情感健康需求。举例来说:语文教师在设计《秋天的怀念》这类涉及学生情感共鸣的教案时,可以对教学内容作适当的扩展。在完成基本的语言教学目标,引导学生体会作者与母亲之间的感情之外,可在共情、情绪表达和情绪调节方面多做扩展。如引导学生体会自己面对类似情况的情绪体验,讨论通过哪些方式可以表达对母亲的爱,如果面临作者一样的人生境遇应该如何进行情绪调节等。由此既能培养学生的共情和情绪表达能力,还能培养其情绪调节能力。此外也能让学生意识到积极情绪更有益于问题的解决。(三)注重脑科学学科在教育教虽然很多实验室研究已证实了大脑在情绪和学习过程中的特定机制,但是还很少有来自教学现场研究的证据。应鼓励教师重视情绪的生理基础,运用脑科学理论总结新的教育教学方法,逐渐形成基于脑科学的教育方法体系。鼓励开展基于脑科学的情绪与学习的教学实验,即通过操纵不同情绪背景,研究学生学习和教师授课的效率。在教学实验过程中,既可以揭示教学规律,又可以培养学生的全面发展。基于脑科学的教学方法,依赖于教师专业成长过程中的脑科学素养的培养,这要求在教师队伍的培养中,需注重脑发育、儿童情绪发展等知识的普及教育。(四)积