【教育读书】“脑科学+教育”，未来教育的风向标

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“脑科学+教育”，未来教育的风向标

    中国工程院院士、原教育部副部长韦钰曾说，在21世纪，人的智能成为重要的生产力要素，同时指出了“脑科学+教育”是教育行业的终极发展方向。

    脑科学带来了脑机交互和类脑计算的惊人成就，但其最关键的应用领域还是教育领域，通过学习来塑造人脑本身。

    虚拟现实，信息社会，知识爆炸，转变……每个人都有很多思考。作为一个人工认知神经科学和脑科学研究的学者，我认为，脑科学在定义未来的过程中会发挥非常重要的作用。

    脑科学定义未来

    随着，脑科学的发展，特别是脑机接口的出现，发展人的认知和行动能力有了可能。结果，已经有人用脑机接口在低等动物身上呈现出来。

    未来，脑机接口的使用可能成为常态，几乎会用到动物身上，然后用到人类身上；甚至会用于残疾人，也会用作正常人。通过对大脑870亿个神经元的放电过程进行深入研究，把神经元放电所要表达的信号理解清楚，实现通过机械装置来帮助残疾人恢复正常的生活，甚至促进人类大脑的功能增强与延伸。

    在人工智能时代，技能型人才将会被人工智能所代替。既如此，在前两年阿尔法狗出现以后，AlphaFold通过智能算法，可以解析高度人们一直认为科学家的工作又安稳，而伴随着人工智能时代的到来，就连创新的科学工作也受到了挑战。

    所以，未来教育究竟如何发展，才能实现人的个性化潜能发展，提升学习能力和创新能力，实际上具有非常大的挑战。

    脑科学定义学习力

    教育的一个目的是为未来的培养人才。面对快速发展的社会或者未知的社会，最有效适应环境的方法，是为他配备强大的学习能力，这样他可以在任何的环境下适应并生存。脑科学的角度如何定义学习力？根据这几年我个人的思考，学习力可能至少包括三个方面的内容。

    首先，学习力需要有一个有机的知识体系，这实际上是跟我们大脑的感知觉平层和垂直叶密切相关，这里是人存储信息一个非常重要的区域。

    人的信息存储有几个特点：第一是层级性，它是从后面到前面，从简单到复杂，从具体到抽象；第二是紧密联系；第三是灵活使用。

    如果你的知识符合这样的规律，这个信息就能够存储下来，而且能够灵活地使用，如果不符合这个规则，某些说碎片化的知识或者死记硬背的学习，就不能形成有机联系的知识，从而避免了这种学习的困难，学完了以后很快会遗忘，除非是你花了几十次，上百次的重复把它记住了，也没有办法去灵活使用。

    为了实现这种基于人脑的知识存储机制，我们需要相应的有效的学习方式。某种，我们现在特别专注学习要从老师的“教”转向学生的“学”，从“输入”到“输出”，让学生成为学习的主角。在这个过程中，我们还需要依据知识本身思维导图能够帮助我们建立知识之间的联系，但我们要更科学地使用思维导图，而不是简单罗列各种知识点。

    这都是我们大脑外侧前额叶的主要功能，是我们获得知识，并进行综合分析和创新的但是，认知能力对教师所说的太陌生了，因为教师过去补充都在进行知识的传授。我们跟老师更多的扩展，某种认知能力恰到好处。

    怎么来定义，认知能力是不是就等同于智商，如何科学测量这样的能力？认知能力与学生学习成绩有没有关系，训练认知能力不能提高学业成绩？实际上，很多研究都对这还有，通过专业化的训练，能否提升个体的认知能力？最后，我们如何依据孩子的个性化认知能力来实现个性化的教育？对于这些问题，我们可能还需要更多的研究。大部分我们还需要更多的研究来回答这些问题，从而还需要更多的实践，以及一线的老师一起来做大数据的研究，来揭示这种认知能力和学习之间的深刻关系。

    第三，学习力还需要持久的学习动力，这是我们大脑局部前额叶的一个重要功能，它负责我们学习的动力系统。动力系统包含两个方面，就像我们讲汽车的动力系统。一个是它的方向盘，相等于人的价值，某些东西对人称重的替代，人就会追求这个方向；另一个方面实际上是像它的油门和刹车，就是既有强大的发动机，还要有很很好的刹车。

    当前，社会竞争加剧，各种诱惑的增加，对人的动机系统提出了严峻的考验，需要未来的孩子拥有对生活的持久热爱和激情，成长性思维，坚韧的品质，而且能够善于管理情绪和延迟满足，这才是一个强大的动力系统。

    为了培养强大的学习动力系统，教育还需要做出很多的改变，包括约会社会情绪学习的方法，进行心理素质的测评和提升练习；包括运动，包括正念冥想，包括成长型思维培养等等。

    基于此，我们过去几年做了一些初步的尝试。

    首先，为了实现学习提升学习力的教育目标，我们发现了学习的测评体系和工具，从核心认知能力，学科学习能力，心理素质和成长这些测评建立在脑科学所揭示的大脑结构和功能的对应关系基础上，从而能更好地揭示人脑的功能。全面检测一个孩子在各方面的能力积累情况，以及他在整个人群的分布情况，然后把这些孩子进行不同的分类。有的是各方面都很突出的，也是我们所说的拔尖人才；有的是各方面还有待提升的；还有一部分可能是属于不均衡型的，有些方面比较强，但还有一些薄弱串联。

    2019年，我们对1万多名学生做了一个测查，然后把学习能力和学业成绩进行关联。研究发现，转化年级的增加，认知能力对学业的贡献越来越大，而且有一些能力的贡献相对较为突出。这个研究还发现了几个有意思的结果。

    首先，我们发现两位数的心算是预测学业成绩的一个特别重要的指标。因为两位数的心算已经考察了你的计算能力，而且是训练你的工作记忆能力的一个非常重要的指标。这个结果实际上可以直接指导我们的教学和课后作业安排。

    第二，可以基于认知能力和学业成绩的关联，对学生进行学习，诊断，明确学习成绩后面的影响因素。

    第三，可以结合学业成绩和学习能力，进行分段走班教学，从而实现更好的个性化教育。

    第四，在高中，这种学业诊断还有助于高考选科的指导。

    基于这样的一些思考和数据，我们研发了针对学生不同阶段的大脑学习能力的扩展课程和教材，对小学生，初中生和高中生进行脑科学的扩展，传递“认知脑”“保护脑”“促进在小学阶段更多地突出认知领域的发展，因为小学阶段是大脑前额叶发展的一个关键时期。在中学阶段我们更多地突出认知能力和心理素质的教育；在高中阶段我们会把认知能力，心理素质和生涯规划进行一个融合，来指导学生个性化的发展。

    在这些课程中，我们把大脑测评，大脑训练/发展指导和脑科学普及有机融合，从而更有效地提升学生的学习能力。对于特殊的学生，无论是拔尖的学生，还是学困生，我们也可以针对其学习能力的情况，利用课后的时间，开展个性化的干预训练课程。

    在这个过程中，我们研发了一些基于脑科学的技术，例如在学校尝试建立基于脑科学的学习中心，结合基于互联网的学习力大数据平台，进行促进学生学习力发展的个性化的测评，训练干预，以及基于学习力的个性化教学。

    在这个过程中，我们得到了一些验证的结果，能够成功地对学生进行学习力的诊断，并且发现不同的学生的学习成绩和学习潜能；另外，专门的认知训练确实能够提高认知能力，改善大脑的结构和功能。在疫情期间，我们为一所中学研发了学习力课程，发现认知能力对学习成绩有提升作用。

    这说明，在通过认知训提升学业方面，还有很多的潜力可以去挖掘，能够作为促进学生学业发展，乃至后面长期发展的一个方向。