學(xué)習(xí)科學(xué)：從實(shí)驗(yàn)室到教室

潘卡杰·沙赫 張陽 周加仙

神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和功能的改變是學(xué)習(xí)的生理基礎(chǔ)

教育最根本的目的是創(chuàng)造更好的人。學(xué)習(xí)和記憶是教育的基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)是獲得技能或知識(shí)從而改變行為的過程;記憶是保留信息和從先前經(jīng)驗(yàn)中提取信息的能力。學(xué)習(xí)和記憶相關(guān)理論的基礎(chǔ)來自17世紀(jì)的哲學(xué)家勒內(nèi)·笛卡爾。他的基本思想是心理和大腦是相互分離的，即身心二元論。身心二元論是錯(cuò)誤的。弗朗茲·約瑟夫·加爾（1758-1828）是第一個(gè)認(rèn)為學(xué)習(xí)可能和大腦有關(guān)的人，第一個(gè)提出心理功能是生物性的且位于大腦的不同區(qū)域。

現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)開始于神經(jīng)元假說?？茁濉じ郀柣屠伞たü栐?906年提出大腦是由被稱為神經(jīng)元的細(xì)胞構(gòu)成，他們因此獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。我們現(xiàn)在理解的大腦是一個(gè)復(fù)雜的處理器，由神經(jīng)元組成，神經(jīng)元的交匯處稱為突觸。在大腦中突觸的數(shù)量非常巨大。

那么，腦是如何依靠這些結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)的呢？卡哈爾在1906年提出了一種學(xué)習(xí)和記憶形成的細(xì)胞理論，即神經(jīng)元連接強(qiáng)度變化理論。他認(rèn)為，神經(jīng)元之間的連接強(qiáng)度可能會(huì)隨著時(shí)間和學(xué)習(xí)而變化。

唐納德·赫布在1949年寫了一本書《行為的組織方式》。書中寫道，持續(xù)或者重復(fù)的激活會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞長(zhǎng)久性的變化，且隨著激活的持續(xù)或重復(fù)，其穩(wěn)定性也不斷增強(qiáng)……當(dāng)細(xì)胞A的軸突與細(xì)胞B的樹突足夠接近，而且能反復(fù)或持續(xù)激活B，那么其中一個(gè)細(xì)胞（或者兩個(gè)細(xì)胞）會(huì)發(fā)生生長(zhǎng)或代謝變化，此后A激活B的效率就會(huì)提高。這就是赫布突觸學(xué)說。在學(xué)習(xí)的過程中，兩個(gè)細(xì)胞協(xié)同工作，連接強(qiáng)度發(fā)生變化，形成強(qiáng)突觸，這就是我們現(xiàn)在講的神經(jīng)元可塑性。神經(jīng)元的可塑性發(fā)生在突觸，例如，你要記住一朵花的樣子，在你學(xué)習(xí)的過程中，需要兩個(gè)細(xì)胞協(xié)同工作，同時(shí)放電，細(xì)胞之間的連接加強(qiáng)。

研究這一現(xiàn)象的還有Tim Bliss和Terje Lomo。這兩個(gè)人在1973年發(fā)現(xiàn)了海馬突觸可塑性，突觸連接加強(qiáng)的現(xiàn)象。如果對(duì)突觸進(jìn)行高頻持久的刺激，那么這種突觸的改變將是永久的。這被稱為長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)作用。突觸可塑性是當(dāng)前主流的學(xué)習(xí)模型，成人與兒童在學(xué)習(xí)的過程中都會(huì)發(fā)生這種變化，這是學(xué)習(xí)的生物基礎(chǔ)。當(dāng)你正在學(xué)習(xí)這朵花的時(shí)候，一些神經(jīng)元的連接發(fā)生了變化，從而形成了對(duì)這朵花的記憶。所有的記憶，諸如你對(duì)母親的記憶，你吃早餐的記憶或者其他記憶，都是這樣形成的。到目前為止，神經(jīng)科學(xué)認(rèn)為記憶是以神經(jīng)元連接模式進(jìn)行編碼的，連接模式就是記憶的痕跡。

學(xué)習(xí)是獲取技能或知識(shí)，從而改變行為的過程;記憶是保留信息和從先前經(jīng)驗(yàn)中提取信息的能力。教育是技能、知識(shí)或思想從一代傳到另一代的過程（比如知識(shí)從老師、父母或其他類似的人傳給下一代），是一種學(xué)習(xí)形式。學(xué)習(xí)和記憶是教育的基礎(chǔ)，如果你不能學(xué)習(xí)，或者不能形成記憶，那么教育也是無用的。如果個(gè)體患有學(xué)習(xí)障礙、記憶障礙或者阿爾茲海默癥，那么他可能在教育方面也會(huì)存在問題。

有一種學(xué)習(xí)的觀點(diǎn)是課堂中教師的聲音和圖像輸入個(gè)體的大腦，大腦內(nèi)部進(jìn)行某些加工，大腦的結(jié)構(gòu)或功能發(fā)生了變化（這被稱為大腦的可塑性），個(gè)體會(huì)有一些收獲，可以輸出某些口語或行為，比如能學(xué)會(huì)2×2=4，學(xué)會(huì)2000多個(gè)漢字等。

教育需要循證實(shí)踐

蛋白質(zhì)是學(xué)習(xí)和記憶過程的分子基礎(chǔ)，神經(jīng)科學(xué)中有關(guān)蛋白質(zhì)等分子的研究成果較為豐富，有關(guān)突觸的研究成果較少，而有關(guān)大腦（即我們談到的教育）的研究成果就更少了。心理學(xué)對(duì)學(xué)習(xí)和記憶的研究通常需要對(duì)個(gè)體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)或測(cè)量，通過控制刺激呈現(xiàn)的時(shí)間、被試反應(yīng)的時(shí)間或信息呈現(xiàn)的方式來開展實(shí)驗(yàn)。神經(jīng)科學(xué)的研究涵蓋了心理學(xué)，其研究對(duì)象不僅包括人類還包括動(dòng)物。

大多數(shù)人都認(rèn)同教育是關(guān)于學(xué)習(xí)的科學(xué)，而教育實(shí)踐（即我們?cè)趯W(xué)校當(dāng)中如何實(shí)施）受到教育學(xué)、社會(huì)壓力和政治的影響。在我居住的澳洲（我認(rèn)為也包括美國和世界其他地區(qū)），政治影響了教育實(shí)踐。例如，當(dāng)我的女兒讀三年級(jí)時(shí)，當(dāng)?shù)卣疀Q定在學(xué)校取消教授乘法表。我的女兒現(xiàn)在25歲了，仍然不能背出完整的乘法表。如果你問她7×5等于多少，她要拿出計(jì)算器計(jì)算，購物對(duì)她來說是個(gè)大問題。

問題出在哪里？盡管心理學(xué)和神經(jīng)科學(xué)有幾十年的進(jìn)步，但我們?nèi)匀粵]能為教育和學(xué)習(xí)實(shí)踐建立證據(jù)基礎(chǔ)，教師可能沒有時(shí)間或資源接受訓(xùn)練和閱讀新近的研究，從而無法判斷自己的教學(xué)方式是否是最合適的。循證的醫(yī)學(xué)實(shí)踐始于20世紀(jì)70年代，因此，可以說學(xué)習(xí)和教育領(lǐng)域落后了醫(yī)學(xué)幾十年。

如果我現(xiàn)在告訴你，我有一個(gè)比阿司匹林更好的治療頭痛的藥物，在澳大利亞、美國或者中國通過了食品藥品監(jiān)督管理局審批之后，這個(gè)藥品要拿到市場(chǎng)上銷售（這個(gè)流程可能需要五年或十年的時(shí)間），這是健康領(lǐng)域的正常流程，是基于證據(jù)的流程。然后我問你藥物是否有效，是否造成其他問題，你發(fā)現(xiàn)自己在攝入藥物一個(gè)小時(shí)后頭痛癥狀確實(shí)減輕了，并且沒有其他副作用，這說明藥物確實(shí)有效果。在澳大利亞，如果我告訴你，我們不應(yīng)該教乘法表，這不是一個(gè)好的教育方式，然后政府成立了委員會(huì)，委員會(huì)同意取消乘法表，之后學(xué)校再也不教乘法表了。但是將乘法表從學(xué)校教學(xué)中移除是基于什么證據(jù)？不教乘法表，孩子在數(shù)學(xué)上是否取得了更好的效果？當(dāng)他們18歲的時(shí)候這樣做會(huì)不會(huì)對(duì)他們更有幫助？這就是問題所在，教育需要像對(duì)待健康一樣，需要以證據(jù)為基礎(chǔ)的實(shí)踐。

學(xué)習(xí)反饋：教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)

你在課堂中學(xué)習(xí)到信息或技能，儲(chǔ)存到大腦中形成記憶，通過不斷的復(fù)習(xí)，鞏固記憶，通過測(cè)試進(jìn)行回憶，這種對(duì)測(cè)試和回憶結(jié)果給予反饋是很重要的。我們知道，大腦是一臺(tái)預(yù)測(cè)機(jī)器，它會(huì)將回憶的結(jié)果和正確結(jié)果進(jìn)行比較，如果錯(cuò)誤，會(huì)反饋給記憶系統(tǒng)重新形成新記憶，同時(shí)形成一些情緒反應(yīng)，可能還會(huì)有激素釋放，使你感到沮喪。這些情緒對(duì)形成新記憶也有幫助?？傊答仌?huì)有認(rèn)知和情緒兩個(gè)方面的作用。這也是教師對(duì)學(xué)生的反饋所起到的影響。

反饋在教育中是非常重要的。教師在課堂中如何給反饋？給學(xué)生什么樣的反饋？是立即給予反饋還是明天再反饋？給學(xué)生五次機(jī)會(huì)還是三次機(jī)會(huì)？最好的反饋方式是什么？什么樣的學(xué)生應(yīng)該得到什么樣的反饋？為什么這樣的反饋會(huì)起作用？我們的學(xué)習(xí)科學(xué)中心就在做類似的研究，并將研究成果進(jìn)行轉(zhuǎn)化，提出教師最佳反饋時(shí)間和最佳反饋類型的策略，將其整合成一個(gè)“教師反饋矩陣”，幫助教師做好教學(xué)反饋，通過提高學(xué)生的注意力使學(xué)生獲得最佳學(xué)習(xí)。

基于學(xué)習(xí)科學(xué)的教學(xué)原則

我們還研究了科學(xué)課堂小組合作學(xué)習(xí)的作用，提出了一些教學(xué)策略，開展了研究型教師的專業(yè)發(fā)展項(xiàng)目，提出了基于心理學(xué)、教育學(xué)和神經(jīng)科學(xué)研究的教學(xué)原則。

無論在中國、美國、澳大利亞還是世界其他地區(qū)，教育應(yīng)該是總體相似的。我們希望教育能趨同，找到相似的教育原理，產(chǎn)生相似的教育效果。