基于腦科學(xué)的未來教育

薛貴

近幾年大家一直都在提的詞是“未來已來”。未來究竟是什么形態(tài)？虛擬現(xiàn)實(shí)、信息社會(huì)、知識(shí)爆炸、全球化……每個(gè)人都有許多思考。作為一個(gè)從事認(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起到非常重要的作用。

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)，在拓展人的認(rèn)知和行動(dòng)能力上有很大的潛能。目前，已經(jīng)有人用腦機(jī)接口在低等動(dòng)物身上做了演示。未來，腦機(jī)接口的使用可能成為常態(tài)，不僅會(huì)用到動(dòng)物身上，還會(huì)用到人類身上;不僅會(huì)用于殘疾人，也會(huì)用于正常人。通過對(duì)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(hào)解讀清楚，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。

腦科學(xué)對(duì)未來的定義還表現(xiàn)在人工智能的推動(dòng)。在人工智能時(shí)代，技能型人才將會(huì)被人工智能所代替。不僅如此，在前兩年阿爾法狗出現(xiàn)以后，AlphaFold通過智能算法，可以解析高度復(fù)雜的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，給科學(xué)家的工作帶來了挑戰(zhàn)。人們一直認(rèn)為科學(xué)家的工作較為安穩(wěn)，然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，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)目的是為未來培養(yǎng)人才。面對(duì)快速發(fā)展的社會(huì)或者未知的社會(huì)，最有效適應(yīng)環(huán)境的辦法，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。從腦科學(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(shí)體系，實(shí)際上是跟我們大腦的感知覺平層和顳葉密切相關(guān)，這里是人存儲(chǔ)信息一個(gè)非常重要的區(qū)域。人的信息存儲(chǔ)有幾個(gè)特點(diǎn)：第一是層級(jí)性，它是從后面到前面，從簡(jiǎn)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(shí)符合這樣的規(guī)律，這個(gè)信息就能夠存儲(chǔ)下來，而且能夠靈活地使用，如果不符合這個(gè)規(guī)律，比如說碎片化的知識(shí)或者死記硬背的學(xué)習(xí)，不能形成有機(jī)聯(lián)系的知識(shí)，一方面這樣的學(xué)習(xí)很難保持，學(xué)完了以后很快會(huì)遺忘，另一方面是即使你花了幾十次、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(shí)存儲(chǔ)機(jī)制，我們需要相應(yīng)的有效的學(xué)習(xí)方式。比如，我們現(xiàn)在特別強(qiáng)調(diào)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(shí)本身的聯(lián)系來構(gòu)建這種知識(shí)的空間，而不是學(xué)習(xí)孤立、碎片化的知識(shí)。思維導(dǎo)圖能夠幫助我們建立知識(shí)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(jiǎn)單羅列各種知識(shí)點(diǎn)。

其次，學(xué)習(xí)力還需要強(qiáng)大的認(rèn)知能力，包括注意力、記憶力、思維力、反應(yīng)力等等。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(shí)，并進(jìn)行綜合分析和創(chuàng)新的基礎(chǔ)，也是我們現(xiàn)在教育需要重點(diǎn)培養(yǎng)的一個(gè)方面。但是認(rèn)知能力對(duì)教師來講太陌生了，因?yàn)榻處熯^去長(zhǎng)時(shí)間都在進(jìn)行知識(shí)的傳授。我們跟老師更多的普及，比如認(rèn)知能力究竟怎么來定義，認(rèn)知能力是不是就等同于智商，如何科學(xué)測(cè)量這樣的能力？認(rèn)知能力與學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)有沒有關(guān)系，訓(xùn)練認(rèn)知能力能不能提升學(xué)業(yè)成績(jī)？實(shí)際上，很多研究都對(duì)這兩個(gè)問題給出了肯定的答案，但我們的老師，家長(zhǎng)和學(xué)生還缺乏深入的認(rèn)識(shí)。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(duì)于這些問題，我們可能還需要更多的研究。一方面從做基礎(chǔ)研究的項(xiàng)目來講，還需要更多的研究來回答這些問題，另外還需要更多的實(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(dòng)力，這是我們大腦內(nèi)側(cè)前額葉的一個(gè)重要功能，它負(fù)責(zé)我們學(xué)習(xí)的動(dòng)力系統(tǒng)。動(dòng)力系統(tǒng)包含兩個(gè)方面，就像我們講汽車的動(dòng)力系統(tǒng)，一個(gè)是它的方向盤，等同于人的價(jià)值觀。哪些東西對(duì)人來講有價(jià)值，人就會(huì)追求這個(gè)方向;另一個(gè)方面實(shí)際上是講它的油門和剎車，就是不僅有強(qiáng)大的發(fā)動(dòng)機(jī)，還要有很好的剎車。當(dāng)前，社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)加劇，社會(huì)的隔離，各種誘惑的增加，對(duì)人的動(dòng)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(duì)生活的持久熱愛和激情、成長(zhǎng)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(dòng)力系統(tǒng)。為了培養(yǎng)強(qiáng)大的學(xué)習(xí)動(dòng)力系統(tǒng)，教育還需要作出很多的改變，包括引入社會(huì)情緒學(xué)習(xí)的方法，進(jìn)行心理品質(zhì)的測(cè)評(píng)和提升練習(xí);包括運(yùn)動(dòng)，包括正念冥想，包括成長(zhǎng)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)培養(yǎng)提升學(xué)習(xí)力的教育目標(biāo)，我們研發(fā)了學(xué)習(xí)的測(cè)評(píng)體系和工具，從核心認(rèn)知能力、學(xué)科學(xué)習(xí)能力、心理品質(zhì)和成長(zhǎng)規(guī)劃的角度對(duì)學(xué)生進(jìn)行深入的測(cè)評(píng)。這些測(cè)評(píng)建立在腦科學(xué)所揭示的大腦結(jié)構(gòu)和功能的對(duì)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(cè)一個(gè)孩子在各方面的能力得分情況，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)，但還有一些薄弱環(huán)節(jié)。

2019年，我們對(duì)1萬多個(gè)學(xué)生做了一個(gè)測(cè)查，然后把學(xué)習(xí)能力和學(xué)業(yè)成績(jī)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。研究發(fā)現(xiàn)，隨著年級(jí)的增加，認(rèn)知能力對(duì)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(duì)更為突出。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(cè)學(xué)業(yè)成績(jī)的一個(gè)特別重要的指標(biāo)。因?yàn)閮晌粩?shù)的心算不僅考察你的計(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(jī)的關(guān)聯(lián)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)的診斷，明確學(xué)習(xí)成績(jī)后面的影響因素。第三，可以結(jié)合學(xué)業(yè)成績(jī)和學(xué)習(xí)能力，開展分層走班教學(xué)，從而實(shí)現(xiàn)更好的個(gè)性化教育?，F(xiàn)在很多的分層教學(xué)是基于當(dāng)前的學(xué)習(xí)成績(jī)，可能還不足以全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能。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)。

基于這樣一些思考和數(shù)據(jù)，我們研發(fā)了針對(duì)學(xué)生不同階段的大腦學(xué)習(xí)能力的普及課程和教材，對(duì)小學(xué)生、初中生和高中生進(jìn)行腦科學(xué)的普及，傳遞“認(rèn)知腦”“保護(hù)腦”“提升腦”的科學(xué)理念和訓(xùn)練提升方法。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)知能力和心理品質(zhì)的教育;在高中階段我們會(huì)把認(rèn)知能力、心理品質(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(cè)評(píng)、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(duì)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(duì)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)，比如在學(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(tái)，進(jìn)行促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)力發(fā)展的個(gè)性化的測(cè)評(píng)、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，比如能夠?qū)W(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)力的診斷，還有揭示不同的學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)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(duì)學(xué)習(xí)成績(jī)有提升作用。這說明，在通過認(rèn)知訓(xùn)練提升學(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(zhǎng)期發(fā)展的一個(gè)方向。