認(rèn)知的腦神經(jīng)機制及其對教學(xué)的啟示

蘇保中

◆摘? 要：尋找模式是人類大腦認(rèn)知的本質(zhì)特點。認(rèn)知的本質(zhì)是模式建構(gòu)。模式結(jié)構(gòu)包括：模式識別、模式記憶、模式遷移。模式建構(gòu)教學(xué)策略是符合認(rèn)知規(guī)律的教學(xué)策略。包括模式建構(gòu)為本的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過程。

◆關(guān)鍵詞：認(rèn)知;模式;模式建構(gòu);模式識別;模式記憶;模式遷移

一、為什么討論認(rèn)知

——核心素養(yǎng)的落實與減負(fù)困局

學(xué)界普遍認(rèn)為，西方哲學(xué)側(cè)重理性能力，關(guān)注腦;中國哲學(xué)側(cè)重生命情感，關(guān)注心。隨著近代中西方的交流，兩種哲學(xué)取向也在相互借鑒，相互融合。漸漸地，對于人的素質(zhì)或素養(yǎng)的構(gòu)成似乎達(dá)成了共識——人的素質(zhì)：理性能力和感性素質(zhì)。于是教育的使命也就大致包括兩方面：提高學(xué)生的理性能力，提升學(xué)生的生命情感。于是，學(xué)習(xí)的兩個基本問題也就應(yīng)該是認(rèn)知和情感。可見，認(rèn)知能力是核心素養(yǎng)的“一半”（暫且這樣比喻）。

2016年9月13日，中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)研究成果發(fā)布，提出學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)，主要指學(xué)生應(yīng)具備的，能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。

對于什么是關(guān)鍵能力？2017年9月24日中共中央辦公廳 國務(wù)院辦公廳印發(fā)施行《關(guān)于深化教育體制機制改革的意見》，意見提出，在培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)知識和基本技能的過程中，強化學(xué)生關(guān)鍵能力培養(yǎng)。指出關(guān)鍵能力是指認(rèn)知能力、合作能力、創(chuàng)新能力、職業(yè)能力?？梢姡J(rèn)知能力是核心素養(yǎng)的關(guān)鍵能力。

大腦有近1000億個神經(jīng)元，彼此之間形成非常復(fù)雜的連接方式。這構(gòu)成了人認(rèn)知的生物學(xué)基礎(chǔ)（神經(jīng)機制）。神經(jīng)元的連接方式（模式），很大程度上決定了人與人的不同。

大腦的重量只有2磅多，但是卻消耗人每天攝入能量的約百分之八十。大腦的這一特點決定了人類的大腦是不夠用的。于是面臨異常復(fù)雜的世界，大腦在不斷地尋找規(guī)律（模式），來提高神經(jīng)系統(tǒng)的運行效率。由此得到推論：在一個充滿不確定性的世界中尋找確定性，是人類的本能;在不確定性中尋找確定性，這種能力就是認(rèn)知能力。

毛澤東的《實踐論》也是認(rèn)識論，是我們認(rèn)識世界改造世界的方法論。毛澤東指出：“從感性認(rèn)識到理性認(rèn)識。從理性認(rèn)識再到實踐。實踐、認(rèn)識、再實踐、再認(rèn)識，這種形式，循環(huán)往復(fù)以至無窮，而實踐和認(rèn)識之每一循環(huán)的內(nèi)容，都比較地進(jìn)到了高一級的程度。這就是辯證唯物論的全部認(rèn)識論。”

《實踐論》正好指出人類認(rèn)識世界改造世界的理性能力中的關(guān)鍵能力是認(rèn)知能力。同時又揭示了這個認(rèn)知過程。

用認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)原理，可以解釋毛澤東《實踐論》的認(rèn)知神經(jīng)機制：（見下圖）

從下腦到上腦是一個從感性認(rèn)識到理性認(rèn)識的過程，從上腦到下腦是一個從理性認(rèn)識再回到實踐的過程。

來自國家層面的減負(fù)效果之所以不好，根本原因在于我們在提高學(xué)生認(rèn)知能力方面缺乏科學(xué)的辦法。特別是近年來快速發(fā)展的腦科學(xué)成果沒有被學(xué)校教師所重視。有些成果停留在實驗室，離教室很遠(yuǎn)?？蒲腥藛T和教師這兩種人彼此隔離，因此需要第三種人或“二傳手”，幫助老師們把實驗室的腦科學(xué)成果，運用到教學(xué)實踐中。

二、認(rèn)知的本質(zhì)：模式建構(gòu)

——神經(jīng)元的連接方式的不斷重

如上所述，人類大腦的認(rèn)知特點是在不確定現(xiàn)象中尋找確定性。人類不遺余力找到的“確定性”（客觀世界規(guī)律的抽象性、結(jié)構(gòu)性表達(dá)），其表達(dá)形式就是模式（模型）。模式（模型）是一種物理或信息結(jié)構(gòu)（程序），它體現(xiàn)了被抽象物體的功能特征。從神經(jīng)生物學(xué)上講，一種模式，就是由相互連接的神經(jīng)元組成的網(wǎng)絡(luò)。

哲學(xué)家康德較早地揭示了認(rèn)知的規(guī)律。提出了一個知性范疇（圖式schema）的概念。知性范疇（圖式schema）就是知識的形式框架和結(jié)構(gòu)，人的知識則是在知性范疇與感性材料結(jié)合的基礎(chǔ)上建構(gòu)的，由此突出了人作為認(rèn)知主體的能動性。

皮亞杰在康德的基礎(chǔ)上，把知性范疇稱為認(rèn)知結(jié)構(gòu)（圖式schema）。如下圖：

兒童通過認(rèn)識某個具體的事物，然后在大腦中形成該事物的抽象概念schema，并借助其識別同類的事物。（如上圖）

維果茨基提出了內(nèi)化說。所謂內(nèi)化是指外部的東西轉(zhuǎn)化為內(nèi)部的東西，把客體的東西轉(zhuǎn)化為主體的東西。人的各種高級心理機能都是人類活動和交往形式不斷內(nèi)化的結(jié)果。兩人共同被認(rèn)為是建構(gòu)主義認(rèn)識論的奠基人。

圖式（schema）在不同的研究者那里有不同的表達(dá)。但意思大同小異。以下各詞幾乎是同義詞。

格式塔（完形）、認(rèn)知結(jié)構(gòu)、心智模式、思維模式、架構(gòu)、算法、神經(jīng)元模型、框架、吸引子、……。

所以，認(rèn)知就是創(chuàng)造新的心智結(jié)構(gòu)的過程。從神經(jīng)生物學(xué)上講，認(rèn)知就是模式建構(gòu)。

（一）模式識別——同化和順應(yīng)

模式識別就是神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)被激活。大腦將新事物識別為熟悉的范疇內(nèi)的事物。就是生物體將一個新的對象或者一個新的問題，識別成已經(jīng)熟悉的一類對象或一類問題的能力。

按照建構(gòu)主義的原理，模式識別的過程包括同化和順應(yīng)。當(dāng)外部信息與內(nèi)部認(rèn)知結(jié)構(gòu)相一致時，外部信息納入原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的過程叫同化：當(dāng)外部信息內(nèi)部認(rèn)知結(jié)構(gòu)不一致時，原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)做出改變，以適應(yīng)新信息的過程叫做順應(yīng)。同化和順應(yīng)的神經(jīng)機制，就是大腦神經(jīng)元之間的連接不斷調(diào)整的過程。學(xué)習(xí)者理解了一個新模式，就意味著他的心智結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化。

世界很復(fù)雜，因此需要簡化。因此，模式識別的出現(xiàn)，早于語言在進(jìn)化中出現(xiàn)的時間。

模式識別的運行方式是分類處理：

1.面對同一類事物能否有一個普遍的方法來解決？

2.如何確定一些事物是否屬于同一類？

3.對于同一類事物，如何找到解決問題的普遍的方法？

模式識別的基本環(huán)節(jié)：

1.簡化。為需要認(rèn)識的事物建立模式;

2.修正——在對新事物識別過程中不斷修正;

3.應(yīng)用——用模式解釋事物、預(yù)測未來。

模式識別的基本形式：

1.模仿——從形似到神似;

2.比喻——比喻是人對新知識認(rèn)知的途徑，即必須通過已有的認(rèn)知來理解新的事物;

3.類比——就是由兩個對象的某些相同或相似的性質(zhì)，推斷它們在其他性質(zhì)上也有可能相同或相似的一種推理形式。

（二）模式記憶——神經(jīng)元聯(lián)系的鞏固

記憶就是神經(jīng)聯(lián)系（模式）鞏固的過程 。睡眠能夠幫助人們把短期記憶固化為長期記憶，并將學(xué)習(xí)內(nèi)容與自身知識融為一體。短時記憶是突觸聯(lián)系強度變化的結(jié)果。而長時記憶的形成還需要形成結(jié)構(gòu)（模式）

（三）模式遷移——洞察一切的智慧

遷移的發(fā)生條件：

1.情境的相似性;

2.原有經(jīng)驗的抽象程度：能否在更高的抽象層次——圖式（schema）上表征問題。

情境的相似性，就是透過現(xiàn)象看本質(zhì)。某小品中“穿上馬甲我照樣認(rèn)識你”反映的就是這個問題。傳統(tǒng)數(shù)學(xué)教學(xué)中的變式訓(xùn)練就是這個意思;伏擊戰(zhàn)不止是可以在山地進(jìn)行，也可以在水上進(jìn)行。關(guān)鍵的因素是：第一，一個地方一定是敵人必經(jīng)之地;第二，敵人通過這個地方時一定走不快;第三，這個地方有利與我軍埋伏。這就是能在更高的抽象層次上表征問題。

考試就是考察遷移能力。遷移能力不強是學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)重的深層次原因。真實情境下解決復(fù)雜問題的能力更是考察遷移能力。早在上世紀(jì)80年代，我國學(xué)者就提出“為遷移而教”的口號。

三、對教學(xué)的啟示

——減負(fù)的一種路徑：模式建構(gòu)教學(xué)策略

（一）模式建構(gòu)為本的教學(xué)目標(biāo)——深度學(xué)習(xí)

2001年新課程提出了“三維目標(biāo)”：知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀。在之后的十年時間里備受質(zhì)疑。其中一個方面是

三維目標(biāo)中的過程與方法，不應(yīng)該成為目標(biāo)。而認(rèn)知目標(biāo)中又只有知識與技能這樣的低級目標(biāo)。而缺乏更高層次的認(rèn)知目標(biāo)。參考下圖。

從圖上看，事實性的認(rèn)知目標(biāo)只是冰山之一角。于是，在新修訂的義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)2011版中，認(rèn)知目標(biāo)從“兩基”擴展到“四基”：基礎(chǔ)知識、基本技能、基本思想、基本活動經(jīng)驗。

近年來，受國外的影響，教育界開始重視“大概念”。所謂大概念（big idea，也譯為大觀念、核心概念），是指反映事物本質(zhì)的可遷移的基本原理、定律、理論、思想等，是能夠連接碎片化知識的一種結(jié)構(gòu)性的、框架性的有意義的模型、模式。下圖是圍繞大概念的學(xué)科知識結(jié)構(gòu)金字塔：

下圖則體現(xiàn)了基于大概念的課程和教學(xué)目標(biāo)：

（二）模式建構(gòu)為本的教學(xué)內(nèi)容——模型與模式框架、結(jié)構(gòu)

現(xiàn)有的課程教學(xué)仍然存在碎片化的問題。前些年高中課改中的“模塊化”現(xiàn)在看來是一場災(zāi)難。模塊隱喻了知識的破碎性，它將知識視為積木。帶來的不僅是知識組織中的去中心化，更是知識選擇的無序化。不符合基于腦科學(xué)的模式建構(gòu)原理。碎片化學(xué)習(xí)不利于建構(gòu)系統(tǒng)化的知識結(jié)構(gòu)，這對知識向深度、廣度發(fā)展極為不利。所以人類必須學(xué)會將碎片化的知識整合為系統(tǒng)性知識的方法——“零存整取、碎片重構(gòu)”。

倡導(dǎo)以學(xué)科核心素養(yǎng)為目標(biāo)，以“大任務(wù)、大觀念、大問題、大項目”的名義來組織或結(jié)構(gòu)化要學(xué)的知識、技能、問題、情境、活動、評價等，使之成為一個完整的學(xué)習(xí)故事或事件。

（三）模式建構(gòu)為本的教學(xué)過程——探究學(xué)習(xí)與掌握學(xué)習(xí)相統(tǒng)一

探究學(xué)習(xí)為創(chuàng)新而學(xué)，掌握學(xué)習(xí)為效率而學(xué)。在教學(xué)過程中，學(xué)生是一個積極的探究者。教師的作用是要形成一種學(xué)生能夠獨立探究的情境，而不是提供現(xiàn)成的知識。布魯納指出，“所謂"掌握學(xué)習(xí)"，就是在"所有學(xué)生都能學(xué)好"的思想指導(dǎo)下，以集體教學(xué)（班級授課制）為基礎(chǔ)，輔之以經(jīng)常、及時的反饋，為學(xué)生提供所需的訓(xùn)化幫助以及所需的額外學(xué)習(xí)時間，從而使大多數(shù)學(xué)生達(dá)到課程目標(biāo)所定的掌握標(biāo)準(zhǔn)”。

探究學(xué)習(xí)與掌握學(xué)習(xí)各有各的優(yōu)勢，關(guān)鍵是兩者之間的統(tǒng)一。（見下圖）

方法就是“先探究后掌握”。先探究——通過教學(xué)實踐中嚴(yán)密組織起來的探究活動，幫助學(xué)生以最佳的普遍適用的模式掌握人類世代積累起來的社會普遍性內(nèi)容;再掌握——在發(fā)展中求鞏固。在運用規(guī)律（模式）的過程中體驗自由。實現(xiàn)模式與動力的統(tǒng)一、規(guī)范與自主的統(tǒng)一、創(chuàng)新與效率的統(tǒng)一。

參考文獻(xiàn)

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