芥末翻Summary｜学习科学的诞生——通过认知和脑科学了解学习
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图片来源：谷歌图片；论文来源：CERI（Centre for Educational Research and Innovation）；题目：Understanding the Brain: the Birth of a Learning Science ；译者：董倩；编辑：介一隹
本期芥末翻主要罗列了CERI（Centre for Educational Research and Innovation）在教育神经科学领域的研究成果，从简单的原理陈述到纠正人们普遍对大脑的误解再到牵涉到了的伦理问题，最后根据目前的研究状况给出概括性的研究方向。
一、原理陈述
大脑是如何学习的
大脑的核心特征——可塑性，可分为两种：加强或减弱神经元的联系。这种修改的程度取决于学习的类型，而长期的学习会让神经元之间联系的修改更为深刻持久。不但如此，修改的程度还取决于学习的时期，例如婴儿期的孩子新突触的发育即为迅猛。
后天环境的重要性
既然大脑具有可塑性，那么影响大脑可塑性最关键的因素就是环境的影响力。很多日常的环境因素都对改进大脑功能有益，例如社会环境以及与之的互动性、营养的摄入、体育锻炼、睡眠等。这些因素对教育的影响显而易见，但却常常被人们忽视。只有通过正确调节我们的大脑和身体，我们有可能发挥大脑可塑性的潜能来促进学习过程。
除了日常环境之外，环境中的情绪对人的影响也至关重要。我们的情绪会重塑大脑神经组织。在人们所处的社会环境中，有效地管控情绪是成为一名高效学习者的关键技能；自我调节能力更是行为和情绪技能中的最重要技能之一。
语言、读写能力与大脑
语言学习的有效性与年龄之间的存在负相关关系，一般来说，人们接触一门语言的年龄越小，其学习的成功率越高。神经科学已经着手对比在语言学习过程中，幼儿和成年人的大脑的差异。理解大脑对语音和语义的处理过程，可以帮助我们在读写能力教学中采用平衡的方法。
阅读中涉及的大脑环路大部分是跨语言共享的，但也存在一些差异，语言学习的特定方面需要激活不同功能的脑区，例如不同的解码或单词认知策略。字母语言“深度”学习中拼写的重要性，深层语言（将声音映射到富有变化的字母上），例如英语、法语，相较于浅层语言，如芬兰语、土耳其语会其拼写和发音会更加一致。在这种情形下，特定的大脑结构会支持人们对特定语言的阅读。
阅读障碍这一问题非常普遍，一般来说，阅读障碍与大脑左半球的后方区域与有关，这个脑区受损会导致处理语言声音元素功能受损，皮层不规则这一特征也用作判断阅读障碍的标志。神经科学正要开启识别和干预的新方法。
算术与脑
研究表明，即使是完成非常简单的数值运算，也需要激活大脑中很多不同部分的脑区，并且需要多个结构一起配合共同完成。仅仅是数字的简单展示，涉及一串复杂的回路，调动数感、视觉、语言表征。计算则需要调用其他更为复杂的分布式网络。根据讨论的问题，这些网络要随着变化，减法主要调动下顶叶区域的脑回，而加法和乘法需要调动其他脑区。目前对高等数学的研究还不是很多，但是至少我们知道处理不同问题需要激活大脑中不同的脑区。
从脑科学的视角出发了解数学的潜在发展路径对教学策略的设计有着积极影响。不同的教学方法会形成不同的神经通路，从而造成学习效果的差异。例如相较于现有的较为成熟的教学策略，学习训练这种策略发展的神经通路效果较差。从神经科学发展出来的“支持”教学策略，不是仅给出学生正确或错误的判断，而是提供更丰富的细节。
二、谣言粉碎机
以下是人们对大脑和学习的普遍误解，它们成为热门话题但没有足够的证据支撑。
我们没有时间可以浪费，因为大脑的所有重要因素都是在三岁时就决定了。
有些特定的内容必须在关键时期教授和学习。
但是，我曾在书中得知，我们只开发了大脑的10%。
我是左脑人，她是右脑人。
让我们面对现实吧——男人和男孩的大脑和女人和女孩的大脑就是不同的。
一个小孩的大脑只能在同一时间学习一种语言。
提高你的记忆力！
边睡觉边学习。睡觉的时候大脑在进行自我学习
三、教育神经科学的伦理规范与组织机构
大脑相关数据的数据的使用、影响大脑的调节性产品的使用以及人机结合的伦理与界限性问题的解决需要进一步的商榷和研究，不能因为这一新领域的重要性和未来领号发展前景而回避现存的基本道德问题。
虽然教育神经科学还处于初级阶段，但是随着跨学科研究的战略发展策略，它会为科学和教育界服务，走向国际视野。前沿研究机构有：日本科学技术研究所、德国乌尔姆大学神经科学与学习转化中心、丹麦学习实验室、英国剑桥大学的教育神经科学中心、美国哈佛大学教育学院的“心智、大脑、教育”研究所。
关键信息及潜在政策解读
学习个性化和普及化体现在年龄阶段上也体现个体能力上。
一方面脑研究为终身学习的整体目标提供了重要的神经科学证据支持，即教育没有年龄歧视，更不是只针对年轻人。尽管年轻人有更强的学习能力，但神经科学证实，学习是一项终身活动并且持续时间越长，学习越有效。值得注意的是神经科学为教育提供了更为广泛的利益，特别是人口老龄化。
另一方面，神经影像学提供； 更个性化的评估来改进学习，而非筛选和淘汰：强有力的评测机制可以用来来确定学生个性化学习特征和初始能力，但是同时它也可能导致比现在更强力度的筛选和淘汰。
此外，确保神经科学对专业学习挑战的贡献，也包括对“三大障碍”（阅读障碍、计算障碍、痴呆症）的贡献。就最近几年才引起人们关注的阅读障碍为例，人们可以通过检查听觉皮层（有些情况是视觉皮层）是否规则这一特征来判断是否患有阅读障碍，我们可以运用这一特征在孩子很小的时候做检测和鉴定。虽然早期干预和晚期干预都可能使阅读障碍患者治愈，但是早期干预的成功率会更高。
四、结论和未来展望
结论
教育神经科学不断产生有价值的新知识来指导教育的政策和实践
将看不见的教育观点转化为看的见得，例如，通过对专家和新手大脑活动模式差异的研究，帮助我们更好理解二者区别。此外，对不同年龄段大脑活动的研究，有助于规避年龄风险，实现有效的终身学习相关研究也会尝试解释在其他领域擅长的学生会在某一领域出现障碍的原因，并给出相应有针对性的建议。
脑研究为终身学习的整体目标提供了重要的神经科学证据支持，特别是人口老龄化问题
大脑的可塑性指大脑由于经验和实践的需要，发展和改造内部结构的行为。比如当某一部分不必要时，这个部分就会退化更新。这个过程贯穿整个生命时期，也包括老年时代。越来越多的证据表明教育应该应用于公民健康的实践中（参见CERI的“学习的社会产出”）。这个报告巩固了关于学习具有更大效益的观点，即通过神经科学研究发现，很多老龄化人群面临老年痴呆症问题，可以通过学习干预来解决。
我们需要基于身心、情感和认知相结合的整体方案
一方面，饮食、运动、睡眠方式通过对大脑功能的影响会进而对学习产生影响。另一方面，不仅情绪在大脑运转过程中发挥着重要作用，这个过程也通过情绪影响着其他人。特别是教育当中，通过分析恐惧和压力两种情绪，我们发现这两种情绪会降低人类分析能力，反之亦然，积极情绪会提升大脑的分析能力。
我们需要更好地理解青春期（高潜力、低控制）
神经科学为青春期及其发生的变化提供了新视角，这个阶段对于个人教育生涯的发展发挥着重要作用。青年人正处在青春期，他们认知能力较强（高潜力），但情感不够成熟（低控制）。有效地管控情绪是成为一名有效学习者的关键技能。在年轻人青春期的关键时期，鉴于他们情绪的“低控制”特征、培养他们成熟情感的价值显得更为重要，神经科学的“情绪调节”概念将有助于学生的情感发展。
在处理课程问题时，我们需要考虑时间和周期
现在教育神经科学引入了皮亚杰模型，同时通过“学习敏感期”的研究扩大对学习时间和周期的理解。神经科学确实认为，关于对终生存在的大脑可塑性的理解，告诉我们人民总是能打开新的知识大门。另一方面，它也给“敏感期”赋予精确界定，即个体特别擅长从事某项学习活动的最佳时期。
神经科学可以对重大学习挑战做出贡献
神经科学的贡献在于他助力研发诊断和有效干预的方法，而且很有可能用于检测以下三种障碍上，即阅读障碍、计算障碍、痴呆症。
更个性化的评估来改进学习，而非选拔和淘汰
脑呈现的潜力可能会对教育产生深远影响，也可能引发重大伦理问题。关于大脑如何运作的知识，以及大脑结构和过程如何反映学习者能力和掌握能力的相关内容，都可以作为评估传统教学以及学习者是否处在学习关键期的标准。
未来展望
在未来，可以更好地理解不同类型学习的最佳学习时期，特别是在青年和老年人。这包括“敏感期”的研究，即特定学习领域的学生能力最强的最佳学习时期，例如语言学习。
了解不断增长的知识和逐渐下降的记忆力、处理能力之间的联系。可以更多地研究老龄化进程，特别是在老年和中年人群中，通过研究学习能力的变化和探索如何利用学习延缓衰老。
大脑中情绪表达需要很多。接下来的调查可以借鉴心理学和神经影像学的研究，探索压力之下的学习和记忆，需要哪些神经机制的调节。关于此调查一个具体的问题就是，青春期的情绪脑是如何与不同类型的课堂环境发生交互作用。
未来研究中，人们需要更好地理解环境对调查结果的影响力，以及在不同环境中结果的适用性和可转移性。研究者需要进一步分析适当的学习材料和特定环境之间的关键作用，消除那些质疑环境影响力的看法。
实性研究揭示了营养是如何对大脑发育产生有益影响的，并且更多的研究表明这个影响与教育领域直接相关。未来有望在神经科学领域深入了解教育与营养、体育锻炼、睡眠、音乐和创造性表达的相关联系。
在未来，应该进一步了解学生人群（尤其是性别）和社会文化差异，但它也是一个误解的雷区。神经科学当然不应该纳入种族主义或性别歧视的固有定型观念。
神经科学对进一步建立大脑中数学差异化图谱是非常有用的，这种分析图谱是建立在对可分离技能和大脑功能以及二者互联性的基础上。 借此分析图谱，帮助学习者识别克服“数学焦虑”。
理解不同的大脑活动：神经网络、认知功能和记忆的作用。再真实情境中，比较专家和一般学习者的差异，这将有助于明确成功学习的原理、发线有效且有针对性的教学方法。
相关名词
生物神经网络(Biological neural network)：一般指生物的大脑神经元，细胞，触点等组成的网络，用于产生生物的意识，帮助生物进行思考和行动。
阅读障碍(Dyslexia、reading disorder、alexia)：阅读障碍症简单说来它是一种大脑综合处理视觉和听觉信息不能协调而引起的一种阅读和拼写障碍症。要特别注意区分它和那种因为智力低下而引起的阅读障碍症，相反很多患者是智商极高，甚至包括天才型的人。象达芬奇，爱迪生，爱因斯坦，肯尼迪在儿童时代都被认为成绩极差的“笨孩子”，最后科学家发现他们都属于阅读障碍症的典型例子。它的表现特征主要反映在识字阅读方面，其原因也是复杂而多面的，但儿童时期可以进行科学的矫正。
计算障碍（Dyscalculia)：计算障碍亦称“失算症”或“计算不能”，是指数学符号认识和运用障碍。
痴呆症（Dementia）：称失智症，其字来自拉丁语（de-意指“远离” + mens意指“心智”）。是脑部疾病的其中一类，此症导致思考能力和记忆力长期而逐渐地退化，并使个人日常生活功能受到影响。
声 明
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