打开黑箱：学习与发展的科学基础（一） ——美国“以学生为中心”的本科教学改革研究之二
编者按：本文系赵炬明教授的最新力作，是美国“以学生为中心”本科教学改革系列研究的第二篇，分上下两部在本刊发表。因篇幅较长，受微信字数所限，小编遵循“便于读者阅读”原则拟将本文分四次推出（参考文献从略）。若给您的阅读带来不便，敬请谅解！！！
本文正式版拟发表于《高等工程教育研究》2017年第3期、第4期，敬请大家关注！！！未经授权，请勿转载！！！
本文特别感谢《高等工程教育研究》原常务副主编姜嘉乐先生及现任常务副主编余东升先生长期以来的支持和帮助，过去十年与他们之间的无数对话使我受益匪浅。我还特别感谢UCLA东亚图书馆馆长陈肃女士的长期支持和帮助。和她的无数讨论不仅帮我澄清了很多观点，还使我得以利用UCLA图书馆的丰富资源。我还感谢参加“以学生为中心本科教学改革研究课题”的所有学校和老师们，他们在研究与实践中提出的各种问题丰富了我的思考。最后感谢何进先生对本研究的信任和长期支持。
摘要：本文是美国“以学生为中心”本科教学改革系列研究的第二篇，主要探讨这场改革的科学基础。本文认为这场改革有四大基础：了解大脑、了解学生、了解认知、了解学习，分别代表脑科学与神经科学、青春期大学生发展研究、认知心理学与认知科学、学习心理学与学习科学。本文在简要介绍这四个领域发展的基础上，探讨了它们对这场改革的贡献和意义。由于原文较长，故本文分为上下两篇发表。上篇主要介绍了脑科学和和青春期大学生发展，并讨论它们对SC改革的贡献和意义。其余两部分将在下篇介绍。
关键词：脑科学、神经科学、青春期发展、成人呈现期研究、大学生发展研究、本科教学、以学生为中心、大学教学改革
作者简介：赵炬明,华中科技大学教授,博士生导师。
前一篇文章介绍了“以学生为中心”（student-centeredness, SC）的本科教学改革的概念以及美国SC改革的简要历史。文章结尾总结道，SC改革之所以重要，是因为它是以科学为基础的一次教学改革。故在这篇文章中，将系统的介绍SC改革的科学基础。目前文献中有四个领域为SC改革提供了科学基础，它们是：脑科学与神经科学、青春期大学生发展研究、认知心理学和认知科学、学习心理学和学习科学。大脑是学习的器官和工具，了解脑与神经活动方式有助于了解人如何学习，并据此改进大学教学。青春期是大脑发展的第二高峰。了解青春期大学生大脑与心理的发展，帮助我们更好了解学生。了解认知心理学和认知科学，使我们可以更好地了解学习。学习心理学和学习科学有助于科学地设计与改进教学。这四个领域可以分别表述为：了解大脑、了解学生、了解认知、了解学习。
这些领域的知识无疑均有助于改进大学教学。但由于种种原因，长期以来这些领域的研究发展与大学教学实践是分离的。尽管过去五六十年里这些领域取已经得了巨大进步，但它们对大学教学实践的影响非常有限。直到今日很多大学老师仍然把大学教学看成艺术，任由老师们自己在实践中体验总结，艰苦探索。这种分离的恶果之一便是老三中心模式得以长期延续，而新三中心模式难以成长。因此这种分离状况不应再继续下去。如果大学要从事SC改进，就必须重视大学教学的科学基础，促成科学研究与实践智慧的结合。这是本文致力探讨大学教学科学基础的基本原因。
事实上，当年潘懋元先生在中国推动高等教育研究时就曾有过这种想法。厦门大学高教所建立之初，他就专门设立了一个青年心理学研究室。1986年访问厦大时他告诉我，他希望这个教研室能为教学改革提供科学基础。可惜的是，由于种种原因，他的这个梦想没能很好实现。
应该指出，即使在美国，各校教学支持中心也多是关心技巧方法培训，科学基础培训较少[2]。流行的说法是，如果需要，给老师们讲一点就行了，培训还是要重在技术方法。这听起来很像高职教育中的“理论适度、重在实践”的做法。若真如此，那无异于是用培养技工的方法来培训大学老师。对此，我深不以为然。每当参加这类培训，我都会有很多为什么，无论是关于对象、方法或环境。我们都知道，大学教学深受学科知识的性质与结构的影响，是高度学科差异化的，因此我非常怀疑这些技术与方法在大学教学中的普适性。技术与方法只有被正确使用时才能有效。在高度差异化情况下，技术的选择、调整、变通、创造是必然的，其基础是对原理的整体把握和清楚认识。这就是为什么我认为，在大学教学培训中，科学基础比技术方法更重要。我们必须注意到，是科学研究的进步促成了这场改革。如果我们对这些科学基础都缺少了解，如何能保证这场改革不会走弯路呢？
大学教师都是学者，不会满足于依葫芦画瓢。他们会问原因，要酌情选择、变通与创造，因此他们会关心原理。我自己就是这样走过来的。我相信还有很多老师会和我一样，关心技术与方法背后的科学基础。如果真心热爱教学，我们就要搞清楚、弄明白，不会满足于当个懵懂的教书匠！正因如此，我呼吁加强大学教学的科学基础研究，改变轻原理重技艺的想法，真正把SC教学改革看成是有深厚科学基础和丰富实践智慧的专门学术领域。高度重视其科学基础，开展大学教学学术研究，惟此方可为中国SC改革提供前进之方向、不绝之动力。
显然本文不可能全面介绍这四个领域的所有发展，仅只涉及一些基本知识和当前发展概况。即令如此，本文内容也显得过多。好在本文仅是一个知识地图，希望帮助读者了解这些领域的大体发展情况，能建立起全局观，以更开阔的新视野来看待大学教学。若此，本文目的就达到了。对希望深入者，可根据本文提供参考文献做进一步研读。
文献可分为专业文献与科普文献两类。前者指以记录当前学术进展、供学者们进行学术交流为目的的专业期刊，后者指专家们为外行撰写的普及性文献，如大学教科书、专业百科全书或手册、《自然》和《科学》之类的科普期刊等。本文主要依赖后者。
本文主要关心认知与认知发展，它是大学教学的核心。对非认知领域尽可能不涉及。下面分别介绍这四个领域的基本知识与主要进展，并探讨它们对SC改革的意义。最后是一个简要总结。
了解大脑——脑科学与神经科学及其对学习的意义
脑科学和神经科学都研究大脑。脑科学注重宏观，研究脑结构与功能、功能分区与联系、大脑工作过程等；神经科学关注微观，研究脑神经的类型与结构、神经信息传递方式与机制等。因此有人说，狭义的脑科学是神经科学，广义的神经科学是脑科学。事实上在文献中这两个词经常互换使用[3]。
脑是学习器官，学习是脑的功能，是人适应外部世界的基本途径和方法。了解脑的基本知识，有助理解学习的生理过程。本节有四部分：1）脑研究发展史；2）脑的结构与功能；3）学习、记忆、情绪、脑的个体差异；4）社会脑[4]。
1、 脑研究简史
脑研究史可大体分为三个阶段[5]。首先是哲学阶段。脑研究始于哲学，即人通过体验和反思来思考大脑如何工作、如何认知与学习。历史上很多认识论哲学家都研究过大脑认知问题，如柏拉图、亚里士多德、洛克、笛卡尔、康德、王阳明等。这类研究至今仍在继续[6]。由于这类研究主要依靠体验和反思，故属于哲学研究。
脑的科学研究始于脑的解剖学和脑损伤研究阶段。这类研究在公元10世纪的阿拉伯就已出现。解剖学诞生后，通过解剖来研究脑成为主要方法。此外，若有人因脑部受伤而出现行为异常，可根据行为异常来推断受伤脑部位的功能，此即为脑损伤研究。这两类研究积累了大量关于脑和脑神经的解剖学知识，是脑科学研究的重要基础。目前这两类研究仍然是脑研究的重要方法。例如，美国著名的阿兰脑科学研究所[7]。和欧洲的蓝色大脑项目都在做这类工作，他们的目标是在2030年左右，建立起全脑的神经网络模型[8]。这些研究将对脑科学研究产生革命性影响。
第三阶段是无损伤脑研究阶段。前两个阶段都因无法在不损伤大脑情况下研究大脑活动，因此研究大受限制。手术、X光、计算机断层扫描等都会损伤脑，不宜广泛使用。直到1980年代核磁共振成像技术（MRI）和功能核磁共振成像技术（fMRI）出现，才克服了这个障碍。这使脑研究进入新阶段[9]。
大脑活动需要血液提供能量。较活跃的脑区血液较多，不活跃的脑区血液较少。故可通过检测大脑血液的流量分布与变化来显示大脑活动情况。MRI技术通过测量脑血液中水分子分布密度和流动来显示大脑活动情况。由于MRI主要依靠电磁场，对活脑无损伤，可在儿童和常人身上反复使用，因此成为大脑活动可视化的有力工具[10]。MRI对脑科学发展的影响犹如超声波对内科学、X光对外科学的影响。确实，自1990年后随着MRI技术成熟，数字图像处理和存储技术发展，MRI扫描仪的质量越来越高，价格越来越低[11]。目前已经成了普及化设备，于是脑研究出现了井喷式发展（见图1）。
此外,近20年来其他非损伤脑研究技术也不断涌现，如颅磁刺激、事件相关电位、脑磁图、近红外光谱学等，这些都为近30年脑科学的快速发展提供了条件。有人说，当前脑科学五年的发展相当于过去五千年的发展；脑研究终于走出石器时代，进入了科学时代[13]。就是在这种形势下，《人是如何学习的》首次把脑科学作为当代教育研究的主要基础之一[14]。出现了教育神经科学，这对教育教学研究是革命性的发展。
1、 脑的结构与功能[15]
人脑重约1200-1500克，约1200毫升，主要成分是水（78%）、脂肪和蛋白质。大脑像个大蘑菇，自上而下分别是大脑皮质、边缘体、中脑、脑干和小脑。大脑皮层分四块：枕叶、颞叶、顶叶和额叶。图2和表1显示了大脑的基本结构和各主要脑区的功能。
人胚胎发育始于神经系统。最初是一个片状神经板，然后神经板卷曲成神经管。神经管逐渐变长，前半段发育成大脑，后半段发育成脊椎神经系统。前半段进一步发育成前脑、中脑、后脑。前脑再发育成大脑皮层。中脑发育成中脑及边缘结构，包括海马体、杏仁核、扣回带、丘脑、下丘脑、脑垂体等。边缘结构是信息传中转站，负责各感官与大脑皮层之间的信息传递。后脑发育成脑干和小脑。脑干中的网状结构负责身体基本功能如呼吸、血压、睡眠、清醒等。
小脑负责控制肌肉、身体平衡、运动与姿态等。大部分运动学习需要脑皮质和小脑协同。一旦熟练到自动的程度，大脑则不管了，由小脑独立完成，形成下意识反应或肌肉记忆。而大脑则把精力用于其他需要意识注意的地方。
人脑的发育过程几乎重复了所有脊椎动物神经系统的发育过程，因此脊椎动物都有基本相同的脑结构。但脊椎动物中，哺乳动物的前脑最为不同。首先是规模，哺乳动物的脑是鸟类的2倍，是爬行类的10倍。其次是结构，哺乳动物发展出了大脑皮质，这是思维的基础。此外在大脑皮质与中脑之间还发育出了边缘结构，使哺乳动物有较好的记忆能力和情绪表达能力。
虽然人与哺乳动物的脑结构相同，但人脑要大得多。用脑指数衡量[17]，以猫的脑指数为1，人的脑指数为7.4-7.8、海豚为4.14、黑猩猩为2.2-2.5、狗为1.2、老鼠为0.4。人脑化指数高的主要原因是人在进化中形成了较大的大脑皮质。人的大脑皮质不仅充满了颅腔，还要形成大量褶皱以便把超过颅腔面积2/3的大脑皮层装进颅腔。为了塞进更多的脑皮质，人出生时还不能让颅骨封闭。待到18个月后颅骨封闭时，脑又长大了一圈。所以在所有哺乳动物中，人的脑化指数最高。
动物为什么需要脑？人为什么需要这么大的脑？剑桥大学神经学家沃普特认为，这与运动有关[18]。运动使动物可以通过变换环境来提高生存机会。环境变化需要动物通过学习来适应环境。学习能力越强的动物，环境适应能力越强。因此动物大脑在进化过程中就变得越来越大，越来越复杂。运动能提高生存机会，也带来环境变化，促使动物大脑不断发展以适应不断变化的环境，故在进化过程中形成了脊椎动物、哺乳动物、灵长类，最后是人类。
这个“运动—环境变化—生存挑战—大脑发展”的逻辑对本科教育有什么启示呢？一个重要启示是，要想帮助学生发展大脑能力，就要挑战他们，让他们动起来！通过不断改变其学习环境，对他们形成挑战。如果能成功应对挑战，大脑就会获得发展。环境变化越大，生存挑战越大，对大脑的促进也越大。中国“读万卷书、行万里路”的古训、近代培根关于把游学作为教育最高阶段的建议、当代大学强调国际学习经历等，都是这个规律的体现，也都是促进学生发展的好方法。“见多识广”从来就是人类的基本经验！
在这方面最为大胆的试验可能要算美国的“密涅瓦计划（Minerva Project）。该计划要求学生在四年本科期间，除了第一年在总部旧金山学习外，其余6个学期要分别在柏林、布宜诺斯艾利斯（阿根廷）、海德拉巴（印度）、首尔、伦敦、台北等六个城市生活和学习。学校没有传统校园，把学生撒向世界各地、散于城市各处，让学生们亲身体会世界各主要文化，师生之间依靠网络保持联系。该校把这称为“全球浸润式学习”。相信通过这种教学安排，这可以使学生自己探索，亲身投入，通过直接与各国人民交往，感受不同文化和社会的冲击，最后变成有全球视野和国际活动参与能力的一代新人。显然，这些差异巨大的环境会给学生带来严峻的生存挑战，同时也为学生提供强大的刺激和学习动力。如果学生能够成功克服挑战，完成学业，他们将能获得比传统校园学生更多的学习经验和能力发展，这也是该项目设计的核心所在。简言之，密涅瓦计划的特点是，把环境变换和生存挑战变成了主要教学形式。在这个模式中，学校需要关心的主要是提供指导和布置好安全网，但不用担心学习动力问题。两者相比，前者显然易于后者！如果使用适当，其效果可期[19]。
总之，“运动-变化-挑战-发展”的逻辑对理解与设计学习有重要意义。挑战可以激发人的潜能和学习动力，学生会经验与成败中成长。事实上，只要你看到有学生还没全力投入学习，就证明你给他的挑战还不够大。就此而论，现在的大学教学不是太难了，而是太容易了。还有太多的学生没有全力投入学习，空耗时光。如何让学生全力投入学习，仍然是大学尚未很好解决的大问题。
较大的脑可以提高生存能力，但却需要更多的神经细胞，消耗更多的能量。例如人脑体积仅为人体体积的2%，却消耗了人体20-25%的能量，婴儿时甚至可以达到60%！如何获取足够能量来养活脑，是动物进化中的大问题。例如，如果大象有和人一样的大脑，它24小时吃草都不能提供足够能量来养活其大脑。所以它只能选择一个比较小的脑。根据自然系统能量最小原理，各种动物必须保持在维持其生存所需能量的最低能级上，并发展出刚好够用的脑，人也不能例外。直到农耕与驯化技术出现，人类才基本上解决了食物问题，也才有闲暇去发现发明，创造出人类文明[20]。
今天人类已经很好解决了食物问题，成为自然系统中第一个不需要为能量摄取而担心的动物。因此人才可以不断扩大其活动范围，闯入前所未见之环境，迎接前所未见之挑战，创造出前所未有之奇迹。这一切源于人发展出了特殊的大脑，是脑帮助人解决了自己的生存挑战。从这个意义上讲，大脑是人类文明的源泉！
从能量消耗角度看大脑，对本科教育有什么启示呢？我认为有一条，即要保证学生大脑始终能获得足够的能量。这意味着：1）要注意为学生提供足够的营养，使大脑能获得足够的能量；2）要让学生有足够的睡眠，有足够精力投入学习；3）要让学生参加体育活动，以保证身体能把足够的能量输送到大脑。一般而论，良好的生活习惯是较好学习成就和个人发展的保障。而形成良好生活习惯的前提是自律，自律是成功的前提。总之，要注意学生大脑的营养供给问题。
了解大脑功能还须了解大脑神经组织。大脑皮质有两类细胞，神经元细胞与神经胶质细胞。神经元细胞覆盖脑皮层表面，约2-4厘米，厚达6层。神经元彼此连接形成神经网，神经信号通过神经网络传递到大脑各处。神经元下面是神经胶质细胞。胶质细胞有两个作用，一是为神经元提供支撑和营养，清除死亡细胞和物质，维持神经网的有效运行。二是形成“髓鞘”，提高神经信号传递速度。从解剖上看，神经元是灰色的，故称“灰质”；胶质细胞是白色的，故称“白质”。
人脑大约有860亿个神经元和大体相同数量的胶质细胞[21]。每个神经元可与其他神经元形成大约7000个连接，这就构成了一个约1015个连接的巨大而复杂的神经网。每立方毫米脑皮层上可聚集数百万个神经元和上亿个神经连接[22]。在这样有限的体积内聚集这样大量的细胞和连接，其密度及复杂性可想而知。这个密度使得脑神经结构和绘制大脑神经网全图成为一个巨大挑战。因此每一次显微技术发展，都能给脑神经网结构研究带来进步。但直至今日，我们仍然没有一个完整的人脑神经网全图。
为什么人脑神经网全图如此重要？因为人的所有感觉、知觉、意识、记忆、情绪、知识、思想等，都存储在这个神经网里。如果知道这个网是什么样的，如何构建的，就可以知道感觉、知觉、意识、记忆、情绪，知识、思想等在人脑中是如何形成并储存的，从而帮助解开意识与学习之谜，设计出更好的学习和教学模式。
脑神经网不仅决定和记录人的感觉和精神活动，还指挥身体与外部世界互动。这种互动又反过来改变神经网。脑神经网就是所谓心智（mind）。科幻片喜欢用坐在头颅中的小人来比喻心智，这个比喻相当准确，正是心智在决定和指挥人体其他部分的活动。每个人的基因和经验都不相同，每个人的大脑也都不同，因此每个人也都不同。这就是脑科学家们所说的：汝即汝脑，汝脑即汝！
人体所有感官和随意肌都在大脑皮层上有对应区域，形成特定脑功能区[23]。最近研究发现，人脑共有360个功能区，每个脑半球各有180个脑区[24]。脑通过这些功能区来控制人与外部世界的互动。在互动中会形成感知觉和记忆，它们就存储在各自的形成区，如视觉经验和记忆存储在视觉区、听觉存储在听觉区等。甚至表征这些感知觉的词汇的语义，也都存在相应功能区[25]。
面对这么多脑区，大脑要正常工作，就需要一个脑区负责指挥协调工作。这个脑区位于额叶前端，叫执行功能区（executive functions，EF）或中央控制功能区。额叶之于大脑，如指挥之于交响乐团、将军之于军队、CEO之于企业[26]。由此可知EF区的重要性。
在常态下，各感官（眼、耳、鼻、舌、皮肤等）都会收到大量信号，然后传递到相应脑区，要求大脑注意。在面临众多注意要求时，EF区必须做出决定，忽视哪些信号、关注哪些信号、加工哪些信号。这些决定确定了各脑区是兴奋还是抑制状态。像听课、打球这样的复杂活动，EF区还要完成一系列管理任务，包括选择目标、确定任务、制定规划、组织行动、管理时间、保持注意、控制情绪、检查与评价效果等。由于这些活动涉及多个脑区，需要EF区进行协调控制，因此多脑区调控能力是大脑的一个重要能力。涉及的脑区越多，调控挑战越大。
研究表明，EF区调控能力可以通过多脑区综合训练获得到发展。因此针对不同发展需要，设计不同类型和不同强度的综合学习任务，可以促进学生大脑发展。这是为什么在美国的SC改革中，非常重视通过各类综合性任务来培养学生的思维能力。
EF区的另一个重要能力是注意力保持能力。当面临众多脑区注意要求相互竞争时，如何保持注意力而不分心，始终聚焦核心任务，是评价EF区调控能力的重要指标。这是一项高级心智技能，需要终身培养与维持。如何让学生保持注意力，是老师们关心的问题，也是脑科学家们关心的重要主题。这个领域的一些研究对SC本科教学产生了深刻影响。例如，研究发现，在讲课方式下，学生有效注意力保持时间为6-12分钟。超过这个时间，学生注意力会迅速下降。因此，一节50-100分钟的课，需要分割成若干小段，每段之间要有变化，有节奏感，让学生从兴奋中摆脱出来，达到休息之目的。这就涉及到大学教学活动安排和课程设计模式。总之，目前这种每次上课50-100分钟、一讲到底的做法是不科学的，因为这种安排本身就降低了学生学习效果。目前网络课程已普遍采取十几分钟一小节的“微课”方法，但校内面授课程教学如何据此改进课程设计，尤其是教学活动安排，仍是尚未解决的大问题。
研究还发现，注意力保持能力与充足睡眠有关。青春期大脑的特点是晚睡晚起，是否需要据此改变学校作息时间，也成了SC改革的重要议题。
EF区的重要性还在于，为了使人适应外部世界，EF区在大脑中要构建一个与外部世界相对应的心智世界（mental world），并根据这个心智世界来认知和应对外部世界。如何构建这个心智世界并保证其有效性等，是心智发展的关键。大学教育的中心任务就是帮助学生构建这个心智世界。这个问题留待认知科学部分再细作讨论。
EF区如此重要，但非常不幸的是，在所有大脑皮层中，EF区成熟得最晚，衰退得最早。二十多岁还没懂事，四五十岁就想事费力了。也就是说，EF区存在最佳发展窗口期。如果抓住这个最佳窗口期，则一生受益；反之则会受阻。青春期后期正好是EF区的发展高峰期，也是大学教育时期。从EF区发展角度看青春期大学生发展和大学教育，对理解大学教学的本质有重大意义。这个问题在青春期大学生发展部分再做讨论。
3、学习、记忆、情绪与个体差异
从脑科学看，学习包括两个环节：学习与记忆。学习是神经网接收与加工外部信息并改变自身结构从而造成行为变化的过程；记忆是信息存储和提取的过程。
大脑如何学习涉及神经元的工作机制。神经元由胞体、树突、轴突三部分组成。树突像天线，负责收集信息；轴突像电缆，负责传递信息。神经信号通过神经元的轴突传递到其他神经元的树突，两者连接之处叫突触。突触是个微小空间，信息通过神经传递物质传递。只要有突触形成，就有信息传递。只要有学习发生，就会形成新的突触。出现新的信息传递，这意味着形成了新的神经网络。反之，如果突触消失，神经网分解，信息传递终止，已学到的东西就消失了。简单说，任何学习，无论是感觉、知觉、意识、记忆、情绪，知识、思想等，都需要形成相应的神经环路，并通过这个神经环路来承载和体现。如果神经环路构建出来了，就“学到”了；如果被强化了，就“记住”了；如果环路分解了或信号传不出去了，就“忘记”了。这就是学到、记住和忘记的神经学解释。
围绕突触，大脑用三种方式建构神经网。首先是突触增生。从出生前到3岁，大脑内神经元会形成大量突触，3岁儿童大脑中的突触是成人的两倍，形成超量突触的目的是让神经网为不可预见之未来做好充分准备。但超量突触会消耗大量资源和能量，降低信号传递效益。于是从儿童期开始，大脑会根据使用状况对突触进行修剪。保留经常使用的突触，清除不常使用的突触。这叫突触修剪。突触修剪会持续终身，但主要发生在25岁以前。突触修剪量可达到儿童期的50%，即25岁时脑中突触的数量仅为3岁时的50%。显然，突触修剪剪掉了什么，保留了什么，对大脑神经网功能有重大影响。决定突触修剪的关键是使用频率。
第三种方式是髓鞘化。神经元轴突外面包裹了一层物质，叫髓鞘，由胶质细胞组成。其作用类似于电线的外层包皮，目的是提高信号传递效益。髓鞘包裹轴突的过程叫髓鞘化。髓鞘越厚信号传递速度越快。髓鞘最厚可达150层。未经髓鞘化的信号传递速度为0.2-1米/秒，髓鞘化后可达到2-120米/秒，相差100倍。决定髓鞘化厚度的也是使用频率。越常用的神经元髓鞘越厚，信号传递也越快；不常用的神经元髓鞘较薄，信号传递速度也较慢。这是为什么无论是思维还是行为，反复训练都可以提高速度和精确性。反复练习甚至会导致下意识反应，即相应信号环路非常通畅，不需要EF区关注，相应神经网自动执行。但如果长时间不训练，就都会出现速度与精度下降，甚至是无反应，即虽然EF区发出了指令，但由于信号不畅通，命令不能得到执行。髓鞘化强化神经元信号传递速度，降低信号损失，改善信号传输的速度与效率。
图4显示了大脑神经网构建三种方式的发展时间表。很明显，突触修剪和髓鞘化主要发生在青少年和成人初期。
简言之，对大脑来说，凡有需要和经常性的活动，大脑都会构建出相应神经环路，并通过突触修剪和髓鞘化来提高其速度和效益；而对不需要和不经常的活动，大脑则不会构建相应神经环路，也不会通过髓鞘化来强化，已经建立的环路也会被弱化，甚至消解。这就是大脑发展的“用进废退”原则！这个原则是大脑发展的最重要原则，是大脑弹性的表现。
用进废退原则对教育的意义重大，尤其值得家长、教师和学校高度注意。作为儿童生活环境的营造者和活动的提供者，他们基本决定了儿童面临何种环境、参与什么活动、构建出怎样的神经网，以及这些神经网是否足以为儿童的未来成人生活做好准备。如果没能帮助儿童发展出未来所需要的神经网，儿童就可能在未来成人生活中面临困境、遭遇失败。如此，那就真是“毁人不倦”了！
老三中心模式的主要缺点就在于此！这种教育模式把学生囿于单一的学习环境和被动的学习方式中，限制了学生大脑的发展。这是为什么要用新三中心取代老三中心的基本原因之一。
教育神经科学的积极倡导者、哈佛大学教授索萨说，教学的本质是改变大脑，教师是“大脑改变者”（brain changer）。老师不了解大脑，好像做手套的不知道手长什么样，是不能做好工作的[29]。反之，若老师能从大脑改变者角度看待自己的工作，则可以加深其对教学工作的本质和意义的理解。与“灵魂工程师”的说法比，“大脑改变者”的说法更加准确。从“灵魂工程师”到“大脑改变者”，反映的是从哲学时代到科学时代的变化。
万事利弊相生。突触增生意味着构建更多的神经网，扩大了探索空间，思维可以在更大范围内流动，更多的创新创造空间。突触修剪与髓鞘化则意味着认知选择完成、认知模型和神经环路形成、认知空间缩小、思维开始固化。认知模式和神经环路形成可以提高思维的确定性和有效性，但同时减少了思维的流动性和创造性，是思维僵化的开始。两者各有利弊。前者称为“认知流动性”，后者称为“认知结晶化”[30]，这两个术语很贴切地反映了思维的流动性与模式化之间的矛盾。
用这个理论很容易说明，为什么人在年少时眼睛总是睁得大大的，思维空灵多变、朝气蓬勃，极富创新性和创造性；而一到成人期，思想就开始固化、僵化，最终暮气沉沉。
“用进废退”原理也给大学教学带来两个挑战。第一个挑战是知识的有用性。人在不同时期对同一知识的有用性的认识并不相同，儿时认为有用的成人时未必有用，如打游戏。因此不能根据学生兴趣而要根据其未来需要来安排学习。这会引出学习兴趣和学习主动性问题。怎么办呢？当前做法是两条，一是强制与奖惩。设立学校制度，规定学习科目，通过考试制度进行奖惩，希望通过系统性强制和奖惩来把学生纳入所期望的轨道。二是寓教于乐。如果学生觉得学习内容枯燥，那就设法把它变得更有趣些，以此促进学习。然而这些做法能使所有学习都变得有趣有效吗？至少到目前为止的教学实践，还没有显示出这种可能性。也就是说，为了未来发展，教学要尽可能变得有趣，但教学仍然需要基本的约束和奖惩。对此要有清醒认知。
此外今天学的知识明天可能没用，尤其是在知识飞速发展的今天。信息化与人工智能已经使记忆变得不那么重要，而适应性学习能力与创造创新能力将变得更加重要。在今天这种大变革中，如何把教学的重点从知识记忆转到能力培养，对所有学校和老师来说，都是巨大挑战，因为这意味着要转变教学理念，创造大量新的教育教学形式。
另一个大挑战是重复与兴奋。根据“用进废退”原理，只有不断重复才可能形成强大稳定的神经网[31]。
但另一方面，大脑好奇，喜新厌旧。一般而言，同样的信息刺激重复三次，大脑兴奋程度就下降[32]。如何解决这个矛盾？目前的主要方法有两条，一是动机激励。让学生认识到所学内容的重要性，通过学习目标来激励学生，为重复性记忆提供学习动力；二是新颖性激励。通过教学设计，用多种方式重复相同内容，以此保持大脑兴奋。这些将在方法与实践部分讨论。
学习的第二个基本环节是记忆。记忆是信息的储存和提取，“记”是存，“忆”是取。大脑从出生就在接受和存储信息，这些信息就是记忆。脑科学认为，人即其记忆。一个人的记忆一旦消失，这个人也就消失了。例如，失忆症患者不认识熟知的人和事，甚至不认识自己，这个人也就不在了。因此，了解大脑如何记忆非常重要。
图5是记忆过程的一个图示。首先看中间部分，记忆过程可分为三个阶段。首先是大脑从各感官收集信息形成感觉记忆。五类感觉记忆中视觉记忆和听觉记忆最为重要。视觉记忆是记忆的主要通道，大脑中80%的信息来自视觉[33]。
视觉记忆注册速度最快，是听觉记忆的五倍，因此是信息输入的主要渠道。其次是听觉记忆，这也是记忆的主要通道。其他三类记忆在记忆信息中的比例要小得多。从图下部的模型可以看出，EF系统依靠视觉回路和听觉回路进行回忆，这也说明这两类记忆在记忆系统中的重要地位。
研究表明，多感官参与可以增强记忆效果。例如看一遍再听一遍，记忆效果会好很多。现场教学通常会给学生留下较深印象，也主要是得益于多感官记忆。能否调动学生多感官参与学习，取决于教学法设计和教学环境设计。多媒体材料、实景教学、增加互动等，均可调动学生的多感官参与，学习效果会好得多。但是，不正确使用多感官参与也会带来负面效果。因为信息太多会造成干扰，不利于注意力保持。这是为什么有数学老师反映，简单的板书比花哨的PPT更有利教学。这里的关键是，老师要明确自己教什么和要什么。
感觉记忆非常短暂，通常为18-30秒，最长不超过1分钟，得不到注意就很快消失，故称“短期记忆”。短期记忆不仅短暂，而且容量有限，只能同时容纳7±2个信息单位。但可以通过组块（chunking）方法增加信息量。例如，要记住710261025102这个数很难，但把它变成7102-6102-5102就会较容易，因为分节后变成了3个信息单元；若再变成2015-2016-2017就更容易，因为记三个连续年份只要1-2个信息单位。
组块是记忆的重要方法，本质是在信息之间建立结构以减少信息单元。那么，这是人类创造“理论”或“认知模型”的原因吗？现象太多太复杂，用简单的理论模型来代表大量经验信息，可以大大减轻记忆负担。这是很迷人的想法，到认知科学部分再作讨论。
工作记忆加工过程就是“思考”过程。和短期记忆类似，工作记忆也很短暂且容量有限。这是知觉仅是神经元之间的偶然连接，尚未形成稳定神经环路。要把工作记忆变成长期记忆就必须对其进行加工，形成稳定神经环路，这个过程叫固化。固化要对信息进行分析、整理、剪裁、连接，去掉多余信息，形成初级认知模型，表现为“明白了”。这是第一步加工。只完成第一步形成的记忆是孤立的。虽然也会进入长期记忆，但由于缺少和其他信息单元的联系，因此容易丢失，不易提取。
第二步加工是把初级认知模型和脑中其他已有认知模型联系起来，形成更大的认知模型。这可以使初级模型在已有认知模型中获得“解释”和“意义”，表现为“理解了”。如果长期满足于建立初级认知模型，只会有碎片化的知识。只有经过二次加工后，才能形成更大的知识框架，知识才是整体性的。更大的结构为信息提取提供了更多进入点，因此更便于信息的回忆和提取。把短期记忆变成初级认知模型的能力是初级认知能力的表现；把初级认知模型二次加工，形成更大认知模型的能力，是高阶认知能力的表现。前者重在认知，后者重在整理。
但很遗憾的是，大多数人做了第一步就不做第二步，浅尝辄止。因此大多数人头脑中知识是散乱片段的。未经整理，不成体系，故将来需要时很难提取。恰如要从一堆杂物中寻找有用之物是很难的。杂货堆越大越难找！结果是知识的存储状态限制了知识的使用能力。
了解学生头脑中的知识存在状态对理解学生的学习问题非常重要。故美国本科教学名著《聪明教学7原理》中，把“了解学生知识组织方式”作为第二条重要原则[35]。
思维整理非常费力。研究表明，人脑用了人体20-25%的能量，而其中绝大部分（95%）用于思考，只有5%的能量用于指挥身体活动，可见思考之辛苦。这也是很多人不愿意动脑筋、满足于简单记忆的重要原因。通过知识整理构建较大知识框架是对思维能力的挑战。只有少数人能长期坚持思考，并最终成为伟大的思想者，无论哪个行业都是如此。
思维整理既是知识固化过程，也是大脑探索新的神经连接方式、探索更有效的神经环路、强化信号传递效果的过程。凡是经过反复思考而形成的知识，一般很难遗忘。也只有到了这个阶段，知识才真正联网成片，真正“活”了起来。犹如飞散的蒲公英找到了扎根发芽的土壤。
思维整理也是思维创新过程，很多新思想都是在思维整理过程中发现的。当把不同认知模式整合在一起时，会发现它们之间存在的空白和缝隙，这些地方就是新思想和新知识的生长点。例如，当爱因斯坦把牛顿力学和麦克斯韦电磁学放在一起考察时，发现牛顿力学体系中速度叠加可以无限大，但麦克斯韦方程组中光速不能超过每秒30万公里，两个物理体系中关于速度的说法不一致！正是为了解决这个差异，爱因斯坦提出了狭义相对论。而元素周期表干脆就是门捷列夫试图把所有元素都按照其性质和原子量排放在一起的结果。
那如何帮助学生养成建构与整理知识的习惯呢？美国小型文理学院的一个经典做法是：课前阅读、课中讨论、课后写作。和中国老师愿意把知识整理好之后再教给学生不同，这些学校强调课前阅读，因为这是培养学生自己发现和构建知识框架能力的关键。只有读了书才可能参加课堂讨论，而讨论是让不同的知识框架相互碰撞，取长补短。然后写作，即用知识框架所特有的概念、理论和方法来分析或讨论具体问题。如果长期坚持下去，学生建构与整理知识框架的能力自然得到发展。这种安排的基础是课前阅读。如果学生不做课前阅读，后面一切都无法参与。如果老师把课程都消化好了再交给学生，就等于剥夺了学生自己学习的机会！因此，是否重视课前阅读，是新老教学模式之间的根本差别之一，也是中美大学教学方式中最主要的区别之一。要求学生课前阅读在中国是从研究生阶段才开始，但美国在大学、甚至中小学阶段就开始了。
很显然，思维是艰苦的劳动。实施SC模式意味着要求学生把更多精力投入学习，做更艰苦的思考。因此要寓教于乐，把教学过程搞得令人兴奋一点，保证学生可以较长时间投入学习。
但要防止一种错误想法，以为SC改革是要把教学变成娱乐、学习像游戏，这是误导！尤其是大学学习，究其本质是劳动而不是娱乐。可以愉快地劳动，但劳动不是娱乐！
简言之，固化过程是思维过程，是认知与整理过程，是构建新认知模式和神经环路，提高信息传递效果的过程。固化中大脑形成新知识，构建起新环路，短期记忆变成长期记忆。
关于睡眠。研究发现，大脑白天处于积极活动状态，大量涌入的信息会促使突触大量形成，从而带来大量信号和噪音。当信号和噪音超过大脑处理能力时，大脑要关闭通道，通过修剪来清除无用突触，减少信号和噪音。当我们感到疲倦时，是大脑发出的信息过载信号，也是人需要睡眠的原因[36]。
大脑白天工作，晚上整理内务。睡八小时后又感到精力充沛了，表明大脑已处理完积压信息，可以重新接受新信息了。如果睡眠不足就会感到头晕，工作效率下降，这表明大脑在信息过载条件下不能有效工作。
常人每天需要8小时睡眠。大学生每天接受的信息量远多于常人，更需要充足睡眠。学生大脑本来容易信息过载，加之青春期大脑有晚睡晚起的特点，如果学校排课时仍按常人作息习惯排课，就可能人为造成大学生睡眠不足问题。因此，学校作息排课时间也是SC改革中的一个重要问题。需要学校在研究基础上，做出有利大学生作息的时间安排。
情绪影响学习和记忆。大脑中负责情绪的是边缘系统，包括杏仁核、海马体、扣回带、丘脑、下丘脑、脑垂体等。其中杏仁核、海马体、丘脑、下丘脑是核心。人的各种情绪反应都与边缘系统有关。但最近研究发现，大脑情绪反应还会延伸到其他脑区，并根据不同情绪在不同脑区会形成专有的情绪回路[37]。
杏仁核负责情绪识别，并根据关切程度为各个事件添加情绪标签，如愤怒、厌恶、恐惧、高兴、悲伤、惊讶等。杏仁核对恐惧、愤怒、入侵等反应尤其强烈，是大脑危险识别中心。边缘体其他部分会根据杏仁核的情绪标签，分泌肾上腺素，为情绪行为提供刺激，表现为心跳、亢奋、出汗等，目的让人紧张起来以应对紧急事件。为了维持紧张状态，海马体还分泌一种激素类物质叫皮质醇。它可以提高血压和血糖水平，使人持续亢奋，故称“压力荷尔蒙”。但皮质醇会妨碍突触形成，造成神经网络形成障碍。长期紧张状态会导致脑内积累大量皮质醇，长时间紧张会使人的反应变慢，学习能力和记忆能力下降，并最终伤害海马体。故人不能长期处于紧张状态。
边缘系统还控制了多巴胺分泌。多巴胺是一种神经传递物质，会让感到人快乐，故称“快乐物质”。大脑中围绕多巴胺形成了一个“期望/奖励”系统，专门负责奖励各种期待行为。如果一个愿望得到满足，边缘系统就会让神经元分泌多巴胺以资鼓励。例如，爱情会使大脑产生多巴胺，人因此会变得兴奋。还有一些行为如抽烟、喝酒、吸毒、打游戏机等也会刺激大脑大量分泌多巴胺，让人上瘾，故称为“上瘾行为”。围绕多巴胺分泌形成的期待/奖励系统是人类追求愉悦行为的生理基础。
多巴胺和皮质醇可以解释维果斯基的最近发展区理论。根据维果斯基的最近发展区理论，学生对学习的情绪反应可以表现为由近及远的三个同心圆：舒适区、发展区、恐怖区。当学生处于舒适区时会因缺乏挑战而不会发展；但若处于恐怖区时会因为挑战过大、过分紧张而不能发展。只有为学生提供适当挑战，并会因克服挑战而得到奖励时，他才能发展。这时他就位于“最近发展区”。
多巴胺和皮质醇还可以解释记忆的优先性。记忆优先性指记忆对不同事件的情绪排序。例如与生死相关的记忆优先，如红绿灯或触电，一次就记住了，因为它会激发恐惧。其次是有浓厚情感色彩的事件如爱恨别离，其因为情绪浓重而终身难忘。第三位才是专业知识。除非认识到有用，它们通常不能激发强烈情绪，因此专业教学中动机激励是关键，即明确教育目标，说明其有用性，是激发学生主动学习的关键。
多巴胺还可以为“以学习效果为中心”提供解释。根据期望/奖励机制，大脑分泌多巴胺以奖励期望达成，因此是结果导向的。也就是说，大脑奖励的不是”学习”而是“学会”。是“学会”这个结果让人产生愉悦体验。因此老师要尽可能保证学生学会，让“学会”为学习行为提供激励。一旦学生知道如何“学会”，学习就可能成为令人愉悦的“上瘾”行为。这就是学霸们的奥秘。
尽管人类有大体相同的情绪类型，但对同一事件不同大脑会有不同的情绪反应。这有认知和生理两方面原因。首先是认知，如何看待同一件事会影响人们的情绪认知，从而影响其情绪标签和情绪反应。其次是生理差异。例如，杏仁核较大的人好冲动，杏仁核较小的人较冷漠[38]。好冲动者扣带皮质体积较小且活动性较弱，故行动引导与监控能力较弱。海马体受损人会变得麻木。肾上腺素分泌过剩的人会比较紧张[39]。如此等等。因此对学生行为进行情绪判断时，要考虑到情绪的个体差异性。
事实上脑的个体差异普遍存在，天下没有相同的脑。基因和经验是塑造大脑的主要力量，脑是基因和环境的函数。从基因看大脑个体差异，例如，女性胼胝体和前连合都比男性大，因此处理复杂任务时女性倾向于使用大脑双侧，而男性倾向于使用单侧；女性的语言表达要求远强于男性。右利手的语言中心多在左脑，左利手中70%的人语言中心也在左侧，其余的在大脑两侧。右利手通常逻辑思维较好，左利手想象能力较好，但多有口吃和阅读困难。冷血连环杀手的杏仁核比常人小17%；艺术家的感觉综合区（视觉、听觉、体感交汇的脑区）比常人大8倍。好社交者的纹状体对友善者反应较强，孤僻者的杏仁核对不友好行为反应强烈。猎奇者的纹状体和海马体之间有较强联系，因为纹状体一发现新鲜事物，海马体马上分泌多巴胺以资鼓励。喜合作者的岛叶皮质对不公平对待反应强烈，而不好合作性者的岛叶皮质对此反应迟钝。爱因斯坦在空间和运动想象方面能出类拔萃，据说与其大脑顶叶中负责空间与运动想象的脑区缺一个脑沟有关。由于缺少这个脑沟，该脑区神经元信息可以更便捷地传递。脑容积与智力也似乎关系不大，作家乔纳森·斯威夫特的脑体积为2000克，而心理学家巴甫洛夫的脑仅有1517克，但他们都同样出类拔萃[40]。脑科学已经证明，人脑的个体差异性远远大于过去所认为的程度，因此学校和教师要更加注意学生的个体差异，创造出尽可能满足每个学生特点的教学系统。帮助每个学生发展是SC改革的重要目标之一。
经验对大脑的影响更为明显。经验直接决定突触的增生、修剪、髓鞘化，从而塑造出不同的神经网，形成不同的大脑。故大脑犹如面孔，彼此相似，但又各不相同。
老师们应当认识到，学生们是各怀梦想，带着自己的个性、知识和经验来到学校的，我们面对的是这样一群大脑。教育从来都不是从白纸开始，而是要在这些现有基础上和这些大脑互动，让他们按你所希望的方向发展。从大脑互动的角度看待教学会更贴近现实，也更容易理解教学中出现的问题。老师要尽可能创造出适合每个学生的学习环境，学校要创造出适合所有学生发展的校园，这才是SC改革的理想！
然而，教育经验的重要性也不可高估。有研究表明，基因与经验对智力的影响大体各占50%。若此，在25岁前人的三种基本经验——家庭经验、学校经验、社会经验——中，学校经验的影响大概不会超过20%。也就是说，有80%的影响由遗传和非学校经验负责。因此我们或许要承认一个由来已久的说法：教育不是无能的，也不是万能的。凡是把学生未来发展结果完全或主要归结于学校教育的说法，无论是诺奖得主还是冷血杀手，都属于过度归因。既不科学，也没必要。老师要教好书，但学生得自己成长；学校要做好工作，但不能承担学生发展的全部后果。
但很不幸的是，当前关于教育的很多讨论中，这种过度归因普遍存在。政府、学者、公众、甚至学校和老师，常有这类简单化宏论。但这些宏论除了扭曲事实、误导舆论外，对政策制定和教育实践均无好处。政府主管部门和学校领导者对此要有清醒认识。
4、社会脑
人在社会中生存，社会是人的基本生存环境。人创造出了语言、知识、文化、制度等社会性产物，并在社会中培育后代。帮助学生认识与适应社会，为成人生活做好准备，是教育的基本目标。
最能反映社会对人脑影响的现象是，大脑发展出了整套组织和功能来满足社会性学习。其中最重要的两个系统是镜像神经元系统和语言神经系统。前者为了模仿，后者为了交流。
镜像神经元是自己做某个活动和看别人做同样活动时都会兴奋的那些神经元。比如你看见别人打球时你可以感受到自己好像在打球。让你有这种能力的是镜像神经元。镜像神经元是观察学习和模仿学习的神经基础，而这两类学习是最基本的社会性学习。
群体性哺乳动物如狗、海豚、猴子等都有镜像神经系统，都能通过观察和模仿来学习。镜像神经元最早是在研究猴脑时发现的，但很快发现人也有镜像神经元。研究发现，人脑的镜像神经系统更加广泛和复杂，其不仅涉及运动脑区，还涉及到感觉、知觉、情绪、意识等脑区。因此，人不仅有模仿能力，还有感受到他人感觉、情绪、意图的能力。婴儿很早就会模仿，四岁时已能揣摩他人意图。这种通过观察他人表情和行为来揣摩其感觉和意图，并能从他人角度思考的能力叫同理心（empathy），或换位思考能力。这是一项高级心智能力，需要终身学习。
镜像神经系统对理解模仿性学习尤其重要，因为很多学习都依靠模仿。随着人的成长和发展，镜像神经系统会和语言、情绪、认知系统等融合，形成更复杂的神经系统[41]。镜像神经元还为心智理论（theory of mind）提供了科学基础。心智理论研究人是否有了解他人心智状态的能力？这过去一直是哲学问题，但现在镜像神经的发现为它提供了科学答案。
镜像神经系统缺陷会导致学习困难。例如，自闭症儿童不能很好阅读他人表情和理解他人意图，这被认为是镜像神经系统缺陷所致[42]。
美国著名神经科学家拉马钱德兰认为，发现镜像神经系统对理解人类文明发展至关重要。因为镜像神经元不仅在模仿和语言习得等社会性学习中有重要作用，还和理解他人感觉和意图有关。同理心表明人能区别自我和他人，这是自我意识形成的标志。拉马钱德兰认为，镜像神经元为理解人类文明发展提供了神经生理学解释[43]。
镜像神经系统与模仿性学习是社会学习理论的基础，这也是在大学教学中广泛实施群体学习或团队合作学习的根据。把学生组织成团队，学生们在团队中学习到的东西会远多于单纯与老师互动。学生们可以从其他人在解决同一问题时表现出的不同思路中获益、从观察他人成败得失中获益、从他人生活与思想的多样性和丰富性中获益。这些都是单纯师生互动无法提供的。此外，学生们还可以在群体或团队中学会如何与人相处、如何发挥组织与领导作用等等，这些也都是从单纯师生互动无法学到的。把学生组成团队，打开群体学习的大门，让学生在互教互学中相互促进，共同成长，可以大大提高学生学习效果。这是为什么现在群体学习与团队学习是SC教学改革设计的基本维度之一。
语言是人类交流工具，是大脑的重要功能。尽管很多动物都有通过声音、姿势等进行交流的能力，但只有人创造出了语言系统。人不仅用语言进行交流，还用它保存和传播文化。
人脑发展出了专门脑区来处理语言（见图1）。大致地说，说和口语句子组织主要在布洛卡区、听觉语言中枢和视觉语言中枢主要在韦尼克区。文字是智人形成后很久才出现的，因此大脑并没有形成专门的书面语言脑区。大脑很多脑区都参与阅读与书写功能，但主要分布在角回、额中回、额后回等脑区。各区之间有神经网相连，形成完整的书面语言功能网。认知心理学家们普遍用“心理词典”，来表征语音、语义、语法、视像等。但现在知道，这些语言要素存在于大脑各处。例如，视像分布在视觉区、声音分布在听觉区、语义分布在整个脑皮层等。语法可能由专门脑功能模块处理，也可能由很多网络环路共同处理。如果这些脑区受损，会出现相应的语言能力缺失症[44]。脑中有语音回路和视觉回路（见图5），口语和书面语的专门化提高了大脑语言处理的效率。这两个通道可各行其道，也可相互配合。
人先学会听，其次是说，然后是阅读和书写。研究发现，从青春期起，认知开始向表征和抽象化阶段发展，语言也随之开始变得更加精准和复杂，并向专门化方向发展。词汇量变得越来越大，表达也变得越来越丰富，越来越精准。词汇、概念、术语、符号等都是思维的表征方式。语言与思维互为表里，语言能力通常是思维能力的可靠指标，通过语言能力可以看出思维能力的发展状况。因此大学应注意通过语言能力训练来发展学生的思维能力。
一个常见的狭隘理解是，语言能力培养是语文课的事。如要培养语言表达能力就增加一门大学语文课。但这个理解是狭隘的，因为学习任何一门课，都意味学习一种新知识、新思考、新概念和新表达。让学生通过阅读、讨论、写作、报告、辩论等方法来掌握这些新概念和新术语，学会用它们来表述新知识和新思考，这是大学所有课程都要承担的语言发展任务。
美国小型文理学院的一个做法是，要求所有课程都必须参与到学生思维和语言能力发展的任务中去。让学生通过各门课程学习，反复训练其思维与语言能力，并最终达到较高水平。这个做法被称为“通识教育专业化”。因此，当美国小型精英文理学院说要培养学生的交流和表达能力时，它们指的不是增加一门语言课，而是指要求所有课程都以统一的方式对学生进行思维和语言训练。由于所有课程都必须参与学生的思维和语言能力培养。因此学校需要制定统一的教学规范和教学制度，对任课教师进行统一的教学法训练。通过这些制度，使各种思维和语言要素训练在不同学术课程中以统一的方式表现出来，最终叠加成较好的思维能力和语言交流能力。正因如此，它们才可能集群力而成伟业，在美国本科教育中独占鳌头！这是美国小型精英文理学院通识教育的成功秘诀之一，非常值得中国大学学习。
模仿和交流是塑造社会脑的两个主要工具，但脑社会化的核心是大脑要为自己设计并营造出自己的微型生态空间（eco-niche）。在这个过程中，社会各方面如制度、文化、生活方式等都会对其施加巨大影响。青春期发展就是这样一个过程，下一节再做讨论。
以上是关于脑科学和神经科学的一些基本知识。罗杰斯大学神经科学教授格洛克从脑科学角度就学习与记忆给学生提了10条建议：1）在所学知识之间建立联系，形成知识网络，可以增强记忆。知识越多，联系越广，记忆越好；2）广泛使用视觉记忆。人类视觉记忆远好于文字记忆。把文字转化为图像和视频可以提高记忆；3）要意识到记忆的局限性，意识到人类记忆是不可靠的。要接受并防范记忆错误。人有高估自己记忆能力的倾向，对此要保持警惕；4）技巧性知识只能通过不断练习来提高记忆，练习是提高技巧性记忆的最佳方法；5）保持足够睡眠。午间小睡对提高记忆非常重要；6）健康用脑。注意用脑适度，过度用脑会导致严重的记忆问题；7）放松。让大脑放松，瑜伽冥想可以帮助放松大脑；8）多动笔。“好记性不如滥笔头，”勤动笔有助于提高记忆；9）有氧运动。大脑需要心脏和肌肉提供血液和养料，有氧训练有助于保持和提高记忆；10）用进废退原则，大脑越用越好[45]。
我从大学教学设计和教学改进角度给老师和学校提14条建议：1）经验塑造大脑，把经验获取和经验多元化作为教学设计的基本维度；2）把环境设计和环境变换作为教学法设计的基本维度；3）把挑战学生、令其发挥最大潜力作为教学法设计的基本维度；4）关注学生大脑能量供给问题；5）注意教学过程的节奏感，给学生留出思考和消化时间；6）在教学过程中注意调动学生情绪，使其主动参与学习；7）把多样化重复作为教学法设计基本维度；8）把课前阅读、课中讨论、课后作业作为教学法设计的基本原则；9）把发展认知框架构建能力和认知框架整合能力作为教学法设计的基本维度；10）把群体学习和团队学习作为教学法设计的基本维度；11）把“学会”作为教学法设计的基本维度；12）把教学生“学会学习”作为全校教学法训练的统一要求；13）把在所有课程教学中发展学生语言和思维能力作为学校教学法训练的统一要求；14）关注学生在学习与发展方面的个体差异性。待到关于分析SC改革的实践与方法、技术与环境时，再具体讨论这些建议。