腦認(rèn)知科學(xué)視野下學(xué)習(xí)研究的新進(jìn)展*

胡衛(wèi)星　李　玲　徐　多（渤海大學(xué) 教育學(xué)院，遼寧錦州121013）

?

腦認(rèn)知科學(xué)視野下學(xué)習(xí)研究的新進(jìn)展*

胡衛(wèi)星李玲徐多
（渤海大學(xué) 教育學(xué)院，遼寧錦州121013）

摘要：受現(xiàn)代分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)、影像學(xué)和信息科學(xué)技術(shù)發(fā)展的影響，大腦認(rèn)知功能和作用機(jī)制正從微觀腦細(xì)胞分子水平和宏觀腦系統(tǒng)整體水平兩個(gè)方面得到深入揭示。文章認(rèn)為，腦認(rèn)知科學(xué)已經(jīng)在腦神經(jīng)機(jī)制、腦高級認(rèn)知功能、腦計(jì)算理論、腦心理與行為分析等四個(gè)方面取得了突破性發(fā)展。受其影響，學(xué)習(xí)科學(xué)領(lǐng)域也正在經(jīng)歷深刻變化，并呈現(xiàn)出一些新的發(fā)展趨勢：在研究內(nèi)容方面，基于腦認(rèn)知的有意義高效學(xué)習(xí)的系統(tǒng)模型得以構(gòu)建，基于文化情境交互的社會學(xué)習(xí)機(jī)制得以重視；在研究范式方面，學(xué)習(xí)科學(xué)領(lǐng)域開始采用多學(xué)科交叉合作研究、神經(jīng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)和臨床診斷與技術(shù)干預(yù)等新的研究方法。

關(guān)鍵詞：腦機(jī)制；認(rèn)知科學(xué)；學(xué)習(xí)科學(xué)

引言

宇宙、物質(zhì)、生命和智力是自然界中的四大奧秘，尤其是涉及腦機(jī)制研究的智力探索更是人類認(rèn)識自然和自我過程中極具挑戰(zhàn)性的科學(xué)命題。人類對大腦認(rèn)知功能的智力探索已有數(shù)千年的歷史，然而以往探索基本上都是哲學(xué)思辨討論式和直覺經(jīng)驗(yàn)觀察式的探索[1]。

當(dāng)今，腦認(rèn)知科學(xué)的發(fā)展已經(jīng)建立在科學(xué)理性分析研究的基礎(chǔ)上，人類對自身特有精神和心理活動的探索已進(jìn)入到一個(gè)新的研究層次。尤其是從20世紀(jì)90年代世界各國紛紛啟動腦科學(xué)研究計(jì)劃以來，現(xiàn)代分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)、影像學(xué)和信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為腦認(rèn)知科學(xué)研究提供了層出不窮的新工具與方法[2]。經(jīng)過20多年的發(fā)展，腦認(rèn)知科學(xué)總體上形成了兩大研究發(fā)展趨勢：微觀分子細(xì)胞水平上對腦功能和腦疾病機(jī)理的研究，宏觀系統(tǒng)整體水平上對腦功能多層次的整合研究。通過這兩大方面研究的推動，大腦各部分如何協(xié)同工作來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜認(rèn)知功能并產(chǎn)生智力，正得到日趨廣泛和深入的研究[3]。腦認(rèn)知科學(xué)研究的重要地位得以迅速確立，并推動著當(dāng)前諸多相關(guān)學(xué)科的有機(jī)融合和交叉發(fā)展。學(xué)習(xí)科學(xué)的研究領(lǐng)域、研究方法和研究新動向大部分都基于腦認(rèn)知科學(xué)，深受腦認(rèn)知科學(xué)發(fā)展的影響和推動[4]。因此，系統(tǒng)梳理近十年來腦認(rèn)知科學(xué)發(fā)展的重大突破和研究動態(tài)，將為學(xué)習(xí)科學(xué)研究提供重要的理論框架和未來發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)。

一　腦認(rèn)知科學(xué)的新研究動態(tài)

1腦的神經(jīng)機(jī)制研究

從20世紀(jì)90年代開始，由于在心理學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域中功能性磁共振等神經(jīng)影像技術(shù)的產(chǎn)生及其廣泛應(yīng)用，科學(xué)家們開始研究復(fù)雜心理活動是如何通過某些神經(jīng)環(huán)路、某些腦區(qū)、某些神經(jīng)元甚至某些神經(jīng)遞質(zhì)來完成的[5]。同時(shí)，受生命科學(xué)研究實(shí)現(xiàn)從基因組學(xué)到蛋白質(zhì)組學(xué)，再到神經(jīng)連接組學(xué)轉(zhuǎn)變的影響，腦認(rèn)知科學(xué)開始將研究中心放在從事腦功能的神經(jīng)環(huán)路分析上，試圖對腦內(nèi)的神經(jīng)活動線路作圖，實(shí)現(xiàn)對腦機(jī)制的基因—腦—行為—認(rèn)知的完整系統(tǒng)研究[6]。當(dāng)前，腦的神經(jīng)機(jī)制研究主要關(guān)注以個(gè)兩個(gè)方面：

（1）神經(jīng)信息的編碼機(jī)制

外部世界的信息在大腦內(nèi)被統(tǒng)一編碼成神經(jīng)元的電活動，了解神經(jīng)信息編碼的機(jī)制是破譯大腦計(jì)算方法的關(guān)鍵。關(guān)于神經(jīng)信息編碼機(jī)制存在著多種假說，如發(fā)放頻率編碼、時(shí)間精細(xì)結(jié)構(gòu)編碼、同步化發(fā)放編碼和群編碼等，這些假說都得到了一定的實(shí)驗(yàn)支持，但同時(shí)也都遇到了很多挑戰(zhàn)[7]。但越來越多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，人腦中神經(jīng)信息的編碼不是以一種單獨(dú)編碼形式存在，而是多種機(jī)制并存。

（2）學(xué)習(xí)、記憶及信息存儲的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

神經(jīng)元間突觸連接強(qiáng)度的變化是學(xué)習(xí)的物質(zhì)基礎(chǔ)，這種強(qiáng)度變化的理論模型從早期的赫布（Hebbian）學(xué)習(xí)律迅速發(fā)展到突觸動作電位時(shí)間依賴可塑性規(guī)律[8]。隨著實(shí)驗(yàn)證據(jù)的積累和研究的深入，突觸和神經(jīng)環(huán)路可塑性變化機(jī)制將會促使學(xué)習(xí)理論產(chǎn)生一個(gè)很大的突破。但記憶的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究理論還只是停留在簡單的集中形式方面（即短期記憶和長期記憶的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)機(jī)制），盡管已經(jīng)取得了從傳統(tǒng)霍普菲爾德（Hopfield）模型到現(xiàn)代連續(xù)吸引子網(wǎng)絡(luò)模型的大突破[9]，但整體上記憶的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論模型研究還有很長的路要走。

2腦的高級認(rèn)知功能研究

腦的高級認(rèn)知功能是指人具有的學(xué)習(xí)、記憶、注意、語言、抉擇、問題解決等認(rèn)知功能。目前，這個(gè)方面的研究主要集中在如下三個(gè)方面：

（1）感知覺信息的處理與整合

感知覺信息的處理與整合主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：①感知覺信息的基本表達(dá)研究，主要是“初期特征分析”與“初期整體知覺”兩大研究思路的爭論；②特征綁定問題的研究，這是當(dāng)前計(jì)算機(jī)視覺和人類視覺研究中的一個(gè)根本性難題，迄今為止各種解釋機(jī)制都失敗了；③注意的基本表達(dá)問題，主要是基于空間、基于特征性質(zhì)和基于時(shí)間三大理論的爭鳴，其中占主導(dǎo)地位的是基于空間的理論，但基于物體的理論正在快速形成并得以發(fā)展。

（2）工作記憶和語義記憶的腦機(jī)制

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生體會艾弗里體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)思路，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的技能訓(xùn)練，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和縝密的科學(xué)思維。

對于工作記憶的研究主要有兩個(gè)層次：一是宏觀層次的研究，主要分析有哪些腦區(qū)參與了工作記憶的過程，并且這些腦區(qū)之間的關(guān)系是怎樣的；二是環(huán)路層次的研究，主要分析工作記憶由什么樣的神經(jīng)元活動所代表，調(diào)節(jié)這些神經(jīng)元活動的機(jī)制是什么[10]。目前，有證據(jù)表明：工作記憶并不是由某個(gè)特定腦區(qū)所負(fù)責(zé)，而是一種由大部分聯(lián)合皮層甚至感覺皮層聯(lián)合支持的、能持續(xù)一定時(shí)間的不間斷放電活動。另外，認(rèn)為語義記憶是一個(gè)超模態(tài)符號系統(tǒng)的傳統(tǒng)觀念是錯(cuò)誤的。語義記憶研究的最新結(jié)果顯示，長時(shí)記憶是一個(gè)腦分布式存儲系統(tǒng)，不同類別的物體在腦中有著不同的處理系統(tǒng)，系統(tǒng)中存在一個(gè)聯(lián)合區(qū)域負(fù)責(zé)將分散信息整合起來靈活應(yīng)用[11]。

（3）記憶的固化與消退

當(dāng)下記憶研究依然深受百年前提出的記憶鞏固假說的影響，認(rèn)為不同類型的記憶在不同的腦區(qū)進(jìn)行加工處理，記憶在儲存后是穩(wěn)固的，長時(shí)記憶是記憶神經(jīng)反復(fù)震蕩活動的穩(wěn)定[12]。然而有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示：提取記憶會引發(fā)一個(gè)額外不穩(wěn)定期（即存在重鞏固過程），記憶維持是一個(gè)持續(xù)動態(tài)的變化過程。傳統(tǒng)記憶消退理論認(rèn)為，導(dǎo)致消退的原因是條件刺激與非條件刺激之間的聯(lián)系不斷被弱化并最終被破壞[13]。而實(shí)質(zhì)上，記憶消退過程有更多的復(fù)雜機(jī)制參與，消退并沒有影響到以前的興奮性聯(lián)系，而是形成了另外一個(gè)抑制性聯(lián)系，記憶消退和習(xí)慣化現(xiàn)象之間有共同的腦認(rèn)知作用機(jī)制[14]。

3 腦的計(jì)算理論分析研究

現(xiàn)代腦認(rèn)知科學(xué)發(fā)展理念上存在著一個(gè)重要隱喻：人腦和計(jì)算機(jī)一樣也存在硬件與軟件兩個(gè)層次，要模擬人腦功能，只需設(shè)計(jì)出不同的設(shè)備或程序來模擬驅(qū)動實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能即可。隨著理論研究和技術(shù)的進(jìn)步，基于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)模擬的大腦計(jì)算理論（腦中信息處理通路是靜態(tài)的和串行加工的）受到了重大挑戰(zhàn)：人腦中信息處理回路（神經(jīng)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)）會通過持續(xù)進(jìn)化和并行運(yùn)算來解決復(fù)雜問題，腦的高級功能不是由某單個(gè)神經(jīng)元或單一腦區(qū)孤立完成，而是由許多腦區(qū)或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的交互作用而實(shí)現(xiàn)[15]。因此，從神經(jīng)環(huán)路網(wǎng)絡(luò)的角度，利用并行計(jì)算理論來重新闡釋人腦的結(jié)構(gòu)和功能，揭示腦對神經(jīng)信息的加工處理機(jī)制是非常必要的。

利用高時(shí)空分辨率成像技術(shù)和現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)的結(jié)合，研究學(xué)者們通過建立不同腦區(qū)交互作用的腦網(wǎng)絡(luò)模型并分析其動態(tài)演化規(guī)律，來理解腦信息加工的動態(tài)過程及腦高級認(rèn)知功能[16]。目前，該方面的研究主要集中在以下兩個(gè)核心點(diǎn)：①神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆?jì)算理論的發(fā)展。主要是在功能性腦圖譜構(gòu)建的基礎(chǔ)上，進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒐δ軐傩约捌鋭恿W(xué)機(jī)制的分析，弄清楚大腦不同腦區(qū)是如何采集分析和處理神經(jīng)信息的；②腦—機(jī)接口的設(shè)計(jì)與開發(fā)。即在腦與外部設(shè)備之間建立起一種直接的交流通道，實(shí)現(xiàn)腦對外部設(shè)備的直接控制，也可直接把外界信息傳入大腦來調(diào)控人的某些行為。目前這方面的研究，主要集中在接口信息自適應(yīng)處理與神經(jīng)可塑性的相互關(guān)系分析、接口神經(jīng)反饋機(jī)制與技術(shù)這兩大問題上[17]。

4腦的心理與行為研究

目前，心理科學(xué)領(lǐng)域中普遍采用了行為反應(yīng)測量結(jié)合腦影像技術(shù)，來研究諸如感知覺、注意、記憶、語言等基本認(rèn)知功能，來闡明復(fù)雜心理活動在認(rèn)知各個(gè)水平上的作用機(jī)制，同時(shí)也在積極探索社會文化環(huán)境對人類行為及其復(fù)雜社會行為的影響[18]。受其影響，腦認(rèn)知科學(xué)領(lǐng)域也嘗試采用心理與行為研究技術(shù)方法來展開相關(guān)的研究。目前，腦的心理與行為研究主要分析在大腦各部的協(xié)同工作下各種復(fù)雜認(rèn)知功能和智力是如何產(chǎn)生的，并如何實(shí)現(xiàn)對行為的控制。該方向研究的主要核心點(diǎn)有：

（1）自我意識與自我相關(guān)信息的加工。諸多研究主要集中于自我參照加工、自我面孔識別和自傳體記憶三個(gè)方面。其中，自我面孔識別是個(gè)體關(guān)注外部世界的過程，而自我參照加工和自傳體記憶則是個(gè)體關(guān)注自我內(nèi)心世界的過程。

（3）人類決策與行為研究。這個(gè)方向研究的重點(diǎn)是理解和把握人們在不確定環(huán)境中的反應(yīng)特征和行為規(guī)律[20]。主要研究點(diǎn)有基于行為的決策理論與方法、情緒和個(gè)體差異對決策的影響機(jī)制、集群行為等。

二　腦認(rèn)知科學(xué)視野下學(xué)習(xí)科學(xué)研究內(nèi)容的新進(jìn)展

1有意義高效學(xué)習(xí)的系統(tǒng)模型

腦認(rèn)知科學(xué)和新媒體技術(shù)的發(fā)展，使未來學(xué)習(xí)形式和內(nèi)容發(fā)生了深刻的變化。學(xué)習(xí)是一個(gè)大腦積極參與的過程，是學(xué)習(xí)者諸認(rèn)知功能和大腦各功能區(qū)綜合發(fā)揮的過程，更是一個(gè)有趣、有效和高效的過程[21]。學(xué)習(xí)活動的實(shí)施需要一定的心理結(jié)構(gòu)要素，如知識呈現(xiàn)方式、選擇性注意、元認(rèn)知、內(nèi)隱認(rèn)知、非智力因素和學(xué)習(xí)策略[22]。要實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)的有趣、高效和有效，就必須在發(fā)揮腦認(rèn)知功能的基礎(chǔ)上，讓上述心理參與要素按一定層次構(gòu)成一個(gè)相對完善的系統(tǒng)。基于此，本研究構(gòu)建了一個(gè)有意義高效學(xué)習(xí)的系統(tǒng)模型，如圖1所示。

圖1　有意義高效學(xué)習(xí)的系統(tǒng)模型

學(xué)習(xí)的本質(zhì)是讓學(xué)生通過領(lǐng)會和掌握知識來提高自身的能力，而如何用適當(dāng)方式來合理地呈現(xiàn)知識，會直接關(guān)系到學(xué)習(xí)的效率和效果。符合學(xué)習(xí)者腦認(rèn)知規(guī)律的知識呈現(xiàn)方式（如知識網(wǎng)絡(luò)），是實(shí)現(xiàn)有意義高效學(xué)習(xí)的基本保證。在學(xué)習(xí)過程中，首先需要解決的是如何讓學(xué)習(xí)者排除各種無關(guān)干擾，將注意力集中到所學(xué)知識內(nèi)容之上，有效的選擇性注意是學(xué)習(xí)者有意義高效學(xué)習(xí)的基本前提條件[23]。學(xué)習(xí)是一個(gè)學(xué)習(xí)者自覺主動學(xué)習(xí)的過程，學(xué)習(xí)過程中應(yīng)該讓學(xué)習(xí)者對自己的學(xué)習(xí)過程和狀態(tài)有清晰的認(rèn)識與實(shí)時(shí)了解，這就需要學(xué)習(xí)者發(fā)揮元認(rèn)知的作用——元認(rèn)知是學(xué)習(xí)者有意義高效學(xué)習(xí)的重要監(jiān)控系統(tǒng)。此外，學(xué)習(xí)過程中學(xué)習(xí)者認(rèn)知活動往往都需要有非智力因素的伴隨參與，強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)動機(jī)、堅(jiān)強(qiáng)的意志力和良好的性格特征等非智力因素使學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)能夠更加深入和持續(xù)，為其有意義高效學(xué)習(xí)提供了源源不斷的動力[24]。學(xué)習(xí)過程中還需要學(xué)習(xí)者根據(jù)學(xué)習(xí)狀況，選擇最佳學(xué)習(xí)策略來完成任務(wù)——學(xué)習(xí)策略是實(shí)現(xiàn)有意義高效學(xué)習(xí)的重要保障。內(nèi)隱認(rèn)知則是學(xué)生在沒有意識到要學(xué)習(xí)卻掌握了某種知識和技能，它是有意義高效學(xué)習(xí)的高級形式，體現(xiàn)了學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)活動的自動化和智能化[25]。

2社會學(xué)習(xí)的機(jī)制研究

諸多領(lǐng)域的新見解正在改變著教育的實(shí)施方式，生成了一個(gè)新的學(xué)習(xí)理論——社會學(xué)習(xí)觀，即人的心理和思維發(fā)展往往依托于人所處的社會文化環(huán)境，學(xué)習(xí)者在內(nèi)外部諸因素交互作用的過程中得到了提升和發(fā)展[26]。當(dāng)前社會學(xué)習(xí)理論主要表現(xiàn)為三個(gè)基本原理：①學(xué)習(xí)是通過計(jì)算來實(shí)現(xiàn)的。學(xué)習(xí)者具有強(qiáng)大的計(jì)算能力，能從經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模式中推斷出周圍環(huán)境的結(jié)構(gòu)模型，并利用經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模式來學(xué)習(xí)語言和因果關(guān)系；②學(xué)習(xí)是通過具有可塑性的腦來完成的[27]。學(xué)習(xí)記憶過程可以塑造大腦的結(jié)構(gòu)和功能，同時(shí)，大腦特定的結(jié)構(gòu)和功能也在影響、優(yōu)化著學(xué)習(xí)行為及認(rèn)知過程；③學(xué)習(xí)是通過社會互動來實(shí)現(xiàn)的。學(xué)習(xí)者在與其他人的互動中迅速學(xué)習(xí)，并傾向于關(guān)注和模仿別人的行為。時(shí)下，學(xué)校教育正越來越關(guān)注和體現(xiàn)社會學(xué)習(xí)的交互作用原則。

同時(shí)，人們也發(fā)現(xiàn)人類進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)需要具有三個(gè)基本社會技能：模仿、共同注意和共情理解，它們形成了人類發(fā)展的基礎(chǔ)[28]。其中，觀察和模仿專家學(xué)習(xí)是一種強(qiáng)大的社會學(xué)習(xí)機(jī)制，學(xué)習(xí)者可大量模仿他人的行為，利用他人的信息來增加自己的知識并提升自我；共同注意是社會學(xué)習(xí)易化的一個(gè)重要途徑，它讓不同的學(xué)習(xí)者對同一物體和事件進(jìn)行共同關(guān)注，進(jìn)而為他們的共同交流提供基礎(chǔ)；共情理解的能力對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)至關(guān)重要，很多學(xué)習(xí)過程往往都受特定感情過程的影響與制約。按照腦認(rèn)知科學(xué)家的建議，編排的、浸潤性的、充滿互動的、充分激趣的和具有積極加工經(jīng)驗(yàn)的學(xué)校教育教學(xué)活動最有可能讓學(xué)習(xí)者投入其中，形成具有共同體特征與內(nèi)涵的參與感，產(chǎn)生自然的有意義知識和高效學(xué)習(xí)，從而幫助學(xué)習(xí)者獲得最優(yōu)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和大腦發(fā)展[29]。

三　腦認(rèn)知科學(xué)視野下學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法的新變化

1多學(xué)科交叉研究和合作研究的開展

受腦認(rèn)知科學(xué)發(fā)展的影響，學(xué)習(xí)科學(xué)往往會涉及多學(xué)科前沿，也往往會進(jìn)行學(xué)科交叉性研究。越來越多本來從事生理學(xué)、生物學(xué)、基因組學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、社會學(xué)、數(shù)學(xué)和邏輯學(xué)等的研究人員，正在加盟到對學(xué)習(xí)這一現(xiàn)象的機(jī)制研究中[30]。尤其是近些年來，從認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)角度對學(xué)習(xí)展開跨文化的心理學(xué)研究正在如火如荼地進(jìn)行著。同時(shí)，相關(guān)領(lǐng)域的國際研究合作活動也發(fā)展快速且聯(lián)系日趨緊密，更多地區(qū)性或國際性組織正在形成，各類地區(qū)性或國際性學(xué)術(shù)會議也在頻繁召開。當(dāng)下，一方面需要全面收集、解讀并跟蹤腦認(rèn)知科學(xué)研究的已有重要成果；另一方面更需開展腦認(rèn)知科學(xué)研究與教學(xué)實(shí)踐活動的聯(lián)手工作，在腦認(rèn)知科學(xué)的基礎(chǔ)上進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐活動的創(chuàng)新，尤其是在現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)手段的支持下，積極提出新教育理論、策略與模式，設(shè)計(jì)和創(chuàng)造出新的學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)形式[31]。

2神經(jīng)科學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的新突破

近些年來，研究方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的新發(fā)展已經(jīng)給腦認(rèn)知科學(xué)帶來了重大的理論突破，人類對學(xué)習(xí)的研究正逐漸從間接轉(zhuǎn)向直接、從猜測轉(zhuǎn)向?qū)嵶C、從模糊趨于清晰。實(shí)時(shí)觀測神經(jīng)活動（非浸入性成像技術(shù)）研究技術(shù)的出現(xiàn)，使人們在展開腦認(rèn)知、人工智能、學(xué)習(xí)機(jī)制研究等方面有了新的方法和實(shí)現(xiàn)路線[32]。利用高分辨率時(shí)空成像技術(shù)來解析神經(jīng)環(huán)路的功能性動態(tài)調(diào)控規(guī)律、來理解腦的信息加工過程及腦高級功能，進(jìn)而能夠全面系統(tǒng)地揭示人類學(xué)習(xí)的奧秘。新研究方法和技術(shù)使人們能夠在更系統(tǒng)、更深入的水平上研究腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)活動及其調(diào)控機(jī)制，將促進(jìn)信息科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、心理科學(xué)甚至是臨床醫(yī)學(xué)的綜合交叉[33]。與嚴(yán)格的行為數(shù)據(jù)相比，來自認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)等方面的新技術(shù)方法將會使學(xué)習(xí)機(jī)制研究的信息更為豐富，對人腦基本認(rèn)知功能的解釋也更為直接和可視化。

3臨床診斷與技術(shù)干預(yù)的案例研究

傳統(tǒng)智力觀認(rèn)為，學(xué)習(xí)者出現(xiàn)學(xué)習(xí)困難主要是學(xué)習(xí)者的智力存在一定狀況，故常采用形式訓(xùn)練方式來重點(diǎn)提升學(xué)生的觀察力、記憶力和想象力等。但實(shí)際上，學(xué)習(xí)困難生與優(yōu)秀生的智力差別不是在思維過程和形式上，真正的差異在于當(dāng)他們進(jìn)行分析、綜合、比較、抽象概括等思維時(shí)，其所加工知識內(nèi)容的質(zhì)量、性質(zhì)、特征、結(jié)構(gòu)等方面存在著顯著差距。因此，有效把握學(xué)習(xí)困難者在具體學(xué)科知識學(xué)習(xí)和問題解決的過程中如何通過獲取、加工和組織知識內(nèi)容而進(jìn)行思維的特點(diǎn)，才是學(xué)習(xí)成功與否的關(guān)鍵之所在。基于臨床診斷與相關(guān)技術(shù)干預(yù)，能夠使研究者實(shí)實(shí)在在地追蹤到學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，親自體察學(xué)生應(yīng)用知識進(jìn)行思維的實(shí)際過程，對學(xué)習(xí)的了解和理解要比其它任何形式的研究更加真實(shí)、深入和細(xì)致[34]。

總之，大腦是一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)（包含1011個(gè)神經(jīng)元和大約1015個(gè)突觸），弄清楚人腦是如何工作的仍然困難重重。腦學(xué)習(xí)系統(tǒng)如何組織，學(xué)習(xí)時(shí)腦內(nèi)部進(jìn)行著哪些過程，這些過程如何相互作用引發(fā)系統(tǒng)的行為——這些問題的解決，都需要研究者進(jìn)行更加深入的實(shí)驗(yàn)工作和計(jì)算工作；尤其是針對如何采用無損傷的直接方式來記錄大腦活動的實(shí)時(shí)過程這一問題，還需要研究者匯聚更多的智慧來實(shí)現(xiàn)突破。隨著腦認(rèn)知科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，學(xué)習(xí)科學(xué)將會進(jìn)入到一個(gè)全新的綜合性突破發(fā)展階段。

參考文獻(xiàn)

[1]呂林海.人類學(xué)習(xí)的研究歷史、本質(zhì)特征與改進(jìn)努力——腦科學(xué)視角下的解析與啟示[J].全球教育展望,2013,(1):45-52.

[2]國家自然科學(xué)基金委員會,中國科學(xué)院.腦與認(rèn)知科學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,2012:12-23.

[3]董奇,周加仙.理解腦——走向新的學(xué)習(xí)科學(xué)[M].北京:教育科學(xué)出版社,2006:4-10.

[4]基思·索耶.學(xué)習(xí)科學(xué)及其跨學(xué)科基礎(chǔ)[J].世界教育信息,2011,(7):26-29.

[5]王道陽,魏瑋.教育科學(xué)發(fā)展新取向:來自認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的影響[J].教育生物學(xué)雜志,2013,(3):226-231.

[6]尤洋,崔帥.大腦是如何處理信息的——神經(jīng)元及其模型的計(jì)算闡釋[J].科學(xué)技術(shù)哲學(xué)研究,2014,(5):20-26.

[7]伍海燕,王乃弋,羅躍嘉.腦、認(rèn)知、情緒與教育——情緒的神經(jīng)科學(xué)研究進(jìn)展及其教育意義[J].教育學(xué)報(bào),2012,(4):48-54.

[8]Shipley T F,Tikoff B,Ormand C,et al.Structural geology practice and learning,from the perspective of cognitive science[J].Journal of Structural Geology,2013,(9):72-84.

[9]趙鑫,周仁來.工作記憶:人類高級認(rèn)知活動的核心[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)(社會科學(xué)版),2010,(5):38-44.

[10]呂厚超.情節(jié)式未來思考的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制[J].四川師范大學(xué)學(xué)報(bào)(社會科學(xué)版),2014,(4):69-75.

[11]Carugati F,Perret-Clermont A N.Learning and instruction: Social-cognitive perspectives (2rd) [M].Elesiver: International Encyclopedia of the Social & Behavioral Sciences,2015:670-676.

[12]沈德立,白學(xué)軍.高效率學(xué)習(xí)的心理機(jī)制研究[J].心理科學(xué),2006,(1):2-6.

[13]Paivio A.Intelligence,dual coding theory and the brain[J].Intelligence,2014,(11):141-158.

[14]陳巍.邁向整合腦與意識經(jīng)驗(yàn)的認(rèn)知科學(xué):神經(jīng)現(xiàn)象學(xué)研究[D].南京:南京師范大學(xué),2012:12-18.

[15]保承軍,岳桂杰,谷莉.基于腦科學(xué)視角的建構(gòu)主義學(xué)習(xí)模式[J].太原大學(xué)教育學(xué)院學(xué)報(bào),2014,(1):8-11.

[16]周加仙.腦、認(rèn)知與文化學(xué)習(xí)[J].全球教育展望,2012,(10):62-68.

[17]徐光濤,張懷浩,任友群.學(xué)習(xí)技術(shù)典型案例:從社交機(jī)器人到大腦刺激——學(xué)習(xí)科學(xué)國際大會“學(xué)習(xí)技術(shù)”專題綜述[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究,2014,(3):45-51.

[18]宋偉.搭建腦與認(rèn)知科學(xué)與學(xué)習(xí)之間的橋梁——2012年國際“腦、認(rèn)知與學(xué)習(xí)”學(xué)術(shù)研討會側(cè)記[J].中國教師,2012,(17):23-25.

[19]龍程.腦研究的進(jìn)展、挑戰(zhàn)與機(jī)遇[J].華南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,(6):161-165.

[20]Buckner R L,Krienen F M.The evolution of distributed association networks in the human brain[J].Trends in Cognitive Sciences,2013,(12):648-665.

[21]Volkova E V.Cognitive learning technology: DI-approach1[J].Procedia-Social and Behavioral Sciences,2015,(1):1330-1339.

[22]白學(xué)軍.實(shí)現(xiàn)高效率學(xué)習(xí)的認(rèn)知心理學(xué)的基礎(chǔ)研究[M].天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社,2008:60-66.

[23]Koutsouki D,Asonitou K.Cognitive processes in children with developmental coordination disorder[J].Cognition,Intelligence,and Achievement,2015,(8):267-289.

[24]任英杰,徐曉東.學(xué)習(xí)科學(xué):研究的重要問題及其方法論[J].遠(yuǎn)程教育雜志,2012,(1):26-36.

[25]尚俊杰,莊紹勇,陳高偉.學(xué)習(xí)科學(xué):推動教育的深層變革[J].中國電化教育,2015,(1):6-13.

[26]金鶯蓮,裴新寧.學(xué)習(xí)科學(xué)視域中的社會性學(xué)習(xí):過去、現(xiàn)在與未來[J].開放教育研究,2014,(6):81-87.

[27]胡誼,桑標(biāo).教育神經(jīng)科學(xué):探究人類認(rèn)知與學(xué)習(xí)的一條整合式途徑[J].心理科學(xué),2010,(3):514-520.

[28]李燁.腦科學(xué)與教育研究[D].南京:東南大學(xué),2010:25.

[29]周加仙.教育神經(jīng)科學(xué)與文化適宜性教學(xué)[J].遠(yuǎn)程教育雜志,2012,(5):20-25.

[30]顧凡及.腦科學(xué)和信息科學(xué)的交叉學(xué)科研究[J].自然雜志,2015,(1):26-32.

[31]焦建利,賈義敏.學(xué)習(xí)科學(xué)研究領(lǐng)域及其新進(jìn)展——“學(xué)習(xí)科學(xué)新進(jìn)展”系列論文引論[J].開放教育研究,2011,(1):33-41.

[32]陳溪萍.視覺信息加工的腦認(rèn)知事件相關(guān)電位特征研究[D].蘇州:蘇州大學(xué),2011:16-26.

[33]方陵生.歐洲腦科學(xué)計(jì)劃新動向[J].世界科學(xué),2014,(11):55-57.

編輯：小米

[34]Kim M K.Models of learning progress in solving complex problems: Expertise development in teaching and learning[J].Contemporary Educational Psychology,2015,(7):1-16.

The New Development of Learning Research from the Perspective of Brain and Cognitive Science

HU Wei-xingLI LingXU Duo
（Educational College,Bohai University,Jinzhou,Liaoning,China 121013）

Abstract:Through the development of modern molecular biology,cell biology,genetics,imaging and information science technology,the cognitive function and its action mechanism have been revealed from the aspects of microscopic brain cellular and molecular level and macroscopical brain system and overall level.Current brain and cognitive science has achieved strategically progresses on the brain neural mechanism,brain advanced cognitive function,brain calculation theory,brain psychology and behavior analysis,which profoundly affected the learning science field.The learning science emerged the new development trend: on the aspects of research content,the meaningful and efficient learning model based on brain-based learning mechanism was constructed and social learning mechanism based on the culture and context interaction was taken seriously; on the aspects of research method,the learning science field started to adopt the new method of interdisciplinary and cooperation research,neuroscience experiment and clinical diagnosis and intervention.

Keywords:brain mechanism; cognitive science; learning science

收稿日期：2015年7月10日

作者簡介：胡衛(wèi)星，副教授，博士，研究方向?yàn)樾畔⒓夹g(shù)環(huán)境下新學(xué)習(xí)形式的心理機(jī)制，數(shù)字化教學(xué)資源的設(shè)計(jì)、開發(fā)和管理等，郵箱為satellitehu@163.com。

*基金項(xiàng)目：本文受教育部人文社會科學(xué)基金項(xiàng)目“四元交互作用機(jī)制下的動畫多媒體學(xué)習(xí)研究”（項(xiàng)目編號：13YJC880028）、遼寧省高校青年教育科研骨干專項(xiàng)課題“信息技術(shù)融入課堂教學(xué)的有效性研究”（項(xiàng)目編號：JGZXQDB039）資助。

【中圖分類號】G40-057

【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【論文編號】1009—8097（2016）03—0019—07 【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2016.03.003