基于腦負荷理論的“減負”策略

董娜 曾文婕 楊一格 吳必園 黃甫全

[摘? ?要]在腦負荷理論視域下，應以整體結構觀照學生的減負需求，從體力、情感、心智和期望等多層需求，構建多維、全面的“新減負觀”。其具體策略包括：減少傳統課堂上對學生身體動作的限制，以減輕學生的體力負荷;在消解學生負面情緒的同時喚起積極情緒，以降低學生的情感負荷;創設個性化學習，以減輕學生的心智負荷;分散教師、家長和學生的期望，以減輕學生的期望負荷。

[關鍵詞]減負;腦科學;腦負荷

中小學生“減負”一直是社會關注的熱點。2020年的“兩會”也再次聚焦了減負。腦科學研究取得的成果，為遵循學生大腦發展規律的科學減負提供了依據。在此，將基于腦負荷理論闡發相應的減負策略。

一、確立新型理念，培育多維減負觀

“減負”通常被理解為減輕學生的學業任務或認知負荷。腦科學研究提示人們要關注腦負荷，從體力、情感、心智和期望等多方面考量學生的負擔，進而確立新的減負理念。

1.學生學業負荷的四種構成

腦負荷是與體力負荷相對的一個術語，也被稱為心理負荷、腦力負荷和腦力負擔等。對腦負荷的定義，常見的描述包括人在工作時的“信息處理速度”“信息處理能力”或“心理壓力”等[1]。早期，認知被認為是人腦的核心功能，認知過程中的信息加工負荷被稱為認知負荷。學生的認知負荷是指在學習任務中其認知系統上的負荷[2]。隨著腦科學研究的深入，記憶、情感和獎勵等的腦神經機制逐步被揭示[3]，人們對認知負荷的認識開始從心理層面走向生理層面，逐步形成了腦負荷理論。

基于腦負荷理論，學生在學習過程中承受的負荷從抽象、籠統的“認知系統上的負荷”，走向與具體的學業期望、學生的能力和努力程度等相關的多維度的負荷[4]。這樣，學生的學業負荷就包括了心智負荷、情感負荷、期望負荷和體力負荷，具體涉及學生學習過程中的心智需求、努力程度、時間需求、受挫程度、績效水平和體力需求等（見圖1）。心理層面的認知負荷理論也曾嘗試對“認知系統上的負荷”做出內部、外部和關聯負荷的區分，但是卻難以實施測量或評估。而生理層面的負荷，卻可以直接通過對人的呼吸頻率、瞳孔直徑、內分泌和皮膚電反應等生理指標進行測量而獲得，這便為科學減負提供了依據。

2.走向多維的“新減負觀”

傳統減負觀主要聚焦于心智負荷。在這一觀念視域下的減負策略通常是減少教學任務，以期降低學生完成學業任務的心智需求和努力程度。而立足于腦負荷理論，學生所承受的負荷是多維的，因此減負亦不再只是單一地減少學業任務，而是要從完成學業任務的體力需要、時間需要、受挫程度、努力程度、心智需要和績效水平等多方面加以考慮。

基于腦負荷理論的減負策略，將實現更精準的教學、測評和減負。具體而言，那些難以通過書面考試檢測出來的學生的心智活動、情緒狀態以及體力狀況等，可借助新興腦成像技術被精確地檢測，使教師可據以調整教學的目標、內容和模式等。這些反饋還可用以幫助人們將認知理論中的內部、外部和關聯認知負荷進行區分，實現針對體力負荷、情感負荷、心智負荷和期望負荷的精準減負。

二、改變學習方式，減輕體力負荷

體力負荷是指學生在學習過程中需要承受的體力方面的負擔。包括站立、轉身和保持靜坐等動作控制或限制帶來的負荷。受某些哲學中“身心二分”及“抑身揚心”等觀點的影響，學習常被視為離身的（Disembodied），因此學生所承擔的體力負荷常常被忽視。隨著腦科學研究對認知功能與身體結構之間聯結的揭示，“身心對立”“身心二分”的理論不攻自破，又進而生發出“身心一體”和“身心耦合”的具身認知（Embodied Cognition）理論。這使人們開始注意生理體驗與心理狀態之間的聯系，對學習的認識開始由“離身”走向“具身”。減輕體力負荷的策略如下。

1.建立動態課堂，減少對身體的限制

傳統學習活動中，學生常被要求主動抑制身體運動，以符合課堂紀律的要求。而腦科學的研究表明，長時間“保持靜止”會增加腦皮質的負荷，降低大腦的計算性能。與適當運動狀態相比，靜坐狀態下的學習者認知能力明顯下降[5]。因此，為了減少腦負荷，可以改變對學生靜坐的要求，減少對學生身體的限制，建立更動態的課堂。具體措施如配備可調整高度的書桌，使學生既可以站著，也可以坐在椅子上[6]。

2.靈活擺放課桌，降低對行為的限制

具身認知理論指出，認知不是與感知覺無關的靜態表征，而是與感知覺和運動具有動態聯結的過程，學習中的認知加工需根植于身體與環境的交互，是“嵌入”身體和環境的活動[7]。為此，可以借鑒德國小學課堂的經驗，即不再只按照縱橫方向整齊排列的方式擺放課桌，而是以小組聚集的方式擺放，學生不必固定在自己的座位上，可以根據教學需要和自己的學習狀態調整活動空間，如可以自行結成小組到課室的任意位置或者走廊進行學習和討論[8]。

3.積極組織大課間，提高學生活動興趣

課間休息時要鼓勵學生到室外活動。學校還可以將武術、足球、搏擊等運動項目引入課間操，這樣更能提高學生的活動興趣[9]。這些舉措可以避免學生久坐，幫助他們增加運動量，有效防止超重或肥胖，也能減少學生在學習過程中的體力負荷，提高認知效率。

三、喚醒積極情緒，降低情感負荷

情感負荷主要是指學生在學習過程中感受到的情感方面的負擔，主要包括學習任務的時間需求和受挫程度。時間需求是指或快或慢的學習節奏對學生情緒的影響，如時間充裕時的從容不迫，時間緊迫時的慌亂、焦慮等。受挫是指由于學習任務過難而帶來的沮喪和煩惱等消極情緒體驗。情感通常被視為學習的干擾因素。例如，教師經常會期望學生“清空雜念”，認為只有這樣才能專心投入學習。但腦負荷理論的相關研究表明，情感對記憶力、注意力和其他高階思維有重要影響，包括積極的和消極的。信息在到達與高階思維相關的腦區之前，會經過與情感相關的區域。故而認知和信息的處理方式會受情感系統影響[10]。因此，情感減負至少可以從消極情緒消解和積極情緒喚起兩方面著手。

1.提高反饋效用，緩解消極情緒

消極情緒會降低獲取和回憶信息的能力[11]，因此緩解消解情緒可降低情感負荷。反饋是牽動學生情緒的關鍵，消極反饋（如批評、否定和責罵等）會讓學生陷入沮喪、自責和無助等負面情緒;而積極反饋既能減少學生負面情緒，還能啟發學生改進方法和策略，幫助學生完成學習任務，獲得積極情緒體驗。為此，可借助評估工具，提供積極反饋，提高反饋效用。例如，借助經顱多普勒超聲技術，學習者的空間能力、對靜態圖像做出的反應以及右腦中動脈的腦血流速度變化等將得以精準檢測[12]。基于這些檢測結果，在學生進行圖形幾何類知識的學習活動時，針對低空間能力的學習者，可加入替代性信息與線索減輕其腦負荷;而在學習其他類型的知識時，針對高空間能力的學習者，可加入靜態圖像輔助其減輕腦負荷。如此，既可避免低效反饋帶來的評估偏差，還能減少消極反饋帶來的“威脅”感和“逼迫”感等情感負荷。

2.建立良性互動，喚起積極情緒

積極的情感可以增強廣泛的認知過程，在創造性思維的測量方面取得更好的績效[13]。積極情緒能促進學習友好型神經傳導物質——多巴胺的形成[14]，進而提升學生的創造性思維水平。喚起學生積極情緒的策略包括：努力與學生建立良性互動、和諧融洽的師生關系，通過教師積極、愉悅的情感去感染學生;重視對學生積極情感的喚醒和調控，要在尊重、理解和欣賞學生的基礎上，給予其肯定或表揚，使學生能夠安全地表達情感;允許學生自主選擇展示學習成果的方法，使學生能夠更好地實現對結果的感知和控制，并不斷提高學習的動機和績效。

四、開展個性化學習，減少心智負荷

心智負荷指學生在學習過程中需要付出的心智活動和努力帶來的負荷，諸如思考、計算、記憶、做決定等，在傳統教育中通常被看作認知負荷。腦科學的研究發現，物理環境影響著完成學習任務時的注意力和參與度[15]。創設個性化的學習條件可以減少心智負荷，提高學習效率。

1.提供個性化反饋，減少心智負荷

反饋是課堂教學的關鍵。基于腦科學的精準評估模式，不僅能夠為學生的個性化學習進行深度診斷，還能通過精準反饋系統，排除干擾信息對學生的心智消耗。例如，學習分析作為關于學習者及其學習環境的數據測量、收集、分析和匯總呈現，目的是理解和優化學習以及學習情境[16]。基于學習行為數據的分析與反饋工具，可以對學生學習的過程及結果進行實時分析、監測、評估、反饋，以可視化數據的形態提高學生的反思效率，有效縮短學生的時間需求。教師可根據反饋數據為學生提供更適當的支架，減少其心智負荷，使個性化輔導更有針對性。

2.開發個性化學習環境，提升學習效率

環境的新穎性有助于引發大腦的警覺與定向系統，成為提高注意力的有力工具[17]。例如，簡單變換學生課室環境，可以顯著提高學生的記憶力[18]。理想的光線（如自然光）對學習動機與學習注意力能夠產生積極影響[19];學習環境的采光量也與學生學習的認知速度明顯相關[20]。另外，噪音會降低學生對信息的記憶能力;材料的呈現方式會影響學生的認知加工速度和質量[21]。因此，個性化學習環境的建設包括以下三個方面。一是通過定期換座位和裝飾教室來創造新奇感;授課不必局限于固定教室，可以利用實驗室和校外空間，如劇院、博物館、藝術中心等。二是用更直觀的表格或圖片呈現學習材料，并將其融入學習環境。但切勿加入過多與教學無關的內容，以免占用學生的注意資源，干擾知識建構的過程。三是用于呈現教學內容的幻燈片或板書要突出重點，如增加內容與背景之間的顏色反差，每張幻燈片上的信息最好只包含一個學習點[22]。

五、建立多元評估體系，分散期望負荷

期望負荷指學生結束學習任務后，學生本人、教師和家長等對其取得的學習結果的滿意程度給學生帶來的負擔。在學校教育中，期望負荷主要來自教師對學生評估的反饋。這種反饋是教師幫助學生了解自己的學習情況，激發其學習動機的重要途徑。要建立多元評估體系，提供多角度的反饋，以分散學生的期望負荷。

1.運用分布式評估，分級確定評估目標

傳統教學評估主要根據學生的學習結果或成績來衡量學生表現，包括測驗中的正確率、錯題數量、完成任務的時間等。這種評估導向使教師、家長及學生的期望過于單一且集中。基于頻率的分布式評估（Distributional Assessment）對評估目標從不同級別上確定相應比例，評估結果將由傳統評估（Traditional Assessment）轉向分布式評估，即從一個簡單的對學生的總結評級轉向對學生績效在各時間段表現的分布式評價。基于頻率的分布式評估關注到了學生學習績效通常會隨時間變化的特征，彌補了傳統評估忽略學生能力績效存在潛在可變性的不足，從橫向和縱向兩個維度分散了評估帶來的期望負荷[23]。

2.開發多元評估指標，分點實現評估目標

可以通過開發多元評估指標和多維度的評估工具，使教師期望具象化。例如，在寫作任務中開發和使用量規（Rubric）這一評估工具，將“寫出一篇優秀作文”這一籠統抽象的期望轉化為“契合主題”“例證豐富”和“語言優美”等具體要求，將籠統的評估目標切分為具體多元的評估指標，讓學生能夠基于量規而逐步實現評估目標的要求，發揮評估促進學習的功能[24]。研究表明，在多元化的評估體系下，與元認知相關的腦區活動明顯增多，包含額極、布魯德曼10區、前額葉喙部、內側前額葉、背外側前額葉等[25]。元認知有助于學生對自我期望的調控，從而減少期望負荷。

腦負荷的相關研究成果為學校教育的減負創新提供了理論支持，但相關研究的應用還有待進一步深入。一方面，此類成果還需要教育研究者和實踐者充分挖掘其應用價值，并進一步運用于實踐，促進教育教學的創新，從生理和心理層面出發，實現科學減負，在提高教育質量的同時促進學生身心健康地發展。另一方面，目前對大腦學習負荷的研究還不能全面解釋教育和教學交往活動中大腦負荷的科學事實和具體規律。因此，教育研究和實踐者還要基于已有成果進一步深化腦負荷研究，探索教育和教學交往活動中大腦負荷的規律，并基于這些規律進行課程與教學的創新。

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（責任編輯? ?郭向和）