促進(jìn)學(xué)生學(xué)業(yè)發(fā)展的腦科學(xué)視角的實(shí)踐與思考

郭城 王海霞

面向未來的學(xué)生發(fā)展

未來已來，唯變不變。這是當(dāng)今社會的真實(shí)寫照。我們正處在一個日新月異的快速變化時代，以腦科學(xué)和人工智能為代表的新興科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，正在加速推動社會發(fā)展和變革。這些技術(shù)在改變社會的同時，也對人的發(fā)展提出了全新的要求。在人工智能時代，一方面大量體力勞動和技能勞動會被人工智能所替代，人為了獲得一份創(chuàng)新勞動的工作必將面臨更加激烈的競爭。另一方面，通過對人性的了解，未來社會會產(chǎn)生出更多讓人難以抵抗的消費(fèi)品，包括沉浸式智能移動社會和游戲應(yīng)用、精準(zhǔn)廣告和服務(wù)內(nèi)容推送等，低門檻信貸和超前消費(fèi)等等，高糖高油高鹽食品等等，會逐步消磨人的意志，摧毀人成長拼搏的動力。

教育是面向未來的事業(yè)。從這個意義上講，我們在思考教育的目標(biāo)和方向的時候，不僅要緊緊把握時代的脈搏，更要為未雨綢繆，為加快到來的未來做好準(zhǔn)備。特別是初中階段，我們教育的對象會在10年以后或者更晚進(jìn)入社會。10年以后的社會將發(fā)展成什么模樣？我們的學(xué)生能否適應(yīng)未來，甚至引領(lǐng)未來，還是被未來所淘汰？面對這些問題，耶魯大學(xué)前校長理查德·萊文指出：“如果一個學(xué)生從耶魯大學(xué)畢業(yè)后，居然擁有了某種很專業(yè)的知識和技能，這是耶魯教育最大的失敗。”清華大學(xué)教授錢穎一認(rèn)為：“人工智能將使中國教育僅存的優(yōu)勢蕩然無存！知識就是力量，但是創(chuàng)新人才的教育必須超越知識。”北京師范大學(xué)教授薛貴認(rèn)為：“面向未來，我們需要培養(yǎng)學(xué)生強(qiáng)大的學(xué)習(xí)力，包括有機(jī)的知識體系，強(qiáng)大的認(rèn)知能力，持久的學(xué)習(xí)動機(jī)。”

從腦科學(xué)視角促進(jìn)學(xué)生學(xué)業(yè)發(fā)展

我們國家一直強(qiáng)調(diào)素質(zhì)教育，近年來也發(fā)布了學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)體系。但在實(shí)踐中，應(yīng)試教育的色彩還比較濃。一個潛在認(rèn)識問題在于，很多教育工作者把素質(zhì)教育與應(yīng)試教育對立起來。還有一些教育工作者面臨短期目標(biāo)和長期目標(biāo)的沖突。從腦科學(xué)的視角可以改變這個認(rèn)識，實(shí)現(xiàn)應(yīng)試教育與素質(zhì)教育，短期目標(biāo)和長期目標(biāo)的統(tǒng)一，為素質(zhì)教育提供了很多全新的啟示。這里面關(guān)鍵的因素就是對學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。大量研究發(fā)現(xiàn)，提高學(xué)習(xí)能力，能夠提高學(xué)習(xí)效率，從而促進(jìn)包括學(xué)習(xí)成績在內(nèi)的全方位素質(zhì)的培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)素質(zhì)教育和應(yīng)試教育的統(tǒng)一;提高學(xué)習(xí)能力，不僅能夠滿足當(dāng)前學(xué)生學(xué)業(yè)發(fā)展的需要，還能為未來發(fā)展做好準(zhǔn)備，實(shí)現(xiàn)短期和長期目標(biāo)的統(tǒng)一。

腦科學(xué)的研究表明，以學(xué)生認(rèn)知能力、學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)為核心的素質(zhì)教育，能夠讓學(xué)生提高學(xué)習(xí)的效率，促進(jìn)包括學(xué)業(yè)在內(nèi)的綜合素質(zhì)的全面發(fā)展。大量研究表明，大腦基礎(chǔ)能力學(xué)習(xí)是預(yù)測學(xué)生學(xué)業(yè)表現(xiàn)的重要指標(biāo)。比如，德國一項(xiàng)研究表明，在很多領(lǐng)域，大腦基礎(chǔ)能力學(xué)習(xí)指標(biāo)都是已知的預(yù)測學(xué)業(yè)成績的最好指標(biāo)。一般智力和學(xué)業(yè)成績的相關(guān)通常在0.5左右。在另一項(xiàng)研究中，研究人員比較了智力因素、動機(jī)因素和兩者共同作用對語文、數(shù)學(xué)和科學(xué)成績的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，智力因素對語文成績的貢獻(xiàn)大概為45%，對數(shù)學(xué)的貢獻(xiàn)為53%，對科學(xué)的貢獻(xiàn)高達(dá)90%。在一項(xiàng)中國進(jìn)行的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，工作記憶和一般智力可以解釋17.8%的語文分?jǐn)?shù)，36.4%的數(shù)學(xué)分?jǐn)?shù)，而動機(jī)因素對學(xué)習(xí)只有很小的影響。英國一項(xiàng)大型研究對7萬多學(xué)生的測試表明，學(xué)生11歲的認(rèn)知能力可以很好預(yù)測他們16歲時各個學(xué)科的成績，包括語文、數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)，甚至藝術(shù)成績等，解釋率在50%左右。上面只是列舉了幾個有代表性的研究案例。事實(shí)上，除了這些研究，還有很多發(fā)現(xiàn)都一致地強(qiáng)調(diào)了基礎(chǔ)學(xué)習(xí)能力與學(xué)業(yè)表現(xiàn)的重要關(guān)聯(lián)。

除了學(xué)業(yè)表現(xiàn)，智力水平還影響個體的工作表現(xiàn)和職業(yè)成就。美國大數(shù)據(jù)表明，智力程度高的人更可能完成高等教育，從事專業(yè)性的工作，收入水平更高，工作表現(xiàn)也更好。智力水平還會影響人的生活質(zhì)量。新聞中經(jīng)常會充斥著一些“高智低能”的極端報道，但一般而言，智商高的人對自己的生活更有掌控力，他們較少從事危害健康的冒險行為，更不容易受到負(fù)面情緒的影響和患精神疾病。發(fā)表在《英國醫(yī)學(xué)雜志》的一項(xiàng)研究表明，童年時期智力測驗(yàn)中得分高的人往往比低的人更長壽。世界衛(wèi)生組織的一項(xiàng)報告也顯示，聰明的人身體會更加健康，這可能得益于高智商的人更關(guān)愛自己的身體、擁有更好的醫(yī)療條件以及吸煙飲酒的可能性更小。

除了認(rèn)識的改變，腦科學(xué)還能提供學(xué)習(xí)培養(yǎng)所需要的工具和手段。區(qū)別于傳統(tǒng)的教育學(xué)理念，很多時候我們的理念遠(yuǎn)領(lǐng)先于評價，很多內(nèi)容在提出時并未考慮評價。基于腦科學(xué)研究，可以發(fā)展基于大腦結(jié)構(gòu)—功能定位的測量工具，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生的學(xué)習(xí)能力的全面測查。在此基礎(chǔ)上，還可以發(fā)展相應(yīng)的學(xué)習(xí)能力的訓(xùn)練工具。通過科學(xué)測評揭示不同學(xué)生的學(xué)習(xí)能力特點(diǎn)，可以開展有針對性的學(xué)習(xí)能力訓(xùn)練，從而提高學(xué)習(xí)能力，促進(jìn)學(xué)習(xí)表現(xiàn)。在這個方面，目前已經(jīng)有了大量的研究證據(jù)。比如，英國諾森比亞大學(xué)的研究者喬妮·霍姆斯（Joni Holmes）的研究發(fā)現(xiàn)，對工作記憶較差的兒童進(jìn)行認(rèn)知能力訓(xùn)練能夠提高工作記憶表現(xiàn)，同時數(shù)學(xué)能力也能得到顯著的提高。美國耶魯大學(xué)的認(rèn)知訓(xùn)練研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過對工作記憶、注意力等的訓(xùn)練，可以有效提高學(xué)生的一般認(rèn)知能力，同時提高閱讀和數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)表現(xiàn)。再如，美國科學(xué)院院士麥克·梅策尼希（Michael Merzenich）針對閱讀障礙兒童在語音意識方面的困難，發(fā)展了針對性的語音意識訓(xùn)練方案（Fast for Word），通過這個方案，可以有效提高兒童的語音意識，改善顳頂聯(lián)合區(qū)的功能，提高閱讀成績。與學(xué)校現(xiàn)在采用的方案相比，其效果可以提高3-4倍。這些發(fā)現(xiàn)在美國多個學(xué)區(qū)得到了驗(yàn)證。雖然學(xué)術(shù)界對其背后的機(jī)制和原因解釋方面還存在一些爭論，但這些結(jié)果表明采用針對性的訓(xùn)練方案，可以更有效提高學(xué)生的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)能力和學(xué)科基礎(chǔ)能力，從而提高學(xué)習(xí)效率，提升學(xué)業(yè)表現(xiàn)。

可以看到，從腦科學(xué)的角度，圍繞學(xué)習(xí)力提升為抓手，不僅可以解決我們當(dāng)前教育面臨的認(rèn)識困境，同時也為教育工作者提供了可操作的工具和手段。

初步實(shí)踐

正是基于上述認(rèn)識，我們從2018年開始了“基于腦科學(xué)的學(xué)習(xí)能力提升”項(xiàng)目。在這個項(xiàng)目中，我們以腦科學(xué)的理論和實(shí)踐為指導(dǎo)，在大量文獻(xiàn)調(diào)研、思考和討論的基礎(chǔ)上，我們進(jìn)行一系列有益的摸索。

首先，開展了普遍的學(xué)生能力測評。從2018年起，我們連續(xù)對初一新入校學(xué)生開展了學(xué)習(xí)能力的測評，目的是為了全面了解龍樾學(xué)生的學(xué)習(xí)能力發(fā)展?fàn)顩r。通過測評，我們得到了一些非常有價值的結(jié)果。通過對比，我們發(fā)現(xiàn)三年來，龍樾學(xué)生新入校學(xué)生的學(xué)習(xí)力有了明顯提升，說明我們的生源水平有了提高，有更多的優(yōu)秀學(xué)生加入龍樾大家庭。同時，對二三年級的學(xué)生的縱向追蹤也發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)能力有了長足的進(jìn)度。但是，我們發(fā)現(xiàn)，龍樾學(xué)生總體在注意力和記憶力方面表現(xiàn)有所欠缺，這為我們的教學(xué)活動設(shè)計(jì)提供了重要的參考。我們還發(fā)現(xiàn)，龍樾的孩子總體認(rèn)知發(fā)展不均衡的比例較高，說明這些孩子具有自身的很多獨(dú)特的特點(diǎn)，需要我們因材施教，提供個性化的教育。

其次，在學(xué)習(xí)能力測評的基礎(chǔ)上，基于認(rèn)知能力對學(xué)生的學(xué)業(yè)成績進(jìn)行診斷。發(fā)現(xiàn)總體上，學(xué)生的各科成績具有高度的相關(guān)，總體在0.8—0.9左右。這說明各科的學(xué)習(xí)能力可能反映了學(xué)生一般的學(xué)習(xí)能力。進(jìn)一步的分析發(fā)現(xiàn)語文、政治、英語的分?jǐn)?shù)相關(guān)程度更接近，可以理解為傳統(tǒng)意義的文科;而數(shù)學(xué)、物理、生物、歷史、地理的分?jǐn)?shù)更為相關(guān)，這與傳統(tǒng)意義的理科的觀點(diǎn)有所差異，說明生物、歷史和地理等學(xué)科現(xiàn)在更注重理科的思維。我們發(fā)現(xiàn)，認(rèn)知能力對學(xué)業(yè)能力有很好的預(yù)測作用。學(xué)生的注意力、記憶力、思維力、自控力和反應(yīng)力等都對學(xué)業(yè)成績有很強(qiáng)的預(yù)測作用。總體說來，我們發(fā)現(xiàn)有20多個認(rèn)知能力的指標(biāo)可以預(yù)測學(xué)業(yè)成績，總體的揭示率在60%左右，這超過了英國研究的發(fā)現(xiàn)，說明系統(tǒng)全面的認(rèn)知能力測查對揭示學(xué)業(yè)表現(xiàn)的重要作用，也進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了學(xué)習(xí)能力的重要性。有意思的是，我們發(fā)現(xiàn)兩位數(shù)心算能力、聯(lián)系記憶能力、圖形推理能力等是預(yù)測各科學(xué)業(yè)成績的很好指標(biāo)，對我們進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力提供了很好的啟發(fā)。

在了解學(xué)生的學(xué)習(xí)能力特點(diǎn)及其重要性的基礎(chǔ)上，一個重要的方面就是要對學(xué)生開展學(xué)習(xí)能力的干預(yù)訓(xùn)練。我們抓住了2020年疫情期間在家學(xué)習(xí)的機(jī)遇，通過家長和學(xué)生自愿報名的方式，在初一學(xué)生中開展了學(xué)習(xí)能力的干預(yù)訓(xùn)練。有230名學(xué)生報名參與了訓(xùn)練，其中50%的同學(xué)完成了全部24次課（每次20分鐘）的訓(xùn)練，其余同學(xué)也完成大部分訓(xùn)練課程。還有25%的同學(xué)在訓(xùn)練結(jié)束后還主動要求進(jìn)一步訓(xùn)練。大部分家長對本次在線訓(xùn)練課程表現(xiàn)出濃厚的興趣和支持，不僅積極報名，督促孩子完成訓(xùn)練，還有的家長也積極參與訓(xùn)練，和孩子一起學(xué)習(xí)進(jìn)步。學(xué)生也對這種新穎的學(xué)習(xí)方式表現(xiàn)很強(qiáng)的興趣和參與度，表示體驗(yàn)大大好于視頻上課。通過對訓(xùn)練結(jié)果的分析我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)能力通過訓(xùn)練得到了明顯提升。

那這些訓(xùn)練對學(xué)生的學(xué)習(xí)成績是否有幫助呢？帶著這個問題，我們分析了訓(xùn)練前后學(xué)生成績的變化。我們把學(xué)生分成了兩組，一組是參與訓(xùn)練并完成大部分的訓(xùn)練的學(xué)生（訓(xùn)練組），另一組是沒有報名參與訓(xùn)練的學(xué)生（控制組）。我們以2019年秋季學(xué)期和2020年夏季學(xué)期的期末成績?yōu)橹笜?biāo)，發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練組的成績各科的總分提高了8.4分左右，但控制組的成績卻下降了11.6分。這個結(jié)果初步說明，認(rèn)知訓(xùn)練確實(shí)對學(xué)生的學(xué)習(xí)成績有促進(jìn)的作用。

總結(jié)與思考

出于對腦科學(xué)的信仰和敬畏，我們在過去三年開展了大膽和謹(jǐn)慎的實(shí)踐。這里面取得了一些好的經(jīng)驗(yàn)和初步的結(jié)果，也帶來了很多體會和感悟。

首先，大腦是宇宙最復(fù)雜的器官，教育是人類最偉大的事業(yè)。把腦科學(xué)和教育結(jié)合不僅有無限的可能，也充滿巨大挑戰(zhàn)。在這個過程中，最重要的是要加強(qiáng)學(xué)習(xí)，無論是校長，還是每一個老師，都需要不斷解放思想，突破傳統(tǒng)教育的束縛和藩籬。只有大家的大腦認(rèn)識到了，才能夠明確方向，下定決心，突破困難，扎實(shí)行動。

其次，在實(shí)施過程中，我們的一個經(jīng)驗(yàn)是通過研究課題為抓手，組建包括校長、主管科研副校長和專職老師的科研隊(duì)伍，并且與高校科研團(tuán)隊(duì)緊密合作，從而從機(jī)制上保證科研任務(wù)的完成。

第三，腦科學(xué)是一個全新的實(shí)踐，需要得到家長的理解與支持。我們通過家校協(xié)同的方式，一方面加強(qiáng)與家長的溝通，對家長的教育，同時也創(chuàng)造機(jī)會讓家長能夠參與其中。通過這個過程，取得家長的理解和支持。另外，從技術(shù)層面打通線上線下兩個空間、課堂課后兩個時間，實(shí)現(xiàn)學(xué)校和家庭的聯(lián)動。

在腦科學(xué)與教育的融合上，我們才剛剛起步。面向未來，我們還有很多可以思考和實(shí)踐的空間。比如，如何把學(xué)習(xí)能力評價的結(jié)果更加全面深入地融入學(xué)校的教學(xué)體系中，包括如何根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力特點(diǎn)實(shí)施分層走班教學(xué)？如何與學(xué)科教學(xué)進(jìn)行緊密融合，在課堂中培養(yǎng)孩子的學(xué)習(xí)能力，補(bǔ)齊學(xué)習(xí)能力短板？如何在素質(zhì)教育課程中，包括興趣班的設(shè)置和選課推薦上更加深入結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)能力情況，通過課后330課程（即學(xué)生每天下午三點(diǎn)半放學(xué)）實(shí)現(xiàn)對學(xué)生綜合素質(zhì)和學(xué)習(xí)能力的全面提升？如何更有效調(diào)動家長的參與，通過家庭教育、家校融合的形式促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)？對于這些問題，我們迫切期望在今后進(jìn)行積極的思考和探索。面向未來，我們唯有迎接挑戰(zhàn)，銳意進(jìn)取，才能不辜負(fù)國家社會、每一個家庭和孩子對我們的期待和信任。