我們生活在一個快速發展、滿載科技與信息的時代，而大腦是人體中最智能的信息處理設備。對于教師而言，了解人體最複雜的器官——大腦，能夠更科學地實施教學；對于學生而言，了解自己的大腦在學習和發育過程中出現的變化，更有助于健康成長與高效學習。

教師可以讓學生了解哪些關于大腦的知識？腦科學又能夠為計算、創造等能力培養提供哪些啟發？本文從神經科學博士喬恩·提布克（Jon Tibke）的相關研究證據出發，為教師探究腦科學和教育的結合提供一些啟發。

※ 學生需要了解哪些腦知識？

※ 腦科學為教師培養學生學習能力提供了哪些啟發？

為什麼學生要了解腦知識？

一項實驗研究發現，大多數4-13歲的兒童認為腦是用來思考的，他們也把腦看作一種記憶容器。參與該研究的年齡較大的兒童還提到了感覺功能，尤其是“視覺、嗅覺或味覺”。這項研究的第二階段為年幼被試提供了一段20分鐘的腦知識課程。

研究人員随後發現，與其他兒童相比，這些兒童在三周後的第二次評估中更廣泛地思考了腦的作用。因此，如果所有教師都能講授一定的基礎腦知識，可以為學生學習生物學奠定基礎，甚至對一般的學習也具有重要的意義。

學生要了解哪些腦知識？

1學習與學齡區的腦

從學習的角度出發，學生應該了解哪些腦知識？一般來說，以下幾個方面可以幫助學生走出大腦認識的誤區，重新認識大腦對學習的關系：

●大腦處于持續的發育和變化中，并非保持不變。“與生俱來的腦”一類的說法具有誤導性。

●挑戰有助于腦的發育，但是腦需要時間去學習新事物，需要練習和重複，然後回顧和再次練習（複習）。

●恐慌以及認為自己不能學習或完成某項任務的信念會影響大腦的反應模式。

●大腦能随着人的成長完成更複雜的學習。

●為了學習和記憶，大腦需要完成的一些任務發生在高質量的睡眠中。

●大腦消耗了身體營養中相當大的一部分，因此飲食會影響大腦。

●大腦一次隻能專注于一項困難的智力任務。

●大腦是人體的一部分，而不是一個單獨的實體——它對身體的其他部分做出反應，同時也對身體的其他部分發出指令。

如果有學生問：“我們如何知道這些内容？”，或許教師需要以某種形式向他們提供神經科學的證據。但我建議在起始階段避開艱深的研究和科學語言，過早地引入艱深的科學知識可能導緻一些學生認為腦知識并不适合他們，這将不利于幫助學生對自己的腦發育建立起一種負責任的态度。

2發育與學齡區的腦

換個角度表述上一節的問題：從個體發育的角度出發，學生應該了解哪些腦知識？

對于年較小的孩子，我建議讓他們知道腦是身體的一個重要組成部分，腦幫助他們學習，精心呵護的腦将有助于提高他們的學習成績，但同時腦也會對他們所有其他方面的發育和變化起作用。

孩子們雖然明白身體使用食物作為“燃料”，但可能很少意識到他們的腦也是如此，身體從飲食中獲取的“燃料”中有相當大的一部分被腦消耗掉了，“燃料”的質量對腦及整個身體都很重要。同樣，體育鍛煉對身體乃至腦的重要性也應該得到定期宣傳。鼓勵年幼兒童把腦看作我整體概念的一部分，這一點非常重要。

青少年腦中存在類似的神經元和聯結被削減重組的情況，此外還存在青春期階段腦的其他發育情況，這些可能對年齡較大的兒童具有重要意義。我建議讓青少年了解他們的腦在青春期會變得更接近成人腦，他們的思維和邏輯能力、對他人的共情和理解能力都會有所提高。

一些功能将從杏仁核一類更為本能的腦區轉移到前額葉皮質等更加高級的腦區。這些變化既不是一夜之間發生的，也不是一氣呵成的。這裡需要強調的一點是，腦在青春期的發育非常關鍵，在這段時期内，腦發生了極其重要的變化。因此，青春期不應該成為青少年、父母、照料者和教師希望盡快過去的一段時期。

腦科學為教師培養學生學習能力提供了哪些啟發

1數學能力

成人用于加工數量的主要腦區在童年時期就存在與數感有關的活動，有研究已經發現3個月嬰兒的腦對物體數量有變化的反應，這種活動出現在右側頂葉，進一步研究表明，這一腦區持續在算術加工中發揮重要作用，并最終與其他腦區一起工作，從而将算術與其他功能（如語言）聯系在一起。

對數學教育來說，這意味着我們從出生不久就具備數學理解的内在潛力。同樣也引出一個問題:“數學腦”是否與生俱來？

關于“數學腦”是否存在的問題，認知神經科學研究者們也做了大量工作，其中大部分工作通過對比數學和語言的不同大腦活動模式來尋找“數學腦”。經過不懈努力，科學家們發現數學加工所涉及的腦區在左右腦都有，但頂葉的頂内溝區域可能是“數學腦”的最重要組成部分。

頂葉，顧名思義，就位于我們頭頂部分。到目前為止，大腦兩側頂葉，特别是頂葉中的一個叫作頂内溝的溝回，是科學界公認的進行數學加工的特異性區域。頂内溝區域在數學學習中發揮重要作用，主要體現在基礎的數量加工、數字加工和算術計算上，另外在其他數學領域，如數學問題解決等也有重要貢獻。我們可以通過後天的數學學習能力培養提升以頂葉為主的視空網絡的結構水平，從而促進學生的數學能力。

有研究已經證實了數學成績與空間能力的緊密關系，發現個體的計算、甚至是高等數學成績都依賴于個體的空間能力，而基于空間能力的訓練也可以有效提高個體的數學成績。研究發現基于三維心理旋轉、空間定向等空間能力的訓練，可以有效提高小學生的幾何和數學推理能力。我們的研究也發現，對學前兒童進行基于心理數軸的“拔蘿蔔”遊戲訓練，可以有效地提高他們的數量識别、數量估計和計算能力。

如前所述，數學腦的核心區域是負責空間加工的頂葉，這一事實提示我們，要想學好數學，就需要培養學生的空間加工能力，促進其頂葉的發育。

在具體數學課堂教學中，要重視數學知識的可視化和圖形化，充分利用圖表、動畫、模型等空間表達形式進行數學學習與教學。

例如，教師在講解分數概念時，可以轉換抽象符号為可視化圖形，促進學生的理解；

在小學應用題中，可以将題目中的數量關系表達為空間圖形，利用相同形狀但是不同長度或者不同面積的圖形來幫助兒童理解數量的大小及加減乘除關系；

在數學實踐中，可以多運用數軸和具體的空間操作，例如堆積木拼圖、有刻度的尺子等教學工具，幫助加強和鞏固兒童對數字、數量關系等數學知識的理解等。

2創造力

創造力具有進化本質，有證據表明人類具有無止境的好奇心和對新奇事物的渴望，以及由此探索環境的天性。在腦活動層面，對創造力的一種解釋是心理合成理論(mental synthesis theory)。

心理合成理論描述了我們從記憶中提取不相關的元素，然後将它們組合成我們從未見過的事物的能力。例如，你可以在腦海裡想象一隻長頸鹿和一碗冰淇淋。對于冰淇淋會如何出現，你可能已經開始有一些創造性的聯想了，但心理合成有趣的地方在于，我可以讓你想象長頸鹿吃冰淇淋，或者想象将冰淇淋放在長頸鹿的頭上并保持平衡，而你也能夠做到這一點。

神經元群共同協作，帶着你的頭腦中能讓你回憶起長頸鹿和冰淇淋模樣的所有線索，從腦的一個區域被提取出來，進入前額葉區域，在那裡它們被合成為新的圖像。

盡管我讓你想象的圖像組合有點不現實，但這種“毫無關聯”似乎在激發創造性思維方面發揮了作用。霍華德-瓊斯(Howard- Jones，2010)進行了一個有趣的實驗，要求被試根據三個詞創作出20秒長的故事。

實驗結果發現，當給定的三個詞不相關時，被試創作的故事更有創意。此外，功能性磁共振成像顯示，無關的單詞會激活前額葉的其他腦區(如右内側回)。研究中他們還發現位于右下前額葉(一個負責抑制控制的區域)的執行控制網絡的聯結性降低，也就是發現大腦為了嘗試創造性想法會減少抑制。

減少抑制從而促進創造性思維發展的觀點與雷克斯·榮格(RexJung提出的創造性思維的爆發需要“放空頭腦”(downtime，或者其他人所說的“做白日夢”)的觀點是一緻的。赫布(D.O.Hebb)理論中的觀點也強調，運用創造性思維的機會增加了相關腦區之間的髓鞘化，因此，創造性思維是促進兒童腦發育的重要因素。

在英國乃至世界，發展學生創造性思維應該被安置在學校課程的什麼位置一直存在争議，而在英格蘭，由于各種原因藝術類課程得不到充分的支持。直到威爾士于2019年4月完成課程改革的開拓性工作，允許創作者和創意從業者可以共同參與學校的課程設計和教學，以便将創造性和綜合性的教學方法融入課程的不同領域，并從2022年開始在所有學校推行。

3注意力

約翰·梅迪納的暢銷書《腦規則》(Brain Rules)中的第4條規則是“我們不會注意無聊的事物”(Medina，2008)。問題在于，對某些人來說無聊的事物對另一些人來說卻有着無窮的吸引力。

大多數教師都認識到，在某些情況下，整個班級或個别學生的問題至少部分是無聊引起的。那麼接下來的問題就是:“是興趣引起注意，還是注意引起興趣，或者兩者兼而有之?”

在教學情境下我們很容易達成共識，對我們來說，“注意”是從學生那裡獲得廣泛的、積極的、配合的專注的問題，專注的對象是教學和學習情境的主要内容。大多數教師都聽說過很多關于學生的注意力持續時間的說法，一般認為注意力持續時間的變化範圍為20秒到20分鐘。

對注意的神經科學研究以波斯納(MIPosner)在20世紀80年代的理論研究以及他在20世紀90年代與彼得森(S.EPeterson)的合作研究為基礎，并從教師的角度勾勒出了一個關于認識與把控“注意力”的實用框架。

首先，波斯納描述了注意的兩種基本類型:内源性(endogenous)注意和外源性(exogenous)注意。内源性注意有一個内在的來源，即個體選擇集中注意來實現某個目标，而外源性注意是由外部刺激引發的注意。

其次，波斯納指出，内源性注意是一種自上而下的注意形式，即腦的上部(包括與執行功能有關的腦區)是主要的操盤手，而外源性注意則是自下而上的，即起主要作用的是功能更簡單的腦區，例如對突然發出的噪音做出反應的腦區。而課堂上經常存在的一個挑戰，是如何應對這兩種注意之間的交互作用。

課堂上的注意力中斷通常是由不受歡迎的幹擾引起的，這個過程還涉及另一個腦區--颞頂聯合區。因此，在有幹擾的情況下把注意放到指定的地方似乎對我們的大腦提出了更高的要求。

值得一提的是，我們無法專注于多個任務或要求，尤其是當其中一個或多個任務對我們來說具有挑戰性時。我們或學生可能認為自己具有同時處理多任務的能力，但實際上我們隻是能夠在不同任務之間快速切換，且切換任務需要重新集中注意，需要耗費時間和精力。

三宅等人(Miyake et al2000)提出對維持課堂中的注意起到關鍵作用的，有三個執行功能成分。它們是工作記憶、抑制控制和切換(或轉移)。在課堂中，這三個部分分别表現為“為了理解概念和任務而保存信息的能力、阻止自己對幹擾做出反應的能力，以及在不同要求之間切換的能力”。例如，學生在聽完教師口頭解釋某概念後立即閱讀其書面版本或觀看其視頻版本，或根據解釋開始執行任務。

當面對容易分心的學生時，上面描述的第二個成分--抑制控制--顯得特别重要。在抑制中起作用的是一個廣泛的腦網絡，那麼，如何訓練對應的腦區以提高學生的抑制控制能力，從而提高學生注意力？

事實上，一些學校已經通過最近在校園流行的正念(mindfulness)幹預方案進行了這樣的探索(将正念幹預與心理健康和元認知聯系在一起)。一些研究結果已證實正念能夠影響注意技能，其基本前提與上面提到的抑制控制有關。正念的目的之一是發展心理自我調節的能力，尤其是使注意擺脫幹擾源困擾的能力。

比如冥想狀态和特質一直被視為注意和意識的神經科學研究的一個重要領域。神經科學從兩個方面研究冥想：

一是冥想狀态(state)，即冥想時的腦活動；二是冥想特質(trait)，即冥想對腦的長期影響。

許多研究表明，定期冥想可以增強持續性注意，減少注意分散。在一項研究中，經常冥想的人在接受功能性磁共振成像掃描時表現出更強的忽略聽覺刺激的能力。

一項針對“paws.b少年（小學）靜觀課程”的評估研究發現，大部分學生在接受正念靜觀訓練後，注意功能有顯著的積極影響。在14周後進行的追蹤測試中，這些積極影響依然顯著。

綜上所述，從學生自我成長的視角，腦科學知識是幫助學生從整體上重新認識自我的一條重要路徑；從教師教育研究的視角，要建立腦與學科學習的關聯，有必要在腦科學知識的支撐下展開課堂教學常态化探索。

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