脑科学原理图解，这些脑科学知识该知晓
脑科学原理图解，这些脑科学知识该知晓1学习与学龄区的脑学生要了解哪些脑知识？为什么学生要了解脑知识？一项实验研究发现，大多数4-13岁的儿童认为脑是用来思考的，他们也把脑看作一种记忆容器。参与该研究的年龄较大的儿童还提到了感觉功能，尤其是“视觉、嗅觉或味觉”。这项研究的第二阶段为年幼被试提供了一段20分钟的脑知识课程。研究人员随后发现，与其他儿童相比，这些儿童在三周后的第二次评估中更广泛地思考了脑的作用。因此，如果所有教师都能讲授一定的基础脑知识，可以为学生学习生物学奠定基础，甚至对一般的学习也具有重要的意义。
我们生活在一个快速发展、满载科技与信息的时代，而大脑是人体中最智能的信息处理设备。对于教师而言，了解人体最复杂的器官——大脑，能够更科学地实施教学；对于学生而言，了解自己的大脑在学习和发育过程中出现的变化，更有助于健康成长与高效学习。
教师可以让学生了解哪些关于大脑的知识？脑科学又能够为计算、创造等能力培养提供哪些启发？本文从神经科学博士乔恩·提布克（Jon Tibke）的相关研究证据出发，为教师探究脑科学和教育的结合提供一些启发。
※ 学生需要了解哪些脑知识？
※ 脑科学为教师培养学生学习能力提供了哪些启发？
为什么学生要了解脑知识？
一项实验研究发现，大多数4-13岁的儿童认为脑是用来思考的，他们也把脑看作一种记忆容器。参与该研究的年龄较大的儿童还提到了感觉功能，尤其是“视觉、嗅觉或味觉”。这项研究的第二阶段为年幼被试提供了一段20分钟的脑知识课程。
研究人员随后发现，与其他儿童相比，这些儿童在三周后的第二次评估中更广泛地思考了脑的作用。因此，如果所有教师都能讲授一定的基础脑知识，可以为学生学习生物学奠定基础，甚至对一般的学习也具有重要的意义。
学生要了解哪些脑知识？
1学习与学龄区的脑
从学习的角度出发，学生应该了解哪些脑知识？一般来说，以下几个方面可以帮助学生走出大脑认识的误区，重新认识大脑对学习的关系：
●大脑处于持续的发育和变化中，并非保持不变。“与生俱来的脑”一类的说法具有误导性。
●挑战有助于脑的发育，但是脑需要时间去学习新事物，需要练习和重复，然后回顾和再次练习（复习）。
●恐慌以及认为自己不能学习或完成某项任务的信念会影响大脑的反应模式。
●大脑能随着人的成长完成更复杂的学习。
●为了学习和记忆，大脑需要完成的一些任务发生在高质量的睡眠中。
●大脑消耗了身体营养中相当大的一部分，因此饮食会影响大脑。
●大脑一次只能专注于一项困难的智力任务。
●大脑是人体的一部分，而不是一个单独的实体——它对身体的其他部分做出反应，同时也对身体的其他部分发出指令。
如果有学生问：“我们如何知道这些内容？”，或许教师需要以某种形式向他们提供神经科学的证据。但我建议在起始阶段避开艰深的研究和科学语言，过早地引入艰深的科学知识可能导致一些学生认为脑知识并不适合他们，这将不利于帮助学生对自己的脑发育建立起一种负责任的态度。
2发育与学龄区的脑
换个角度表述上一节的问题：从个体发育的角度出发，学生应该了解哪些脑知识？
对于年较小的孩子，我建议让他们知道脑是身体的一个重要组成部分，脑帮助他们学习，精心呵护的脑将有助于提高他们的学习成绩，但同时脑也会对他们所有其他方面的发育和变化起作用。
孩子们虽然明白身体使用食物作为“燃料”，但可能很少意识到他们的脑也是如此，身体从饮食中获取的“燃料”中有相当大的一部分被脑消耗掉了，“燃料”的质量对脑及整个身体都很重要。同样，体育锻炼对身体乃至脑的重要性也应该得到定期宣传。鼓励年幼儿童把脑看作我整体概念的一部分，这一点非常重要。
青少年脑中存在类似的神经元和联结被削减重组的情况，此外还存在青春期阶段脑的其他发育情况，这些可能对年龄较大的儿童具有重要意义。我建议让青少年了解他们的脑在青春期会变得更接近成人脑，他们的思维和逻辑能力、对他人的共情和理解能力都会有所提高。
一些功能将从杏仁核一类更为本能的脑区转移到前额叶皮质等更加高级的脑区。这些变化既不是一夜之间发生的，也不是一气呵成的。这里需要强调的一点是，脑在青春期的发育非常关键，在这段时期内，脑发生了极其重要的变化。因此，青春期不应该成为青少年、父母、照料者和教师希望尽快过去的一段时期。
脑科学为教师培养学生学习能力提供了哪些启发
1数学能力
成人用于加工数量的主要脑区在童年时期就存在与数感有关的活动，有研究已经发现3个月婴儿的脑对物体数量有变化的反应，这种活动出现在右侧顶叶，进一步研究表明，这一脑区持续在算术加工中发挥重要作用，并最终与其他脑区一起工作，从而将算术与其他功能（如语言）联系在一起。
对数学教育来说，这意味着我们从出生不久就具备数学理解的内在潜力。同样也引出一个问题:“数学脑”是否与生俱来？
关于“数学脑”是否存在的问题，认知神经科学研究者们也做了大量工作，其中大部分工作通过对比数学和语言的不同大脑活动模式来寻找“数学脑”。经过不懈努力，科学家们发现数学加工所涉及的脑区在左右脑都有，但顶叶的顶内沟区域可能是“数学脑”的最重要组成部分。
顶叶，顾名思义，就位于我们头顶部分。到目前为止，大脑两侧顶叶，特别是顶叶中的一个叫作顶内沟的沟回，是科学界公认的进行数学加工的特异性区域。顶内沟区域在数学学习中发挥重要作用，主要体现在基础的数量加工、数字加工和算术计算上，另外在其他数学领域，如数学问题解决等也有重要贡献。我们可以通过后天的数学学习能力培养提升以顶叶为主的视空网络的结构水平，从而促进学生的数学能力。
有研究已经证实了数学成绩与空间能力的紧密关系，发现个体的计算、甚至是高等数学成绩都依赖于个体的空间能力，而基于空间能力的训练也可以有效提高个体的数学成绩。研究发现基于三维心理旋转、空间定向等空间能力的训练，可以有效提高小学生的几何和数学推理能力。我们的研究也发现，对学前儿童进行基于心理数轴的“拔萝卜”游戏训练，可以有效地提高他们的数量识别、数量估计和计算能力。
如前所述，数学脑的核心区域是负责空间加工的顶叶，这一事实提示我们，要想学好数学，就需要培养学生的空间加工能力，促进其顶叶的发育。
在具体数学课堂教学中，要重视数学知识的可视化和图形化，充分利用图表、动画、模型等空间表达形式进行数学学习与教学。
例如，教师在讲解分数概念时，可以转换抽象符号为可视化图形，促进学生的理解；
在小学应用题中，可以将题目中的数量关系表达为空间图形，利用相同形状但是不同长度或者不同面积的图形来帮助儿童理解数量的大小及加减乘除关系；
在数学实践中，可以多运用数轴和具体的空间操作，例如堆积木拼图、有刻度的尺子等教学工具，帮助加强和巩固儿童对数字、数量关系等数学知识的理解等。
2创造力
创造力具有进化本质，有证据表明人类具有无止境的好奇心和对新奇事物的渴望，以及由此探索环境的天性。在脑活动层面，对创造力的一种解释是心理合成理论(mental synthesis theory)。
心理合成理论描述了我们从记忆中提取不相关的元素，然后将它们组合成我们从未见过的事物的能力。例如，你可以在脑海里想象一只长颈鹿和一碗冰淇淋。对于冰淇淋会如何出现，你可能已经开始有一些创造性的联想了，但心理合成有趣的地方在于，我可以让你想象长颈鹿吃冰淇淋，或者想象将冰淇淋放在长颈鹿的头上并保持平衡，而你也能够做到这一点。
神经元群共同协作，带着你的头脑中能让你回忆起长颈鹿和冰淇淋模样的所有线索，从脑的一个区域被提取出来，进入前额叶区域，在那里它们被合成为新的图像。
尽管我让你想象的图像组合有点不现实，但这种“毫无关联”似乎在激发创造性思维方面发挥了作用。霍华德-琼斯(Howard- Jones，2010)进行了一个有趣的实验，要求被试根据三个词创作出20秒长的故事。
实验结果发现，当给定的三个词不相关时，被试创作的故事更有创意。此外，功能性磁共振成像显示，无关的单词会激活前额叶的其他脑区(如右内侧回)。研究中他们还发现位于右下前额叶(一个负责抑制控制的区域)的执行控制网络的联结性降低，也就是发现大脑为了尝试创造性想法会减少抑制。
减少抑制从而促进创造性思维发展的观点与雷克斯·荣格(RexJung提出的创造性思维的爆发需要“放空头脑”(downtime，或者其他人所说的“做白日梦”)的观点是一致的。赫布(D.O.Hebb)理论中的观点也强调，运用创造性思维的机会增加了相关脑区之间的髓鞘化，因此，创造性思维是促进儿童脑发育的重要因素。
在英国乃至世界，发展学生创造性思维应该被安置在学校课程的什么位置一直存在争议，而在英格兰，由于各种原因艺术类课程得不到充分的支持。直到威尔士于2019年4月完成课程改革的开拓性工作，允许创作者和创意从业者可以共同参与学校的课程设计和教学，以便将创造性和综合性的教学方法融入课程的不同领域，并从2022年开始在所有学校推行。
3注意力
约翰·梅迪纳的畅销书《脑规则》(Brain Rules)中的第4条规则是“我们不会注意无聊的事物”(Medina，2008)。问题在于，对某些人来说无聊的事物对另一些人来说却有着无穷的吸引力。
大多数教师都认识到，在某些情况下，整个班级或个别学生的问题至少部分是无聊引起的。那么接下来的问题就是:“是兴趣引起注意，还是注意引起兴趣，或者两者兼而有之?”
在教学情境下我们很容易达成共识，对我们来说，“注意”是从学生那里获得广泛的、积极的、配合的专注的问题，专注的对象是教学和学习情境的主要内容。大多数教师都听说过很多关于学生的注意力持续时间的说法，一般认为注意力持续时间的变化范围为20秒到20分钟。
对注意的神经科学研究以波斯纳(MIPosner)在20世纪80年代的理论研究以及他在20世纪90年代与彼得森(S.EPeterson)的合作研究为基础，并从教师的角度勾勒出了一个关于认识与把控“注意力”的实用框架。
首先，波斯纳描述了注意的两种基本类型:内源性(endogenous)注意和外源性(exogenous)注意。内源性注意有一个内在的来源，即个体选择集中注意来实现某个目标，而外源性注意是由外部刺激引发的注意。
其次，波斯纳指出，内源性注意是一种自上而下的注意形式，即脑的上部(包括与执行功能有关的脑区)是主要的操盘手，而外源性注意则是自下而上的，即起主要作用的是功能更简单的脑区，例如对突然发出的噪音做出反应的脑区。而课堂上经常存在的一个挑战，是如何应对这两种注意之间的交互作用。
课堂上的注意力中断通常是由不受欢迎的干扰引起的，这个过程还涉及另一个脑区--颞顶联合区。因此，在有干扰的情况下把注意放到指定的地方似乎对我们的大脑提出了更高的要求。
值得一提的是，我们无法专注于多个任务或要求，尤其是当其中一个或多个任务对我们来说具有挑战性时。我们或学生可能认为自己具有同时处理多任务的能力，但实际上我们只是能够在不同任务之间快速切换，且切换任务需要重新集中注意，需要耗费时间和精力。
三宅等人(Miyake et al2000)提出对维持课堂中的注意起到关键作用的，有三个执行功能成分。它们是工作记忆、抑制控制和切换(或转移)。在课堂中，这三个部分分别表现为“为了理解概念和任务而保存信息的能力、阻止自己对干扰做出反应的能力，以及在不同要求之间切换的能力”。例如，学生在听完教师口头解释某概念后立即阅读其书面版本或观看其视频版本，或根据解释开始执行任务。
当面对容易分心的学生时，上面描述的第二个成分--抑制控制--显得特别重要。在抑制中起作用的是一个广泛的脑网络，那么，如何训练对应的脑区以提高学生的抑制控制能力，从而提高学生注意力？
事实上，一些学校已经通过最近在校园流行的正念(mindfulness)干预方案进行了这样的探索(将正念干预与心理健康和元认知联系在一起)。一些研究结果已证实正念能够影响注意技能，其基本前提与上面提到的抑制控制有关。正念的目的之一是发展心理自我调节的能力，尤其是使注意摆脱干扰源困扰的能力。
比如冥想状态和特质一直被视为注意和意识的神经科学研究的一个重要领域。神经科学从两个方面研究冥想：
一是冥想状态(state)，即冥想时的脑活动；
二是冥想特质(trait)，即冥想对脑的长期影响。
许多研究表明，定期冥想可以增强持续性注意，减少注意分散。在一项研究中，经常冥想的人在接受功能性磁共振成像扫描时表现出更强的忽略听觉刺激的能力。
一项针对“paws.b少年（小学）静观课程”的评估研究发现，大部分学生在接受正念静观训练后，注意功能有显著的积极影响。在14周后进行的追踪测试中，这些积极影响依然显著。
综上所述，从学生自我成长的视角，脑科学知识是帮助学生从整体上重新认识自我的一条重要路径；从教师教育研究的视角，要建立脑与学科学习的关联，有必要在脑科学知识的支撑下展开课堂教学常态化探索。
