基于腦科學(xué)的學(xué)習(xí)效率提升

薛貴

教育的根本目的是為未來培養(yǎng)合適的人才，其本質(zhì)是在增強(qiáng)大腦的功能。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，一方面是要增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，另外一方面是提高學(xué)習(xí)的效率。這兩個(gè)重要的目標(biāo)都可以通過對(duì)大腦的科學(xué)塑造來實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)下，腦科學(xué)正在深刻并加速變革著這個(gè)時(shí)代。通過解碼大腦活動(dòng)，可以幫助很多人實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，并實(shí)現(xiàn)眾腦互聯(lián);通過模擬大腦，可以實(shí)現(xiàn)人腦的部分高級(jí)智能，推動(dòng)人工智能的發(fā)展;腦科學(xué)即將帶來的更巨大的變革是增強(qiáng)人腦本身。在大腦中植入一些裝置，或通過無損的腦機(jī)接口技術(shù)，可以變革我們的學(xué)習(xí)和教育本身，增強(qiáng)學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)習(xí)效率。

人的任何一種思想行為的改變、習(xí)慣的養(yǎng)成、知識(shí)的獲得以及我們?cè)谶@個(gè)過程當(dāng)中發(fā)生的所有行為、態(tài)度、情感的變化，都是大腦本身結(jié)構(gòu)和功能變化的結(jié)果。人腦大概有870億個(gè)神經(jīng)元，每一個(gè)神經(jīng)元有一千到兩千個(gè)突觸聯(lián)系。每一秒鐘大概有幾萬個(gè)突觸會(huì)消失，大致同樣數(shù)量的新突觸會(huì)生長(zhǎng)出來。學(xué)習(xí)和教育就是通過塑造突觸的聯(lián)系來改變我們的知識(shí)和技能、思想和行為，并形成我們每個(gè)人大腦的獨(dú)特連接模式。正如人的指紋是遺傳與環(huán)境共同作用產(chǎn)生的，因而指紋人人皆有，卻各不相同，個(gè)體人腦的獨(dú)特連接也是如此。這種獨(dú)特的連接模式是學(xué)習(xí)和教育的結(jié)果，也是學(xué)習(xí)和教育所要面對(duì)的客觀對(duì)象。

正是因?yàn)檫@個(gè)原因，世界各國(guó)包括我們國(guó)家的領(lǐng)導(dǎo)人對(duì)腦科學(xué)和教育都高度重視。2014年，習(xí)近平總書記視察北京師范大學(xué)的時(shí)候，專門來到認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，高屋建瓴地指出，教育要“因人而異、因材施教，這就需要有科學(xué)基礎(chǔ)，掌握腦的規(guī)律”。這幾句話道出了教育的本質(zhì)，也為我國(guó)未來教育的發(fā)展指出了重要的方向。

一些數(shù)據(jù)表明，中國(guó)的學(xué)生在學(xué)習(xí)上花的時(shí)間非常多，但學(xué)習(xí)效率非常低，所花時(shí)間與取得的學(xué)業(yè)成就并不匹配。腦科學(xué)對(duì)學(xué)習(xí)效率的提升，可以體現(xiàn)在很多方面，如學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，基于大腦發(fā)育規(guī)律的學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)定和內(nèi)容安排，基于大腦學(xué)習(xí)規(guī)律的學(xué)習(xí)方式制定，基于個(gè)體學(xué)習(xí)能力和知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)路徑，等等。

基于腦科學(xué)的學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)有助于提高學(xué)習(xí)效率

我們知道，教育的目的是為了提高學(xué)習(xí)的能力，但我們的課程體系中并沒有學(xué)習(xí)能力的課程。一個(gè)原因可能是認(rèn)為學(xué)習(xí)能力并不重要，另一個(gè)原因可能認(rèn)為學(xué)習(xí)能力可以在知識(shí)學(xué)科的學(xué)習(xí)中自然獲得。這兩個(gè)觀點(diǎn)都不太正確。我們知道，專業(yè)運(yùn)動(dòng)隊(duì)里除了有技能戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練和實(shí)戰(zhàn)比賽以外，還有相當(dāng)一部分是在健身房進(jìn)行個(gè)性化力量訓(xùn)練，如果上臂、腹部力量不行，會(huì)有私人教練指導(dǎo)、提升你的相應(yīng)肌群的力量。但是我們學(xué)校針對(duì)專注度方面有缺陷，或是計(jì)算、閱讀存在障礙的學(xué)生，并沒有專門的個(gè)性化訓(xùn)練。

我們知道，一個(gè)孩子閱讀存在困難，很多時(shí)候并不是由于態(tài)度不對(duì)，或者閱讀時(shí)間太短，而是某些特定的大腦區(qū)域存在結(jié)構(gòu)和功能的不足，就像有些運(yùn)動(dòng)員上肢肌肉力量不足一樣。這個(gè)時(shí)候給他大量的書去讀，不僅不能提高閱讀成績(jī)，反而會(huì)影響閱讀的興趣和動(dòng)機(jī)。在美國(guó)，研究人員已經(jīng)研發(fā)了大量針對(duì)閱讀障礙核心能力缺陷的訓(xùn)練方案和手段，并且在學(xué)校得到了廣泛的使用。上課的時(shí)候，如果一個(gè)學(xué)生跟不上老師教的內(nèi)容，那就可以先不用上這門課，而是到學(xué)習(xí)中心或大腦機(jī)房里面進(jìn)行個(gè)性化的訓(xùn)練。等到能力提升了，能跟上正常教學(xué)進(jìn)度以后再回來。實(shí)踐表明，這樣針對(duì)性的學(xué)習(xí)能力訓(xùn)練對(duì)于提高學(xué)習(xí)效率有很大好處。比如，美國(guó)科學(xué)院院士Michael Merzenich創(chuàng)造的一種新的閱讀干預(yù)方案，通過對(duì)語音意識(shí)的訓(xùn)練，可以有針對(duì)性地解決孩子的閱讀困難，提高閱讀效率。用他所開發(fā)的軟件，在學(xué)校使用以后學(xué)生成績(jī)能夠提高20分左右，而一般課堂教學(xué)大概能提高3到5分。除了這個(gè)方法以外，還有十幾種不同的針對(duì)閱讀障礙的科學(xué)訓(xùn)練方法，其核心都是針對(duì)特異性認(rèn)知障礙采取訓(xùn)練。

除了閱讀能力的訓(xùn)練，現(xiàn)在還有很多記憶能力的訓(xùn)練、自控能力的訓(xùn)練、情緒調(diào)節(jié)能力的訓(xùn)練、數(shù)感的訓(xùn)練等。這些都是我們學(xué)習(xí)過程中所需要的核心關(guān)鍵學(xué)習(xí)能力。一些初步的結(jié)果表明，通過對(duì)這些能力的針對(duì)性訓(xùn)練，可以有效提升學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率。雖然不同學(xué)科的關(guān)鍵學(xué)習(xí)能力，還有很多重要的問題值得研究，其訓(xùn)練效果也有待在課堂實(shí)踐中驗(yàn)證，但我們相信，隨著腦科學(xué)研究的不斷深入，基于核心學(xué)習(xí)能力的訓(xùn)練能為提高學(xué)習(xí)效率做出重要貢獻(xiàn)。

腦科學(xué)可以指導(dǎo)我們依據(jù)大腦發(fā)展規(guī)律進(jìn)行有效的教學(xué)

現(xiàn)在的家長(zhǎng)和老師非常困惑，比如0?3歲的孩子應(yīng)該學(xué)什么，3?6歲學(xué)什么，6?12歲學(xué)什么，初中面臨什么樣的問題，高中又面臨什么樣的問題?？茖W(xué)回答這些問題需要以大量腦科學(xué)知識(shí)為基礎(chǔ)。比如說在早期，大家知道學(xué)英語要學(xué)得早，最好從0歲就開始。為什么早期要學(xué)英語？學(xué)什么樣的內(nèi)容比較好呢？有的家長(zhǎng)帶著小孩去英語早教班，一節(jié)課學(xué)了五個(gè)單詞，什么Apple，Banana，Orange，Pear，Grape，好像覺得錢沒有白花。但實(shí)際上，0?3歲并不是孩子單詞記憶能力的關(guān)鍵時(shí)期。恰恰相反，0?3歲的小孩由于其海馬沒有充分發(fā)育，記憶能力處于比較差的時(shí)期，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，20歲以后，0?3歲的事情人們往往一件都想不起來，這叫嬰兒失憶癥。0?3歲最重要的是感知覺經(jīng)驗(yàn)，對(duì)語言來說是聽覺發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，在一個(gè)英語母語環(huán)境下接受大量的聽覺輸入，會(huì)形成很好的語音感知能力和語法技能。這是孩子以后學(xué)習(xí)語言終身受益的。

小學(xué)階段是大腦前額葉發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，也是我們注意、記憶、思維和自控等一般學(xué)習(xí)能力發(fā)展的重要階段。這個(gè)階段的孩子本身面臨的學(xué)習(xí)任務(wù)并不太重，所面臨考試升學(xué)的壓力也不太大，這為提高孩子的學(xué)習(xí)能力提供了非常好的機(jī)會(huì)。但在實(shí)踐中，老師和家長(zhǎng)對(duì)空出來的時(shí)間究竟用來做什么并不十分明確。有的家長(zhǎng)在培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的推動(dòng)下，把時(shí)間用來提前學(xué)習(xí)高年級(jí)甚至初中的課程，學(xué)習(xí)奧數(shù)，學(xué)習(xí)STEM、機(jī)器人編程，發(fā)展興趣特長(zhǎng)等。根據(jù)孩子的興趣愛好發(fā)展興趣特長(zhǎng)當(dāng)然值得鼓勵(lì)，但超前學(xué)習(xí)卻是毫無意義的。而在這個(gè)時(shí)間培養(yǎng)扎實(shí)的學(xué)習(xí)能力，提高孩子的注意、記憶、思維、自控等能力，培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，提升學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)機(jī)，比提前掌握大量的知識(shí)更為重要。

中學(xué)生在青春期存在著相當(dāng)嚴(yán)重的動(dòng)機(jī)和情緒問題，其產(chǎn)生的根源就在于這個(gè)階段大腦發(fā)展的不平衡。有一個(gè)形象的比喻，青春期的大腦發(fā)育處于油門發(fā)展快但是剎車發(fā)展慢的時(shí)期，而且剎車和離合配合的能力也不強(qiáng)。所謂油門發(fā)展快，指的是性激素分泌導(dǎo)致人大腦里對(duì)獎(jiǎng)賞的敏感性增強(qiáng);剎車發(fā)展慢指的是大腦的前額葉自我控制能力發(fā)展相對(duì)延遲;剎車和離合配合能力不強(qiáng)是指青春期的孩子無法用知識(shí)來指導(dǎo)自己的行為。所以青春期的孩子你跟他講道理他全都懂，但是一旦處在情緒波動(dòng)狀態(tài)下，講的道理全都忘掉了，沒有辦法把道理轉(zhuǎn)化為行動(dòng)。所以對(duì)于青春期的孩子，一個(gè)重要的學(xué)習(xí)任務(wù)就是要培養(yǎng)控制社會(huì)情緒的能力，通過放松訓(xùn)練、情緒調(diào)節(jié)、自我控制能力訓(xùn)練，結(jié)合有氧運(yùn)動(dòng)、正念冥想和神經(jīng)反饋等技術(shù)手段，改善孩子的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，提升學(xué)習(xí)動(dòng)力，不僅能夠提高學(xué)習(xí)效率，對(duì)其長(zhǎng)期健康發(fā)展還具有重要意義。

從這個(gè)意義上講，提高學(xué)習(xí)效率，就是要針對(duì)不同階段大腦發(fā)展的特征，制定有針對(duì)性的學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)任務(wù)。大腦的各個(gè)區(qū)域的發(fā)展存在一個(gè)機(jī)會(huì)的窗口，依據(jù)這個(gè)機(jī)會(huì)窗口來學(xué)習(xí)，可以事半功倍;而錯(cuò)過了這個(gè)機(jī)會(huì)窗口，則需要花更多的時(shí)間來彌補(bǔ)。比如錯(cuò)過了早期感知覺發(fā)展的窗口，在12歲以后才開始學(xué)習(xí)一門外語，就很難做到?jīng)]有口音了。

腦科學(xué)揭示的有效學(xué)習(xí)規(guī)律，有助于提高知識(shí)和技能培養(yǎng)的效率

同樣是學(xué)習(xí)，有時(shí)候?qū)W的東西記得住、有時(shí)候記不住，里面有很多科學(xué)規(guī)律是和我們的直覺相反的。我們想創(chuàng)造一個(gè)條件讓你學(xué)得非常輕松簡(jiǎn)單，但實(shí)際上輕松的學(xué)習(xí)害了你。腦科學(xué)的研究表明，提高學(xué)習(xí)效率，促進(jìn)學(xué)習(xí)的長(zhǎng)期保持和有效遷移的一個(gè)前提條件是，要?jiǎng)?chuàng)造適度難度的學(xué)習(xí)環(huán)境，讓大腦的資源做充分的參與。比如同樣學(xué)習(xí)三次，怎么學(xué)習(xí)效果更好？一種是拿著一本單詞書背單詞，念三遍，熟了就換下一個(gè)單詞;另一個(gè)方式是把每個(gè)要學(xué)的詞學(xué)一遍，第二天再學(xué)一遍，第三天再學(xué)一遍。雖然每天學(xué)一遍感覺都沒記住，第二天學(xué)起來有點(diǎn)費(fèi)勁，但這種通過分散學(xué)習(xí)的方式會(huì)促進(jìn)學(xué)習(xí)的保持。我們實(shí)驗(yàn)室過去十多年的研究發(fā)現(xiàn)，分散學(xué)習(xí)能夠促進(jìn)大腦的參與，有更多的大腦資源參與到學(xué)習(xí)過程當(dāng)中。

學(xué)習(xí)還需要遵循大腦分工的規(guī)律。人有多套不同的學(xué)習(xí)系統(tǒng)，有的是情緒的學(xué)習(xí)，有的是知識(shí)的學(xué)習(xí)，有的是感知覺的學(xué)習(xí)，有的是運(yùn)動(dòng)技能的學(xué)習(xí)。你需要通過恰當(dāng)?shù)姆绞阶屨_的大腦學(xué)習(xí)系統(tǒng)參與到其中。有的時(shí)候我們覺得很簡(jiǎn)單，但很多時(shí)候我們用錯(cuò)了方式。例如，知識(shí)的記憶和技能的學(xué)習(xí)用到的系統(tǒng)是不一樣的，游泳的時(shí)候你不能光給他上十節(jié)游泳理論課，這樣他是學(xué)不會(huì)游泳的。但英語語法的學(xué)習(xí)實(shí)際上是一種技能，不是做題就能夠?qū)W會(huì)的。我們?cè)趯W(xué)校做了大量的語法題，卻常常開口就犯語法的錯(cuò)誤，其原因就在此。知識(shí)和技能的差別還體現(xiàn)在情緒調(diào)節(jié)能力、社會(huì)交往技能，乃至我們的動(dòng)機(jī)習(xí)慣等的培養(yǎng)上，這些都需要技能系統(tǒng)的參與，而不是簡(jiǎn)單的道理和知識(shí)的傳遞。

腦科學(xué)的研究還發(fā)現(xiàn)，有效的學(xué)習(xí)需要把大腦中先前的記憶重新喚醒，然后才能進(jìn)行鞏固或者修改。從這個(gè)意義上講，學(xué)習(xí)就是不斷改變大腦中記憶痕跡的過程。我們的一些學(xué)習(xí)方法，比如死記硬背或者簡(jiǎn)單重復(fù)等，往往并不能有效喚醒先前的記憶痕跡，從而達(dá)不到訓(xùn)練的效果。相反，有的時(shí)候，比如在我們回憶的時(shí)候，在我們休息的時(shí)候，在我們睡覺的時(shí)候，我們的記憶可以得到更有效的喚醒并重新組織，形成有機(jī)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。

學(xué)習(xí)和記憶里面還有很多別的規(guī)律，包括組塊的規(guī)律，遷移的規(guī)律，以及元記憶策略等等，這些都是我們科學(xué)高效學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。通過科學(xué)利用大腦學(xué)習(xí)的規(guī)律，能夠充分調(diào)動(dòng)大腦的潛能，真正做到事半功倍，舉一反三！

腦科學(xué)有助于實(shí)現(xiàn)個(gè)性化精準(zhǔn)教育

每個(gè)人的大腦都是不同的，在遺傳和環(huán)境的共同作用下形成了自己獨(dú)特的神經(jīng)聯(lián)結(jié)模式。這種獨(dú)特的大腦決定了個(gè)體不同的學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)興趣和知識(shí)結(jié)構(gòu)。采用現(xiàn)在的腦機(jī)接口，人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)，結(jié)合個(gè)體知識(shí)圖譜和能力特征的精準(zhǔn)建模，能夠發(fā)展個(gè)性化的知識(shí)路徑，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)教育。

通過腦機(jī)接口的技術(shù)，我們可以很好地測(cè)量學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，通過對(duì)學(xué)習(xí)狀態(tài)的監(jiān)控可以從多個(gè)方面來提高學(xué)習(xí)的效果。比如，我們可以在大腦學(xué)習(xí)狀態(tài)好的時(shí)候呈現(xiàn)學(xué)習(xí)的材料，學(xué)習(xí)狀態(tài)不好的時(shí)候呈現(xiàn)一些有趣的材料或者讓學(xué)生休息，從而提高學(xué)習(xí)的效率;還可以通過大腦的學(xué)習(xí)狀態(tài)預(yù)測(cè)記憶的效果，從而在更恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間安排對(duì)該材料的復(fù)習(xí)。如果記憶牢固，則可以在更長(zhǎng)的間隔后復(fù)習(xí);如果記憶不牢固，則安排及時(shí)復(fù)習(xí)。這些都可基于個(gè)體學(xué)習(xí)狀態(tài)的精準(zhǔn)學(xué)習(xí)過程來安排。

當(dāng)然，我們還可以對(duì)學(xué)生的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)查。通過腦科學(xué)的技術(shù)，現(xiàn)在研究者可以很好地描述大腦中的知識(shí)組織結(jié)構(gòu)。比如谷歌DeepMind就和哈佛大學(xué)心理系合作，測(cè)量個(gè)體的語義知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，從而根據(jù)這個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)人們?cè)趯W(xué)習(xí)一個(gè)詞匯的時(shí)候能否記住，會(huì)犯什么樣的錯(cuò)誤。把這樣的方法進(jìn)行擴(kuò)展，結(jié)合現(xiàn)在的知識(shí)分解和檢測(cè)，以及個(gè)體的學(xué)習(xí)能力特征建模，可以建立一個(gè)更為精準(zhǔn)的個(gè)性化知識(shí)空間，并發(fā)展個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑。

可以預(yù)期，通過腦科學(xué)、人工智能和人腦學(xué)習(xí)的深度融合，提高學(xué)習(xí)效率，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的高效學(xué)習(xí)是完全可行的。這是人腦智能和人工智能融合生長(zhǎng)、相互促進(jìn)的一個(gè)最好時(shí)代。