腦科學(xué)從實(shí)驗(yàn)室走向課堂的探索與實(shí)證

解慧明

近年來(lái)，西安市教育科學(xué)研究院積極組織全市各中小學(xué)，從第一屆腦科學(xué)與教育論壇到第二屆、第三屆、第四屆，一路走來(lái)，跟隨著腦科學(xué)、教育科學(xué)、神經(jīng)認(rèn)知科學(xué)、人工智能等領(lǐng)域的科學(xué)家和教育家，不斷更新教育理念，主動(dòng)實(shí)踐，開(kāi)創(chuàng)了腦科學(xué)在學(xué)校的應(yīng)用與實(shí)踐的西安區(qū)域探索實(shí)驗(yàn)。

西安市教科院“131”工作思路和“1+2+N”工作格局

西安市教科院以習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想為指導(dǎo)，深入貫徹學(xué)習(xí)總書記關(guān)于教育的重要論述，在西安市教育局黨委的堅(jiān)強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)下，全面貫徹黨的教育方針，落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)，圍繞“培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人、為誰(shuí)培養(yǎng)人”的教育根本問(wèn)題，聚焦《關(guān)于加快新時(shí)代教育改革 發(fā)展建設(shè)教育強(qiáng)市的實(shí)施意見(jiàn)》《西安市基礎(chǔ)教育提升三年行動(dòng)計(jì)劃（2019—2021年）》，以“所更院”和市教育質(zhì)量評(píng)估監(jiān)測(cè)中心設(shè)立為契機(jī)，創(chuàng)新教科研工作理念和機(jī)制，立足“三新”理念（新體系、新格局、新方式）。

教科研“131”新體系?！?”是構(gòu)建教育質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)體系。圍繞“培養(yǎng)什么人”，深入貫徹《深化新時(shí)代教育評(píng)價(jià)改革總體方案》《義務(wù)教育質(zhì)量評(píng)價(jià)指南》，以教育評(píng)價(jià)改革為牽引，以破唯分論、立五育觀為根本出發(fā)點(diǎn)，以課堂變革、教育改革為根本落腳點(diǎn)，構(gòu)建破唯分論、立五育觀、構(gòu)七環(huán)節(jié)——“157”學(xué)生發(fā)展質(zhì)量評(píng)價(jià)體系。

“3”即圍繞“靠誰(shuí)培養(yǎng)人”，構(gòu)建“科研+教研+培訓(xùn)”三位一體教師素養(yǎng)提升體系，助力西安教育高質(zhì)量教師隊(duì)伍建設(shè)。構(gòu)建具有西安特色的“三級(jí)三類”教科研體系，更新教學(xué)理念、創(chuàng)新育人方式、變革育人策略;開(kāi)展“優(yōu)化教學(xué)方式，提高課堂教學(xué)質(zhì)量”專題研討活動(dòng)，推動(dòng)“互動(dòng)式、啟發(fā)式、探究式、體驗(yàn)式”教學(xué)方式在課堂上的有效實(shí)施;開(kāi)展全方位培訓(xùn)，發(fā)揮“名校”輻射引領(lǐng)，關(guān)注“+?！苯處熜枨?，深化“名校+”工程，構(gòu)建教師素養(yǎng)提升全方位培訓(xùn)體系。

“1”即圍繞“怎樣培養(yǎng)人”，聚焦育人方式變革、課程課堂教學(xué)改革，以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心，大力推進(jìn)西安好課堂、品質(zhì)課程建設(shè)，堅(jiān)持信息技術(shù)與教育教學(xué)融合創(chuàng)新，構(gòu)建“五育”學(xué)生全面發(fā)展培養(yǎng)體系。

深耕西安好課堂，以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心，推進(jìn)品質(zhì)課程建設(shè)，開(kāi)展基于財(cái)經(jīng)素養(yǎng)教育、STEAM教育、人工智能教育等面向未來(lái)培養(yǎng)人的科學(xué)教育和科技創(chuàng)新教育的課程建設(shè)實(shí)踐，變革教師育人方式，優(yōu)化學(xué)生學(xué)習(xí)方式，推進(jìn) “互動(dòng)式、啟發(fā)式、探究式、體驗(yàn)式”課堂教學(xué)改革，讓核心素養(yǎng)在課堂落地，構(gòu)建德智體美勞“五育”學(xué)生全面發(fā)展質(zhì)量培養(yǎng)體系。開(kāi)展“西安好課堂”46期500余節(jié)，每期線上線下同時(shí)進(jìn)行，每期線上人數(shù)20萬(wàn)～30萬(wàn)甚至50萬(wàn)人。

教科研“1+2+N”新格局?！?”即市區(qū)教科研部門;“2”即一總兩翼、兩所創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)學(xué)校、兩個(gè)工作室（教研員、班主任）、兩部門下沉（教育質(zhì)量評(píng)估與監(jiān)測(cè)研究部下沉至陜西師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)小學(xué)、科研規(guī)劃部下沉至西安市高新第一學(xué)校）;“N”是支撐學(xué)生全面發(fā)展的質(zhì)量評(píng)價(jià)、思政課、學(xué)科思政、課程發(fā)展、勞動(dòng)教育、思維型教學(xué)、人工智能教育、心理健康教育、STEAM教育、財(cái)經(jīng)素養(yǎng)教育、科學(xué)教育與科技創(chuàng)新、綜合實(shí)踐活動(dòng)、腦與學(xué)習(xí)科學(xué)、新課標(biāo)新高考學(xué)科教學(xué)研究等14個(gè)研究中心、24個(gè)基地辦公室及1564所基地學(xué)校。

教科研“上聯(lián)下沉”新方式。“上聯(lián)”即中國(guó)教育科學(xué)研究院、教育部課程教材中心、教育部裝備中心、教育部學(xué)校規(guī)劃建設(shè)發(fā)展中心、陜西省科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)、陜西師范大學(xué)、西安文理學(xué)院。

“下沉”即重心下沉學(xué)校、陣地前移課堂，把課題做在學(xué)校，把論文寫在課堂上。

對(duì)腦科學(xué)的認(rèn)知

什么是腦科學(xué)。廣義的腦科學(xué)：視覺(jué)認(rèn)知、聽(tīng)覺(jué)認(rèn)知等與感覺(jué)，記憶、學(xué)習(xí)、思考、預(yù)測(cè)、語(yǔ)言、解決問(wèn)題等高級(jí)認(rèn)知功能，以及與情緒相關(guān)的內(nèi)容。狹義的腦科學(xué)，一般指神經(jīng)科學(xué)，是為了了解神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)分子水平、細(xì)胞水平、細(xì)胞間的變化過(guò)程，以及這些過(guò)程在中樞功能控制系統(tǒng)內(nèi)的整合作用而進(jìn)行的研究。從醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、遺傳學(xué)、心理學(xué)、解剖學(xué)的角度，又可以理解如上圖。

什么是教育腦科學(xué)。腦的不同部位有著不同的作用和功能，來(lái)自外界的刺激信息只有正確地傳遞到相關(guān)的部位，這些部位才會(huì)發(fā)揮作用。而要將這些刺激信息準(zhǔn)確、高速地傳遞到相關(guān)的功能區(qū)，就需要大腦神經(jīng)元之間相互連接形成神經(jīng)回路，就像四通八達(dá)的高速公路一樣，網(wǎng)絡(luò)越稠密、越復(fù)雜，信息的傳遞效率才會(huì)越高。這種高效的神經(jīng)回路的形成和強(qiáng)化，教育起到很大的作用。中國(guó)科學(xué)院院士、著名神經(jīng)生物學(xué)家、生理學(xué)家、復(fù)旦大學(xué)教授楊雄里將以腦智研究應(yīng)用為基礎(chǔ)的教育體系定位為“教育腦科學(xué)”。

目前，人的問(wèn)題已越來(lái)越成為教育的核心問(wèn)題。人的主體性發(fā)展比以往任何時(shí)候都更加凸顯。任何一種學(xué)習(xí)能力、良好習(xí)慣的培養(yǎng)、學(xué)習(xí)品質(zhì)的提升，任何一項(xiàng)知識(shí)的獲取、合作的建立、行為的變化、情緒的調(diào)節(jié)，注意力、記憶力、思維力、反應(yīng)力和自控力的養(yǎng)成都與腦科學(xué)密不可分，其背后都是對(duì)大腦的深層認(rèn)識(shí)與科學(xué)塑造。

學(xué)習(xí)腦科學(xué)與教育腦學(xué)科的重要性。一是時(shí)代需求。AI人工智能：2011年出生的孩子在畢業(yè)時(shí)現(xiàn)有工作的65%將不復(fù)存在;慕課（MOOC）的普及、技術(shù)奇點(diǎn);從未來(lái)教育需求看，終生教育成為一種必然趨勢(shì)。終生教育的特點(diǎn)有：鍛煉大腦、培育心靈、把想法變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。目前，社會(huì)需要的不是單純的IQ型人才，而是認(rèn)知能力、非認(rèn)知能力平衡發(fā)展的全人格人才。

二是未來(lái)教育的需求。AI和AI技術(shù)在腦科學(xué)中的應(yīng)用成為教育現(xiàn)代化的重要趨勢(shì)，過(guò)去學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)知識(shí)學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)方式上以學(xué)生機(jī)械式學(xué)習(xí)為主，現(xiàn)在更加注重專注力控制，強(qiáng)調(diào)學(xué)生情景記憶、工作記憶、深度學(xué)習(xí)。從未來(lái)學(xué)習(xí)要求來(lái)看，更加注重對(duì)物理世界的直觀理解、學(xué)生的高效學(xué)習(xí)、遷移學(xué)習(xí)帶來(lái)的知識(shí)泛化、學(xué)習(xí)中的創(chuàng)造性和計(jì)劃性、通過(guò)假想腦解析對(duì)AI程序的理解。

三是國(guó)家需求。中國(guó)腦計(jì)劃總體目標(biāo)：在國(guó)際上建立最大規(guī)模的兒童青少年腦智發(fā)育大型隊(duì)列;引領(lǐng)腦智評(píng)估和素質(zhì)教育;兒童青少年認(rèn)知能力同比提升20%;心理健康水平同比提升25%;各類學(xué)習(xí)困難平均發(fā)生率減低50%;全面解析感知、學(xué)習(xí)、決策、意識(shí)等認(rèn)知功能的神經(jīng)工作原理。

腦科學(xué)應(yīng)用的思考和探索

腦科學(xué)與教育的結(jié)合。解決學(xué)習(xí)困難綜合征：學(xué)習(xí)是兒童青少年的主要生活內(nèi)容，我國(guó)的應(yīng)試教育很大程度上增加了孩子們的學(xué)習(xí)壓力。據(jù)統(tǒng)計(jì)，至少20%的孩子在校學(xué)習(xí)期間，會(huì)發(fā)生學(xué)習(xí)困難問(wèn)題，如果得不到及時(shí)的關(guān)注和疏導(dǎo)，會(huì)由此進(jìn)一步引發(fā)焦慮、緊張等心理健康問(wèn)題，導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)逃學(xué)、自暴自棄、擾亂他人學(xué)習(xí)的問(wèn)題。引發(fā)學(xué)習(xí)困難的原因很多，主要因?yàn)樽⒁饬θ毕輰?dǎo)致的多動(dòng)癥（ADHD）、學(xué)習(xí)障礙（LD）、厭學(xué)逃學(xué)、拒絕上學(xué)等，男生多于女生。

關(guān)注學(xué)生情緒障礙：急速變化的社會(huì)家庭變革、母子早期分離、家庭破裂、虐待、忽視、人口遷移、學(xué)習(xí)競(jìng)爭(zhēng)壓力增加等因素，使得兒童對(duì)各類應(yīng)激事件的易感傾向更顯著。兒童青少年的情緒障礙已成為僅次于學(xué)習(xí)問(wèn)題的第二大心理障礙。抑郁是常見(jiàn)的負(fù)性情感，20%—30%的兒童青少年有不同程度的抑郁癥狀，多發(fā)生于青少年期，女生多于男生。早期表現(xiàn)有心境不良、退縮、哭泣沮喪、遺尿、咬手指甲、學(xué)習(xí)困難、生活邋遢、睡眠問(wèn)題、易激惹等特征。

關(guān)注學(xué)生品行障礙：持續(xù)的和反復(fù)出現(xiàn)的反社會(huì)性、攻擊性、對(duì)立違抗性行為，包括：經(jīng)常打斗、傷害他人或虐待小動(dòng)物，有意破壞，約40%的品行障礙兒童可發(fā)展為成人期反社會(huì)人格障礙，在其成長(zhǎng)過(guò)程中還常伴有不同程度的抑郁和焦慮障礙。主要原因：暴力管教、溺愛(ài)放縱、父母離異、忽視、貧窮、目睹犯罪等。

關(guān)注特殊兒童。孤獨(dú)癥：又稱自閉癥，嬰幼兒期發(fā)病，以語(yǔ)言障礙、社交障礙和行為與興趣異常為特征的廣泛性發(fā)育障礙。相關(guān)機(jī)構(gòu)報(bào)告每150名兒童中就有一人患孤獨(dú)癥，男女比約為4：1;智商在70以上的高功能孤獨(dú)癥和阿斯伯格綜合征約占總體患者一半以上。病因至今不明，一旦發(fā)現(xiàn)需要及時(shí)矯治，否則形成典型孤獨(dú)癥后將終身難以治愈，雖然部分孤獨(dú)癥患者經(jīng)過(guò)治療可以回歸社會(huì)，但人際交往問(wèn)題和社會(huì)適應(yīng)困難將伴隨終身。

解決手機(jī)網(wǎng)絡(luò)成癮：第46次《中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)報(bào)告》顯示，截至2020年6月，我國(guó)網(wǎng)民規(guī)模達(dá)9.40億，10歲至19歲網(wǎng)民占比14.8%。研究發(fā)現(xiàn)，兒童青少年的主觀幸福感、自尊與自我控制能力均與網(wǎng)絡(luò)成癮顯著負(fù)相關(guān)，網(wǎng)絡(luò)成癮的孩子更容易出現(xiàn)親子、同伴、師生等人際關(guān)系受損等問(wèn)題。

關(guān)心留守兒童：據(jù)官方數(shù)據(jù)（全國(guó)婦聯(lián)、全國(guó)農(nóng)村留守兒童狀況研究報(bào)告）顯示，目前我國(guó)廣大農(nóng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū)留守兒童總數(shù)高達(dá)5300萬(wàn)。他們當(dāng)中出現(xiàn)教養(yǎng)失范、分離焦慮、情緒障礙增多，伴隨輟學(xué)和網(wǎng)絡(luò)依賴者增多，意外傷害、出走、遭虐待和性侵犯以及品行障礙和青少年違法者增多。

教育工作者的使命。作為教育工作者，要積極主動(dòng)為學(xué)校、家庭和社會(huì)解決問(wèn)題。從家庭角度，要為家庭普及腦科學(xué)知識(shí)、提供科學(xué)的教育指導(dǎo)方法;促進(jìn)家校融合和家庭和睦;豐富和提供家庭生活、學(xué)習(xí)和工作的質(zhì)量。從學(xué)校角度，要激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生自信心和學(xué)習(xí)效率。帶動(dòng)其他學(xué)科的學(xué)習(xí)，為其他學(xué)科教學(xué)提供以腦科學(xué)為基礎(chǔ)的新穎教學(xué)方式和指導(dǎo)方法。從社會(huì)角度，要普及腦科學(xué)知識(shí)，促進(jìn)未來(lái)教育的發(fā)展;降低學(xué)習(xí)困難率，提升認(rèn)知能力和非認(rèn)知能力;為腦智開(kāi)發(fā)和素質(zhì)教育提供科學(xué)基礎(chǔ)。

深化推進(jìn)素質(zhì)教育，以全面提高人的基本素質(zhì)為根本目的，以尊重人的主體性和主動(dòng)精神，以人的性格為基礎(chǔ)，注重開(kāi)發(fā)人的智慧潛能，注重形成人的健全個(gè)性為根本特征的教育。 讓學(xué)生學(xué)會(huì)做人、學(xué)會(huì)自律、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、學(xué)會(huì)思考、學(xué)會(huì)樂(lè)群、學(xué)會(huì)審美、學(xué)會(huì)創(chuàng)造、學(xué)會(huì)健身、學(xué)會(huì)生活、學(xué)會(huì)勞動(dòng)。

腦科學(xué)與教育的西安探索

積極開(kāi)展腦科學(xué)教研培訓(xùn)與課堂教學(xué)研討活動(dòng)。近年來(lái)，西安市教育科學(xué)研究院積極帶領(lǐng)全市中小學(xué)開(kāi)展了各項(xiàng)腦科學(xué)與教育教科研活動(dòng)：舉辦“西安名師引進(jìn)培訓(xùn)”活動(dòng)，“數(shù)智時(shí)代·教育創(chuàng)新”腦科學(xué)與教育發(fā)展研討會(huì)，“第十四個(gè)世界自閉癥關(guān)注日西安主題活動(dòng)暨自閉癥兒童醫(yī)療、教育、康復(fù)綜合治療新思路”研討會(huì)，“關(guān)注腦科學(xué)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量”專題研討會(huì)，“立足腦智發(fā)展，共建生態(tài)思維課堂”專題研討會(huì)等。

腦科學(xué)課程進(jìn)校園：設(shè)計(jì)推廣腦科學(xué)校本課程，西安地區(qū)率先在曲江第二小學(xué)落地;增加腦科學(xué)社團(tuán)，適應(yīng)學(xué)校和家庭需求，增設(shè)社團(tuán)課程;增設(shè)腦科學(xué)雙師課程，突出學(xué)校特色，為學(xué)科教育賦能;成立腦與學(xué)習(xí)研究中心，不斷研究、創(chuàng)新，擴(kuò)大腦科學(xué)受益學(xué)校范圍。

更新理念、明晰目標(biāo)，構(gòu)建有特色的腦科學(xué)課程。腦科學(xué)課程設(shè)計(jì)遵循兒童青少年的智力發(fā)育特點(diǎn)和身體發(fā)育規(guī)律，寓教于樂(lè)，通過(guò)游戲的方式，在輕松愉悅的氛圍中，以不同的方式對(duì)大腦進(jìn)行刺激，促進(jìn)大腦各功能區(qū)塊的平衡發(fā)展和協(xié)同工作，全面提高認(rèn)知能力（記憶力、想象力、專注力、觀察力、推理能力、計(jì)算能力、空間能力）、非認(rèn)知能力（社會(huì)性、協(xié)調(diào)性、自信心等），為黨和國(guó)家培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。

西安市各學(xué)校腦智開(kāi)發(fā)課程、腦科學(xué)實(shí)驗(yàn)室課程、全腦“五育”“體能大循環(huán)課程”，通過(guò)豐富多樣的形式落實(shí)課程。一是寓教于樂(lè)，以游戲的形式授課，節(jié)奏感強(qiáng)，課堂氛圍緊張、輕松、愉悅。二是潛意識(shí)學(xué)習(xí)，在不知不覺(jué)中吸收知識(shí)，提升智力。三是發(fā)展認(rèn)知能力+非認(rèn)知能力，在提高智力（IQ）的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)性、協(xié)調(diào)性、自信心等情感商數(shù)（EQ）。四是和自己競(jìng)爭(zhēng)，學(xué)生只和過(guò)去一天、一周、一月、一年的自己競(jìng)爭(zhēng)，強(qiáng)調(diào)自我增值發(fā)展。具體課堂教學(xué)環(huán)節(jié)包括：聽(tīng)力訓(xùn)練、視覺(jué)訓(xùn)練、動(dòng)手操作、記憶誦讀、題型訓(xùn)練、觀察推理六大環(huán)節(jié)。

教育腦科學(xué)是未來(lái)教育的基礎(chǔ)。與青少年腦智開(kāi)發(fā)、國(guó)家綜合國(guó)力提升、創(chuàng)新型人才戰(zhàn)略等息息相關(guān)。教育腦科學(xué)的普及、推廣和深化，是教育工作者肩負(fù)的重任。西安地區(qū)的腦與科學(xué)教育研究正在起步，相信在不久的將來(lái)，在各位專家的指導(dǎo)和引領(lǐng)下，我們將邁開(kāi)步子，創(chuàng)新思路，探索更多的實(shí)踐路徑，爭(zhēng)取更大的應(yīng)用效果。