蔡芳，等 || 从推测走向科学：教育神经科学视角下的有效教学

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教育神经科学是一个新兴的跨学科研究领域，旨在将神经科学的知识与方法应用于教育实践。教育神经科学可以帮助我们深入理解人脑的学习过程和机制，从而为教师的有效教学提供理论基础，为教师有效教学能力的培养提供支持。华东师范大学教育神经科学研究中心周加仙教授主持的“教育神经科学视野中的有效教学”项目为学校运用教育神经科学的相关知识、落实有效教学提供了很好的平台。2023年初，贵州省贵阳市普瑞学校成为项目实验学校。在项目的引领下，学校尝试运用新技术打开人脑教与学的黑箱，创新课堂教学模式，探索更好的教育，从而助力教师更好地发展，助力学生更好地成长。以下是我们的思考和行动策略，以期为推进教育神经科学进课堂提供有益的参考和启示。

教育神经科学的系统研究促使教育实践和教学决策过程从基于经验逐渐转向基于证据，严格、科学、系统的教育神经科学证据正日益成为教师实践的新“标准”。因此，中小学为推进教学方式变革、提高教学质量、达到有效教学的目的，了解并应用教育神经科学是非常必要的。

1. 有效教学与成长型思维

有效教学的实现需要师生双向激活，更加注重学生的个性化学习、反思性学习和自主学习，这就需要教师和学生都拥有成长型思维（Growth Mindset）。什么是成长型思维呢？成长型思维理论将个体的思维模式分为成长型思维和固定型思维两类：持成长型思维模式的个体倾向于认为自己的能力是可以不断提高的，在面对挑战和失败时相信自己可以通过努力和经验积累取得更好的成就；而持有固定型思维模式的个体则认为，他们的能力是有限的，在面对失败时更倾向于认为自己无法改变这种状况。^[1]那么这两种思维模式差异背后是否存在神经机制？这种可能的机制是什么？

已有神经科学的研究证据表明：个体关于能力的自我信念及其相关目标通过对自上而下的控制过程的积极影响使注意力在一些脑区（如外侧前额叶、顶叶和前扣带回皮层）出现偏差，并且他们会对进入注意焦点的信息进行加工。具体来说，受试者越是强烈地感受到“当我在学校上一门课时，证明自己比其他学生更聪明对我来说很重要”这样固定型思维的信念时，前额叶诱发电位P3对消极反馈的反应幅度就越大。这可能说明他们随后会将注意力集中在对自己表现的自我批判与反思上，而忽视了对学习相关信息的注意力，从而增加了他们重复这些错误的可能性。^[2]而相对于固定型思维的学生，成长型思维的学生在错误后呈现出更多与错误积极反应（如正确认识错误，将注意力更多分配到错误反思上）相关的脑波。^[3]一项比较具有成长型思维和固定型思维的学龄儿童在面对错误时认知过程的研究，用事件相关电位技术记录了两个与错误有关的脑电成分，结合脑电成分的振幅变化和犯错后的任务表现，结果表明，成长型思维的儿童具有更强的错误意识并会在犯错后给予错误更多的认知资源，从而获得更加优异的任务表现。^[4]反之，具有固定型思维的个体会有意识地忽略与错误有关的信息，在犯错误后的任务表现也更差。脑成像研究还发现，成长型思维与腹侧和背侧纹状体以及与被认为对错误监测很重要的区域（如背侧前扣带回皮质）的联结有关，这可能与人们意识到根据新信息更新和规范学习策略对学习至关重要有关。^[5]

综上，相对于固定型思维的个体，成长型思维的个体会对自己的学习进行自我调节，在犯错后会给予错误本身更多的关注，而不会沉浸在“在他人面前没表现好”的自我批判情绪中，能采用从新知识中学习并在出现错误时及时调整的策略，从而在后续学习任务中取得更好的成绩。因此，想要提升学生反思性学习和自主学习的能力，教师就需要知道如何培养学生的成长型思维；想要教师能及时反思自身教学工作并积极改进，学校就需要思考如何培养教师的成长型思维。

2. 有效教学与内在动机

课堂是教师成长的主阵地。有效教学的着眼点是学生，着力点是教师，着重点是课堂。要实现有效教学，不仅要激发学生的学习动机，更要激发教师的教学动机。教师需要不断增强对目标任务本身的价值追求与动机表现，这样才有可能催生有效课堂，落实有效教学。

动机是激发和维持有机体的行动，并使行动导向某一目标的心理倾向或内驱力。内在动机是指“寻求新奇和挑战，扩展和锻炼自己的能力，探索和学习”的自发倾向。^[6]内在动机是一种复杂的认知、情感和行为现象，涉及多种神经结构和过程。因此，要阐明内在动机的神经生物学机制，一个有效的切入点就是考虑可能支撑内在动机的广泛神经递质系统。已有关于动机和学习的认知神经科学研究表明，中脑多巴胺及其目标在奖励预测中起着关键作用，中脑多巴胺神经元发出奖励预测误差的信号，使生物体能够预测并采取行动以增加未来奖励的可能性。^[7]后续的研究结果也支持多巴胺与内在动机有关，在日常活动中感受到心流体验的人，其纹状体，尤其是壳核部分，多巴胺D2受体的可用性更高。这一发现表明，人们拥有内在动机的能力与纹状体内多巴胺作用目标的数量有关。^[8]还有研究者发现了这一点在统计学上可靠的关联：影响纹状体中多巴胺D2受体可用性的基因多态性携带者在学习和工作相关活动中更容易体验到心流状态，这表明心流体验的神经生物学机制确实涉及多巴胺能通路。^[9]

布朗伯格-马丁（Bromberg-Martin）等人提出了多巴胺能的功能模型，^[10]主要提出两种具有不同相位活动的多巴胺神经元的识别：显著性编码神经元和价值编码神经元。显著性编码神经元支配的区域支持注意定向、认知加工和行动激励，与显著性相关的多巴胺能活动“响应了获得信息可能性的激励价值”。价值编码神经元会因意外的奖励事件而阶段性兴奋，因意外的厌恶事件而抑制，对完全在意料之中的事件几乎不会产生反应。价值编码多巴胺神经元从这些中脑区域发出轴突，支配核外壳、背侧纹状体（尾状体和壳核）和腹内侧前额叶皮层，并在这些区域发出有关奖励可用性、结果评估和学习的信号。认知神经科学研究同样发现，被意外奖励事件激发的多巴胺神经元投射到纹状体、皮层、边缘系统和下丘脑，通过激发内在动机的方式来提升注意力和行为参与。^[11]

综上，多巴胺与奖惩感知、注意定向、认知加工和行动激励相关，是参与学习外部强化的重要成分，推动学习者的好奇心和对信息的渴望；而多巴胺与内在动机相关，因此激发个体的内在动机可以通过改善其注意定向、认知加工达到更好地完成当前认知任务的目的，同时在内在动机的激发上，合适的目标和奖惩机制是必要的。此外，自我决定理论的大量研究考察了破坏或促进内在动机表达的情境因素（如奖励类型、反馈、沟通方式），这些研究清楚地表明：虽然内在动机是一种终身的心理成长功能，但它的表达不是自动的，而是取决于对基本心理需求的环境支持。因此，学校管理层面想要激发教师教学的内在动机，就需要给教师提供足够的环境支持，并考虑如何给教师设立教育目标以及与目标相关的奖惩机制。

3. 有效教学与认知、情感发展规律

教学实践需要遵循教育规律，不断丰富教育艺术，延展教育空间，夯实教育基点如知识、兴趣和品格等。教育神经科学的研究和实践有助于教师思考当前青少年认知和情感的发展规律，从而及时调整教学策略。^[12]

相对于儿童期，青春期儿童内侧前额叶皮层的功能活动增强，并持续到成年期，而内侧前额叶皮层通常参与社会和情感过程，是青少年自我概念发展的神经科学模型的关键节点。^[13]对社会情感的脑系统的发展与调节的相关研究发现，强大的内侧前额叶皮层信号及其与纹状体之间的联结性增加，可能提供了一种机制，通过这种机制同伴评价环境可以越来越多地调节青少年的动机行为。相信同龄人正在积极地注视着他们，就足以诱发自我意识的情绪，这种情绪从童年到青春期逐渐上升。^[14]然而关注同伴评价这一特征也可能带来消极的影响。有研究者让青少年被试看社交媒体上发布的三种类型的照片，当某种照片得到更多同伴的喜欢（从照片获赞的数量中反映出来）时青少年更有可能喜欢它——即使是描绘危险行为的照片（如吸食大麻或饮酒）；被试的神经反应也因同伴的喜欢程度而异，参与者看到越受同伴喜欢的照片，其脑活动越活跃，更活跃的区域包括与社会认知和社会记忆有关的区域，包括楔前叶、内侧前额皮层和海马体，以及与模仿有关的额下回。^[15]此外，当青少年独自或在有同伴在场的情况下完成一项危险任务时，同伴在场与冒险行为和奖赏回路的伏隔核活动的增加有关。^[16]

综上，根据社会情感的神经科学研究证据，青少年确实更容易受到同伴评价的影响，而且这种影响可能是消极的，青少年会倾向于从事同伴认同度高的事情，产生可能的从众行为。已有神经科学关于合作学习的研究也提供了支持，研究者发现，相比于独立学习者，合作学习者的左侧颞上皮层、边缘系统和中央后回有更多的组内神经同步，且在合作者之间达成共识时最明显，而社会亲密程度（如学习者彼此喜欢的程度）等社会因素反映在组内神经同步中，^[17]并与学习参与度共同变化，因此成功的合作学习与学习者是否与同龄人融合观点并达成共识有关。^[18]由此反观教师的有效教学，如何站在青少年认知和情感发展规律的角度设计合作学习任务就显得至关重要。

教育神经科学的研究对教师实施有效教学提供了现实必要性和更多可能性。然而在实际教学中，我们常常会遇到各种各样的问题，如何运用教育神经科学解决这些问题、进行有效教学，逐渐成为教育领域关注的焦点。在具体应用中可把握以下实施要点。

1. 科学地培养师生的成长型思维

教师在培养学生的成长型思维时，可以尝试多给学生一些正向反馈，即使学生犯了错误，也不能一味地批评，而是告诉学生，错误和挣扎是学习过程中必不可少的一部分，应鼓励学生分析问题，和学生一起寻找可以补救的方法，比如告诉学生“让我们一起确保你掌握了这个知识点”，让学生把关注点放在错误的知识点本身而不是自己的表现上。2019年，美国进行了一项大规模线上干预实验，让12490名九年级的青少年观看一段介绍人的智力具有发展性的视频。在视频中，青少年会了解到关于智力的实质：智力并不是一种固定的、无法改变的天赋。结果显示，线上的成长型思维干预显著降低了低成就学生的固定型思维信念得分，提高了其核心课程以及数学和科学学科的平均学分绩点（Grade Point Average，即GPA）。^[19]因此，教师还可以对学生介绍教育神经科学的知识与技能，向学生展示、介绍神经可塑性的相关研究，应用神经科学的研究证据让学生看到并相信自己的智力可发展性。

教师成长型思维的影响是双向的，不仅影响自身的专业发展，还会影响学生的学习。有研究者发现，由持有固定型思维的教师教授的学生会感受到更高的心理压力、更低的课堂参与度以及取得更低的考试成绩，并在课堂中感到更少的归属感。^[20]因此，学校也要构建有益于教师成长的培养机制。当教师面临教学、科研、考核等各种挑战与失败时，学校既要充分尊重教师的个性，充分给教师“松绑”，又要为教师搭建进阶成长平台，鼓励教师不断参与符合其当前知识水平的具有挑战性的学习任务，从而不断提升其自我信念和全人素养。

2. 激发和维持教师教学的内驱力

目标需要个体付出努力去追逐，这就需要考虑教师当前的实际水平和目标（即教师期望达到的水平）之间的差距。有研究表明：当任务要求和期望的绩效水平达到平衡时，动机控制可以自动分配（或不费力）；而当这两个任务变量不平衡时，它们可能需要应用心理努力。^[21]也就是说当目标超出了教师通过必要的努力所能达到的范围时，他们可能就丧失了动机，不愿意再付出努力去追求目标。作为校长，在给教师设置目标任务时应当做到以下几点。首先是分层，给不同教龄的新、老教师设置不同的教学内容目标和学校工作目标。其次是分阶段、循序渐进，要求新教师参与重大教学比赛前先参与有经验教师的备赛过程，从而让新教师更有能力和信心面对比赛，更容易产生教学研究的动机，并且获奖之后自主感的提升也为教师不断激发内在动机、获得自主追求专业提升提供良性循环。最后是关心教师工作状态，提供舒适的工作空间，从而减少教师可能的疲惫感，满足教师的基本心理需求，让教师更好地朝着成长目标努力。

3. 遵循规律优化教学策略

有效教学要求教师遵循青少年认知和情感发展规律，改善教学活动设计。如前文所述的神经科学研究证据表明，青少年确实更容易受到同伴评价的消极影响，因而在课堂上教师应营造和谐且积极乐观的课堂氛围；因青少年更倾向于从事同伴认同度高的事情，产生从众行为，故教师在课堂上应激发学生的创造性思维，避免学生受从众效应的影响产生思维固化等。这就需要教师在组织学生进行小组合作探究活动时，首先需要告诉学生尊重彼此的意见，不随意对他人做出负面评价，同时敢于参与讨论。此外，在学生讨论时教师要主动关注他们的讨论进程，在讨论之后让成功达成共识的小组分享自己的合作过程和成果，为班级其他学生起到示范作用。同时，在安排学生合作单元时，教师要平衡学生间的学习能力水平，避免他们受同伴消极评价的影响。

学校在教师培养与专业研训中也可以采用同样的方式，如当下比较流行的“世界咖啡”研讨模式，以经验交流、激发灵感、探寻问题、创造集体智慧、正向评价为主题开展活动，实践证明这是一种十分有效的团建方式。循证实践表明，教师成长与学生成长一样，学习过程不仅受内在动机的影响，更在发展过程中不断接受内外环境特别是同伴评价的影响，从而实现“学”“思”“行”的内在统一。

普瑞学校加入“教育神经科学视野中的有效教学”项目后，项目组带领广大教师积极学习和应用教育神经科学的相关证据，助力教师专业成长，推动课堂教学改革。学校教科研室邀请各学科骨干教师加入项目研修核心小组，制订教师学习计划，围绕“科学赋能课堂，起航未来风帆”的实践活动主题，每周定期开展学习分享交流会。教师们通过对大量教育神经科学理论知识的学习，提炼有效教学方法，再反复从理论和文献中加以印证，为教学实践打下坚实基础。目前学校基于教育神经科学的有效教学探索仍处于起步阶段，主要聚焦于以下方面。

1. 营造和谐融洽的课堂氛围

首先，建立良好的师生关系。为激发学生学习的动力、培养学生的成长型思维，学校鼓励教师与学生建立良好的师生关系，在课上关注每一位学生，在课后要了解学生的动态，尊重他们的观点和感受，并且对学生的关爱和鼓励应多于批评和指责。其次，鼓励学生积极表达。学校鼓励教师在课堂教学中创造条件，让学生多表达，无论是回答问题、提出建议还是分享自己的感受。再次，坚持正面反馈。在日常的教育教学工作中，学校教师更多地用丰富的语言以及非言语性评价给予学生正面反馈，使学生在和谐融洽的课堂氛围中学习。

2. 以多种方式提高学生课堂注意力

根据前文所述，青春期的学生很容易受同伴群体的影响而产生思维固化，也会在课堂中被同伴分散注意力。为此，我校主要从三个方面提高课堂教学的有效性。首先，教学内容可视化。学校鼓励教师在教学中使用多媒体和可视化工具来呈现教学内容，以帮助学生更好地理解抽象的概念和信息，同时也可以增强视觉效果，从而使学生的注意力更集中。其次，增强课堂导入吸引力。学校鼓励教师联系生活实际创造引人入胜的课堂导入，这样可以更好地吸引学生的注意力，激发他们的好奇心，从而使他们更加投入地学习。最后，探索情境化教学。学校鼓励教师运用情境化教学来培养学生的创造性思维。落实情境化教学不仅有利于学生领悟力、创造力的发掘和培养，而且创设或还原真实的情境更有利于学习氛围的营造。

3. 探索基于证据的课堂教学样态

自参与项目以来，部分教师还充分利用教育神经科学知识展开课堂案例研究。无论是从文献中找到的小组合作学习证据、课堂讨论设计证据，抑或是空间能力训练、个体学习差异研究的证据，在促使教师们转变认知的同时，也形成了基于证据的有效教学课堂样态，为学校各学科的教研课改提供了多元思考，且指引着学校未来的教学发展方向。

例如：教育神经科学的研究证据表明，大脑在学习数学、物理和化学的原理时，脑部激活水平和模式高度相似，激活区域在视觉空间和语义网络的脑区激活交叉明显；^[22]而项目式学习方式可以提升学生的数学解题能力和科学认知水平。^[23][24]基于大量的教育神经科学的研究证据，于思琦老师探索构思跨越小学一年级到高中阶段的若干数学教学设计，形成了“基于神经科学证据的情境式数学教学”课例。曹晓芹老师在学习了有关人脑空间能力的形成和发展机制之后，^[25]结合教学实践制定适宜的策略，形成“基于空间能力训练的有机物结构式学习”课例，在实践中坚持训练，帮助学生在学习有机化学的开始阶段更快地获得专家思维、专家的特殊视觉工作记忆容量，^[26]提升学生的知觉速度、视觉记忆和动觉，帮助学生从分子结构式中提取有效信息，从而降低学生学习有机化学的困难。

未来我校将继续借助教育神经科学的相关理论，让技术赋能教育，让课堂教学奠基于严谨、可靠的科学证据，让学习真正发生，使得基于教育神经科学的研究证据的有效教学真正落地。

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文章来源：

《中小学管理》2023年第12期 · 本刊视点

文章编辑：崔若峰

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