大夏書系‧教育與腦神經科學（簡體書）

近20年來，教育學家、心理學家、神經學家一直在孜孜不倦地探索如何將腦神經學研究成果應用于教學實踐。本書輯錄了全球在腦神經學研究方面聲名卓著的專家們所撰寫的11部專著中的精彩章節，他們用淺顯易懂的語言闡明了將大腦研究成果用于教學、課程和評價的各種策略與技巧。如果教師對于大腦如何學習越能了若指掌，就越容易在教學工作中取得突出業績。

追新求奇的人腦 
作為世上物種之一的人類之所以能取得無與倫比的成就，部分要歸功于人腦對新奇，即對周圍環境發生的種種變化，始終保持著濃厚興趣。人腦總是仔細詳察給予刺激的環境，當某種刺激不期而至時——譬如，空無一人的屋中傳出一聲巨響——即刻分泌的腎上腺素會使人停下所有不必要的活動，馬上調動起大腦專注此事。與此相反，如果環境中多是意料之中或反復出現的刺激（像不像某些課堂？），人腦就覺得外部世界枯燥乏味，轉向追求新鮮的感覺。 
添加新奇的環境因素 
我的好友克雷格是一位有20年教齡的中學數學教師，經常說今日的學生和幾年前的學生已經大相徑庭。這些學生上學的時候，攜帶的電子裝備一應俱全，著迷的東西五花八門——可通常不包括數學。作為一位勤勉認真的教師，克雷格為了維持學生的注意力，已經將多種技術用于課堂。以前我跟他談那些激增的人腦研究成果及其在教學中的可能用途，他都不置可否地淡淡一笑，當下此般光景不再復現。他深知今日的學生之腦會隨著日新月異的環境而不斷變化，因此必須因勢利導地調整自己的教學。 
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我們常常聽到教師抱怨說，學生的學習勁頭今不如昔，看上去三心二意，無精打采。怎么回事？是不是學生所處的環境發生了什么事，從而改變了他們的學習態度？ 
過去的環境 
數十年前許多孩子的家庭環境與今日的十分不同。例如： 
? 家中相當安靜——較之現在可以說是沉悶。 
? 家長與孩子喜交談，愛讀書。 
? 家庭結構相當穩定，全家人往往圍桌而坐共同進餐，家長可借機談論子女的表現，使孩子經常感到父母的關愛和支持。 
? 如果家中有一臺電視，一般放在共用區并由大人控制，由此還可不露聲色地密切注意孩子觀看什么節目。 
? 學校是一個有趣的地方，因為有電視、電影、戶外教學、特邀演講人。另外，讓孩子學習時分心的事物為數寥寥，學校堪稱獨一無二的知識發源地，在孩子的生活中發揮著舉足輕重的作用。 
? 社區環境促進孩子成長，同一居民區的孩子常常一起玩耍，增強運動技能，學習和睦相處所需的社交技能。 
現在的環境 
近年來，兒童在完全不同的環境下成長。 
? 家庭結構遠不如從前穩定。單親家庭與日俱增，2007年占到全美有21歲以下子女的家庭總數的26 3%（Grall，2009），涉及的兒童總數超過5700萬。家長幾乎不在家做飯，孩子的飲食習慣隨之而變，那種與關心他們的大人在家中邊吃邊談的機會日漸稀少。 
? 許多10～18歲兒童在自己的臥室里通宵達旦地看電視或擺弄其他電子設備，導致睡眠不足。另外，由于沒有大人在旁監管，青少年看了電視或互聯網上那些包含暴力和性的東西，他們易受影響的心靈難道不會混淆是非嗎？ 
? 孩子除了學校還可從多種來源獲取知識，不過其中有些假知識、偽知識。 
? 孩子在家中與技術為伴自娛自樂的時間太多，結果喪失了在戶外發展運動技能和社交技能的機會，而這些技能則是與他人親切溝通與友善交往不可或缺的。青少年的深居簡出還帶來一個始料不及的后果：肥胖兒激增，其數量現在已占6～19歲兒童的17%強（疾病防控中心，2010）。 
? 兒童大腦面對層出不窮的高新技術，已經改變其功能與結構以容納環境中不斷涌現的刺激。一旦小腦袋瓜對這些變化習以為常，就更加索奇尋異——即所謂“嘗新”。不過，這種欲罷不能的嘗新行為卻有一個嚴重的副作用：有些青少年感到所處的環境平淡無奇，為了尋求刺激或許就使用那些引起精神亢奮的藥物，如迷幻劑或安非他命。當他們不得不依賴這些藥物來滿足大腦追求新奇的需要時，就可能導致精神失常或胡作非為。 
? 兒童飲食中含有影響身心功能的成分越來越多。例如，咖啡因是一種給腦提神的烈性興奮劑，可是在當今青少年日常消費的許多食品和飲料之中卻普遍存在，雖然大多數成人少量服用被認為無礙身心健康，而過量攝入咖啡會引起失眠、焦慮、嘔吐。有些青少年對阿斯巴特（多用在所謂兒童維生素和低熱量食品中的一種人工甜味劑）和其他食品添加劑有過敏性反應，其癥狀表現為好動、走神、頭痛等（Bateman et al ，2004；Millichap & Yee，2003）。 
如果再把當今家庭生活方式的變化和酒精與毒品的誘惑包括在內，我們就能認識到，今日兒童所處的環境，就是與15年前相比，已有天壤之別了。
技術如何影響學生的大腦？ 
當今的學生周圍，各種媒體唾手可得：手機、智能手機、多功能電視、MP3播放器、電影、電腦、電子游戲、iPad平板電腦、電子郵件、互聯網等，8～18歲的兒童每天平均7小時與這些電子媒體形影不離（Rideout，Foehr，& Roberts，2010）。多媒體環境分散了學生的注意力，甚至電視中的新聞播報也不同以往，從前屏幕上唯一顯現的是播報員的面孔，而現在我看到的畫面布滿了點綴性信息：相隔萬里的三個人報道同樣的新聞，與此無關的新聞則用文字顯示在底部滾動，右下角閃現著股市行情的漲落，而略高處又標出當地時間與氣溫。對我來說，這些“零碎新聞”令我心神不定，逼我將注意力分散到幾處。可我雙眼注視滾動的字幕，雙耳就難免漏聽播報員的話語。當然，對孩子來說，他們已經逐漸適應了這些信息含量大且急速切換的畫面，能剎那間轉移注意力而面面俱到，不過他們的大腦還是在同一時間內只能關注一事。 
“一心多用”乃神話。不消說，我們都能邊散步邊嚼口香糖，因為它們是兩項不需認知投入的各不相干的身體活動，可大腦不能同時進行兩項認知活動。人為生存而發展起來的遺傳特性，就是大腦在一時只注意一事，以便確定此事是否威脅到生命，如果人能同時注意幾個事情，勢必削弱注意力，大大降低快而準地判斷威脅的能力。 
我們所謂的“一心多用”，實際是指任務切換：順序完成任務（注意力從甲項移到乙項，再移到丙項……）或是交替完成任務（注意力在甲項與乙項間來回轉換）。每當大腦從關注甲項轉到關注乙項再回頭關注甲項時，就會產生認知損耗。圖1 7表明了下面談到的這種過程，圖中實線代表用來完成一份課外作業所需的操作記憶能量，虛線代表接一次電話所需的能量。例如，高中生杰里米正在做一份歷史作業，把注意力放在理解“二戰”主要原因上剛剛花了10分鐘，此時他腦中的思維區正在冥思苦想，大部分操作記憶的能量用在處理有關信息上。突然，電話鈴響了，是女朋友唐娜打來的。當他接電話時，腦中一定不再去琢磨有關的歷史知識，而是回想起接聽電話的步驟。杰里米花了6分鐘與唐娜交談，這段時間內杰里米的操作記憶所處理的“二戰”知識就開始隱退，由通話內容取而代之（操作記憶的能量有限）。當杰里米再做作業時，就差不多要從頭再來了。他以為既然能記起做作業的頭緒，有關的所有信息就還在操作記憶之中，其實大部分已經蕩然無存了，至此他或許會一臉茫然地喃喃自語：“哎呀，我到底做到哪兒了？”這就是完成任務時切換任務必須付出的代價。有研究表明，一個人在完成任務時被打斷，需要多花50%的時間來完成任務，而且多犯50%的錯誤。 
圖1 7 當做作業被接電話打斷后，用于作業的記憶能量（實線）就衰減，而用于接電話的能量（虛線）就增強 
任務切換與復雜文本。生活在以任務切換為常態的世界中，或許會影響學生聚精會神地閱讀復雜文本的能力。在2006年的一份研究報告中，學業評價和研究公司（ACT）考察高中畢業生是否為閱讀大學課文和專業手冊做好了準備。該研究發現，在抓住中心思想、理解詞意、找出論據、知曉泛論與結論這幾個方面，要上大學的學生和不上大學的學生之間沒有實質性的得分差距，可在一個閱讀測試指標上——即理解復雜文本的能力上——兩者卻有明顯的差距。這些文本通常包含罕見的高雅文辭與精巧的語法結構以及言外之意，ACT研究人員注意到，根據國家學習準備指標，只有略多于50%的高中畢業生達到大學一年級的閱讀要求。 
是不是有這種可能，高中生因太習慣于任務切換而沒有發展閱讀文本所需的認知技能呢？據Bauerlein（2011）的推斷，順暢地閱讀復雜文本要求掌握下面三個互相關聯的技能，或許學生缺乏的就是這些技能。 
1 具有解析文本的探究意愿，即一定要弄清每一個詞的本意與轉義，反復體察看過的內容。可當今的電子文本，不僅文字簡短，而且來回迅速移動，這就使學生習慣于匆忙地瀏覽文字而不是細細地品味內容。 
2 具有抗拒干擾的思考能力，即可保持連貫的思路，在操作記憶中存住足以理解文本的信息。復雜文本不是為了遷就一閃而過的注意力來謀篇布局的，通常議論的是當今青少年所不熟悉的情景與思想。領悟復雜文本的意思需要以此為唯一要務的全神貫注的注意力，并不需要任務切換和快速瀏覽電子文本時那種浮光掠影的注意力。 
3 具有促進深思的開放思維，例如，慎重確定是否贊同或反駁作者的推論前提，認真考慮是否還有可替代的其他論據。青少年因知識少、閱歷淺，在理解復雜文本上常常四處碰壁，可面對這些實實在在的短處，他們非但不虛心謙遜、下功夫多思多問來提高閱讀能力，反而對個人主頁上塑造的那個花里胡哨的形象沾沾自喜。 
Bauerlein認為，高中生每天至少要用1小時做研究性作業，做作業時要參考書面材料，包括復雜文本，但禁絕上網。強調這一點，倒不是排斥技術，而是防范技術侵占本該用于深思熟慮的時間。 
技術既非包治百病的靈丹，也非誓必驅逐的仇敵，而是可善加利用的工具。中小學生需要和教師與同學面對面地接觸互動，這是促進其社會性發展的主要一環，可技術或許正在大大地降低人際直接溝通的頻率。我們不應該為技術而用技術，也不應該視技術本身為目的。教師的教學不是為了彰顯各種技術，而是利用技術更有效地強化、豐富、傳遞教學內容。許多互聯網網站提供免費的視聽資料，可用來幫助教師靈活、生動地上課，欲找本書推薦的網站，可見教學資源部分。 
學校應時而變了嗎？ 
現在許多教師承認今日的學生有著特征上不同以往的“新腦”，但如何對待新腦則眾說紛紜。一般說來，青少年在家中輕輕松松地就能把MP3播放器、手機、手提電腦、電子游戲機、電視輪流玩一遍，在這種多媒體觸手可及的環境中，還能指望他們安分地靜坐30～50分鐘聽教師講課嗎？的確，教學法正在改變，教師正在使用高新科技，甚至用流行音樂和通俗文化給傳統教材添味加料。但是，學校和教學變得還不夠快。在中學，因為教師要應付層層加碼的必修知識，以及教學責任和統考要求帶來的壓力，所以教師講、學生聽依然是主要的教學方法。結果，學生毫不客氣地說，學校的環境無聊透頂，乏味至極，遠遠不如多姿多彩的校外世界有趣。盡管近來教師使出渾身解數去激勵學生的大腦，可許多中學生并沒感到有什么激動人心的變化。據2009年高中生學習投入調查，在近43000名學生中，有65%說“喜歡沒有明確答案的討論”，有82%說，盼望校內有施展創造力的機會（Yazzie-Mintz，2010）。 
另據全美州長協會主持的對10500名中學生的調查，1/3以上的學生說，學校很少鞭策他們分析問題，進行批判性思考；約11%的學生說正在考慮退學，其中1/3的學生說想退學是因為“在校什么也學不到”。 
民調機構蓋洛普在2004年開展了一次網上調查，請近800名學生（13～17歲）選用三個形容詞來最恰當地描述自己對學校的感受，一半學生選的是“無聊”，42%的學生選的是“厭倦”。 
運動的重要性。我們對腦的學習機制已有所了解，但只要想想學校的某些作為，就知道與此完全背道而馳，一個以小見大的例子就是運動。運動能增加通過腦部及全身的血液流量，而腦中血量充足對海馬——形成長時記憶的區域——有效地發揮功能尤其重要。運動還能觸發腦中釋放一種對神經系統最有益的化學物質，念起來像繞口令，叫做“腦源性神經營養素”（brain-derived neutrotrophic factor，BDNF）。有了這種蛋白質，幼小神經元才得以保持健康，新生神經元才得以順利成長，腦部的海馬區對此反應最敏銳。研究表明，在學校多開展身體活動可以提高學生的學業成績（Taras，2005）。可是直到現在，學生在學校，尤其在中學，還是久坐不動，小學又在為備考擠出時間，壓縮或取消可供孩子玩耍一下的課間休息。換句話說，我們大刀闊斧砍掉的恰恰是可以提高學業考試成績的東西。 
顯而易見，教育工作者現在必須再次審慎地思考，應該怎么改變學校以適應和維持新腦的興奮點。既然我們能不斷地擴展關于今日的新腦及其學習機制的科學知識，也就一定能決定如何利用這種新知來恰到好處地改變學校和課堂。