基于脑科学的未来教育

薛贵

近几年大家一直都在提的词是“未来已来”。未来究竟是什么形态？虚拟现实、信息社会、知识爆炸、全球化……每个人都有许多思考。作为一个从事认知神经科学和脑科学研究的学者，我认为，脑科学在定义未来的过程中起到非常重要的作用。

脑科学定义未来

随着脑科学的发展，特别是脑机接口的出现，在拓展人的认知和行动能力上有很大的潜能。目前，已经有人用脑机接口在低等动物身上做了演示。未来，脑机接口的使用可能成为常态，不仅会用到动物身上，还会用到人类身上;不仅会用于残疾人，也会用于正常人。通过对大脑870亿个神经元的放电过程进行深入研究，把神经元放电所要表达的信号解读清楚，实现通过机械装置来帮助残疾人恢复正常的生活，甚至促进人类大脑的功能增强与延伸。

脑科学对未来的定义还表现在人工智能的推动。在人工智能时代，技能型人才将会被人工智能所代替。不仅如此，在前两年阿尔法狗出现以后，AlphaFold通过智能算法，可以解析高度复杂的蛋白质的结构，给科学家的工作带来了挑战。人们一直认为科学家的工作较为安稳，然而伴随着人工智能时代的到来，就连创新的科学工作也受到了挑战。所以，未来教育究竟如何发展，能实现人的个性化潜能发展，提升学习能力和创新能力，实际具有非常大的挑战。

脑科学定义学习力

教育的一个目的是为未来培养人才。面对快速发展的社会或者未知的社会，最有效适应环境的办法，是为他配备强大的学习能力，这样他可以在任何的环境下适应并生存。从脑科学的角度如何定义学习力？根据这几年我个人的思考，学习力可能至少包括三个方面的内容。

首先，学习力需要有一个有机的知识体系，实际上是跟我们大脑的感知觉平层和颞叶密切相关，这里是人存储信息一个非常重要的区域。人的信息存储有几个特点：第一是层级性，它是从后面到前面，从简单到复杂，从具体到抽象;第二是紧密联系;第三是灵活使用;如果你的知识符合这样的规律，这个信息就能够存储下来，而且能够灵活地使用，如果不符合这个规律，比如说碎片化的知识或者死记硬背的学习，不能形成有机联系的知识，一方面这样的学习很难保持，学完了以后很快会遗忘，另一方面是即使你花了几十次、上百次的重复把它记住了，也没有办法去灵活使用。为了实现这种基于人脑的知识存储机制，我们需要相应的有效的学习方式。比如，我们现在特别强调学习要从老师的“教”转向学生的“学”，从“输入”到“输出”，让学生成为学习的主角。在这个过程中，我们还需要依据知识本身的联系来构建这种知识的空间，而不是学习孤立、碎片化的知识。思维导图能够帮助我们建立知识之间的联系，但我们要更科学地使用思维导图，而不是简单罗列各种知识点。

其次，学习力还需要强大的认知能力，包括注意力、记忆力、思维力、反应力等等。这都是我们大脑外侧前额叶的主要功能，是我们获得知识，并进行综合分析和创新的基础，也是我们现在教育需要重点培养的一个方面。但是认知能力对教师来讲太陌生了，因为教师过去长时间都在进行知识的传授。我们跟老师更多的普及，比如认知能力究竟怎么来定义，认知能力是不是就等同于智商，如何科学测量这样的能力？认知能力与学生学习成绩有没有关系，训练认知能力能不能提升学业成绩？实际上，很多研究都对这两个问题给出了肯定的答案，但我们的老师，家长和学生还缺乏深入的认识。还有，通过专业化的训练，能否提升个体的认知能力？最后，我们如何依据孩子的个性化认知能力来实现个性化的教育？对于这些问题，我们可能还需要更多的研究。一方面从做基础研究的项目来讲，还需要更多的研究来回答这些问题，另外还需要更多的实践，以及一线的老师一起来做大数据的研究，来揭示这种认知能力和学习之间的深刻关系。

第三，学习力还需要持久的学习动力，这是我们大脑内侧前额叶的一个重要功能，它负责我们学习的动力系统。动力系统包含两个方面，就像我们讲汽车的动力系统，一个是它的方向盘，等同于人的价值观。哪些东西对人来讲有价值，人就会追求这个方向;另一个方面实际上是讲它的油门和刹车，就是不仅有强大的发动机，还要有很好的刹车。当前，社会竞争加剧，社会的隔离，各种诱惑的增加，对人的动机系统提出了严峻的考验，需要未来的孩子拥有对生活的持久热爱和激情、成长性思维、坚韧的品质，而且能够善于管理情绪和延迟满足，这才是一个强大的动力系统。为了培养强大的学习动力系统，教育还需要作出很多的改变，包括引入社会情绪学习的方法，进行心理品质的测评和提升练习;包括运动，包括正念冥想，包括成长型思维培养等等。

基于此，我们过去几年做了一些初步的尝试。首先，为了实现培养提升学习力的教育目标，我们研发了学习的测评体系和工具，从核心认知能力、学科学习能力、心理品质和成长规划的角度对学生进行深入的测评。这些测评建立在脑科学所揭示的大脑结构和功能的对应关系基础上，从而能更好地揭示人脑的功能。全面检测一个孩子在各方面的能力得分情况，以及他在整个人群的分布情况，然后把这些孩子进行不同的分类。有的是各方面都很突出的，也是我们所说的拔尖人才;有的是各方面还有待提升的;还有一部分可能是属于不均衡型的，有些方面比较强，但还有一些薄弱环节。

2019年，我们对1万多个学生做了一个测查，然后把学习能力和学业成绩进行关联。研究发现，随着年级的增加，认知能力对学业的贡献越来越大，而且有一些能力的贡献相对更为突出。这个研究还发现了几个有意思的结果。首先，我们发现两位数的心算是预测学业成绩的一个特别重要的指标。因为两位数的心算不仅考察你的计算能力，而且是训练你的工作记忆能力的一个非常重要的指标。这个结果实际上可以直接指导我们的教学和课后作业安排。第二，可以基于认知能力和学业成绩的关联，对学生进行学习的诊断，明确学习成绩后面的影响因素。第三，可以结合学业成绩和学习能力，开展分层走班教学，从而实现更好的个性化教育。现在很多的分层教学是基于当前的学习成绩，可能还不足以全面反映学生的学習潜能。第四，在高中，这种学业诊断还有助于高考选科的指导。

基于这样一些思考和数据，我们研发了针对学生不同阶段的大脑学习能力的普及课程和教材，对小学生、初中生和高中生进行脑科学的普及，传递“认知脑”“保护脑”“提升脑”的科学理念和训练提升方法。在小学阶段更多地突出认知领域的发展，因为小学阶段是大脑前额叶发展的一个关键时期。在中学阶段我们更多地突出认知能力和心理品质的教育;在高中阶段我们会把认知能力、心理品质和生涯规划进行一个融合，来指导学生个性化的发展。在这些课程中，我们把大脑测评、大脑训练/发展指导和脑科学普及有机融合，从而更有效地提升学生的学习能力。对于特殊的学生，无论是拔尖的学生，还是学困生，我们也可以针对其学习能力的情况，利用课后的时间，开展个性化的干预训练课程。

在这个过程中，我们研发了一些基于脑科学的技术，比如在学校尝试建立基于脑科学的学习中心，结合基于互联网的学习力大数据平台，进行促进学生学习力发展的个性化的测评、训练干预，以及基于学习力的个性化教学。在这个过程中，我们得到了一些验证的结果，比如能够对学生进行学习力的诊断，还有揭示不同的学生的学习成绩和学习潜能;另外，专门的认知训练确实能够提高认知能力，改善大脑的结构和功能。在疫情期间，我们为一所中学研发了学习力课程，发现认知能力对学习成绩有提升作用。这说明，在通过认知训练提升学业方面，还有很多的潜力可以去挖掘，能够作为促进学生学业发展，乃至后面长期发展的一个方向。