促进学生学业发展的脑科学视角的实践与思考

郭城 王海霞

面向未来的学生发展

未来已来，唯变不变。这是当今社会的真实写照。我们正处在一个日新月异的快速变化时代，以脑科学和人工智能为代表的新兴科学技术的发展，正在加速推动社会发展和变革。这些技术在改变社会的同时，也对人的发展提出了全新的要求。在人工智能时代，一方面大量体力劳动和技能劳动会被人工智能所替代，人为了获得一份创新劳动的工作必将面临更加激烈的竞争。另一方面，通过对人性的了解，未来社会会产生出更多让人难以抵抗的消费品，包括沉浸式智能移动社会和游戏应用、精准广告和服务内容推送等，低门槛信贷和超前消费等等，高糖高油高盐食品等等，会逐步消磨人的意志，摧毁人成长拼搏的动力。

教育是面向未来的事业。从这个意义上讲，我们在思考教育的目标和方向的时候，不仅要紧紧把握时代的脉搏，更要为未雨绸缪，为加快到来的未来做好准备。特别是初中阶段，我们教育的对象会在10年以后或者更晚进入社会。10年以后的社会将发展成什么模样？我们的学生能否适应未来，甚至引领未来，还是被未来所淘汰？面对这些问题，耶鲁大学前校长理查德·莱文指出：“如果一个学生从耶鲁大学毕业后，居然拥有了某种很专业的知识和技能，这是耶鲁教育最大的失败。”清华大学教授钱颖一认为：“人工智能将使中国教育仅存的优势荡然无存！知识就是力量，但是创新人才的教育必须超越知识。”北京师范大学教授薛贵认为：“面向未来，我们需要培养学生强大的学习力，包括有机的知识体系，强大的认知能力，持久的学习动机。”

从脑科学视角促进学生学业发展

我们国家一直强调素质教育，近年来也发布了学生发展核心素养体系。但在实践中，应试教育的色彩还比较浓。一个潜在认识问题在于，很多教育工作者把素质教育与应试教育对立起来。还有一些教育工作者面临短期目标和长期目标的冲突。从脑科学的视角可以改变这个认识，实现应试教育与素质教育，短期目标和长期目标的统一，为素质教育提供了很多全新的启示。这里面关键的因素就是对学生学习能力的培养。大量研究发现，提高学习能力，能够提高学习效率，从而促进包括学习成绩在内的全方位素质的培养，实现素质教育和应试教育的统一;提高学习能力，不仅能够满足当前学生学业发展的需要，还能为未来发展做好准备，实现短期和长期目标的统一。

脑科学的研究表明，以学生认知能力、学习能力培养为核心的素质教育，能够让学生提高学习的效率，促进包括学业在内的综合素质的全面发展。大量研究表明，大脑基础能力学习是预测学生学业表现的重要指标。比如，德国一项研究表明，在很多领域，大脑基础能力学习指标都是已知的预测学业成绩的最好指标。一般智力和学业成绩的相关通常在0.5左右。在另一项研究中，研究人員比较了智力因素、动机因素和两者共同作用对语文、数学和科学成绩的影响。结果发现，智力因素对语文成绩的贡献大概为45%，对数学的贡献为53%，对科学的贡献高达90%。在一项中国进行的研究中，研究人员发现，工作记忆和一般智力可以解释17.8%的语文分数，36.4%的数学分数，而动机因素对学习只有很小的影响。英国一项大型研究对7万多学生的测试表明，学生11岁的认知能力可以很好预测他们16岁时各个学科的成绩，包括语文、数学、物理、化学，甚至艺术成绩等，解释率在50%左右。上面只是列举了几个有代表性的研究案例。事实上，除了这些研究，还有很多发现都一致地强调了基础学习能力与学业表现的重要关联。

除了学业表现，智力水平还影响个体的工作表现和职业成就。美国大数据表明，智力程度高的人更可能完成高等教育，从事专业性的工作，收入水平更高，工作表现也更好。智力水平还会影响人的生活质量。新闻中经常会充斥着一些“高智低能”的极端报道，但一般而言，智商高的人对自己的生活更有掌控力，他们较少从事危害健康的冒险行为，更不容易受到负面情绪的影响和患精神疾病。发表在《英国医学杂志》的一项研究表明，童年时期智力测验中得分高的人往往比低的人更长寿。世界卫生组织的一项报告也显示，聪明的人身体会更加健康，这可能得益于高智商的人更关爱自己的身体、拥有更好的医疗条件以及吸烟饮酒的可能性更小。

除了认识的改变，脑科学还能提供学习培养所需要的工具和手段。区别于传统的教育学理念，很多时候我们的理念远领先于评价，很多内容在提出时并未考虑评价。基于脑科学研究，可以发展基于大脑结构—功能定位的测量工具，实现对学生的学习能力的全面测查。在此基础上，还可以发展相应的学习能力的训练工具。通过科学测评揭示不同学生的学习能力特点，可以开展有针对性的学习能力训练，从而提高学习能力，促进学习表现。在这个方面，目前已经有了大量的研究证据。比如，英国诺森比亚大学的研究者乔妮·霍姆斯（Joni Holmes）的研究发现，对工作记忆较差的儿童进行认知能力训练能够提高工作记忆表现，同时数学能力也能得到显著的提高。美国耶鲁大学的认知训练研究结果发现，通过对工作记忆、注意力等的训练，可以有效提高学生的一般认知能力，同时提高阅读和数学的学习表现。再如，美国科学院院士麦克·梅策尼希（Michael Merzenich）针对阅读障碍儿童在语音意识方面的困难，发展了针对性的语音意识训练方案（Fast for Word），通过这个方案，可以有效提高儿童的语音意识，改善颞顶联合区的功能，提高阅读成绩。与学校现在采用的方案相比，其效果可以提高3-4倍。这些发现在美国多个学区得到了验证。虽然学术界对其背后的机制和原因解释方面还存在一些争论，但这些结果表明采用针对性的训练方案，可以更有效提高学生的基础学习能力和学科基础能力，从而提高学习效率，提升学业表现。

可以看到，从脑科学的角度，围绕学习力提升为抓手，不仅可以解决我们当前教育面临的认识困境，同时也为教育工作者提供了可操作的工具和手段。

初步实践

正是基于上述认识，我们从2018年开始了“基于脑科学的学习能力提升”项目。在这个项目中，我们以脑科学的理论和实践为指导，在大量文献调研、思考和讨论的基础上，我们进行一系列有益的摸索。

首先，开展了普遍的学生能力测评。从2018年起，我们连续对初一新入校学生开展了学习能力的测评，目的是为了全面了解龙樾学生的学习能力发展状况。通过测评，我们得到了一些非常有价值的结果。通过对比，我们发现三年来，龙樾学生新入校学生的学习力有了明显提升，说明我们的生源水平有了提高，有更多的优秀学生加入龙樾大家庭。同时，对二三年级的学生的纵向追踪也发现，学生的学习能力有了长足的进度。但是，我们发现，龙樾学生总体在注意力和记忆力方面表现有所欠缺，这为我们的教学活动设计提供了重要的参考。我们还发现，龙樾的孩子总体认知发展不均衡的比例较高，说明这些孩子具有自身的很多独特的特点，需要我们因材施教，提供个性化的教育。

其次，在学习能力测评的基础上，基于认知能力对学生的学业成绩进行诊断。发现总体上，学生的各科成绩具有高度的相关，总体在0.8—0.9左右。这说明各科的学习能力可能反映了学生一般的学习能力。进一步的分析发现语文、政治、英语的分数相关程度更接近，可以理解为传统意义的文科;而数学、物理、生物、历史、地理的分数更为相关，这与传统意义的理科的观点有所差异，说明生物、历史和地理等学科现在更注重理科的思维。我们发现，认知能力对学业能力有很好的预测作用。学生的注意力、记忆力、思维力、自控力和反应力等都对学业成绩有很强的预测作用。总体说来，我们发现有20多个认知能力的指标可以预测学业成绩，总体的揭示率在60%左右，这超过了英国研究的发现，说明系统全面的认知能力测查对揭示学业表现的重要作用，也进一步强调了学习能力的重要性。有意思的是，我们发现两位数心算能力、联系记忆能力、图形推理能力等是预测各科学业成绩的很好指标，对我们进一步培养学生的学习能力提供了很好的启发。

在了解学生的学习能力特点及其重要性的基础上，一个重要的方面就是要对学生开展学习能力的干预训练。我们抓住了2020年疫情期间在家学习的机遇，通过家长和学生自愿报名的方式，在初一学生中开展了学习能力的干预训练。有230名学生报名参与了训练，其中50%的同学完成了全部24次课（每次20分钟）的训练，其余同学也完成大部分训练课程。还有25%的同学在训练结束后还主动要求进一步训练。大部分家长对本次在线训练课程表现出浓厚的兴趣和支持，不仅积极报名，督促孩子完成训练，还有的家长也积极参与训练，和孩子一起学习进步。学生也对这种新颖的学习方式表现很强的兴趣和参与度，表示体验大大好于视频上课。通过对训练结果的分析我们发现，学生的学习能力通过训练得到了明显提升。

那这些训练对学生的学习成绩是否有帮助呢？带着这个问题，我们分析了训练前后学生成绩的变化。我们把学生分成了两组，一组是参与训练并完成大部分的训练的学生（训练组），另一组是没有报名参与训练的学生（控制组）。我们以2019年秋季学期和2020年夏季学期的期末成绩为指标，发现训练组的成绩各科的总分提高了8.4分左右，但控制组的成绩却下降了11.6分。这个结果初步说明，认知训练确实对学生的学习成绩有促进的作用。

总结与思考

出于对脑科学的信仰和敬畏，我们在过去三年开展了大胆和谨慎的实践。这里面取得了一些好的经验和初步的结果，也带来了很多体会和感悟。

首先，大脑是宇宙最复杂的器官，教育是人类最伟大的事业。把脑科学和教育结合不仅有无限的可能，也充满巨大挑战。在这个过程中，最重要的是要加强学习，无论是校长，还是每一个老师，都需要不断解放思想，突破传统教育的束缚和藩篱。只有大家的大脑认识到了，才能够明确方向，下定决心，突破困难，扎实行动。

其次，在实施过程中，我们的一个经验是通过研究课题为抓手，组建包括校长、主管科研副校长和专职老师的科研队伍，并且与高校科研团队紧密合作，从而从机制上保证科研任务的完成。

第三，脑科学是一个全新的实践，需要得到家长的理解与支持。我们通过家校协同的方式，一方面加强与家长的沟通，对家长的教育，同时也创造机会让家长能够参與其中。通过这个过程，取得家长的理解和支持。另外，从技术层面打通线上线下两个空间、课堂课后两个时间，实现学校和家庭的联动。

在脑科学与教育的融合上，我们才刚刚起步。面向未来，我们还有很多可以思考和实践的空间。比如，如何把学习能力评价的结果更加全面深入地融入学校的教学体系中，包括如何根据学生的学习能力特点实施分层走班教学？如何与学科教学进行紧密融合，在课堂中培养孩子的学习能力，补齐学习能力短板？如何在素质教育课程中，包括兴趣班的设置和选课推荐上更加深入结合学生的学习能力情况，通过课后330课程（即学生每天下午三点半放学）实现对学生综合素质和学习能力的全面提升？如何更有效调动家长的参与，通过家庭教育、家校融合的形式促进学生学习能力的培养？对于这些问题，我们迫切期望在今后进行积极的思考和探索。面向未来，我们唯有迎接挑战，锐意进取，才能不辜负国家社会、每一个家庭和孩子对我们的期待和信任。