教育神经科学研究：内涵、图景与发展进路

王杨春晓 卢春明 郑永和

摘要：教育神经科学是面向教育场景，旨在揭示教育现象背后认知神经机理的新兴研究方向，是联结脑、心智与教育的重要桥梁。然而，目前教育神经科学研究存在选题定位不准确、目标情境相对狭隘、关键科学问题凝练不足等问题，严重制约着该方向的发展。该文首先介绍了教育神经科学形成和发展的动因，从回归大脑是解析教育现象的必然选择、多源与多层级数据互证是教育研究的迫切诉求、高生态效度脑影像技术的发展助推多科学融合这三方面论述了教育神经科学研究的必然与应然。在此基础上，该文梳理了教育神经科学研究的内涵，并提出了教育神经科学研究需要重点关注的五大研究主题，包括：（1）课堂教学过程的认知神经机理及其评估；（2）学科教学情境中学生学习的认知神经机理研究；（3）学生高阶思维能力研究；（4）智能教学环境中的学习认知机理研究；（5）教育教学影响因素的作用机理研究。最后，该文提出了“促合作”“重转化”“遵规范”“建机制”四大发展进路，以期为我国教育神经科学研究提供参考与借鉴。

关键词：教育神经科学研究；发展动因；研究内涵；研究图景；发展进路

中图分类号：G434 文献标识码：A

* 本文系2022年国家自然科学基金重大项目“人工智能赋能教与学的理论与关键技术研究”子课题项目“智能教学环境下的学习认知机理”（项目编号：62293551）阶段性研究成果。

教育神经科学（Educational Neuroscience）是教育科学研究的一个新兴研究方向，旨在通过整合教育学、心理学、认知科学、神经科学和信息科学等学科领域，融合自然科学研究范式，聚焦教育教学现象背后的认知神经机理，探索教育的基础科学规律，以促进教育科学研究走向循证的道路。通过教育神经科学的研究，人们期望能够从认知神经机理的角度解释教与学的认知行为模式，验证学习理论，加强教育研究的科学性和可解释度；对教学过程与教学效果进行神经—心理—行为评估，验证外在表现与内在表征的一致性，提高评估结果的可靠性和有效性；对教育现象和教育问题进行启发，对教育模式变革提供建议，以期提升教学质量，优化教育服务，实现教育质的飞跃。因此，为从根本上对教育科学研究革故鼎新，必须重视和加强教育神经科学研究。

虽然教育神经科学研究是一个新型领域，但是一些科技发达国家已先后将其纳入教育发展的重大战略和规划。如美国分别在1997年和2001年召开了“儿童早期发展与学习：脑科学对早期儿童教育的启示”和“早期儿童认知发展”高峰会议，对教育神经科学研究在该国的发展起到了重要引导作用；2005年，美国国家科学基金会（National Science Foundation，NSF）投入9亿美元，用以支持由神经科学、心理学、计算科学和教育学交叉融合的跨学科研究团队，并建立了若干学习科学研究中心，以此大力推动教育神经科学研究的高质量发展。2019年10月，我国教育部印发《关于加强新时代教育科学研究工作的意见》，该文件明确提出要充分运用认知科学、脑科学、生命科学等领域最新成果和研究方法，创新教育科学研究的科研范式和方法，不断拓展科研广度与深度。为从国家战略层面进一步推进教育科学与技术的研究和应用，解决教育技术研究缺乏基础认知理论的难题，我国国家自然科学基金委员会于2018年增设“教育信息科学与技术”（F0701）资助代码，明确了教育神经科学在教育科学体系中重要的基础理论地位，也为教育神经科学研究提供了有效资助途径和长期发展动力。

然而，根据对F0701项目申请和资助情况的分析可以发现，教育神经科学研究项目仍然存在申请数量不高、选题定位不准确、目标情境相对狭隘、关键科学问题凝练不足等问题，严重制约着教育神经科学研究的发展。因此，亟需梳理教育神经科学形成和发展的动因，明确该研究方向在教育研究中的必要性和重要性；在此基础上，明晰教育神经科学的内涵与外延，精准定位智能时代教育神经科学研究的关键主题和重要方向；最后，进一步提出教育神经科学未来的发展进路，以期促进教育神经科学研究的健康稳步前进。

一、发展动因

（一）回歸大脑是解析教育现象的必然选择

随着教育心理学的诞生，研究者们逐渐认识到，学习的外显行为与内隐认知过程和大脑功能活动之间密切相关，教育科学规律的探索需要追溯学习背后的内在认知过程和大脑神经基础。与此相呼应，认知神经科学在20世纪70年代诞生，致力于探究有形的大脑如何产生无形的心智思维[1]。基于认知神经科学的大量研究发现，即便大脑发育成熟后，学习经验仍然可以改变大脑结构，大脑可塑是学习的生理基础[2]。来自脑损伤的研究为学习塑造大脑的观点提供了进一步的证据。具体而言，以往的研究者认为，大脑功能区损伤将导致对应行为能力的消失，例如布洛卡区损伤会导致语义表达困难，同时难以理解语法复杂的句子；威尔尼克区损伤将不能分辨语音和理解语义[3]。但是有研究报告了两个因癫痫手术切除了一侧大脑的孩子，他们均因有良好的学习环境支持，通过其他神经回路的代偿作用而发展出了原本可能丢失的视觉和语言能力[4][5]。与健康儿童相比，大脑半球切除的儿童会以截然不同的方式习得知识和技能，而这种差异与他们各自保留的大脑半球功能特征相吻合[6][7]。这两位半脑儿童的表现为教育带来了重大启示，即学习的通道不止一种。之后，许多认知神经科学研究着重解析学习与大脑之间的关系，例如数学、二语学习对应的脑功能和神经环路等[8][9]，说明学习伴随着外显学习行为、内在认知过程以及神经生理基础的改变。可见，通过多维度解析教与学的过程，特别是探究外显行为背后的内在认知过程及其神经生物学基础，理解教育教学的认知神经科学机理，才能科学合理地规划教学内容、设计教学环境，有效促进教育目标的实现。因此，若要探寻教育的根本问题，必须回归大脑，开展教育神经科学研究。

然而，我们需要明确，虽然认知神经科学研究也会探索与教育教学相关的认知神经机理，但是教育与认知神经科学所关注的焦点存在本质差异：认知神经科学关注认知行为与人脑的关系，聚焦行为背后的内在认知机理及其神经生理基础；而教育神经科学更关注认知行为规律，旨在通过聚合来自行为、认知和神经生理的多源证据，充分理解教与学的过程，例如教学主体与教学环境之间的相互作用和教育提质策略生成，其最终目标是促进人才培养。因此，认知神经科学的研究成果无法直接服务于教育教学实践，教育研究需要发展自身的科学逻辑和方法论。

（二）多源与多层级数据互证是教育研究的迫切诉求

从古至今，教育研究者致力于利用各类数据描述和解释教育教学这一复杂系统的作用机制，包括对教育现象的观察数据，对观察者的访谈数据，以及智能技术支持下教学相关的音频、视频、文本、图像等多模态数据。然而，这些数据都无法避免由人主动或被动表露的“主观性”，且大部分来自于对外显行为层的描述，在解释教育问题、剖析教育现象方面存在局限；同时，大样本、细粒度的数据增长也会伴随着数据价值密度降低，不足以完全支撑教与学的深度解构。教育研究需要更加多维、动态且能够代表内隐认知层的信息来验证行为分析的精准性和合理性。

随着认知行为测量技术和轻量级神经生理测量技术的发展，眼动、皮肤电阻、心率、脑信号等认知行为和生理数据为教育研究带来数据福利。例如，眼动数据中的注视时长可以用来反映学生的兴趣点或难点等[10]，皮肤电阻可以用来反映学习过程的情绪唤醒程度或情绪效价属性（如高兴还是悲伤等）[11]，心率可以反映复杂学习任务中认知负荷状态等[12]，大脑电信号或血氧信号直接或间接反映教学主体在教学过程中独特的单脑活动模式和群脑活动规律等。然而，以上认知和生理测量结果仅代表机体对环境的反应，这些反应可能来自多个不同心理过程的叠加混淆，或者根本不是由认知过程引发。

由此可知，单一指标的测量结果难以有效解析教与学中复杂交叠的认知过程，重视多源数据和多层级数据整合是提高教育研究结果可信度和有效性的必要途径。我们所探寻的教育规律，大部分还未经过充分的证实或证明。以往，这种“充分”需要通过观察、问卷调查以及访谈的三角互证来避免单一数据带来的局限性，而智能时代的教育科学研究对这种“充分”提出了更高要求，即在融合不同研究范式的基础上，以探索基础教与学规律为核心，利用智能技术支持教育情境中多模态认知行为数据的挖掘，并与神经影像数据分析相互融合，形成教育科学研究的完整证据链条，而行为层、心理层和神经层数据都是这些链条上的一个环节，如图1所示。综上，只有将不以人的意志为转移的客观生理数据来辅证教学现象解释，以及用外显观测数据来区分和识别教学过程中可能存在的认知加工过程，配合理论建构的方向指引，才能串联教学主体的生理、心理和行为，对教育现象进行科学合理解释，精准还原教育教学生态全貌。而这也正是教育神经科学诞生的另一大成因。

（三）高生态效度脑影像技术的发展是助推教育科学和认知神经科学深度融合的必要条件

早期的大脑功能研究主要通过观测动物或脑损伤病人进行外科手术后的行为变化来开展，而无创脑功能成像技术的出现极大促进了面向正常人群的认知神经科学研究，因此也被用于教育神经科学研究。此类成像技术从生理机制上主要包括两大类：一类是记录神经细胞放电以及因电流而产生的磁场强度变化，以脑电图（Electroencephalogram，EEG）和脑磁图（MEG）为代表性技术；另一类是追踪和记录大脑血流和血氧浓度变化，其中功能性磁共振成像技术（Functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI）因其具有高空间分辨率，是目前为止运用最为广泛的脑影像技术之一，其测量结果常被用作其他新技术进行可靠性和有效性验证的“金标准”。然而，由于已有技术并非专为教育场景服务，因而往往无法用于教育场景下的大脑机理研究。

进入21世纪后，随着认知神经科学技术日新月异，以系统轻便、操作简单、抗干扰能力强为主要特点的便携式脑影像技术迅速发展，促进了自然情境中的认知神经机理探索，使得真实课堂（线上、线下）中的师生脑活动测量成为可能。其中，较为典型的技术为功能性近红外光谱成像技术（Functional Near-Infrared Spectroscopy，fNIRS），其便携性、高鲁棒性、较好的时间采样率与空间解剖定位能力等，使其尤其适用于教育科学研究对高生态效度和高科学性的需求。在生理机制方面，fNIRS与fMRI类似，也是通过测量大脑血流和血氧浓度变化来间接反映神经细胞的电活动和代谢活动。但是，与fMRI不同，fNIRS通过近红外光与人体组织之间的相互作用，将光强变化转化为血氧浓度变化，因而更加安全无创，无需电磁屏蔽，对身体动作无限制，尤其适合自然情景，可用于全天候、全人群、全场景的大脑功能研究。因此，fNIRS允许研究者对教育情境中的自然刺激和常规教学模式进行探索，例如可测量课堂教学中的师生大脑活动，人机协同时的学生大脑活动等，满足了教育研究对自然实验范式的需求。然而，fNIRS技术也存在局限性：相较EEG毫秒级的时间分辨率，fNIRS的秒级分辨率不足以显示脑活动的即时性；fNIRS对大脑的探测深度有限，无法捕捉大脑深部核团的活动。可见，不同脑影像技术具有各自的优势与不足（如表1所示）。即便如此，高生态效度的脑影像技术出现是近年来促进教育神经科学研究快速发展的关键。

然而，由于教育神经科学的新生特性，尚没有建立起成熟的方法论体系。目前，大量的教育神经科学研究实际上仍然是“披着教育神经科学外衣”的认知神经科学或心理学研究，在研究问题、研究范式、验证场景等方面与真正的教育教学尚有距离。因此，如何将脑功能的研究证据纳入课堂教学仍然是教育神经科学研究者面临的巨大挑战[13]。我们亟需一个研究图景作为沟通教育研究者、认知神经科学研究者的桥梁，帮助前者精准捕捉基础教育规律研究所需的认知-神经线索与相关研究方法，帮助后者快速聚焦真实的教育问题与研究需求，形成多研究领域共同奔赴的良好学术样态。而在此之前，需要明确教育神经科学研究的内涵，为更加合理地规划研究圖景奠定基础。

二、教育神經科学研究的内涵

学习是众多领域和学科共同关注的对象。关于学习本质及学习认知神经机理的相关研究，在认知心理学、认知神经科学和教育神经科学中具有部分重叠，如学习与记忆、语言中的二语习得、阅读加工等方向，这是教育神经科学研究中选题定位不准确的主要原因。我们需要在认知心理学和认知神经科学研究的影响下发展教育神经科学，同时也必须在学理上将其加以区分。

首先，教育神经科学关注的核心是教育现象和教育规律，而不是认知过程本身。第一，虽然认知神经科学已经对注意、工作记忆、元认知、情绪、语言等认知过程开展了深入的脑机理探索，但是这些探索与教育神经科学的关注焦点有所区别。例如，认知神经科学研究通常关注工作记忆的成分和时间进程与学业成绩之间的关系[14]，而教育神经科学则关注课堂情境下学生如何通过工作记忆等认知过程实现知识获取和能力形成，以及在这一过程中发挥作用的认知和非认知影响因素，包括兴趣、动机、情绪情感等。第二，教育神经科学更加关注学习主体的个性化规律，如不同学业成绩分布的学生在工作记忆方面有何差异，单人和多人的认知学习过程存在何种特异性神经机理，学习焦虑何以产生、学与测结合的教学设计为何会更好等。此外，教育不仅关注全学段、多学科中学生的学，还重视教师的教以及教与学的互动，这些均要纳入教育神经科学研究的范畴。第三，教育神经科学研究还需要考虑研究结果对教育教学实践层面的参考性与价值，要能够针对现象和问题提供教学策略调整和教学方法改进的科学建议。

其次，教育神经科学需基于教育教学的特定情境开展研究。情境与学习接收到的刺激属性相关联，否则其研究结论不一定能对教育教学实践带来实际参考价值。例如德国心理学家赫尔曼·艾宾浩斯（Hermann Ebbinghaus）研究的记忆遗忘曲线，是基于个体对于有意义材料和无意义材料的记忆量变化而得出的理论[15]，而在一般教学情境中更常发生的社会性记忆，说者对听者的记忆会产生影响[16][17]，因此真实教学情境下的学习规律还有待在不同教学情境中作进一步探讨。

最后，教育神经科学研究应以多元复合的生态学视角解析教与学的内隐机理。教育神经科学的研究属于教育领域的基础研究，虽然关注底层规律和内隐认知机理的探讨，但人的学习过程和教育教学结果的归因具有复杂性，是自然环境、社会环境以及教育要素共同作用的结果。而且，教育研究需要疏通微观机制到宏观机制的路径，力求教育投入和人才产出、教学输入和知识习得的稳定平衡。因此，包括教育神经科学在内的教育科学研究需要纳入教学主体、课堂、家庭、学校和社会中各个微观、中观和宏观要素，把握要素之间的联系、相互作用以及功能上的统一[18]。以生态学视角来解构教育教学是教育研究的基础原则，也是服务于教育神经科学研究范式下实验结果解释和问题分析的必要途径。

总之，教育神经科学研究是在以真实教育问题为研究导向，以融合教育学、认知神经科学、信息科学的理论、方法与技术为研究范式，以生态学的复合视角为问题诠释原则，以明晰教育情境中教育教学的认知神经机理为研究重点，最终服务于科学的人才培养、精准教育评价、教育政策建言的交叉研究体系。

三、研究图景

根据以上对教育神经科学内涵的解析，结合国家自然科学基金委员会信息学部“信息科学与技术”（F0701）中已有的教育神经科学研究主题，同时面向教育基础研究的重点需求和关键科学问题，拓展未来可能进行教育神经科学探索的典型教育情境，本文认为教育神经科学的研究图景可能由以下五大研究主题构成。这五大研究主题是彼此交织与嵌套的研究网络，但本研究将其分开描述，以便更好地把握对教育神经科学研究的布局。研究本身需要基于具体问题与情境，系统性思考相关主题间的要素与逻辑。

（一）课堂教学过程的认知神经机理及其评估

课堂教学是学校教育的主体和核心内容[19]，然而目前仍然缺乏对这一复杂过程的认识。教育教学的社会活动无法被简化为非社会性过程，因为相较于非社会活动，人际交互过程中的大脑活动具有特异性。在单脑方面（参与者以“观察者”的角色被动感知非交互刺激，如面部图片或教学视频），人类的部分大脑功能和结构与社会行为相关，这也被神经科学家称为“社会脑”网络。例如人类的额叶皮层等脑区中具有人类各种行为的神经基础——镜像神经元，并在颞顶联合区发现了理解和猜测他人心理想法的“心智理论”功能[20]。在双脑方面（两个个体直接进行社会交互，而不是被动接受外部刺激），可以探索交互对象大脑活动之间的关联性[21]，如参与社会交互的双方会形成脑间神经活动的同步（参与者之间在相同或不同脑区的活动随时间变化出现同步）[22]。这些单脑功能特征和脑间神经同步特征是社会行为形成的生理基础，也是教学互动研究中不能忽视的重要维度。相关研究从认知神经机理的视角验证了维果茨基的最近发展区理论，表明面对面交互对有效教学具有重要作用，并发现神经标记也许可以成为未来评估课堂学习效果和教学效果的有力工具[23]。此外，教育神经科学研究还需要系统阐明教学互动中知识传递的多层级交互结构，探讨基于不同感知觉通道的信息加工、基于共享概念空间的知识理解、以及基于相同心理表征的社会预测而形成的动态信息交互的多层级属性，挖掘与教学成效相映射的认知行为和神经指标，发展符合科学规律的课堂教学模式，创新基于认知神经机理的教学评估方法。

（二）学科教学情境中的学习认知机理研究

对不同学科而言，其知识的组织方式、表征方式和学习方法具有差异，学科学习也存在明显的认知过程和神经生理基础的特异性。教育神经科学研究能够联结脑、认知和行为，对学科教学的认知过程进行有效阐释，填补学科教学理论空白，并对教学实践产生科学启示。例如，在数学学习中，顶叶与额叶在数学认知加工中具有重要作用，且这类认知加工具有性别差异[24]；若要提高学生的数字逻辑推理能力，进行如数字序列完型任务或通过珠算等其他需要调用额顶区域的认知任务均可达到效果[25]。

除了探索正常学科学习机理以外，教育神经科学研究还需要解析具有学科特点的学习困难的认知神经机理，探讨教学干预策略。这里的学习困难主要有两类：第一类是学生在学科学习中遇到的一般困难，如知识理解、概念转变、知识迁移相关的学习问题；第二类也叫学习障碍，是指智力正常，但由于未知的神经生理或遗传原因导致学习表现异常，在注意、口语、阅读、社会交往等方面存在问题[26]。对于第一类困难而言，教育神经科学研究需要结合生物科学，挖掘能够及时有效识别学科教学中学习障碍出现的神经标记或其他生理指标，融合人工智能技术追踪困难形成的关键图式节点，分析阻碍学习进阶的成因，从而使学生在错误图式变得庞大和复杂之前，助力教师通过高效能的教学干预，帮助学生解决一般性学习困难，或对已有学习困难的学生进行动机重建。对于第二类困难而言，不同学科具有一些典型障碍，如数学中的失算症，音乐中的失乐症，二语中的阅读困难等。这些障碍一般具有神经-认知缺陷[27]，需要利用神经-行为-心理的综合评估技术对学习障碍进行高效筛查和精准评估，促进有效和及时的教学干预。

（三）学生高阶思维能力研究

面对新时代人才培养的迫切需求，设计符合人才成长规律和认知规律的培养模式与教学策略，促进学生如创造性、批判性思维、协作能力、问题解决等高阶思维能力以发展深度学习是关键。目前，关于高阶思维能力的认知神经机理研究多聚焦在成年人群体，并多关注创造性。已有研究探讨了成人的急性压力影响创造性思维的潜在神经机理，发现急性压力会损害创造性思维，主要影响创造性认知过程的早期阶段[28]，这启发教师需要为学生营造适宜且宽松的学习环境，从而促进学生的创造性产出。

还有研究表明，创造性的发展存在阶段性，于婴幼儿期便已开始萌芽[29]，进入儿童青少年时期发展迅速，青少年时期呈现倒V型发展[30]，进入成年期后发展较为平缓。由此可知，基础教育阶段儿童的创造性会迅速发展，创造性培养在该阶段也显得尤为重要。然而，目前还缺少面向基础教育阶段甚至更早期的学生的创造性认知神经机理研究，更缺乏教学环境、教学理念、教学内容等对儿童青少年创造性的影响机理解析。关于批判性思维、问题解决等高阶思维能力的教育神经科学研究面临着同样窘境。教育神经科学研究需要加强全学段学生在不同教学情境中的高阶思维能力的精细分解与认知神经机理探索，探究不同教学形式、教学策略和教学活动影响下的高阶思维能力的外显行为和内隐神经环路，同时挖掘如亲社会性、韧性、自我控制能力、意志等非认知能力、品质与这些高阶思维能力之间的作用关系，以此丰富创新人才培养的教学理论，启发教学实践。

（四）智能教学环境中的学习认知机理研究

人工智能+教育是世界各国教育的重要战略发展方向，人工智能技术也逐渐成为教育教学变革创新的重要因素[31]。然而，并非所有的智能技术都对教育教学产生了人们期待中的效果。究其原因，目前人们对智能教学情境下学习认知机理的理解十分有限，智能教学的有效模式亟需深入探索。

目前，已有研究对智能技术在教育教学中的适用性、融合智能技术的教学形式与一般教学形式的教学效果对比、智能教学环境中影响学习过程与学习效果的重要因素的作用机理等方面开展了基于认知神经科学视角的探讨，例如相比没有类人教学代理（Pedagogical Agent，PA）的课程，具有PA的课程在学习结果测试中表现更好，同时在学习过程中大脑的社会区域表现出更强的脑活动。学习者在在线学习过程中参与社会加工，并通过类人化的教学代理来提高教学效果[32]。进一步，教育神经科学研究还需探索师—机—生协同过程中的认知神经层级，阐明智能教学环境下知识建构的影响因素及其作用机理，考察不同在线教学方式中教师和学生的适应性行为、神经活动模式和神经—行为计算模型，为构建在线教学质量监控与评估的关键指标体系，以及更加符合人脑的教与学规律的在线课堂教学环境设计提供科学依据。

（五）教育教学影响因素的作用机理研究

无论是教学主体、教学内容还是教学环境，其中有诸多影响课堂教学效果和学生成长发展的因素。在教学主体层面，动机、情绪、态度等非认知因素与学习认知的耦合是教与学表现的结果，而大脑是对这种耦合的内隐、客观体现。例如合作与竞争是两种主要的人际互动和群体学习方式，而其中互动动机可能是影响互动有效性及其教学效果的主要因素[33]，且两种互动方式的人际间脑同步模式存在显著差异[34]。其次，具身认知学习理论指出，学习不可忽视个体身体所产生的作用[35]。身体基础不仅作为认知资源和认知能量的载体，还承载着整个学习过程中的维稳功能，如疲劳会影响学习专注度、记忆和认知负荷等[36]。

在教学层面，课堂教学策略、教学方法、课程设计等因素对教学效果的影响机理有待探索。例如在有限教学时间内，与视频教学相比，面对面授课可以使师生更快地进入知识教学，有利于提高教学效率。这可能是由于面对面互動能够诱发更强的脑间同步，互动越频繁，脑间同步就越强[37]。此外，如游戏化教学、项目式教学等如今广泛运用的教学方式也需要认知神经科学探索其设计背后的合理性，使其符合学生的学习认知规律[38]。进一步，研究者还可从课堂生态环境中挖掘对教育教学的关键影响因素及其作用机理，如独立于课堂生态主体而客观存在的环境因素，包括教室颜色和温度、课桌、教室光线和照明等，以及由课堂生态主体派生而形成的环境因素，涉及人际关系、班级学习风气和班级管理制度等[39]。

四、发展进路

通过对教育神经科学的发展动因梳理和内涵剖析可以发现，教育神经科学虽在教育科学研究中具有其他学科无法直接代替的重要地位，但也存在多学科交叉和范式融合下的诸多研究困难。教育神经科学研究若要健康长效发展，需要基于图景开展系统性研究，并进一步推动多学科交叉融合，注重研究、实践之间的贯通以及伦理、实验规范，并建立教育神经科学研究的长效机制。

（一）促进教育神经科学研究的跨学科和跨域合作

作为典型的跨学科研究，教育神经科学需要教育学、认知科学、神经科学、信息科学等各学科背景的研究者协同参与教与学的认知神经机理探索，从问题凝练到问题解构，逐渐从合作研究升级为协作探索。更进一竿，教育研究者需要将自然科学范式构建到自身研究体系中，掌握研究的理论、技术与方法，打通教育神经科学研究的完整链路，兼得研究的高效与自由。然而，目前跨学科研究还存在诸多问题，例如学科间研究力量不均衡，心理学与神经科学的研究者占比过大，削弱了教育的人文考量与实践思考；研究者无法提出有效的关键科学问题，研究的实际内容最终又回归到认知神经科学的范畴，研究结论无法在教育场景中落地；研究任务分工僵硬，关键问题提出、实验设计与操作、数据处理环节分离，未形成有效的协作研究样态。为有效解决以上问题，第一，以关键教育问题或迫切教育难题为导向，以重大研究项目作为牵引，招纳多学科研究者共同参与问题解决，人尽其才，优势互补，突破学科间壁垒，相互间不断浸润研究范式，开掘研究深度，形成真正意义上的多学科深度融合；第二，优化跨学科协作交流机制，搭建跨学科信息交流和数据共享平台，共同探讨教育关键问题以及底层的认知机理，加强多学科间的知识流动、思想汇聚和方法交叉，统一研究话语体系，营造学术共同体与专业共同体的良好生态。第三，促进研究者、教育实践者和脑影像技术工程师开展研发合作，解决脑影像技术的卡脖子问题，研发高生态效度、有效信息互补的脑影像技术，建立研究—教学的一体化系统，助力教育神经科学的课堂研究和实验培训。

（二）注重基础科学规律的课堂转化与科学应用

一直以来，教育科学基础研究与教学实践之间存在着衔接困难的问题，脑的重塑理论如何在在课堂中发挥作用？大到“双减”效果的检验，小到学生考试焦虑、逻辑演绎过程的追踪与评估，教育神经科学研究在其中扮演着怎样的角色？一方面，几百年来教育提及的黑箱问题需要教育神经科学研究在第一时间追本溯源，另一方面，教育政策需要教育神经科学进行落地服务。其中，聚焦真实教育场景，突破关键科学问题凝练机制是关键。研究者要面向实际教育问题，疏通教育问题背后的认知—神经关联，明确教育问题背后认知神经机理探索的必要性；或从神经科学的视角提出科学问题后，评判实际的教学应用与科学问题的结合程度，再着力进行神经科学、心理学与教育学融合交叉的教育现象和教育问题基础研究。反之，不应将认知神经科学的手段和方法生硬地嵌入教育科学研究，为了“交叉而去交叉”。其次，国家需要建立教育神经科学实验校，贯通基础研究与教学实践体系，促进研究者与教学实践者的交流合作，形成研究与实践的优化与迭代机制，保证实验结果的课堂转化与实践可落地。最后，随着脑影像技术的不断发展，交叉研究大规模应用于真实课堂逐渐成为可能，应促进教育神经科学从实验室走向真实课堂，最大化发挥教育神经科学的研究价值与专业效益。

（三）遵循教育神经科学研究的伦理原则和实验规范

任何研究开展都需要关注伦理问题。虽然教育神经科学不涉及手术、侵入式脑影像或大脑分子层面的研究，但仍然要坚持国际公认的伦理准则，如贝尔蒙人体受试者伦理准则中的尊重个人、无伤害（善行）、公正等原则，以及知情同意、风险利益评估和受试者选择等研究必需条件[40]，保证人体实验安全；同时，教育神经科学数据涉及教学主体的认知、情感等私密性问题，研究者需要保证实验参与者的数据隐私安全，不随意公开，并尊重每一份数据，用科学态度去分析。此外，研究者需要尊重各个学科自身的实验规范，谨慎使用不同学科的技术与方法，勿将主观的随意操作视为研究创新，这不仅是对交叉学科的轻视，更是对本学科研究的荼毒；同时，不断优化教育神经科学研究中的实验规范与数据算法，研制实验技术标准，优化实验流程，更好地服务研究者顺利投入到教育神经科学研究当中。

（四）建立教育神经科学研究的长效机制

相较于发达国家，我国的教育神经科学或学习科学研究还处于起步阶段[41]，道阻且长。为推动教育神经科学研究的有序发展，应在研究支持、智库建设和跨学科人才培养等环节保障教育神经科学研究形成长效机制。第一，优化我国教育神经科学研究资助体系，联合国家自然科学基金委员会和教育部，通过教育神经科学研究相关的重大项目和重点项目群设立，在研究领域内形成示范效应，推动教育神经科学的科学问题凝练与问题攻关。第二，加强对国家级研究中心建设的支持力度，通过项目设立、人才引进、经费投入等措施培育国家一流的教育神经科学重点研究基地，形成该领域的人才高地和学术高峰。第三，推动面向教育神经科学前沿发展的智库建设，以教育神经科学领域的知名专家学者为主体，对教育神经科学研究、人才培养、教师培训体系等进行战略规划与布局，为教育神经科学研究的发展理清思路，提供决策支持。第四，培养跨学科研究型人才，设置以教育学、心理学、认知神经科学、学习科学等相关知识内容為根基，以研究问题为导向，以研究项目为驱动的专业课程，需着重构建交叉学科理论、跨学科研究范式和教学实践的系统架构，突出跨学科的衔接与融合。

五、思考与展望

在进行教育神经科学研究时，我们需要时刻思考教育这种人文社会环境下的特殊性，并适量地借鉴自然科学的研究方法进行教育规律诠释，对教育现象或问题的解释要谨慎并进行限定，否则又会出现神经谬论的盛行。同时，作为一门新型的前沿交叉学科，教育神经科学研究首先需要关注典型的、关键的教学发生过程，探索有效对标教育教学实践的认知神经机理；然后以点带面，系统性推进多种教育教学情境中的机理解析，将大量的研究向实践靠拢，在复杂的教育情境和影响因素中理出条条头绪，结合科学研究成果来重新认知课堂教学过程，并以更新后的学习观、师生关系观与教学观为指导建构课堂教学实践，真正呈现出无限接近真实教育现象与规律的复杂系统，以此更加清晰地俯瞰教育全貌，助力新时代下的人才培养。

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作者简介：

王杨春晓：在读博士，研究方向为教育神经科学、教育技术。

卢春明：教授，博士生导师，研究方向为教育神经科学。

郑永和：教授，博士生导师，院长，研究方向为教育信息科学与技术、科学教育。

Educational Neuroscience Research： Connotation， Landscape， and Development Pathways

Wang Yangchunxiao1， Lu Chunming2， Zheng Yonghe1

（1.Research Institute of Science Education， Beijing Normal University， Beijing 100875； 2.State Key Laboratory of Cognitive Neuroscience and Learning， Beijing Normal University， Beijing 100875）

Abstract： Educational neuroscience is an emerging research direction that aims to reveal the cognitive neural mechanisms behind educational phenomena， and is an important bridge linking the brain， mind， and education. However， the current research in educational neuroscience suffers from inaccurate topic selection， relatively narrow target contexts， and insufficient condensation of key scientific questions， which seriously restrict the development of this direction. The paper first introduces the motivation for the emergence and development of educational neuroscience， and reveals the inevitability and desirability of educational neuroscience research from three aspects： returning to the brain is an inevitable choice for analyzing educational phenomena， inter-evidence of multi-source and multi-level data is an urgent demand for educational research， and the development of high ecological validity brain imaging technology promotes multi-science integration. On this basis， the paper compares the connotation of educational neuroscience research and proposes five major research themes that need to be focused on educational neuroscience research， including （1）cognitive neural mechanism of the classroom teaching process and its assessment； （2）cognitive neural mechanism of student learning in disciplinary teaching context； （3）higher-order thinking ability of students； （4）cognitive mechanism of learning in intelligent teaching environment； （5）research on the mechanism of effective teaching influencing factors. Finally， the study proposes four major development pathways， “promoting cooperation”， “emphasizing transformation”， and “building mechanisms”， to provide a reference for Chinas educational neuroscience research.

Keywords： educational neuroscience research； developmental motivation； research connotation； research landscape； development pathways

责任编辑：李雅瑄

① 郑永和为本文通讯作者。