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教育的目的是为未来培养人才,所以我们必须了解在十年、二十年以后,这个时代究竟需要什么样的人才。现在有一个词叫未来已来,随着科技的进步和时代的发展,未来正加快到来。知识的爆炸、信息的迭代、元宇宙、人工智能等等,技术不断升级的时代,究竟会给我们带来什么样的影响?其实大家可以看到,目前脑科学和人工智能的发展,正在快速地影响整个社会,从根本上改变人和社会的关系,以及人类生存和发展的模式。

新时代对学习提出了什么要求?

国际著名的管理咨询机构“麦肯锡”在2017年提出,人工智能的到来将会替代大概50%的工作。我们知道,由于自动化流水线、生产线的发明,取代了大量的体力劳动者,现在大部分人从事的正是技能的劳动。所谓的技能劳动,就是通过一定的专业培养和训练后所能够完成的工作,包括司机、翻译、医生、程序员等等工作。我们未来从事的工作更多是一些创新的劳动,包括艺术创作、科研工作等等。在这种情况下,甚至对我们的科研工作都造成了很大的冲击。

现在的人工智能也可以去做考古了,它能够识别人类以前没有办法识别的古代的文字,准确率比现在的历史学家还要高。所以在人工智能快速发展的时代,未来究竟是什么?基于此,很多有识之士在开始重新思考未来的教育目标。

比如耶鲁大学的原校长理查德·莱文教授说,如果一个学生从耶鲁大学毕业后,居然拥有某种专业的知识和技能,这是耶鲁教育最大的失败。

我们现在的基础教育更多的也是为了传授孩子知识和技艺。但是如果在知识更新迭代的时代,技能已经会被人工智能取代的时代,我们还在培养这样的知识和技能,确实是我们教育的失败。

从另外一个角度看,我们中国的钱颖一教授曾提出,人工智能将使中国教育仅存的优势荡然无存。

中国传统教育的优势是什么?大规模的标准化的教育,通过统一的教材,统一的课程,统一的考试,统一的人才衡量的标准,培养一大堆技能人才。但是在人工智能到来之后,这样的技能人才的培养模式,已经远远不能够适宜创新人才培养。

基于脑科学,新学习的本质是什么?

智能时代,什么才是最好的学习和最好的教育?回答这样的问题,作为一个脑科学工作者,我希望从人脑的学习和发展的本质上去寻找它的答案。

学习的目的是适应环境。在几十亿年的漫长进化历程中,智能的智慧并不是在我们出生的时候,就在脑袋里面装满各种各样的知识,相反,我们生下来的时候,就是一些本能,再加上非常强大的学习能力,让我们成为一个世界的公民。把一个婴儿放在全世界任何的一个地方,他都可以快速地学习当地的语言,适应当地的环境,掌握当地的文化,在当地能够持续地生存和发展,这是进化给我们带来的最重要的智慧。在未来环境不确定的情况下,最有效的智能是拥有非常强大的学习能力。

学习的过程是塑造大脑。人脑大概有860亿个神经元,每个神经元有1000到10000个神经连接,这样一个复杂的网络,决定了我们所有的知识、技能、习惯、态度等等。我们的价值观都是由这样的连接所组成,学习的过程也是对神经网络进行塑造的过程。要想实现科学的学习、高效的学习,必须要符合人脑发展的规律。

所以从人脑的角度,我们发现两个重要的启示:一是学习最核心的是要培养强大的学习能力;二是学习要遵循大脑的活动规律。

  • 基于脑科学的学习力结构体系

学习力究竟包含什么?基于大脑的结构和功能以及我们对人脑过去几十年的研究,学习力包含至少三个非常关键的重要成分。

首先是在我们两耳之后的区域,它是人脑形成有机知识体系和知识存储的地方,它包含了从具体到抽象各个层次紧密联系、融汇贯通、灵活使用的知识体系,而不是我们现在所强调的碎片化的、死记硬背的知识。

除了有机的知识体系以外,我们还要培养强大的认知能力,这就是我们大脑前额叶的一个重要功能。它是人类智能的一个非常重要的区域,但它本身并不存储知识。比如这个地方受损了以后,我们该记得的相关的知识,我们所认识的人都不会受到影响。但是如果没有这样的一些关键的区域,我们就没有办法学习新的知识,没有获取知识、分析知识并进行创新的能力。

除了外侧的前额叶以外,在我们大脑的内侧部分,是整个人的动机系统。所谓的动机就是人的发动机和方向盘,方向盘决定了我们的价值观,发动机决定了我们在这个过程当中行动的度。所以要培养这种持久的学习的动力,我们需要让学习者充满热爱与激情,具备成长性思维,同时通过自我控制能力去调节情绪,延迟满足。

现在的孩子有时选择躺平,就是由于学习动力的不足,或者有些心理健康的问题。所以有机的知识体系、强大的认知能力和持久的学习动机,是一个完整的学习力所具备的三个非常关键的成分。

如果我们去看国外的很多教育,它之所以让我们觉得很好,其实也在于他们是在培养学生的有机知识体系、强大的认知能力以及持久的学习动力。而我们现在所强调的对创新人才的培养,其实也需要从这三个角度来进行。世界上没有脱离有机知识体系的抽象的创新,从这个意义上来讲,学习能力的培养是能够实现从学生短期的学业成绩和他终身长期发展的结合的,也是我们对创新人才培养的必然要求。

基于脑科学的学习力结构体系

  • 好的学习需要遵循大脑发育的规律

要培养强大的创新能力,我们必须要遵循大脑发育的规律。比如在0到3岁的时候,更多的是感知觉区域的发展;到3到6岁的时候,更多是一些联合皮层的发展和成熟的过程;到小学阶段,更多的是外侧前额叶认知能力发展的过程;初高中则更多是内侧前额叶自我控制能力和价值观发展形成的阶段。所以在不同的阶段,我们要有不同的学习的重点。而任何超前的或者延后的知识学习,都是不利于我们整个人的学习能力的发展和培养的。

  • 好的学习需要遵循记忆形成的规律

另一方面,好的学习要遵循大脑记忆的规律。记忆是我们学习的一个重要基础,在这个过程中,我们要依据大脑的遗忘曲线规律,或者适度学习难度的规律来充分调动大脑的资源,同时还要遵循大脑不同的分工的规律。或通过技能的系统来学习,或通过知识的系统来学习,或通过情绪的系统来学习。不同的系统要充分地调用,而且要准确地使用,才能够达到有效的学习。

  • 好的学习需要遵循知识建构的规律

我们刚才讲,一个知识如果能够长期地保存和灵活地应用,它必须要构成一个知识的网。这种知识网络的构成就必须要挑战传统的学习方式,比如我们要实现从输入到输出的转变,从老师的教到学生的学的转变,我们还要帮助学生去构建知识的空间,利用知识的内在联系来重新组织学习,还要通过类似思维导图的方式来构建知识的网络,以及我们现在所谓的项目制的学习,也是帮助学生形成知识网络的过程,包括费曼的学习方法,实际上都是在帮助我们建构这种学习网络。

  • 好的学习需要遵循能力提升的规律

很多人认为包括智力在内的认知能力是天生的。实际上大量的研究表明,如果我们通过科学的方法,是可以提升大脑的认知的,包括它的流体智力。在这个过程当中,我们也可以改善大脑的功能来提高包括多巴胺在内的神经递质的活动水平。同时通过可迁移的训练方式,让它能够迁移到日常的生活当中去改善我们的行为表现和学业成绩。

  • 好的学习需要遵循动机塑造的规律

最后,在学习动机的塑造上,我们应该依据人脑的动力体系的培养规律,充分利用我们的喜好、习惯等动力系统,再采用一些如社会情绪技能学习的方法,把坚韧、激情、自控能力、乐观态度和成长性思维作为技能培养,作为习惯养成,而不仅仅是作为一种知识在传递,从而让它成为我们学习的强大动力。

创新实践开启新学习模式

如何实现脑科学和教育的有机融合?我们在过去几年里对这个问题进行了一些初步的探讨。

首先我需要强调的是,脑科学和学习的有机结合是一场深刻的变革,它不是简单的教学方法和教学实践的改变,而是涉及到我们的教育目标、评价方式、学习内容、学习过程和技术的一场深刻变革。

实际上我们需要有一套完整的体系,在这个体系当中,涉及到研究机构,大学人才的培养以及社会的创新机制和实践。具体来说,我们需要加强脑科学的基础研究,来揭示脑智发育的规律。其次,我们还要建立脑科学与教育人才的一套体系。同时我们还需要大力发展脑智测评和训练的专业产品和工具。最后我们还需要各个部门之间紧密地协调,加强试点和指导,在各个地方进行一些创新的实践和验证。

在科研方面,其实国家做了很大的布局。在 2030 年的国家重大的研究规划中,把脑科学作为了一个重要的研究方向。在中国的脑计划里面,重点把脑智发育作为其中的方向,目的就是要研究儿童大脑和认知发展的规律,提升正向干预效能,从而促进我国亿万儿童青少年的健康发展,提升教育的效率和质量。

另外,我们把这样的教育实践和各个区县教育局、教科院进行紧密的合作,共同探讨在区域层面如何用脑科学推动学习变革。在这个过程中,我们发展了基于脑科学的学习能力的评价体系,从注意力、记忆力、思维力、反应力、自控力五大能力的角度,来全面衡量一个孩子学习能力的情况。基于这样的现状,我们可以对学生的学习能力进行全面的刻画,再形成学生的学习画像。

基于脑科学的学习能力评价体系

我们还可以利用学习成绩来进行学业诊断,这种诊断可以帮助我们去了解这个孩子,他某些地方学习好,是什么原因,某些地方差又是什么原因。同时我们还可以实现对学习潜能和未来学习效果的预测,从而实现我们的英才选拔或者学困筛选。我们也可以基于他现有的学习成绩和学习潜能,来指导他进行高考的选科和走班,以及我们在初高中的分层教学。甚至对一些特殊的学生,我们还可以依据他学习能力发展的现状进行个性化的干预。

在这个过程当中,我们编写了相关的学习力提升的教材,包括小学、初中、高中,重点是通过普及脑科学的知识来提升学习能力的各个方面。我们把这样的课程和学校的教学实践进行有机的融合。比如我们在体育、心理健康等课程里,有机地融入了这套学习力课程体系,从而在不干扰学校正常教育教学的情况下,实现对学生学习能力的提升和培养。

同时,我们也在一些学校建设学习力中心。如果未来学校的教育目标是为了提升学生学习的能力,我们就要在学校建立对应的学习中心,把脑科学知识的科普宣传、测评和训练的技术和方法,包括基于神经反馈虚拟现实的训练技术,都紧密地融合在学习当中,从而帮助学生实现个性化的学习能力的干预、训练和提升。

我们希望通过这样的综合努力,能够把脑科学和教育进行全面的融合,也希望在全社会的共同努力下,实现脑科学和教育对未来学习的变革。让每一位老师都成为脑科学的应用专家,让每一间教室都成为脑科学的实践基地,让每一堂课都成为脑科学的创新发展。希望大家能够一起共同努力,为实现这样的目标不断地合作。

文章整理自作者2022年「第九届中国教育创新年会」主论坛主题发言。

作者 | 薛贵(北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室教授,IDG-麦戈文脑研究所研究员)

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