腦科學從實驗室走向課堂的探索與實證

解慧明

近年來，西安市教育科學研究院積極組織全市各中小學，從第一屆腦科學與教育論壇到第二屆、第三屆、第四屆，一路走來，跟隨著腦科學、教育科學、神經認知科學、人工智能等領域的科學家和教育家，不斷更新教育理念，主動實踐，開創了腦科學在學校的應用與實踐的西安區域探索實驗。

西安市教科院“131”工作思路和“1+2+N”工作格局

西安市教科院以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，深入貫徹學習總書記關于教育的重要論述，在西安市教育局黨委的堅強領導下，全面貫徹黨的教育方針，落實立德樹人根本任務，圍繞“培養什么人、怎樣培養人、為誰培養人”的教育根本問題，聚焦《關于加快新時代教育改革 發展建設教育強市的實施意見》《西安市基礎教育提升三年行動計劃（2019—2021年）》，以“所更院”和市教育質量評估監測中心設立為契機，創新教科研工作理念和機制，立足“三新”理念（新體系、新格局、新方式）。

教科研“131”新體系。“1”是構建教育質量綜合評價監測體系。圍繞“培養什么人”，深入貫徹《深化新時代教育評價改革總體方案》《義務教育質量評價指南》，以教育評價改革為牽引，以破唯分論、立五育觀為根本出發點，以課堂變革、教育改革為根本落腳點，構建破唯分論、立五育觀、構七環節——“157”學生發展質量評價體系。

“3”即圍繞“靠誰培養人”，構建“科研+教研+培訓”三位一體教師素養提升體系，助力西安教育高質量教師隊伍建設。構建具有西安特色的“三級三類”教科研體系，更新教學理念、創新育人方式、變革育人策略;開展“優化教學方式，提高課堂教學質量”專題研討活動，推動“互動式、啟發式、探究式、體驗式”教學方式在課堂上的有效實施;開展全方位培訓，發揮“名?！陛椛湟I，關注“+校”教師需求，深化“名校+”工程，構建教師素養提升全方位培訓體系。

“1”即圍繞“怎樣培養人”，聚焦育人方式變革、課程課堂教學改革，以學生學習為中心，大力推進西安好課堂、品質課程建設，堅持信息技術與教育教學融合創新，構建“五育”學生全面發展培養體系。

深耕西安好課堂，以學生學習為中心，推進品質課程建設，開展基于財經素養教育、STEAM教育、人工智能教育等面向未來培養人的科學教育和科技創新教育的課程建設實踐，變革教師育人方式，優化學生學習方式，推進 “互動式、啟發式、探究式、體驗式”課堂教學改革，讓核心素養在課堂落地，構建德智體美勞“五育”學生全面發展質量培養體系。開展“西安好課堂”46期500余節，每期線上線下同時進行，每期線上人數20萬～30萬甚至50萬人。

教科研“1+2+N”新格局。“1”即市區教科研部門;“2”即一總兩翼、兩所創新實驗學校、兩個工作室（教研員、班主任）、兩部門下沉（教育質量評估與監測研究部下沉至陜西師范大學實驗小學、科研規劃部下沉至西安市高新第一學校）;“N”是支撐學生全面發展的質量評價、思政課、學科思政、課程發展、勞動教育、思維型教學、人工智能教育、心理健康教育、STEAM教育、財經素養教育、科學教育與科技創新、綜合實踐活動、腦與學習科學、新課標新高考學科教學研究等14個研究中心、24個基地辦公室及1564所基地學校。

教科研“上聯下沉”新方式?！吧下摗奔粗袊逃茖W研究院、教育部課程教材中心、教育部裝備中心、教育部學校規劃建設發展中心、陜西省科學技術協會、陜西師范大學、西安文理學院。

“下沉”即重心下沉學校、陣地前移課堂，把課題做在學校，把論文寫在課堂上。

對腦科學的認知

什么是腦科學。廣義的腦科學：視覺認知、聽覺認知等與感覺，記憶、學習、思考、預測、語言、解決問題等高級認知功能，以及與情緒相關的內容。狹義的腦科學，一般指神經科學，是為了了解神經系統內分子水平、細胞水平、細胞間的變化過程，以及這些過程在中樞功能控制系統內的整合作用而進行的研究。從醫學、生物學、遺傳學、心理學、解剖學的角度，又可以理解如上圖。

什么是教育腦科學。腦的不同部位有著不同的作用和功能，來自外界的刺激信息只有正確地傳遞到相關的部位，這些部位才會發揮作用。而要將這些刺激信息準確、高速地傳遞到相關的功能區，就需要大腦神經元之間相互連接形成神經回路，就像四通八達的高速公路一樣，網絡越稠密、越復雜，信息的傳遞效率才會越高。這種高效的神經回路的形成和強化，教育起到很大的作用。中國科學院院士、著名神經生物學家、生理學家、復旦大學教授楊雄里將以腦智研究應用為基礎的教育體系定位為“教育腦科學”。

目前，人的問題已越來越成為教育的核心問題。人的主體性發展比以往任何時候都更加凸顯。任何一種學習能力、良好習慣的培養、學習品質的提升，任何一項知識的獲取、合作的建立、行為的變化、情緒的調節，注意力、記憶力、思維力、反應力和自控力的養成都與腦科學密不可分，其背后都是對大腦的深層認識與科學塑造。

學習腦科學與教育腦學科的重要性。一是時代需求。AI人工智能：2011年出生的孩子在畢業時現有工作的65%將不復存在;慕課（MOOC）的普及、技術奇點;從未來教育需求看，終生教育成為一種必然趨勢。終生教育的特點有：鍛煉大腦、培育心靈、把想法變為現實。目前，社會需要的不是單純的IQ型人才，而是認知能力、非認知能力平衡發展的全人格人才。

二是未來教育的需求。AI和AI技術在腦科學中的應用成為教育現代化的重要趨勢，過去學習強調知識學習，學習方式上以學生機械式學習為主，現在更加注重專注力控制，強調學生情景記憶、工作記憶、深度學習。從未來學習要求來看，更加注重對物理世界的直觀理解、學生的高效學習、遷移學習帶來的知識泛化、學習中的創造性和計劃性、通過假想腦解析對AI程序的理解。

三是國家需求。中國腦計劃總體目標：在國際上建立最大規模的兒童青少年腦智發育大型隊列;引領腦智評估和素質教育;兒童青少年認知能力同比提升20%;心理健康水平同比提升25%;各類學習困難平均發生率減低50%;全面解析感知、學習、決策、意識等認知功能的神經工作原理。

腦科學應用的思考和探索

腦科學與教育的結合。解決學習困難綜合征：學習是兒童青少年的主要生活內容，我國的應試教育很大程度上增加了孩子們的學習壓力。據統計，至少20%的孩子在校學習期間，會發生學習困難問題，如果得不到及時的關注和疏導，會由此進一步引發焦慮、緊張等心理健康問題，導致學生產生厭學逃學、自暴自棄、擾亂他人學習的問題。引發學習困難的原因很多，主要因為注意力缺陷導致的多動癥（ADHD）、學習障礙（LD）、厭學逃學、拒絕上學等，男生多于女生。

關注學生情緒障礙：急速變化的社會家庭變革、母子早期分離、家庭破裂、虐待、忽視、人口遷移、學習競爭壓力增加等因素，使得兒童對各類應激事件的易感傾向更顯著。兒童青少年的情緒障礙已成為僅次于學習問題的第二大心理障礙。抑郁是常見的負性情感，20%—30%的兒童青少年有不同程度的抑郁癥狀，多發生于青少年期，女生多于男生。早期表現有心境不良、退縮、哭泣沮喪、遺尿、咬手指甲、學習困難、生活邋遢、睡眠問題、易激惹等特征。

關注學生品行障礙：持續的和反復出現的反社會性、攻擊性、對立違抗性行為，包括：經常打斗、傷害他人或虐待小動物，有意破壞，約40%的品行障礙兒童可發展為成人期反社會人格障礙，在其成長過程中還常伴有不同程度的抑郁和焦慮障礙。主要原因：暴力管教、溺愛放縱、父母離異、忽視、貧窮、目睹犯罪等。

關注特殊兒童。孤獨癥：又稱自閉癥，嬰幼兒期發病，以語言障礙、社交障礙和行為與興趣異常為特征的廣泛性發育障礙。相關機構報告每150名兒童中就有一人患孤獨癥，男女比約為4：1;智商在70以上的高功能孤獨癥和阿斯伯格綜合征約占總體患者一半以上。病因至今不明，一旦發現需要及時矯治，否則形成典型孤獨癥后將終身難以治愈，雖然部分孤獨癥患者經過治療可以回歸社會，但人際交往問題和社會適應困難將伴隨終身。

解決手機網絡成癮：第46次《中國互聯網絡發展狀況統計報告》顯示，截至2020年6月，我國網民規模達9.40億，10歲至19歲網民占比14.8%。研究發現，兒童青少年的主觀幸福感、自尊與自我控制能力均與網絡成癮顯著負相關，網絡成癮的孩子更容易出現親子、同伴、師生等人際關系受損等問題。

關心留守兒童：據官方數據（全國婦聯、全國農村留守兒童狀況研究報告）顯示，目前我國廣大農村和邊遠地區留守兒童總數高達5300萬。他們當中出現教養失范、分離焦慮、情緒障礙增多，伴隨輟學和網絡依賴者增多，意外傷害、出走、遭虐待和性侵犯以及品行障礙和青少年違法者增多。

教育工作者的使命。作為教育工作者，要積極主動為學校、家庭和社會解決問題。從家庭角度，要為家庭普及腦科學知識、提供科學的教育指導方法;促進家校融合和家庭和睦;豐富和提供家庭生活、學習和工作的質量。從學校角度，要激發學生的學習積極性，提高學生自信心和學習效率。帶動其他學科的學習，為其他學科教學提供以腦科學為基礎的新穎教學方式和指導方法。從社會角度，要普及腦科學知識，促進未來教育的發展;降低學習困難率，提升認知能力和非認知能力;為腦智開發和素質教育提供科學基礎。

深化推進素質教育，以全面提高人的基本素質為根本目的，以尊重人的主體性和主動精神，以人的性格為基礎，注重開發人的智慧潛能，注重形成人的健全個性為根本特征的教育。 讓學生學會做人、學會自律、學會學習、學會思考、學會樂群、學會審美、學會創造、學會健身、學會生活、學會勞動。

腦科學與教育的西安探索

積極開展腦科學教研培訓與課堂教學研討活動。近年來，西安市教育科學研究院積極帶領全市中小學開展了各項腦科學與教育教科研活動：舉辦“西安名師引進培訓”活動，“數智時代·教育創新”腦科學與教育發展研討會，“第十四個世界自閉癥關注日西安主題活動暨自閉癥兒童醫療、教育、康復綜合治療新思路”研討會，“關注腦科學，提高學生學習質量”專題研討會，“立足腦智發展，共建生態思維課堂”專題研討會等。

腦科學課程進校園：設計推廣腦科學校本課程，西安地區率先在曲江第二小學落地;增加腦科學社團，適應學校和家庭需求，增設社團課程;增設腦科學雙師課程，突出學校特色，為學科教育賦能;成立腦與學習研究中心，不斷研究、創新，擴大腦科學受益學校范圍。

更新理念、明晰目標，構建有特色的腦科學課程。腦科學課程設計遵循兒童青少年的智力發育特點和身體發育規律，寓教于樂，通過游戲的方式，在輕松愉悅的氛圍中，以不同的方式對大腦進行刺激，促進大腦各功能區塊的平衡發展和協同工作，全面提高認知能力（記憶力、想象力、專注力、觀察力、推理能力、計算能力、空間能力）、非認知能力（社會性、協調性、自信心等），為黨和國家培養創新型人才。

西安市各學校腦智開發課程、腦科學實驗室課程、全腦“五育”“體能大循環課程”，通過豐富多樣的形式落實課程。一是寓教于樂，以游戲的形式授課，節奏感強，課堂氛圍緊張、輕松、愉悅。二是潛意識學習，在不知不覺中吸收知識，提升智力。三是發展認知能力+非認知能力，在提高智力（IQ）的同時，培養學生的社會性、協調性、自信心等情感商數（EQ）。四是和自己競爭，學生只和過去一天、一周、一月、一年的自己競爭，強調自我增值發展。具體課堂教學環節包括：聽力訓練、視覺訓練、動手操作、記憶誦讀、題型訓練、觀察推理六大環節。

教育腦科學是未來教育的基礎。與青少年腦智開發、國家綜合國力提升、創新型人才戰略等息息相關。教育腦科學的普及、推廣和深化，是教育工作者肩負的重任。西安地區的腦與科學教育研究正在起步，相信在不久的將來，在各位專家的指導和引領下，我們將邁開步子，創新思路，探索更多的實踐路徑，爭取更大的應用效果。