脑科学从实验室走向课堂的探索与实证

解慧明

近年来，西安市教育科学研究院积极组织全市各中小学，从第一届脑科学与教育论坛到第二届、第三届、第四届，一路走来，跟随着脑科学、教育科学、神经认知科学、人工智能等领域的科学家和教育家，不断更新教育理念，主动实践，开创了脑科学在学校的应用与实践的西安区域探索实验。

西安市教科院“131”工作思路和“1+2+N”工作格局

西安市教科院以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，深入贯彻学习总书记关于教育的重要论述，在西安市教育局党委的坚强领导下，全面贯彻党的教育方针，落实立德树人根本任务，围绕“培养什么人、怎样培养人、为谁培养人”的教育根本问题，聚焦《关于加快新时代教育改革 发展建设教育强市的实施意见》《西安市基础教育提升三年行动计划（2019—2021年）》，以“所更院”和市教育质量评估监测中心设立为契机，创新教科研工作理念和机制，立足“三新”理念（新体系、新格局、新方式）。

教科研“131”新体系。“1”是构建教育质量综合评价监测体系。围绕“培养什么人”，深入贯彻《深化新时代教育评价改革总体方案》《义务教育质量评价指南》，以教育评价改革为牵引，以破唯分论、立五育观为根本出发点，以课堂变革、教育改革为根本落脚点，构建破唯分论、立五育观、构七环节——“157”学生发展质量评价体系。

“3”即围绕“靠谁培养人”，构建“科研+教研+培训”三位一体教师素养提升体系，助力西安教育高质量教师队伍建设。构建具有西安特色的“三级三类”教科研体系，更新教学理念、创新育人方式、变革育人策略;开展“优化教学方式，提高课堂教学质量”专题研讨活动，推动“互动式、启发式、探究式、体验式”教学方式在课堂上的有效实施;开展全方位培训，发挥“名校”辐射引领，关注“+校”教师需求，深化“名校+”工程，构建教师素养提升全方位培训体系。

“1”即围绕“怎样培养人”，聚焦育人方式变革、课程课堂教学改革，以学生学习为中心，大力推进西安好课堂、品质课程建设，坚持信息技术与教育教学融合创新，构建“五育”学生全面发展培养体系。

深耕西安好课堂，以学生学习为中心，推进品质课程建设，开展基于财经素养教育、STEAM教育、人工智能教育等面向未来培养人的科学教育和科技创新教育的课程建设实践，变革教师育人方式，优化学生学习方式，推进 “互动式、启发式、探究式、体验式”课堂教学改革，让核心素养在课堂落地，构建德智体美劳“五育”学生全面发展质量培养体系。开展“西安好课堂”46期500余节，每期线上线下同时进行，每期线上人数20万～30万甚至50万人。

教科研“1+2+N”新格局。“1”即市區教科研部门;“2”即一总两翼、两所创新实验学校、两个工作室（教研员、班主任）、两部门下沉（教育质量评估与监测研究部下沉至陕西师范大学实验小学、科研规划部下沉至西安市高新第一学校）;“N”是支撑学生全面发展的质量评价、思政课、学科思政、课程发展、劳动教育、思维型教学、人工智能教育、心理健康教育、STEAM教育、财经素养教育、科学教育与科技创新、综合实践活动、脑与学习科学、新课标新高考学科教学研究等14个研究中心、24个基地办公室及1564所基地学校。

教科研“上联下沉”新方式。“上联”即中国教育科学研究院、教育部课程教材中心、教育部装备中心、教育部学校规划建设发展中心、陕西省科学技术协会、陕西师范大学、西安文理学院。

“下沉”即重心下沉学校、阵地前移课堂，把课题做在学校，把论文写在课堂上。

对脑科学的认知

什么是脑科学。广义的脑科学：视觉认知、听觉认知等与感觉，记忆、学习、思考、预测、语言、解决问题等高级认知功能，以及与情绪相关的内容。狭义的脑科学，一般指神经科学，是为了了解神经系统内分子水平、细胞水平、细胞间的变化过程，以及这些过程在中枢功能控制系统内的整合作用而进行的研究。从医学、生物学、遗传学、心理学、解剖学的角度，又可以理解如上图。

什么是教育脑科学。脑的不同部位有着不同的作用和功能，来自外界的刺激信息只有正确地传递到相关的部位，这些部位才会发挥作用。而要将这些刺激信息准确、高速地传递到相关的功能区，就需要大脑神经元之间相互连接形成神经回路，就像四通八达的高速公路一样，网络越稠密、越复杂，信息的传递效率才会越高。这种高效的神经回路的形成和强化，教育起到很大的作用。中国科学院院士、著名神经生物学家、生理学家、复旦大学教授杨雄里将以脑智研究应用为基础的教育体系定位为“教育脑科学”。

目前，人的问题已越来越成为教育的核心问题。人的主体性发展比以往任何时候都更加凸显。任何一种学习能力、良好习惯的培养、学习品质的提升，任何一项知识的获取、合作的建立、行为的变化、情绪的调节，注意力、记忆力、思维力、反应力和自控力的养成都与脑科学密不可分，其背后都是对大脑的深层认识与科学塑造。

学习脑科学与教育脑学科的重要性。一是时代需求。AI人工智能：2011年出生的孩子在毕业时现有工作的65%将不复存在;慕课（MOOC）的普及、技术奇点;从未来教育需求看，终生教育成为一种必然趋势。终生教育的特点有：锻炼大脑、培育心灵、把想法变为现实。目前，社会需要的不是单纯的IQ型人才，而是认知能力、非认知能力平衡发展的全人格人才。

二是未来教育的需求。AI和AI技术在脑科学中的应用成为教育现代化的重要趋势，过去学习强调知识学习，学习方式上以学生机械式学习为主，现在更加注重专注力控制，强调学生情景记忆、工作记忆、深度学习。从未来学习要求来看，更加注重对物理世界的直观理解、学生的高效学习、迁移学习带来的知识泛化、学习中的创造性和计划性、通过假想脑解析对AI程序的理解。

三是国家需求。中国脑计划总体目标：在国际上建立最大规模的儿童青少年脑智发育大型队列;引领脑智评估和素质教育;儿童青少年认知能力同比提升20%;心理健康水平同比提升25%;各类学习困难平均发生率减低50%;全面解析感知、学习、决策、意识等认知功能的神经工作原理。

脑科学应用的思考和探索

脑科学与教育的结合。解决学习困难综合征：学习是儿童青少年的主要生活内容，我国的应试教育很大程度上增加了孩子们的学习压力。据统计，至少20%的孩子在校学习期间，会发生学习困难问题，如果得不到及时的关注和疏导，会由此进一步引发焦虑、紧张等心理健康问题，导致学生产生厌学逃学、自暴自弃、扰乱他人学习的问题。引发学习困难的原因很多，主要因為注意力缺陷导致的多动症（ADHD）、学习障碍（LD）、厌学逃学、拒绝上学等，男生多于女生。

关注学生情绪障碍：急速变化的社会家庭变革、母子早期分离、家庭破裂、虐待、忽视、人口迁移、学习竞争压力增加等因素，使得儿童对各类应激事件的易感倾向更显著。儿童青少年的情绪障碍已成为仅次于学习问题的第二大心理障碍。抑郁是常见的负性情感，20%—30%的儿童青少年有不同程度的抑郁症状，多发生于青少年期，女生多于男生。早期表现有心境不良、退缩、哭泣沮丧、遗尿、咬手指甲、学习困难、生活邋遢、睡眠问题、易激惹等特征。

关注学生品行障碍：持续的和反复出现的反社会性、攻击性、对立违抗性行为，包括：经常打斗、伤害他人或虐待小动物，有意破坏，约40%的品行障碍儿童可发展为成人期反社会人格障碍，在其成长过程中还常伴有不同程度的抑郁和焦虑障碍。主要原因：暴力管教、溺爱放纵、父母离异、忽视、贫穷、目睹犯罪等。

关注特殊儿童。孤独症：又称自闭症，婴幼儿期发病，以语言障碍、社交障碍和行为与兴趣异常为特征的广泛性发育障碍。相关机构报告每150名儿童中就有一人患孤独症，男女比约为4：1;智商在70以上的高功能孤独症和阿斯伯格综合征约占总体患者一半以上。病因至今不明，一旦发现需要及时矫治，否则形成典型孤独症后将终身难以治愈，虽然部分孤独症患者经过治疗可以回归社会，但人际交往问题和社会适应困难将伴随终身。

解决手机网络成瘾：第46次《中国互联网络发展状况统计报告》显示，截至2020年6月，我国网民规模达9.40亿，10岁至19岁网民占比14.8%。研究发现，儿童青少年的主观幸福感、自尊与自我控制能力均与网络成瘾显著负相关，网络成瘾的孩子更容易出现亲子、同伴、师生等人际关系受损等问题。

关心留守儿童：据官方数据（全国妇联、全国农村留守儿童状况研究报告）显示，目前我国广大农村和边远地区留守儿童总数高达5300万。他们当中出现教养失范、分离焦虑、情绪障碍增多，伴随辍学和网络依赖者增多，意外伤害、出走、遭虐待和性侵犯以及品行障碍和青少年违法者增多。

教育工作者的使命。作为教育工作者，要积极主动为学校、家庭和社会解决问题。从家庭角度，要为家庭普及脑科学知识、提供科学的教育指导方法;促进家校融合和家庭和睦;丰富和提供家庭生活、学习和工作的质量。从学校角度，要激发学生的学习积极性，提高学生自信心和学习效率。带动其他学科的学习，为其他学科教学提供以脑科学为基础的新颖教学方式和指导方法。从社会角度，要普及脑科学知识，促进未来教育的发展;降低学习困难率，提升认知能力和非认知能力;为脑智开发和素质教育提供科学基础。

深化推进素质教育，以全面提高人的基本素质为根本目的，以尊重人的主体性和主动精神，以人的性格为基础，注重开发人的智慧潜能，注重形成人的健全个性为根本特征的教育。 让学生学会做人、学会自律、学会学习、学会思考、学会乐群、学会审美、学会创造、学会健身、学会生活、学会劳动。

脑科学与教育的西安探索

积极开展脑科学教研培训与课堂教学研讨活动。近年来，西安市教育科学研究院积极带领全市中小学开展了各项脑科学与教育教科研活动：举办“西安名师引进培训”活动，“数智时代·教育创新”脑科学与教育发展研讨会，“第十四个世界自闭症关注日西安主题活动暨自闭症儿童医疗、教育、康复综合治疗新思路”研讨会，“关注脑科学，提高学生学习质量”专题研讨会，“立足脑智发展，共建生态思维课堂”专题研讨会等。

脑科学课程进校园：设计推广脑科学校本课程，西安地区率先在曲江第二小学落地;增加脑科学社团，适应学校和家庭需求，增设社团课程;增设脑科学双师课程，突出学校特色，为学科教育赋能;成立脑与学习研究中心，不断研究、创新，扩大脑科学受益学校范围。

更新理念、明晰目标，构建有特色的脑科学课程。脑科学课程设计遵循儿童青少年的智力发育特点和身体发育规律，寓教于乐，通过游戏的方式，在轻松愉悦的氛围中，以不同的方式对大脑进行刺激，促进大脑各功能区块的平衡发展和协同工作，全面提高认知能力（记忆力、想象力、专注力、观察力、推理能力、计算能力、空间能力）、非认知能力（社会性、协调性、自信心等），为党和国家培养创新型人才。

西安市各学校脑智开发课程、脑科学实验室课程、全脑“五育”“体能大循环课程”，通过丰富多样的形式落实课程。一是寓教于乐，以游戏的形式授课，节奏感强，课堂氛围紧张、轻松、愉悦。二是潜意识学习，在不知不觉中吸收知识，提升智力。三是发展认知能力+非认知能力，在提高智力（IQ）的同时，培养学生的社会性、协调性、自信心等情感商数（EQ）。四是和自己竞争，学生只和过去一天、一周、一月、一年的自己竞争，强调自我增值发展。具体课堂教学环节包括：听力训练、视觉训练、动手操作、记忆诵读、题型训练、观察推理六大环节。

教育脑科学是未来教育的基础。与青少年脑智开发、国家综合国力提升、创新型人才战略等息息相关。教育脑科学的普及、推广和深化，是教育工作者肩负的重任。西安地区的脑与科学教育研究正在起步，相信在不久的将来，在各位专家的指导和引领下，我们将迈开步子，创新思路，探索更多的实践路径，争取更大的应用效果。