脑科学对儿童学习和教育的启示.ppt
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- 脑科学 儿童 学习 教育 启示
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1、脑科学对儿童学习和教育的脑科学对儿童学习和教育的启示启示主要内容主要内容 一、人体中最复杂的器官一、人体中最复杂的器官脑脑 二、与脑有关的一些话题二、与脑有关的一些话题 三三、执行功能与学习、执行功能与学习 四四、具体学科的学习、具体学科的学习 2003年,国际心智、脑和教育学会(年,国际心智、脑和教育学会(IMBES)成立,这是基于实证的神经教育学诞生的)成立,这是基于实证的神经教育学诞生的标志标志 神经教育学基于学习科学的研究之上,但是神经教育学基于学习科学的研究之上,但是它本身不属基础研究学科,也就是说,它它本身不属基础研究学科,也就是说,它主主要不是发现学习的规律,而是在运用已经发要不
2、是发现学习的规律,而是在运用已经发现的规律,来解决教育问题现的规律,来解决教育问题,和所有教育学,和所有教育学一样是一门应用科学,更像工程学和医一样是一门应用科学,更像工程学和医学学 也和传统的教育学一样,需要考虑不同文化也和传统的教育学一样,需要考虑不同文化和历史背景的独特性,考虑价值取向,必须和历史背景的独特性,考虑价值取向,必须和教育实践紧密相连和教育实践紧密相连一、人体中最复杂的器官一、人体中最复杂的器官-脑脑什么是脑什么是脑?脑是人最重要的器官脑是人最重要的器官 人之所以独特因为人有独特的脑,脑死亡人之所以独特因为人有独特的脑,脑死亡了实际上作为人的主要特征就不复存在了了实际上作为人
3、的主要特征就不复存在了 脑是世界上我们接触到的最复杂的系统脑是世界上我们接触到的最复杂的系统脑是自然进化造就的,至今为止我们知道的世界上最复杂的系统 脑的基本结构单元脑的基本结构单元神经元神经元神经元神经元 NeuronNeuron 细胞体细胞体 Cell Cell BodyBody轴突轴突 AxonAxon树突树突 DendriteDendrite人脑中含有数千亿人脑中含有数千亿(10(101111)的神经元的神经元突触(突触(Synapse)神经元与神经元之间,神经元与神经元之间,或神经元与非神经细胞或神经元与非神经细胞之间的一种特化的细胞之间的一种特化的细胞连接,称为连接,称为突触突触。
4、突触是神经元之间进行突触是神经元之间进行联系和生理活动的关键联系和生理活动的关键性结构。性结构。出生时看到第一张面孔出生时看到第一张面孔神经剪除神经剪除 人出生时,大脑皮层的每个神经元有大约人出生时,大脑皮层的每个神经元有大约2500个突触;两到三岁时,每个神经元突个突触;两到三岁时,每个神经元突触的数目达到大约触的数目达到大约15000个;成年以后,每个;成年以后,每个神经元突触的数目大约是个神经元突触的数目大约是7500个。个。人的经历决定哪个连接将被加强,哪个将人的经历决定哪个连接将被加强,哪个将被修剪;反复被激活的连接将得到保存。被修剪;反复被激活的连接将得到保存。突触生长和剪除突触生
5、长和剪除面孔识别的特异性面孔识别的特异性在发育不同阶段突触连接和密度的变化在发育不同阶段突触连接和密度的变化通常说灰质变化是一个倒通常说灰质变化是一个倒U U 型的曲线型的曲线无意识水平中的中枢神经系统无意识水平中的中枢神经系统 脊髓脊髓 脑干脑干 小脑小脑 丘脑和下丘脑丘脑和下丘脑 杏仁核杏仁核 海马海马海马海马 海马的主要功能是海马的主要功能是形成记忆形成记忆。随着时间的推移,海马会逐步放弃对皮随着时间的推移,海马会逐步放弃对皮层记忆的控制。也就是说,一旦事件在层记忆的控制。也就是说,一旦事件在皮层的长时记忆里被完全编码,就不需皮层的长时记忆里被完全编码,就不需要通过海马进行提取。要通过海
6、马进行提取。海马严重受损的人,不能回忆刚发生的海马严重受损的人,不能回忆刚发生的任何事情,也就不能编码新的记忆。任何事情,也就不能编码新的记忆。杏仁核杏仁核 杏仁核杏仁核脑的脑的“预警系统预警系统”,被称做脑的,被称做脑的心理哨兵,在心理哨兵,在情绪控制情绪控制上起着主要的作用。上起着主要的作用。如果杏仁核认为刺激具有潜在的危险,它就如果杏仁核认为刺激具有潜在的危险,它就会刺激下丘脑向肌体发出激素信号,促成生会刺激下丘脑向肌体发出激素信号,促成生理上的改变,以备采取行动:血压升高、心理上的改变,以备采取行动:血压升高、心跳加快、肌肉紧张。跳加快、肌肉紧张。杏仁核会产生无意识的记忆,形成杏仁核会
7、产生无意识的记忆,形成情绪记忆情绪记忆,可以在没有与特定事件相联系的有意识记,可以在没有与特定事件相联系的有意识记忆的情况下引发反应。忆的情况下引发反应。大脑皮层大脑皮层 枕叶:位于脑后中心部位的下方,是枕叶:位于脑后中心部位的下方,是处理视觉刺激的主要中心,因此往往处理视觉刺激的主要中心,因此往往也被称为视觉皮层。也被称为视觉皮层。颞叶:主要处理听觉刺激,由许多处颞叶:主要处理听觉刺激,由许多处理听觉、语言和某方面记忆的亚区组理听觉、语言和某方面记忆的亚区组成。成。顶叶:处理触觉、压力、温度和疼痛顶叶:处理触觉、压力、温度和疼痛等知觉,并能调节注意或分配空间注等知觉,并能调节注意或分配空间注
8、意。意。额叶:与推理、计划、情感、问题解额叶:与推理、计划、情感、问题解决,以及部分的语言和运动(运动皮决,以及部分的语言和运动(运动皮层)有关。层)有关。5-20岁人脑的发育岁人脑的发育01481216年龄年龄 语言语言高级认知功能高级认知功能369-3-6月月 年年 感觉通路感觉通路(视觉、听觉)(视觉、听觉)发展速度发展速度 学习与环境经验对脑的结构和功能区会产学习与环境经验对脑的结构和功能区会产生影响。生影响。特定的学习与经验影响大脑特定的区域。特定的学习与经验影响大脑特定的区域。不同类型的学习与经验以不同的方式改变不同类型的学习与经验以不同的方式改变大脑的结构。大脑的结构。受教育的程
9、度、挑战性的学习经历、学习受教育的程度、挑战性的学习经历、学习技能的掌握水平以及学习的起始年龄等是技能的掌握水平以及学习的起始年龄等是影响脑结构重组的因素。影响脑结构重组的因素。突触连接的细微结构与功能区的大小受到突触连接的细微结构与功能区的大小受到整个生命过程中的经验包括教育的影响。整个生命过程中的经验包括教育的影响。脑的建构脑的建构二、与脑有关的一些话题二、与脑有关的一些话题我们只使用了我们只使用了10%的脑吗?的脑吗?10%的说法是怎么开始的?的说法是怎么开始的?可能始于对爱因斯坦所说的话的错误引用;可能始于对爱因斯坦所说的话的错误引用;也有可能源于也有可能源于1908年年William
10、 James的一句话,的一句话,他写到:他写到:“我们只使用了我们所有心理和生理资我们只使用了我们所有心理和生理资源的一小部分。源的一小部分。没有科学证据表明我们只使用了没有科学证据表明我们只使用了10%的脑!的脑!我们使用了全部的脑!我们使用了全部的脑!只使用只使用10%的脑意味着什么?的脑意味着什么?脑和营养脑和营养脑的正常工作所需要的营养脑的正常工作所需要的营养 糖类:能量的基本来源,最好来自于粗杂粮糖类:能量的基本来源,最好来自于粗杂粮 蛋白质:脑细胞的重要成分之一,学习、记忆、语蛋白质:脑细胞的重要成分之一,学习、记忆、语言等活动都需要蛋白质的合成言等活动都需要蛋白质的合成 脂类:脑
11、细胞脂类:脑细胞60%左右是由脂类所构成,和蛋白质左右是由脂类所构成,和蛋白质一起在髓鞘化的过程中起着重要的作用一起在髓鞘化的过程中起着重要的作用 维生素:保持脑细胞活力所不可缺少的营养素。特维生素:保持脑细胞活力所不可缺少的营养素。特别是维生素别是维生素C,对提高脑功能有重要作用,对提高脑功能有重要作用 常量元素:维持正常生理功能常量元素:维持正常生理功能 微量元素:参与酶系统的活动微量元素:参与酶系统的活动营养不足或过剩都会影响神经系统营养不足或过剩都会影响神经系统 以下方面会导致维生素和矿物质缺乏:以下方面会导致维生素和矿物质缺乏:饥饿饥饿饮食条件差饮食条件差维生素和矿物质吸收能力差维生
12、素和矿物质吸收能力差消化系统受到损害消化系统受到损害感染感染酒精中毒酒精中毒营养建议营养建议 平衡膳食,多吃粗粮,不挑食平衡膳食,多吃粗粮,不挑食 营养不良的一些影响可以通过适当的饮食进行营养不良的一些影响可以通过适当的饮食进行修复,所以不是所有不良饮食的影响都是永久修复,所以不是所有不良饮食的影响都是永久性的(早期营养不良影响较大)性的(早期营养不良影响较大)不要盲目给孩子补充大量维生素和矿物质,正不要盲目给孩子补充大量维生素和矿物质,正常的饮食已经能够满足营养需求,除非在特定常的饮食已经能够满足营养需求,除非在特定的营养物质吸收方面存在生理问题的营养物质吸收方面存在生理问题 不同个体对不同
13、营养成分的反应和需要方面差不同个体对不同营养成分的反应和需要方面差异很大,不要盲目相信所谓的各种儿童营养保异很大,不要盲目相信所谓的各种儿童营养保健品,如需补充,谨遵医嘱健品,如需补充,谨遵医嘱睡眠与学习睡眠与学习不同年龄阶段所需要的睡眠时间不同年龄阶段所需要的睡眠时间 出生时出生时 16小时小时 7岁岁 10.5小时小时 14岁岁 8.5小时小时 21岁岁 7.75小时小时 睡眠有两种基本的形式:慢波睡眠睡眠有两种基本的形式:慢波睡眠和快速眼动睡眠。和快速眼动睡眠。慢波睡眠慢波睡眠 正常成人入睡时首先进入慢波睡眠。正常成人入睡时首先进入慢波睡眠。慢波睡眠分为四个期相,一共用时约慢波睡眠分为四
14、个期相,一共用时约90分钟。分钟。慢波睡眠阶段,脑血流量会逐渐下降,慢波睡眠阶段,脑血流量会逐渐下降,会出现心率减慢、血压下降、呼吸缓慢会出现心率减慢、血压下降、呼吸缓慢和体温降低。和体温降低。快速眼动睡眠快速眼动睡眠 在约在约90分钟的慢波睡眠之后,脑电活动分钟的慢波睡眠之后,脑电活动会出现一次快速而剧烈的变化会出现一次快速而剧烈的变化 眼动图记录表明,此时眼球出现了快速眼动图记录表明,此时眼球出现了快速转动(转动(50-60次次/分钟)分钟)大脑皮层的氧消耗和血流量也与人清醒大脑皮层的氧消耗和血流量也与人清醒时相似时相似 80%的人会报告这个阶段在做梦的人会报告这个阶段在做梦睡眠对记忆的影
15、响睡眠对记忆的影响 近年的大量研究发现:近年的大量研究发现:“在发生新认知之后稍微睡一会儿,能巩在发生新认知之后稍微睡一会儿,能巩固和提高从新经验中学习的后期影响固和提高从新经验中学习的后期影响”大脑在慢波睡眠过程中记住陈述性或情景大脑在慢波睡眠过程中记住陈述性或情景记忆的内容记忆的内容非陈述性记忆(技能)则是在快速眼动睡非陈述性记忆(技能)则是在快速眼动睡眠过程中被编码存储眠过程中被编码存储睡眠问题睡眠问题 世界卫生组织对世界卫生组织对14个国家,个国家,15个地区个地区,25916位基层医疗系统就诊的病人调位基层医疗系统就诊的病人调查显示:有查显示:有27%的人有睡眠问题。的人有睡眠问题。
16、中国睡眠研究会公布的结果是中国成中国睡眠研究会公布的结果是中国成年人失眠发生率为年人失眠发生率为38.2%,而,而50%的的学生缺少睡眠。学生缺少睡眠。(大众科技报(大众科技报20090322)中小学生睡眠不足的主要原因中小学生睡眠不足的主要原因 学校上学时间过早:尤其是中学学校上学时间过早:尤其是中学 择校:学校离家远,需要早起择校:学校离家远,需要早起 作业太多作业太多 兴趣班、辅导班兴趣班、辅导班睡眠不足的危害睡眠不足的危害 睡眠不足慢慢会造成儿童和青少年学业成睡眠不足慢慢会造成儿童和青少年学业成绩下降。绩下降。学校的作息时间也会影响儿童和青少年的学校的作息时间也会影响儿童和青少年的睡眠
17、模式。随着学生年级的升高,学校开睡眠模式。随着学生年级的升高,学校开始上课的时间越来越早,如果学生无法相始上课的时间越来越早,如果学生无法相应调整休息时间,就会造成睡眠剥夺。应调整休息时间,就会造成睡眠剥夺。导致学生早上昏昏欲睡,而到了下午快放导致学生早上昏昏欲睡,而到了下午快放学的时候他们却变得更为清醒。学的时候他们却变得更为清醒。上海市原副市长沈晓明教授领衔的上海市原副市长沈晓明教授领衔的“睡眠对睡眠对儿童生长发育影响的研究及其应用儿童生长发育影响的研究及其应用”获得获得2011年国家科技进步二等奖年国家科技进步二等奖 对目前中小学校作息制度的改革提出建议,对目前中小学校作息制度的改革提出
18、建议,并以上海市部分中小学校为试点进行了干预并以上海市部分中小学校为试点进行了干预效果评价,完成了通过研究推动干预措施出效果评价,完成了通过研究推动干预措施出台,再到措施效果评估的完整应用台,再到措施效果评估的完整应用 不妨考虑适当减少学生的家庭作业,早上到不妨考虑适当减少学生的家庭作业,早上到校时间推迟半个小时校时间推迟半个小时左脑左脑 or 右脑?右脑?大脑优势?大脑优势?左半脑左半脑语言语言 数学数学 逻辑逻辑 右半脑右半脑空间能力空间能力 面部识别面部识别 美术美术 音乐音乐每个脑半球都优先支每个脑半球都优先支配着某些行为。当然,配着某些行为。当然,一般来说普通人的两一般来说普通人的两
19、个半脑协同工作,它个半脑协同工作,它们之间通过胼胝体联们之间通过胼胝体联系并传递信息。系并传递信息。没有科学证据表明创造性水平与右半没有科学证据表明创造性水平与右半球的活动之间存在着相关性球的活动之间存在着相关性 同样,也没有科学证据表明分析性与同样,也没有科学证据表明分析性与逻辑性思维依赖于左脑,或者左脑是逻辑性思维依赖于左脑,或者左脑是专门负责数学与阅读的专门负责数学与阅读的 科学家们认为,虽然脑的两个半球的科学家们认为,虽然脑的两个半球的功能存在不对称性,但是并不是分开功能存在不对称性,但是并不是分开来运行的,而是共同完成所有的认知来运行的,而是共同完成所有的认知任务任务以以“空间关系解
20、码能力空间关系解码能力”为例为例 左半脑更擅长于对空间左半脑更擅长于对空间“分类分类”关系进行关系进行解码,即高或低、左或右解码,即高或低、左或右 右半脑更擅长于对空间距离关系进行解码右半脑更擅长于对空间距离关系进行解码,即连续的距离,即连续的距离 即使在这两个特例中,脑的两个半球都激即使在这两个特例中,脑的两个半球都激活,共同活动活,共同活动 在教育上划分所谓的在教育上划分所谓的“左脑左脑”和和“右脑右脑”是错误的!是错误的!任何所谓的任何所谓的“左脑教育左脑教育”、“右脑右脑教育教育”、“左脑开发左脑开发”、“右脑开右脑开发发”也都是错误的!也都是错误的!音乐与学习音乐与学习脑与音乐脑与音
21、乐 听觉信息从耳朵传递到脑听觉信息从耳朵传递到脑干,然后到丘脑,最后传干,然后到丘脑,最后传递到位于脑两侧的听觉皮递到位于脑两侧的听觉皮层(在颞叶上)。层(在颞叶上)。莫扎特效应?!(莫扎特效应?!(1)倾听古典音乐似乎能够改善记忆吗?倾听古典音乐似乎能够改善记忆吗?1993年加利福尼亚大学做了一项研究,科学家年加利福尼亚大学做了一项研究,科学家们选择了以下曲子,让大学生分别倾听了们选择了以下曲子,让大学生分别倾听了10分分钟:钟:莫扎特莫扎特D大调双钢琴奏鸣曲大调双钢琴奏鸣曲 一段放松音乐一段放松音乐 寂静寂静 听完这些选曲之后,学生们立即参加一个空间听完这些选曲之后,学生们立即参加一个空间
22、推理测试,结果显示学生在听过莫扎特音乐后推理测试,结果显示学生在听过莫扎特音乐后的得分要比听过放松音乐或寂静后得分都高的得分要比听过放松音乐或寂静后得分都高莫扎特效应?!(莫扎特效应?!(2)几乎没有什么证据证明莫扎特效应和智几乎没有什么证据证明莫扎特效应和智力的关系!最新的一些研究结论都不支力的关系!最新的一些研究结论都不支持莫扎特效应。持莫扎特效应。相反,适当的压力反而会加强记忆,放相反,适当的压力反而会加强记忆,放松可能会削弱记忆。松可能会削弱记忆。边听音乐边学习边听音乐边学习 美国美国应用认知心理学应用认知心理学杂志杂志2010年的年的一篇文章认为边听音乐边学习,不管是一篇文章认为边听
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