如何培养更优秀的学习者

八个月大的卢卡斯·克朗米勒刚刚在他几乎没有头发的头上戴上了一顶装有 128 个电极的帽子。他面前的一位研究助理正在拼命地吹泡泡来逗他开心。但卢卡斯看起来平静而满足。毕竟，自从他四个月大以来，他已经多次来到罗格斯大学的婴儿研究实验室，所以今天的一切都很正常。他和之前的一千多名其他年轻人一样，正在帮助 April A. Benasich 和她的同事们 выяснить，即使在最早的年龄，是否有可能确定一个孩子是否会在语言方面遇到困难，而这些困难将在刚进入小学时成为沉重的负担。

贝纳西奇是一批研究人员之一，他们一直在使用大脑记录技术来理解学习早期阶段的基本过程。神经教育这门新科学旨在寻找认知心理学家和教育家一直困惑的问题的答案。

例如，新生儿处理声音和图像的能力与几年后孩子学习字母和单词的能力有何关系？幼儿在学前班保持精神集中的能力对日后的学业成功意味着什么？教育工作者可以做些什么来培养孩子的社交技能——这对课堂也很重要？这些研究可以补充心理学和教育研究项目已建立的丰富知识。

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它们还承诺为培养更优秀的学习者，以及为婴儿和幼儿准备阅读、写作、算术以及在幼儿园及以后的复杂社交网络中生存提供基于脑科学的新思路。这项工作的大部分重点集中在生命的最初几年和小学早期，因为一些研究表明，大脑在那段时间最容易发生改变。

顿悟时刻

贝纳西奇研究的是最年幼的孩子感知声音方式的异常现象，这是一种对语言理解至关重要的认知过程，而语言理解反过来又构成了阅读和写作技能的基础。贝纳西奇曾是一名护士，后来获得了两个博士学位，她专注于她称之为“顿悟时刻”——大脑电活动的突然转变，这表明已经识别出了新的东西。

贝纳西奇在新泽西州纽瓦克市的实验室的研究人员让婴儿接触特定频率和持续时间的音调。然后，他们记录当播放不同频率时，大脑中产生的电信号的变化。通常，脑电图 (EEG) 会对变化产生强烈的振荡——表明大脑基本上在说：“是的，有些东西改变了”；对不同音调的反应时间延迟意味着大脑没有足够快地检测到新的声音。

研究发现，六个月大时这种迟缓的电活动模式可以预测三到五岁时的语言问题。在幼儿和学龄前持续存在的活动差异可以预示大脑回路发展方面的问题，该回路处理语音基本单位感知过程中发生的快速转换。如果儿童在幼儿时期未能足够快地听到或处理语音成分——例如“da”或“pa”——他们可能会在“拼读”书写字母或头脑中的音节方面落后，这可能会在以后阻碍阅读的流畅性。贝纳西奇的其他研究表明，在处理这些声音方面遇到早期问题的儿童在八九年后的心理语言测试中表现不佳，这些发现为这些研究提供了更严格的证实。

如果贝纳西奇和其他人能够诊断出婴儿未来可能出现的语言问题，他们或许能够通过利用发育中的大脑固有的可塑性——其应对新体验而发生改变的能力来纠正这些问题。他们甚至有可能改善大脑正常发育的婴儿的基本功能。“确保大脑以最适合学习的方式建立起来的最简单时间可能是在第一年的前半段，”她说。

游戏，即使在婴儿床里，也可能是一个答案。贝纳西奇和她的团队设计了一款游戏玩具，训练婴儿通过转头或转移视线（通过跟踪传感器检测）来对音调的变化做出反应。当发生移动时，会播放一段视频片段，这是对良好努力的奖励。

2014 年报告的一项研究表明，经历过这种训练的婴儿比仅被动聆听或根本没有接触过声音的儿童更快、更准确地检测到声音中的微小调制。基于这项研究，贝纳西奇认为，这款游戏将有助于那些在处理这些声音方面有障碍的婴儿更快地做出反应。她现在正在开发一款互动游戏，可以训练婴儿感知快速的声音序列。

数感

尽早锻炼认知能力也可能有助于婴儿调整基本的数学技能。法国国家健康与医学研究院的神经科学家 Stanislas Dehaene 是数字认知领域的领导者，他试图开发帮助儿童解决早期数学难题的方法。婴儿从出生起就具有一定的数字识别能力。德阿纳说，如果这种技能从一开始就没有到位，孩子以后可能会在算术和高等数学方面遇到困难。德阿纳称之为“数感”的干预措施可能有助于后进生避免在数学课上多年的困难。

这一研究方向与著名心理学家让·皮亚杰的观点相悖，后者认为，在婴儿进行婴儿床计算时，他们的大脑是一片空白，或者说是白板。皮亚杰认为，孩子们必须通过多年与积木、麦圈或其他物体的互动，才能形成数字的基本概念。他们最终会了解到，当小小的燕麦圈在桌子上被推来推去时，位置会发生变化，但数字保持不变。

神经科学界已经积累了大量研究，表明人类和其他动物具有基本的数字感。当然，婴儿不会从子宫里跳出来就在脑海中进行微分方程计算。但实验发现，幼儿通常会去抓那排 M&M 豆，因为那排糖果最多。其他研究表明，即使是几个月大的婴儿也能理解相对大小。如果他们看到五个物体被藏在屏幕后面，然后再往第一组中添加五个物体，当屏幕被移除时，如果他们只看到五个物体，他们会表现出惊讶。

婴儿似乎也天生具有其他数学能力。除了是冠军估计器之外，他们还可以区分确切的数字——但仅限于三或四个数字。德阿纳在确定大脑区域——顶叶的一部分（顶内沟）——方面发挥了重要作用，数字和近似数量就表示在那里。（将手放在头顶后部以确定顶叶的位置。）

估计群体大小的能力也存在于海豚、老鼠、鸽子、狮子和猴子身上，这可能是一种进化上的传承，是衡量你的氏族是否应该在面对敌人时战斗还是逃跑，以及确定哪棵树结出的果实最多以供采摘所必需的。德阿纳与法国国家科学研究中心的语言学家皮埃尔·皮卡和他的同事们通过与巴西亚马逊地区的蒙杜鲁库印第安人合作，发现了更多关于这种本能能力的证据。蒙杜鲁库印第安人是一个数字词汇非常初级的部落。它的成年成员可以分辨出哪个点阵比另一个点阵大，他们的任务完成得几乎与法国对照组一样好，但大多数人无法回答从六个物体中移除四个物体后还剩下多少个物体。

这种近似系统是构建更复杂的数学的基石。这些先天能力中的任何缺陷都可能在以后带来麻烦。在 20 世纪 90 年代初期，德阿纳假设，随着年龄的增长，儿童会在他们内部的棒球场估计系统基础上构建更复杂的计算。事实上，自那以来的几年里，许多研究发现，幼儿原始数字估计系统的功能受损可以预测，孩子在小学及以后的算术和标准数学成绩测试中表现不佳。“我们现在意识到，算术等领域的学习必须建立在婴儿期已经具备的某些核心知识之上，”德阿纳说。

事实证明，计算障碍（相当于阅读障碍的计算障碍），其特征是计算技能滞后，影响了 3% 到 7% 的儿童。与阅读障碍相比，计算障碍受到的教育工作者的关注要少得多——但它可能同样具有破坏性。发表在 2011 年 5 月《科学》杂志上的一篇评论文章指出，“他们收入减少，消费减少，更容易生病，更容易触犯法律，并且在学校需要更多帮助。”

与语言一样，早期干预可能会有所帮助。德阿纳和他的团队设计了一个简单的电脑游戏，他们希望这款游戏能够提高数学能力。这款名为“数字竞赛”的游戏锻炼了四到八岁儿童的这些基本能力。在一个版本中，玩家必须在电脑控制的对手偷走最大的一堆金币之前，选择两堆金币中较大的一堆。这款游戏会自动适应玩家的技能水平，在更高的级别中，孩子必须在进行比较以确定最大的一堆金币之前，添加或减去金币。如果孩子获胜，他或她将向前迈进的步数等于刚刚赢得的金币数量。第一个到达虚拟游戏板上最后一步的玩家获胜。

这款开源软件已被翻译成八种语言，它并没有对大脑训练的好处做出夸张的声明。即便如此，已有超过 20,000 名教师从芬兰一家政府支持的研究机构下载了这款软件。德阿纳的团队开发了一款名为 Kalulu 的软件新版本，并且正在法国学生中进行一项随机试验，测试它是否可以预防计算障碍并帮助健康儿童增强其基本的数感。

控制你自己

良好学习的认知基础在很大程度上取决于心理学家所说的执行功能，这是一个涵盖诸如注意力集中能力、将刚刚看到或听到的内容保存在工作记忆的心理草稿纸中以及延迟满足感等认知属性的术语。这些能力可以预测在学校甚至在工作世界中的成功。1972 年，斯坦福大学进行了一项著名的实验——“这是一块棉花糖，如果你在我回来之前不吃掉这块棉花糖，我会再给你一块”——这表明了执行功能的重要性。那些能够等待的孩子，无论他们多么想要这块糖果，在学校和以后的生活中都表现得更好。

在 21 世纪，专家们已经接受了执行功能是一种可以教授的技能的观点。“思维工具”教育课程在一些低收入学区取得了成功，与高收入学区相比，那里的孩子通常在学业上表现不佳。该计划训练儿童抵制诱惑和干扰，并练习旨在增强工作记忆和灵活思维的任务。

在一个自我调节任务的例子中，孩子可能会大声告诉自己该怎么做。这些技术可能非常强大，以至于在高等教育中心，经济学家现在正在考虑公共政策措施，以提高自我控制能力，以此作为“增强人口的身心健康和财务健康并降低犯罪率的一种方式”，2011 年发表在《美国国家科学院院刊》上的一项研究的作者评论道。

神经科学实验室的研究结果支持了这一观点，并揭示了可能不需要反复练习来抵制隐喻的棉花糖。音乐训练也可以奏效。研究人员发现，勤奋地练习乐器可能会在课堂上获得回报——这让人想起了“虎妈”作者蔡美儿，她坚持让女儿们在小提琴和钢琴上花费大量时间。演奏乐器可以提高注意力、工作记忆和自我控制能力。

提供此类研究结果的部分研究来自西北大学 Nina Kraus 领导的一个神经科学家小组。Kraus 是该校听觉神经科学实验室的负责人，她在多元化的声音环境中长大。她的母亲是一位古典音乐家，用她的母语意大利语与这位未来的神经科学家交谈，Kraus 现在仍然会弹钢琴、吉他和鼓。“我喜欢它——它是我生活的重要组成部分，”她说，尽管她认为自己“只是一个蹩脚的音乐家”。

Kraus 使用脑电图记录来测量神经系统如何编码音乐作品的音高、节奏和音色——以及练习音乐所产生的神经变化是否会提高认知能力。她的实验室发现，音乐训练可以增强工作记忆，也许最重要的是，让学生成为更好的听众，使他们能够从有时在课堂上盛行的七嘴八舌的氛围中提取语音。

将音乐训练作为大脑补品仍处于起步阶段，关于哪种类型的练习可以增强执行功能，仍有许多问题尚未解答：演奏钢琴还是吉他，或者音乐是由莫扎特还是贾斯汀·比伯创作的，重要吗？至关重要的是，音乐课是否会对有学习困难或来自低收入学区的学生有所帮助？

但 Kraus 指出了轶事证据，表明音乐训练的影响甚至延伸到了学术课程。“和谐计划”为洛杉矶的低收入青少年提供音乐教育。参与该计划的数十名学生已经高中毕业并升入大学，通常是他们家中第一个这样做的人。

Kraus 与“和谐计划”合作，并在 2014 年发表了一项研究，该研究表明，其项目中的儿童练习乐器两年后，比仅练习一年的儿童能够更好地处理与阅读和语言技能密切相关的声音。Kraus 主张使用吉他而不是大脑游戏。“如果学生必须在据称可以提高记忆力的电脑游戏或乐器之间做出选择来支配自己的时间，在我看来，毫无疑问，哪一个对神经系统更有益，”Kraus 说。“如果你试图复制一段吉他前奏，你必须把它记在脑子里，并一遍又一遍地尝试 воспроизвести 它。”

炒作警报

随着对成功“四门功课”——三门传统功课（阅读、写作和算术）以及自我冲动控制作为第四门功课——背后的大脑机制的研究继续进行，许多参与神经教育的科学家都在努力避免过度炒作他们正在测试的干预措施。他们渴望将他们的研究成果转化为对儿童的实际帮助，但他们也很清楚，研究还有很长的路要走。他们也知道，教师和家长已经被大量未经测试的增强学习的产品搞得晕头转向，而且一些备受吹捧的工具已被证明令人失望。

举例来说，几年前，围绕着仅仅听莫扎特奏鸣曲就能让婴儿更聪明的观点，一个小产业发展起来了，但这种观点未能经受住进一步的审查。Kraus 的研究表明，要获得任何益处，你必须实际演奏乐器，锻炼大脑的听觉处理区域：你练习得越多，你区分声音细微差别的能力就越强。仅仅听是不够的。

同样，即使是一些声称有确凿科学证据证明其有效性的大脑训练技术也受到了质疑。《儿童心理学和精神病学杂志》2011 年 3 月号发表的一项荟萃分析回顾了可能是有史以来最著名的大脑训练方法——由罗格斯大学的 Paula A. Tallal、加州大学旧金山分校的 Michael Merzenich 及其同事开发的名为 Fast ForWord 的软件的研究。该分析未发现该软件在帮助有语言或阅读困难的儿童方面有效的证据。与贝纳西奇（Tallal 的前博士后研究员）使用的方法一样，该软件试图改善可能导致学习问题的声音处理缺陷。该荟萃分析引起了该软件制造商 Scientific Learning 的强烈反驳，该公司声称选择标准过于严格，分析中的大多数研究实施不力，并且该软件自研究进行以来已得到改进。

老生常谈的说法——需要更多的研究——广泛适用于神经教育领域的许多努力。德阿纳的数字游戏在获得广泛接受之前仍需要进行微调。一项对照研究表明，该游戏帮助儿童比较数字，尽管这种成并没有转化为更好的计数或算术技能。研究人员希望新版本 (Kalulu) 能够解决这些问题。然而，另一项发现质疑音乐训练是否能提高执行功能，从而提高智力。

在一个新兴领域，一项研究经常与另一项研究相矛盾，但紧随其后的是第三项研究，它反驳了前两项研究。这种曲折的轨迹是所有科学的基础，有时会导致夸大的说法。在神经教育领域，教师和家长有时会成为“基于科学”的软件和教育项目广告的受害者。“这令人困惑。这令人费解，”Deborah Rebhuhn 说，她是新泽西州高地公园中心学校的一名数学教师，该学校是一所特殊教育机构，接收来自全州公立学校的学生。“我不知道该尝试哪种方法。而且没有足够的证据可以去校长那里说某种方法有效。”

学前微调

科学家们整天都在思考脑电图波形和磁共振成像中的复杂数字模式，他们意识到他们还不能为改善学习提供明确的基于神经科学的处方。然而，这项工作正在引导人们看到可能的愿景，也许是为 Z 世代或其后代。考虑一下哈佛大学和麻省理工学院之间合作项目的神经科学教授约翰·D·E·加布里埃利的观点。在 2009 年《科学》杂志上的一篇评论文章中，加布里埃利推测，最终，基于大脑的评估方法，结合传统的测试、家族史，甚至可能是基因测试，可以在六岁时检测出阅读问题，并允许进行密集的早期干预，这可能会消除学龄儿童中的许多阅读障碍病例。

一项研究已经发现，幼儿园儿童的脑电图比标准的心理测量更能预测五年级学生的阅读能力。通过接受脑部监测并结合标准方法，每个孩子都可以在入学前接受评估，如果需要，可以根据今天神经科学实验室不断涌现的研究结果，接受补救性训练。如果加布里埃利的愿景得以实现，脑科学可能会赋予个性化教育的概念一个全新的含义——一种甚至在孩子踏入教室之前就增强学习能力的含义。

相信它：天生具有估算能力

从我们出生时起，我们就对数字有了一些概念。在这一先天技能方面有缺陷的儿童，往往会在以后的生活中苦苦挣扎。Stanislas Dehaene 和他的同事们创建了一个游戏“数字竞赛”，旨在增强我们天生的估计数量的能力。学龄前儿童在计算机的动物头像偷走更大的一堆金币之前，判断哪一组金币更大（左上）。儿童的正确猜测会使其头像从之前的位置前进相应的步数；失败者前进的步数等于较小数量的金币（右下）。最先到达数字线末尾的人获胜。

关于大脑的 5 个常见误区

关于儿童学习方式的一些广为流传的观点可能会导致教育工作者和家长采用错误的教学原则。

最佳大脑训练：练习小提琴

从小进行密集的音乐训练不仅培养了演奏乐器的能力，还培养了其他技能。音乐家对声音的细微声学特征的专注有助于语言理解，并促进认知技能：注意力、工作记忆和自我调节。

更好的听众

音乐家比非音乐家更清晰地感知声音，因为练习乐器可以训练整个大脑。乐器的声音从内耳的耳蜗传播到原始脑干，然后再移动到大脑皮层（高级大脑功能的位置），然后再返回到脑干和耳蜗。这种反馈回路使音乐家能够调动各个大脑区域来产生，例如，曲调的适当音高。对脑干中电信号的监测（黄色曲线）揭示了音乐家对音高的敏锐度：音乐家比非音乐家更准确地跟踪传入的声波（红色曲线）。