如何培养更优秀的学习者

八个月大的卢卡斯·克朗米勒刚刚在他的大部分无毛头部安装了一个由 128 个电极组成的帽子。他面前的一位研究助理正在疯狂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。他和之前超过 1,000 名的其他年轻人一样，正在帮助艾普丽尔·A·贝纳西奇和她的同事们找出，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，而这些困难在刚进入小学时会成为一种沉重的负担。

贝纳西奇是众多研究人员之一，他们一直在使用脑电记录技术来理解学习的基本过程。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不解的问题的答案。

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儿童的社交技能——这在课堂上也至关重要？这些研究可以补充心理学和教育研究项目已建立的大量知识。

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它们还承诺提供基于脑科学的新思路，以培养更优秀的学习者，并为婴儿和幼儿做好阅读、写作、算术以及在托儿所及以后的复杂社交网络中生存的准备。这项工作的大部分集中在生命的最初几年和小学早期，因为一些研究表明，大脑在那时最容易发生变化。

顿悟时刻

贝纳西奇研究最年幼儿童大脑感知声音方式的异常现象，这是一种语言理解的基本认知过程，而语言理解又是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，她专注于她所谓的顿悟时刻——大脑电活动的突然转变，这表明已经识别出新的事物。

在新泽西州纽瓦克贝纳西奇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，他们记录大脑在播放不同频率时产生的电信号变化。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，有变化”；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。在幼儿和学龄前儿童时期持续存在的活动差异可以预示大脑回路发育中出现问题，而大脑回路会处理语音基本单元感知过程中发生的快速转换。如果儿童未能足够快地听到或处理语音成分——例如“da”或“pa”——作为幼儿，他们可能会在“读出”书面字母或音节方面落后，这可能会在以后阻碍阅读的流利性。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得分较差，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变化的能力——来纠正这些问题。他们甚至可能能够改善大脑正常发育的婴儿的基本功能。“确保大脑以最有利于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，也可能是一种答案。贝纳西奇和她的团队设计了一种游戏玩具，可以训练婴儿通过转头或移动眼睛（通过跟踪传感器检测到）来对音调变化做出反应。当发生移动时，会播放视频片段，这是对良好努力的回报。

在 2014 年报告的一项研究中，经过这种训练的婴儿比仅被动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，这款游戏将帮助在处理这些声音方面有障碍的婴儿更快地做出反应。她目前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。

数字感

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。斯坦尼斯拉斯·迪昂，法国国家健康与医学研究院的神经科学家，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。迪昂说，如果这种技能从一开始就不到位，孩子以后可能会在算术和高等数学方面遇到困难。正如迪昂所说，建立这种“数字感”的干预措施可能有助于学习较慢的学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·皮亚杰的观点相矛盾，后者认为婴儿的大脑在婴儿床中进行计算时是一张白板，或者说是一块白板。皮亚杰认为，儿童必须通过与积木、麦圈或其他物体多年的互动，才能逐渐形成数字的基本概念。他们最终会了解到，当小燕麦圈在桌子上被推来推去时，位置会发生变化，但数量保持不变。

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运算。但实验发现，幼儿通常会伸手去拿那排糖果数量最多的 M&M 豆。其他研究表明，即使是只有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，然后又在第一组中添加了另外五个，那么当屏幕被移除时，如果他们只看到五个，他们就会表现出惊讶。

婴儿似乎天生就具有其他数学能力。除了是冠军估计者之外，他们还可以区分确切的数字——但仅限于三到四个数字。迪昂在精确定位大脑区域方面发挥了重要作用——顶叶的一部分（顶内沟），数字和近似量在那里表示。（将手放在头顶后部以定位顶叶。）

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，这可能是一种进化遗留物，需要用来衡量你的氏族在面对敌人时是应该战斗还是逃跑，以及确定哪棵树结的果实最多以供采摘。迪昂与法国国家科学研究中心的语言学家皮埃尔·皮卡及其同事一起，通过与巴西亚马逊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，蒙杜鲁库部落的数字词汇非常初级。它的成年成员可以分辨出一组点是否比另一组点大，执行任务的效果几乎与法国对照组一样好，但大多数人无法回答当从六个物体中移除四个物体时还剩下多少物体。

这种近似系统是构建更复杂数学的基石。这些先天能力中的任何缺陷都可能在以后造成麻烦。在 1990 年代初期，迪昂假设儿童会随着年龄的增长，在他们内部的棒球场估计系统上构建更复杂的计算。事实上，从那时起，许多研究发现，青少年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就测试中表现不佳。“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存在的某些核心知识之上，”迪昂说。

事实证明，计算障碍（相当于阅读障碍的计算）以计算技能滞后为标志，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关注要少得多——但它可能同样具有破坏性。“他们的收入更少，支出更少，更容易生病，更可能触犯法律，并且在学校需要更多帮助，”一篇 2011 年 5 月发表在《科学》杂志上的评论文章指出。

与语言一样，早期干预可能会有所帮助。迪昂和他的团队设计了一款简单的电脑游戏，他们希望这款游戏能够增强数学能力。这款名为“数字竞赛”的游戏锻炼了 4 到 8 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堆金币之前选择两堆金币中较大的一堆。游戏会自动适应玩家的技能，在更高的级别，孩子必须在进行比较以确定最大堆金币之前添加或减去金币。如果孩子获胜，他或她将向前迈进相当于刚刚赢得的金币数量的步数。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，并没有对脑力训练的好处提出夸张的主张。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该软件。迪昂将于今年秋季启动一项涉及 1,000 名学生的随机试验，以测试“数字竞赛”（以及他的团队正在开发的其他脑力游戏）是否可以预防计算障碍，以及它是否可以帮助健康儿童增强他们的基本数字感。

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、将您刚刚看到或听到的内容保存在工作记忆的精神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职场中的成功。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这块棉花糖，我会再给你一块棉花糖”——这表明了执行功能的重要性。能够等待的孩子，无论他们多么想要这种款待，在学校和以后的生活中都表现得更好。

在 21 世纪，专家们已经接受了将执行功能视为一种可教授技能的观点。一个名为“思维工具”的教育课程在一些低收入学区取得了成功，在这些学区，与高收入学区相比，儿童的学业成绩通常不佳。该计划训练儿童抵制诱惑和分心，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采取公共政策措施来提高自我控制能力，以此作为“增强人口的身心健康和降低犯罪率的一种方式”，一篇 2011 年发表在《美国国家科学院院刊》上的研究的作者评论道。

神经科学实验室的研究结果支持了这一观点，并揭示了练习抵制隐喻棉花糖的单调乏味可能不是必需的。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——让人联想到“虎妈”作家蔡美儿，她坚持让女儿们在小提琴和钢琴上花费无尽的时间。演奏乐器可以提高注意力、工作记忆和自我控制能力。

提供此类发现的一些研究来自西北大学妮娜·克劳斯领导的一组神经科学家。克劳斯是那里听觉神经科学实验室的负责人，她在多元化的家庭声音环境中长大。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，克劳斯至今仍在演奏钢琴、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”。

克劳斯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、时值和音色——以及练习音乐产生的神经变化是否会改善认知能力。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普遍存在的众人喧哗的氛围中提取语音。

音乐训练作为大脑滋补剂仍处于起步阶段，关于哪种类型的练习可以增强执行功能，仍然存在许多未解答的问题：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，音乐课是否会帮助有学习困难或来自低收入学区的学生？

但克劳斯指出，轶事证据表明，音乐训练的影响甚至扩展到学术课程。“和谐计划”为洛杉矶的低收入青少年提供音乐教育。数十名参加该计划的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。

克劳斯曾与“和谐计划”合作，并在 2014 年发表了一项研究，该研究表明，其项目中练习乐器两年的儿童比仅练习一年乐器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。克劳斯是吉他而非脑力游戏的倡导者。“如果学生必须在据称可以增强记忆力的电脑游戏或乐器之间选择如何度过时间，那么在我看来，毫无疑问，哪一个对神经系统更有益，”克劳斯说。“如果你试图复制吉他主奏，你必须把它记在脑子里，并一遍又一遍地尝试重现它。”

炒作警报

随着对“4R”成功背后的脑机制（三个传统的机制（阅读、写作和算术）以及调节自身冲动作为第四个机制）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结果转化为对儿童的实际帮助，但他们也很清楚，这项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所轰炸，并且一些备受吹捧的工具已被证明令人失望。

举一个恰当的例子，几年前，围绕着仅仅听莫扎特奏鸣曲就能让婴儿更聪明的想法，一个小产业发展起来，但这种说法未能经受住进一步的审查。克劳斯的研究表明，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。仅听是不够的。

同样，即使是一些声称对其有效性有可靠科学证明的脑力训练技术也受到了质疑。《儿童心理学与精神病学杂志》2011 年 3 月刊发表的一项荟萃分析回顾了可能最著名的脑力训练方法——快速前进软件的研究，该软件由罗格斯大学的保拉·A·塔拉尔、加州大学旧金山分校的迈克尔·默泽尼奇及其同事开发。分析发现，没有证据表明该软件在帮助有语言或阅读困难的儿童方面有效。与塔拉尔的前博士后研究员贝纳西奇使用的方法一样，该软件试图改善可能导致学习问题的声音处理缺陷。荟萃分析激起了该软件制造商 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。

陈词滥调——需要更多研究——广泛适用于神经教育领域的许多努力。迪昂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，尽管这种成就并没有转化为更好的计数或算术技能。正在发布一个新版本，研究人员希望该版本能够解决这些问题。另一项发现质疑音乐训练是否可以提高执行功能，从而提高智力。

在一个新兴领域，一项研究常常与另一项研究相矛盾，紧随其后的是第三项研究，驳斥前两项研究。这种曲折的轨迹是所有科学的基础，有时会导致过度的主张。在神经教育领域，教师和家长有时会成为“基于科学”的软件和教育项目的广告的受害者。“这令人困惑。这令人眼花缭乱，”新泽西州高地公园特殊教育机构中心学校的数学老师黛博拉·雷布勋说，该学校接收来自全州公立学校的学生。“我不知道该尝试哪件事。而且没有足够的证据可以告诉校长说某件事有效。”

学前微调

那些整天思考脑电图波形和磁共振成像中复杂数字模式的科学家意识到，他们还无法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实现的目标，或许是为了 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一位神经科学教授约翰·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，这可能会消除许多学龄儿童中的阅读障碍病例。

一项研究已经发现，幼儿园儿童的脑电图比标准心理测量方法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，可以根据当今从神经科学实验室涌入的发现，接受补救培训。如果加布里埃利的愿景实现，脑科学可能会为个性化教育的概念赋予全新的含义——这种含义甚至包括在孩子踏入教室之前就增强学习能力。

语言能力提升：婴儿床中的早期教育

罗格斯大学的科学家们开发了测试方法，以确定听力正常的婴儿是否在其大脑深处以最佳方式处理声音（顶部面板）。他们正在探索他们正在设计的游戏（底部面板）是否可以为最年幼的儿童做好说话、听力、阅读和写作的准备。

最佳脑力训练：练习小提琴

从小开始的强化音乐训练培养的技能不仅仅是演奏乐器的能力。音乐家对声音的精细声学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。

关于大脑的 5 个常见误解

人类只使用了大脑的百分之十
10 % 的神话（有时会上升到 20%）纯粹是都市传说，是 2011 年电影《永无止境》的情节所造成的，该电影围绕着一种神奇药物展开，该药物赋予主角惊人的记忆力和分析能力。在课堂上，老师可能会恳求学生更加努力，但这样做不会点亮“未使用的”神经回路；学术成就不会仅仅通过调高神经音量开关来提高。

“左脑”和“右脑”的人不同
我们有一个理性的左脑和一个直觉的、艺术的右脑的说法是虚构的：人类在所有认知功能中都使用大脑的两个半球。左脑/右脑的概念起源于人们意识到，许多人（但并非所有人）更多地在左半球处理语言，而在右半球更多地处理空间能力和情感表达。心理学家曾用这个想法来解释不同人格类型之间的区别。在教育方面，出现了一些项目，提倡减少对理性“左脑”活动的依赖。脑成像研究没有显示右半球是创造力中心点的证据。大脑在阅读和数学方面都调动了左右两侧。

你必须先说一种语言才能学习另一种语言
同时学习英语和法语的儿童不会将一种语言与另一种语言混淆，因此发展速度会更慢。这种语言干扰的观点表明，大脑的不同区域会争夺资源。实际上，即使同时学习两种语言的幼儿，也会获得更好的整体语言结构知识。

男性和女性的大脑在决定学习能力的方式上有所不同
男性和女性的大脑确实存在差异，并且独特的生理机能可能会导致他们的大脑功能方式存在差异。但是，没有研究表明，当我们学习新技能时，神经元网络的连接方式存在性别特异性差异。即使最终出现一些性别差异，它们也可能是微小的并且基于平均值——换句话说，它们不一定与任何给定的个体相关。

每个孩子都有特定的学习风格
学生倾向于通过偏爱特定形式的感官输入来更好地学习——“视觉学习者”与听力更好的人相反——这种概念在实际研究中没有得到太多证实。对于这个和其他误解，公众的看法似乎已经超越了科学。乌塔·弗里斯是一位神经科学家，她主持了一个英国小组，该小组研究了神经教育的前景，她敦促家长和教育工作者谨慎行事：“普通大众对获得有关神经科学用于教育的信息有巨大的需求。因此，存在大量完全未经测试、未经尝试且不太科学的方法。”

来源：《心灵、大脑和教育科学》，作者：特蕾西·德库哈马-埃斯皮诺萨。W. W. 诺顿，2010 年；《理解大脑：学习科学的诞生》。经合组织，2007 年；经合组织教育部长级会议，2010 年 11 月 4-5 日