西南大学教育学部

摘 要：

随着认知神经科学的飞速发展与脑科学研究成果的逐渐丰富，将脑科学研究成果应用于课堂教学受到了越来越多人的关注。脑科学为课堂教学设计奠定了科学基础，使课堂教学设计更加科学，有利于课堂教学设计付诸实践。基于脑科学进行课堂教学设计时，在教学内容方面，应注意促进左右脑的协同整体发展；在教学方法方面，应注意发挥情绪联结的作用；在教学氛围营造方面，应注意创建积极的情绪氛围；在教学评价方面，应充分发挥多巴胺奖励效应的作用。

关键词：认知神经科学; 脑科学; 课堂教学设计; 左右脑; 情绪联结; 多巴胺奖励效应;

作者简介： 张家军（1973-），男，河南商城人，西南大学教育学部教授、教育学博士、博士研究生导师，主要从事课程与教学论、教育社会学研究；; 张佳丽（1995-），女，河南登封人，西南大学教育学部硕士研究生，主要从事课程与教学论研究。;

Research on Classroom Teaching Design Based on Brain Science

ZHANG Jia-jun ZHANG Jia-li

Faculty of Education, Southwest University

Abstract：

With the rapid development of cognitive neuroscience and the gradual enrichment of brain science research achievements, more and more people pay attention to the application of brain science research results to the classroom teaching.Brain science lays a scientific foundation for classroom instructional design, makes classroom instructional design more scientific, and is conducive to the implementation of classroom instructional design. When designingthe classroom teaching based on brain science, it is necessary to pay attention to the promotion of the overall and coordinated development of left and right brain in the arrangement of teaching content, the play of the role of emotional connection in the design of teaching methods, the creation of a positive emotional atmospherein the design and construction of teaching atmosphere, and the full play of the effect of dopamine reward in the design of teaching evaluation.

Keyword：

cognitiveneuroscience; brainscience; classroomteachingdesign; leftandrightbrain; emotional connection; the effect of dopamine reward;

自20世纪90年代以来，以功能磁共振成像为代表的无创性脑成像技术迅猛发展，促进心理学、神经科学等学科之间的高度交叉融合，并产生了新的前沿学科，如认知神经科学，人类对大脑和学习的理解进入了前所未有的新阶段。随着人类对大脑的深入研究，许多有关人脑的基础知识快速增长。当前，有关儿童青少年学习和发展的新成果也不断涌现，许多研究者和教育实践者已经结合起来，共同致力于研究如何利用这种新知来更好地改变学校和课堂教学，为提升我国整体教育质量助力。

（一）脑科学奠定了课堂教学设计的科学基础

认知神经科学是21世纪最活跃的前沿学科之一。有关大脑结构和功能成像技术的研究，可以直接观察到人类的大脑怎样学习和思考、如何产生情绪情感以及其他各种社会行为。脑科学与认知科学的研究表明，教师在课堂上所使用的不同教学方法能够对学生大脑的结构与功能发挥重要的可塑性。深入了解学习和认知障碍的各种神经机制，可以为提高教师教的质量和学生学的质量、解决各种学习与认知障碍提供科学的原理与方法。随着对“新脑”理解的日益科学化，我们需要用有关脑科学的新知识改变学校和课堂实践，以适应和维持“新脑”的兴奋点。基于脑科学的课堂教学设计，为大脑的研究成果进入学校、进入课堂、进入教学实践搭建了桥梁，有利于研究者和实践者的结合，从而将脑科学的研究直接与教育政策和实践相联系，为教育奠定科学的基础。教育工作者可以将脑科学、认知科学和课堂学习结合起来，创建教育活动，进行课堂教学设计，使教师把握课堂教学设计的科学性，有效地提高教师教的质量和学生学的质量。

（二）脑科学使课堂教学设计更加科学

近年来，脑科学、教育神经科学的研究迅速兴起，研究者研究大脑的结构以及大脑学习的机制等，取得了较为丰富的成果。通过研究大脑学习的机制并将其应用于课堂教学，有利于教师充分了解大脑的认知功能、情绪功能和自我意识等，从而根据学生大脑发育和活动的规律以及大脑认知活动的规则进行教学，使教师在课堂教学设计的过程中更加贴合学生大脑的发展规律，了解大脑学习和记忆的运作机制，以及环境、情绪等对学习的影响，为不同年龄层和拥有不同需求的学习者设计出最佳的学习课程，以及与学生认知能力发展特点相适应的教育教学方法、教学组织策略和教育评价方式等，以充分发挥大脑的学习潜能，通过“基于脑、适于脑、促进脑”的教学设计，科学地提高教学质量和效率。

（三）脑科学有利于课堂教学设计付诸实践

教师在进行课堂教学设计时，一般侧重模仿他人的教学行为，注重吸收他人的教学经验，且多停留在具体方法层面，对行为背后的教学思想和科学基础缺乏足够的关注。以脑科学为基础的课堂教学设计，能够使教师清楚地认识到来自经验的教学行为和难以意会的教学艺术背后，有人人都可以把握的科学规律。教师是“大脑的变革者”，对大脑如何学习越能了若指掌，就越容易把课堂教学设计付诸实践。将课堂教学建立在脑科学之上，有利于增进师生之间的互动和协作交流，使“教”与“学”相互渗透、融和为一体，课程成了师生之间不断对话、相遇的动态教学事件，体现出课程即“正在创造着的一条跑道，一个不断生成的过程”^[1]。

（一）在进行教学内容安排时，注意促进左右脑的协同整体发展

众所周知，人的大脑分为左脑和右脑。人们对于左脑和右脑的作用和功能虽然一直都有争论，但总体上认为，左脑擅长数字、语言、概念、逻辑推理、分析等方面的功能，主要是储存人出生后所获取的信息、知识。同时，左脑还控制着人的右半边肢体的活动。通常左脑比较发达的人，在遇到困难时往往可以保持沉着冷静，善于判断事情之间的因果关系，并且能够有逻辑、有条理地处理问题。而人的右脑具有直观性的整体把握能力和形象思维能力等，因此，右脑的发展对于个体的成功是必不可少的。研究还进一步发现，左耳（右脑）比右耳（左脑）更能感知节奏和音律；对情绪的处理也呈现出一定的倾向性，右脑通常处理比较消极的情绪，左脑则处理积极和乐观的情绪。尽管人的左脑和右脑都各自拥有自己的特性，但两个脑半球一直处于协同工作的状态。进入左脑（右脑）的信息可以很快被右脑（左脑）使用。人的左脑和右脑无时无刻地进行紧密的协调与配合，因此，人们只会产生对世界的一种看法而不是两种。教师在设计教学内容时应注意以下几个方面：

其一，既注重教学内容自身，又注重教学情境的设置。在以往的课堂教学中，一些教师存在着“重左轻右”的倾向，比较注重学生抽象思维能力的培养，如着重培养学生的阅读能力、书写能力和数学运算能力，而忽视学生形象思维能力的培养，这不利于学生左右脑的协同工作，从而影响学生创造能力和想象能力的提高，影响其智力的全面发展。事实上，人的左右脑总是处于相互合作的状态，如果左脑功能得不到开发，右脑的功能也不可能得到充分的开发；反之，也是如此。右脑的发展是为了促进大脑两个半球的平衡和协调发展。在当前的课堂教学中，教师往往认为教学内容（左脑所擅长的领域）很重要，但是只关注教学内容而忽视教学情境（右脑的特性）也常常会导致教学效果大打折扣。因此，在进行教学设计的时候，教师一定要设计教学情境，加强与学生生活实践的联系，训练学生的双侧脑半球，以达到事半功倍的效果。

其二，注重教学内容的整体联系。由于学习是一个不断发展和累积的过程，而学生所学内容的部分和整体之间又是相互联系的。在进行课堂教学设计时，教师应注意教学内容中部分知识和整体知识之间的关系，可以先向学生呈现整体知识的框架和信息，引导学生在掌握整体知识框架的基础上进行思考和学习，使学生能够完成部分和整体知识的构建。因此，教师可以使用与整体视觉思维认知过程相匹配的方法设计教学内容。生物学家John Medina (2008）指出，在关注细节之前，大脑会首先处理一般概念。Medina建议，在课堂教学中，教师应先教授一些概念性知识，这样，学生在理解内容时成绩能提高40%。因此，在明确了一个单元的内容标准和学习目的后，教师可通过视觉呈现的方式给予学生所教内容的“宏观概念图”，如图表组织者等，让学生建立起知识相互联系的整体性观念。

教师设计教学内容，在明确一个单元的内容标准以及课程范围和序列性引导目标的同时，还可以建立一个能够支撑单元学习内容的框架，把单元作为一个整体来思考并构建一个可视的网络，这样，既可以让教师弄清楚教什么以及如何教，也可以为学生提供单元学习的宏观概念图，让学生了解接下来的活动是如何与内容相关联的，同时通过运动、戏剧、歌曲各种形式的活动，为学生创造深刻的学习体验，从而使学生对单元的核心内容理解得更加透彻，也可对内容之间的关系更加清晰，并理解这些活动和他们所学知识之间的关系。

（二）在进行教学方法设计时，注重发挥情绪联结的作用

神经科学研究发现，人脑是一个情绪化的过程。在人类生理过程中，大脑会先意识到具有强烈情绪内容的信息。大脑内的杏仁核可以被称作脑的心理哨兵，它在情绪控制中起着重要的作用。杏仁核在人身上往往与悲伤和恐惧情绪的表达有关，这是一种相当自动化且无意识的反应。杏仁核的“消息”可能有两个来源：一个来源是杏仁核通过核对存储有意识记忆的结构———海马来评价刺激的情绪信息，但是，海马似乎并不负责所有的记忆搜索。以动物为实验对象进行的条件性恐惧研究发现，杏仁核自身会产生无意识的记忆，这就是“消息”的第二个来源，与海马产生有意识记忆的方式极其类似^[2]。这表明杏仁核形成了情绪记忆。

情绪通常涉及记忆，而记忆也与情绪有密切的关系。脑科学研究表明，如果学生的情绪与当前的学习任务相关，这种情绪就能够有效地促进学习知识的获得，学习高效的学生通常能够建构有用且与学习相关的情绪引导他们的判断和思维。情绪能够引导认知学习，在学生的学习活动中，个体必须从他/她的先前经验中收集有用信息，并在未来的情境中利用这些信息作出有力的决策^[3]。在学习的过程中，情绪能够让学生产生一种直觉，这种直觉可以帮助学生识别和回忆相关知识，并在决策和行为的方向上保持稳定。教育工作者需要认识到情绪对于记忆的促进作用，并相应地安排课堂教学。

首先，教师在设计教学时，应注意让学生积极参与其中，这有利于他们对教学目标的理解，调动其学习的积极性和投入的情绪，进而提升学习的效果。这种参与性教学方式能够给予学生一种主人翁的意识感，使随后的学习变得有意义，也能使他们建立一种与学习内容紧密相关的情绪。

其次，教师可以在学生学习的内容与学生的生活和兴趣之间建立联系。教师应鼓励学生尽可能地关注自己的兴趣和激情，让学生知道他们学习的内容与日常生活关系紧密，并且对他们的生活有很大的影响，也可以让学生自己去寻找和探索这些联系。一些有经验的教师，虽然不知道情绪如何影响学生的学习，但在课堂教学设计时，也常常会根据自身的经验设计一些活动，让学生感觉学到的东西更有意义、更有趣。如教师会根据课程组织学生模拟实验、进行实地考察、针对某一历史或时事事件开展辩论赛、设计实验让学生“发现”规律或知识、让学生运用心理图式建立模型或记笔记等活动。正是在这些活动中，学生的情绪得以充分释放，其积极性才被充分调动。

再次，教师促进学生情绪参与的有效手段是教会学生解决开放性问题。开放性问题能够使学生理解任务的定义，并在此过程中充分运用他们永利总站15856相关性、熟悉性、创造性和兴趣的直觉知识^[4]。如针对某一主题，教师可以让学生完成相关知识的作品集、项目和小组活动。尽管作品集、项目和小组活动都需要更加细致的指导，但仍然能够有效地促进思维的情绪发展。当学生参与解决开放性问题时，学生会在走弯路、犯错误和重新找到学习路径的过程中，体验到丰富的情感，积累宝贵的情绪记忆，形成一个强大的、多功能的情绪舵以及敏锐的学术直觉。也就是说，教师设计的教学活动，应允许学生犯错误，并从中吸取经验教训，为学生的情绪反应提供空间。

在一个过度使用标准化测试、学校课程内容繁多的时代，对于一些教师来说，很可能会放弃一种指定的教学方法。这种教学方法在于使学生沿着一条掌握特定学习内容的最快速、最直接的道路前进，因为这条快速的、直接的学习道路通常是没有情绪参与的。但是，从神经科学的角度来看，那条直接的、看似有效的学习道路被证明是无效的，经常导致大量事实性知识无法被整合到学生的实际生活中去。

（三）在教学氛围营造设计时，注意创建积极的情绪氛围

神经科学家已经证实，情绪和认知的脑系统之间存在着非常复杂的交互作用^[5]。Joseph Le Doux (1996）的研究也表明，脑的情绪中心———边缘系统在思维和学习过程中起着重要作用。近年来，大量神经科学研究证明了情绪和认知之间的相互作用及情绪在理性思维中的重要性。在著名的爱荷华博弈任务中，研究发现，一些过度焦虑、过度兴奋或分心的被试在学习这个游戏时都存在困难，无法成功地学会这个游戏。对于那些与学习联系和对学习投入都比较少的学生来说，要使情绪发挥作用，知道何时及如何使用技能成为求知过程中不可或缺的一部分。学生在学习过程中发出的细微情绪信号能够为他们生成一套直觉体系，这些情绪信号可以带动学生进行有意义的学习，帮助学生知道他们应该如何、何时及为何使用新知识。而学生情绪的发展依赖于课堂的教学氛围，在课堂中，减少压力，创设积极的情绪氛围有利于学生直觉的发展。只有处于一种信任和尊重的氛围中，学生才能够放松心情，积极投入到学习任务当中。教师可以利用神经科学的观点精心营造有益于学生感知细微情绪信号的课堂情绪氛围。当设计教学单元时，教师创建一个安全而又有意义的情绪氛围，能让学生身处其中时感到舒适，并愿意尝试冒险，这样设置的教学活动能让学生产生参与感和控制感。因此，在营造教学氛围时应注意以下几个方面：

其一，对于每一个新的学习单元，教师可以通过日常活动、仪式和积极交流等方式为学生在课堂中营造一种支持性氛围，确保学生在某一个情绪水平上能完全投入到所学习的内容中。例如，教师可以在课前安排一个晨间短会，学生可以在晨间短会上向别人问好，并分享积极的想法，这种仪式只占用每天课前的几分钟时间，却可在同学之间、师生之间创造紧密的联系。在教学过程中，教师还可以为每个教学单元设计一些艺术活动，如设计一份海报、表演一出滑稽短剧，或者写一封有特色的信。如果学生拥有足够的自信并能够感受到足够的支持，他们往往会积极地投身于这种需要批判性思维的活动中。毫无疑问，与学习相关的情绪性氛围有助于提高学生对于教学的参与度。一次恰到好处的幽默或奖励能够帮助学生投入到课堂中，并把课堂看作一个愉快的归属地。这些活动能够极大地帮助学生自由地表达自我，从错误中吸取经验教训并形成凝聚力，这些都是投入学习的必要组成部分。

其二，教师可以通过改善学生学习的物理环境条件创建积极的情绪氛围，促进创造力的发展及有技巧的学习。认知科学家告诉我们，大脑的视觉注意机制往往受到环境新异性的强烈影响。一些物理特性，如亮度等，对学生的学习成绩有着重要影响。研究表明，与在使用冷色调的白色日光灯照明的教室里接受教育的学生相比，那些在自然光下接受教育的学生在学业成绩上能提高18%^[6]。学生每周在教室里度过的时间比在自己家中度过的时间还要多，因此，教师应重视学生物理学习环境的创设。在设计教学活动时，教师可以相应地改变教室的布置，重新设计公报，变化座位的安排，或者展示新颖的材料，以吸引和激励学生，使学生乐于在课堂上学习，并且关注教室是如何随着课程的发展而产生变化的。

（四）在进行教学评价设计时，应充分发挥多巴胺奖励效应的作用

脑科学研究表明，大脑内产生的许多神经化学物质和荷尔蒙都会影响学生的学习，而且一些神经化学物质会受某种环境的影响，通过教师的教学策略而激活，多巴胺就是其中之一。多巴胺作为一种神经递质，在脑功能中扮演了多种角色，其中最主要的两个角色是控制有意识的运动和增强脑奖赏系统的快乐体验。多巴胺的第二个角色有益于学生的学习：它能够使学生在学习的过程中产生愉悦的情绪，增强学生学习的动机，同时也可以增强学生的记忆力和注意力。

多巴胺奖励系统可以解释为什么电脑游戏对于玩家有一种不可抗拒的吸引力。游戏中一些可实现的挑战不断地刺激玩家，当玩家在实现目标方面取得进展时，他们会感受到多巴胺对其正确决策（即行动、选择或答案）的奖励———愉快的情感体验。因此，他们能够促成坚持进行下一个挑战的内在动力^[6]同理，当学生在课堂上体验到多巴胺系统对他们正确预测的奖励———愉快的情绪时，也可以激发他们的内在动机，进而坚持战胜挑战，努力达到更深层次的学习^[7]。在课堂教学中，学生对正确答案的满意感会增加多巴胺的释放，大脑也偏好重复那些能够增加多巴胺释放的活动。人脑内多巴胺的研究，为教师在课堂教学评价中发挥多巴胺奖励系统作用提供了依据。

首先，在设计课堂教学评价时，教师要注意创造机会，让学生感受到成功的愉悦。课堂教学评价要做到精细化，对评价结果的应用要从“胁迫”走向引导，发挥评价的激励和改进作用。教师要注意创造机会，使学生能够体验在学习过程中取得的进步，使学生不断获得成就感和满足感。教师在进行教学评价时，可以使用各种文件夹展示学生的进步和努力，对学生实施增量评价。文件夹的内容可由师生共同选择，包括反思性写作以及与学生学习内容相关的自我评估。在每个单元，学生都可以检查自己的文件夹，从而为他们提供持续的反馈，帮助他们发现自己的成长与进步。当学生真切地感受到自己一点一滴的进步和成长时，大脑内就会释放大量的多巴胺，使学生产生愉快的情感体验，从而可以进一步激发学生学习的动机和欲望。

其次，在设计课堂教学评价时，教师要注意采取多种评价方式，通过对不同层次的学生提出不同的要求，激发不同层次学生的学习动力。除了随堂测验或考试等传统的方法外，教师还可以采取多种评估手段。教师可以使用能够测量学生个体成长的评估准则，并根据学生的差异制定不同的标准。在设计这些准则时，教师要确定组成任务的各个要素，设计对预期表现的描述，确定学生掌握的不同水平。这些标准在任务开始时就传达给学生，以便他们了解学习的目标和结果。教师的目标是让所有的学生都参与并投入到活动中去，让所有的学生都能看到他们的成长和进步，使多巴胺奖励系统的作用在每个学生身上都能发挥作用。

再次，在设计课堂教学评价时，教师应注意课堂教学评价的及时性。形成性评估和纠正反馈是促进长期记忆、发展推理和分析执行功能的有效手段。在课堂上，教师对学生进行及时测试有利于教师掌握学生的学习情况，及时调整和改变教学计划。这种方式可以使学生不至于因困惑而觉得受到挫败，陷入抵抗、逃离或是呆若木鸡的状态。同时，由于测试要求所有的学生都参加，就可以保持学生脑中的杏仁核通路向前额叶皮层敞开，减少他们参与活动的焦虑感。当学生在课堂上不感受到紧张或恐惧时，他们就可以安心地参与教学活动，并且能够从以非威胁性方式提供的反馈中学到知识。同时，通过及时的评价，教师可以在辅导那些需要进一步讲解或练习的学生的同时，鼓励那些已理解知识的学生进入先前设计好的更高难度的挑战性活动中。如此，对那些已经掌握了知识的学生来说，他们就不会再进行无谓的重复练习和训练，而是可以与合作伙伴一起讨论更具挑战性的问题。

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[7]O’Doherty J.P.Reward Representations and Reward-related Learning in the Human Brain:Insights from Neuroimaging[J].Current Opinion in Neurobiology, 2004, (14) :769-776.