如何培養更優秀的學習者

八個月大的盧卡斯·克朗米勒剛剛在他的大部分無毛頭部安裝了一個由 128 個電極組成的帽子。他面前的一位研究助理正在瘋狂地吹泡泡來逗他開心。但盧卡斯看起來平靜而滿足。畢竟，自從他四個月大以來，他已經多次來到羅格斯大學的嬰兒研究實驗室，所以今天的一切都很正常。他和之前超過 1,000 名的其他年輕人一樣，正在幫助艾普麗爾·A·貝納西奇和她的同事們找出，即使在最早的年齡，是否有可能確定一個孩子是否會在語言方面遇到困難，而這些困難在剛進入小學時會成為一種沉重的負擔。

貝納西奇是眾多研究人員之一，他們一直在使用腦電記錄技術來理解學習的基本過程。神經教育這門新科學旨在尋找認知心理學家和教育家一直困惑不解的問題的答案。

例如，新生兒處理聲音和影像的能力與幾年後孩子學習字母和單詞的能力有何關係？幼兒在學前班保持精神集中的能力對日後的學業成功意味著什麼？教育工作者可以做些什麼來培養兒童的社交技能——這在課堂上也至關重要？這些研究可以補充心理學和教育研究專案已建立的大量知識。

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它們還承諾提供基於腦科學的新思路，以培養更優秀的學習者，併為嬰兒和幼兒做好閱讀、寫作、算術以及在託兒所及以後的複雜社交網路中生存的準備。這項工作的大部分集中在生命的最初幾年和小學早期，因為一些研究表明，大腦在那時最容易發生變化。

頓悟時刻

貝納西奇研究最年幼兒童大腦感知聲音方式的異常現象，這是一種語言理解的基本認知過程，而語言理解又是閱讀和寫作技能的基礎。貝納西奇曾是一名護士，後來獲得了兩個博士學位，她專注於她所謂的頓悟時刻——大腦電活動的突然轉變，這表明已經識別出新的事物。

在新澤西州紐瓦克貝納西奇實驗室的研究人員讓嬰兒接觸特定頻率和持續時間的音調。然後，他們記錄大腦在播放不同頻率時產生的電訊號變化。通常，腦電圖 (EEG) 會對變化產生強烈的振盪——表明大腦基本上在說：“是的，有變化”；對不同音調的反應時間延遲意味著大腦沒有足夠快地檢測到新的聲音。

研究發現，六個月大時這種遲緩的電活動模式可以預測三到五歲時的語言問題。在幼兒和學齡前兒童時期持續存在的活動差異可以預示大腦回路發育中出現問題，而大腦回路會處理語音基本單元感知過程中發生的快速轉換。如果兒童未能足夠快地聽到或處理語音成分——例如“da”或“pa”——作為幼兒，他們可能會在“讀出”書面字母或音節方面落後，這可能會在以後阻礙閱讀的流利性。貝納西奇的其他研究表明，在處理這些聲音方面遇到早期問題的兒童在八九年後的心理語言測試中得分較差，這些發現為這些研究提供了更嚴格的證實。

如果貝納西奇和其他人能夠診斷出嬰兒未來的語言問題，他們或許能夠透過利用發育中的大腦固有的可塑性——其應對新體驗而發生變化的能力——來糾正這些問題。他們甚至可能能夠改善大腦正常發育的嬰兒的基本功能。“確保大腦以最有利於學習的方式建立起來的最簡單時間可能是在第一年的前半段，”她說。

遊戲，即使在嬰兒床裡，也可能是一種答案。貝納西奇和她的團隊設計了一種遊戲玩具，可以訓練嬰兒透過轉頭或移動眼睛（透過跟蹤感測器檢測到）來對音調變化做出反應。當發生移動時，會播放影片片段，這是對良好努力的回報。

在 2014 年報告的一項研究中，經過這種訓練的嬰兒比僅被動聽或根本沒有接觸過聲音的兒童更快、更準確地檢測到聲音中的微小調製。基於這項研究，貝納西奇認為，這款遊戲將幫助在處理這些聲音方面有障礙的嬰兒更快地做出反應。她目前正在開發一款互動遊戲，可以訓練嬰兒感知快速的聲音序列。

數字感

儘早鍛鍊認知能力也可能有助於嬰兒調整基本的數學技能。斯坦尼斯拉斯·迪昂，法國國家健康與醫學研究院的神經科學家，是數字認知領域的領導者，他試圖開發幫助兒童解決早期數學難題的方法。嬰兒從出生起就具有一定的數字識別能力。迪昂說，如果這種技能從一開始就不到位，孩子以後可能會在算術和高等數學方面遇到困難。正如迪昂所說，建立這種“數字感”的干預措施可能有助於學習較慢的學生避免在數學課上多年的困難。

這一研究方向與著名心理學家讓·皮亞傑的觀點相矛盾，後者認為嬰兒的大腦在嬰兒床中進行計算時是一張白板，或者說是一塊白板。皮亞傑認為，兒童必須透過與積木、麥圈或其他物體多年的互動，才能逐漸形成數字的基本概念。他們最終會了解到，當小燕麥圈在桌子上被推來推去時，位置會發生變化，但數量保持不變。

神經科學界已經積累了大量研究，表明人類和其他動物具有基本的數字感。當然，嬰兒不會從子宮裡跳出來就在腦海中進行微分方程運算。但實驗發現，幼兒通常會伸手去拿那排糖果數量最多的 M&M 豆。其他研究表明，即使是隻有幾個月大的嬰兒也能理解相對大小。如果他們看到五個物體被藏在屏幕後面，然後又在第一組中添加了另外五個，那麼當螢幕被移除時，如果他們只看到五個，他們就會表現出驚訝。

嬰兒似乎天生就具有其他數學能力。除了是冠軍估計者之外，他們還可以區分確切的數字——但僅限於三到四個數字。迪昂在精確定位大腦區域方面發揮了重要作用——頂葉的一部分（頂內溝），數字和近似量在那裡表示。（將手放在頭頂後部以定位頂葉。）

估計群體大小的能力也存在於海豚、老鼠、鴿子、獅子和猴子身上，這可能是一種進化遺留物，需要用來衡量你的氏族在面對敵人時是應該戰鬥還是逃跑，以及確定哪棵樹結的果實最多以供採摘。迪昂與法國國家科學研究中心的語言學家皮埃爾·皮卡及其同事一起，透過與巴西亞馬遜的蒙杜魯庫印第安人合作，發現了更多關於這種本能能力的證據，蒙杜魯庫部落的數字詞彙非常初級。它的成年成員可以分辨出一組點是否比另一組點大，執行任務的效果幾乎與法國對照組一樣好，但大多數人無法回答當從六個物體中移除四個物體時還剩下多少物體。

這種近似系統是構建更復雜數學的基石。這些先天能力中的任何缺陷都可能在以後造成麻煩。在 1990 年代初期，迪昂假設兒童會隨著年齡的增長，在他們內部的棒球場估計系統上構建更復雜的計算。事實上，從那時起，許多研究發現，青少年原始數字估計系統的功能受損可以預測孩子在小學及以後的算術和標準數學成就測試中表現不佳。“我們現在意識到，算術等領域的學習必須建立在嬰兒期已經存在的某些核心知識之上，”迪昂說。

事實證明，計算障礙（相當於閱讀障礙的計算）以計算技能滯後為標誌，影響了 3% 到 7% 的兒童。與閱讀障礙相比，計算障礙受到的教育工作者關注要少得多——但它可能同樣具有破壞性。“他們的收入更少，支出更少，更容易生病，更可能觸犯法律，並且在學校需要更多幫助，”一篇 2011 年 5 月發表在《科學》雜誌上的評論文章指出。

與語言一樣，早期干預可能會有所幫助。迪昂和他的團隊設計了一款簡單的電腦遊戲，他們希望這款遊戲能夠增強數學能力。這款名為“數字競賽”的遊戲鍛鍊了 4 到 8 歲兒童的這些基本能力。在一個版本中，玩家必須在電腦控制的對手偷走最大堆金幣之前選擇兩堆金幣中較大的一堆。遊戲會自動適應玩家的技能，在更高的級別，孩子必須在進行比較以確定最大堆金幣之前新增或減去金幣。如果孩子獲勝，他或她將向前邁進相當於剛剛贏得的金幣數量的步數。第一個到達虛擬遊戲板上最後一步的玩家獲勝。

這款開源軟體已被翻譯成八種語言，並沒有對腦力訓練的好處提出誇張的主張。即便如此，已有超過 20,000 名教師從芬蘭一家政府支援的研究機構下載了該軟體。迪昂將於今年秋季啟動一項涉及 1,000 名學生的隨機試驗，以測試“數字競賽”（以及他的團隊正在開發的其他腦力遊戲）是否可以預防計算障礙，以及它是否可以幫助健康兒童增強他們的基本數字感。

控制你自己

良好學習的認知基礎在很大程度上取決於心理學家所說的執行功能，這是一個涵蓋諸如注意力集中能力、將您剛剛看到或聽到的內容儲存在工作記憶的精神草稿紙中以及延遲滿足感等認知屬性的術語。這些能力可以預測在學校甚至在職場中的成功。1972 年，斯坦福大學進行了一項著名的實驗——“這是一塊棉花糖，如果你在我回來之前不吃這塊棉花糖，我會再給你一塊棉花糖”——這表明了執行功能的重要性。能夠等待的孩子，無論他們多麼想要這種款待，在學校和以後的生活中都表現得更好。

在 21 世紀，專家們已經接受了將執行功能視為一種可教授技能的觀點。一個名為“思維工具”的教育課程在一些低收入學區取得了成功，在這些學區，與高收入學區相比，兒童的學業成績通常不佳。該計劃訓練兒童抵制誘惑和分心，並練習旨在增強工作記憶和靈活思維的任務。

在一個自我調節任務的例子中，孩子可能會大聲告訴自己該怎麼做。這些技術可能非常強大，以至於在高等教育中心，經濟學家現在正在考慮採取公共政策措施來提高自我控制能力，以此作為“增強人口的身心健康和降低犯罪率的一種方式”，一篇 2011 年發表在《美國國家科學院院刊》上的研究的作者評論道。

神經科學實驗室的研究結果支援了這一觀點，並揭示了練習抵制隱喻棉花糖的單調乏味可能不是必需的。音樂訓練也可以奏效。研究人員發現，勤奮地練習樂器可能會在課堂上獲得回報——讓人聯想到“虎媽”作家蔡美兒，她堅持讓女兒們在小提琴和鋼琴上花費無盡的時間。演奏樂器可以提高注意力、工作記憶和自我控制能力。

提供此類發現的一些研究來自西北大學妮娜·克勞斯領導的一組神經科學家。克勞斯是那裡聽覺神經科學實驗室的負責人，她在多元化的家庭聲音環境中長大。她的母親是一位古典音樂家，用她的母語義大利語與這位未來的神經科學家交談，克勞斯至今仍在演奏鋼琴、吉他和鼓。“我喜歡它——它是我生活的重要組成部分，”她說，儘管她認為自己“只是一個蹩腳的音樂家”。

克勞斯使用腦電圖記錄來測量神經系統如何編碼音樂作品的音高、時值和音色——以及練習音樂產生的神經變化是否會改善認知能力。她的實驗室發現，音樂訓練可以增強工作記憶，也許最重要的是，讓學生成為更好的聽眾，使他們能夠從有時在課堂上普遍存在的眾人喧譁的氛圍中提取語音。

音樂訓練作為大腦滋補劑仍處於起步階段，關於哪種型別的練習可以增強執行功能，仍然存在許多未解答的問題：演奏鋼琴還是吉他，或者音樂是由莫扎特還是賈斯汀·比伯創作的，重要嗎？至關重要的是，音樂課是否會幫助有學習困難或來自低收入學區的學生？

但克勞斯指出，軼事證據表明，音樂訓練的影響甚至擴充套件到學術課程。“和諧計劃”為洛杉磯的低收入青少年提供音樂教育。數十名參加該計劃的學生已經高中畢業並升入大學，通常是他們家中第一個這樣做的人。

克勞斯曾與“和諧計劃”合作，並在 2014 年發表了一項研究，該研究表明，其專案中練習樂器兩年的兒童比僅練習一年樂器的兒童能夠更好地處理與閱讀和語言技能密切相關的聲音。克勞斯是吉他而非腦力遊戲的倡導者。“如果學生必須在據稱可以增強記憶力的電腦遊戲或樂器之間選擇如何度過時間，那麼在我看來，毫無疑問，哪一個對神經系統更有益，”克勞斯說。“如果你試圖複製吉他主奏，你必須把它記在腦子裡，並一遍又一遍地嘗試重現它。”

炒作警報

隨著對“4R”成功背後的腦機制（三個傳統的機制（閱讀、寫作和算術）以及調節自身衝動作為第四個機制）的研究繼續進行，許多參與神經教育的科學家都在努力避免過度炒作他們正在測試的干預措施。他們渴望將他們的研究結果轉化為對兒童的實際幫助，但他們也很清楚，這項研究還有很長的路要走。他們也知道，教師和家長已經被大量未經測試的增強學習的產品所轟炸，並且一些備受吹捧的工具已被證明令人失望。

舉一個恰當的例子，幾年前，圍繞著僅僅聽莫扎特奏鳴曲就能讓嬰兒更聰明的想法，一個小產業發展起來，但這種說法未能經受住進一步的審查。克勞斯的研究表明，要獲得任何益處，你必須實際演奏樂器，鍛鍊大腦的聽覺處理區域：你練習得越多，你區分聲音細微差別的能力就越強。僅聽是不夠的。

同樣，即使是一些聲稱對其有效性有可靠科學證明的腦力訓練技術也受到了質疑。《兒童心理學與精神病學雜誌》2011 年 3 月刊發表的一項薈萃分析回顧了可能最著名的腦力訓練方法——快速前進軟體的研究，該軟體由羅格斯大學的保拉·A·塔拉爾、加州大學舊金山分校的邁克爾·默澤尼奇及其同事開發。分析發現，沒有證據表明該軟體在幫助有語言或閱讀困難的兒童方面有效。與塔拉爾的前博士後研究員貝納西奇使用的方法一樣，該軟體試圖改善可能導致學習問題的聲音處理缺陷。薈萃分析激起了該軟體製造商 Scientific Learning 的強烈反駁，該公司聲稱選擇標準過於嚴格，分析中的大多數研究實施不力，並且該軟體自研究進行以來已得到改進。

陳詞濫調——需要更多研究——廣泛適用於神經教育領域的許多努力。迪昂的數字遊戲在獲得廣泛接受之前仍需要進行微調。一項對照研究表明，該遊戲幫助兒童比較數字，儘管這種成就並沒有轉化為更好的計數或算術技能。正在釋出一個新版本，研究人員希望該版本能夠解決這些問題。另一項發現質疑音樂訓練是否可以提高執行功能，從而提高智力。

在一個新興領域，一項研究常常與另一項研究相矛盾，緊隨其後的是第三項研究，駁斥前兩項研究。這種曲折的軌跡是所有科學的基礎，有時會導致過度的主張。在神經教育領域，教師和家長有時會成為“基於科學”的軟體和教育專案的廣告的受害者。“這令人困惑。這令人眼花繚亂，”新澤西州高地公園特殊教育機構中心學校的數學老師黛博拉·雷布勳說，該學校接收來自全州公立學校的學生。“我不知道該嘗試哪件事。而且沒有足夠的證據可以告訴校長說某件事有效。”

學前微調

那些整天思考腦電圖波形和磁共振成像中複雜數字模式的科學家意識到，他們還無法為改善學習提供明確的、基於神經科學的處方。然而，這項工作正在引導人們看到可能實現的目標，或許是為了 Z 世代或其後代。考慮一下哈佛大學和麻省理工學院之間合作專案的一位神經科學教授約翰·D·E·加布裡埃利的觀點。在 2009 年《科學》雜誌上的一篇評論文章中，加布裡埃利推測，最終，基於大腦的評估方法，結合傳統測試、家族史，甚至可能是基因測試，可以在六歲時檢測出閱讀問題，並允許進行密集的早期干預，這可能會消除許多學齡兒童中的閱讀障礙病例。

一項研究已經發現，幼兒園兒童的腦電圖比標準心理測量方法更能預測五年級學生的閱讀能力。透過接受腦部監測並結合標準方法，每個孩子都可以在入學前接受評估，如果需要，可以根據當今從神經科學實驗室湧入的發現，接受補救培訓。如果加布裡埃利的願景實現，腦科學可能會為個性化教育的概念賦予全新的含義——這種含義甚至包括在孩子踏入教室之前就增強學習能力。

語言能力提升：嬰兒床中的早期教育

羅格斯大學的科學家們開發了測試方法，以確定聽力正常的嬰兒是否在其大腦深處以最佳方式處理聲音（頂部面板）。他們正在探索他們正在設計的遊戲（底部面板）是否可以為最年幼的兒童做好說話、聽力、閱讀和寫作的準備。

最佳腦力訓練：練習小提琴

從小開始的強化音樂訓練培養的技能不僅僅是演奏樂器的能力。音樂家對聲音的精細聲學的專注有助於語言理解並促進認知技能：注意力、工作記憶和自我調節。

關於大腦的 5 個常見誤解

人類只使用了大腦的百分之十
10 % 的神話（有時會上升到 20%）純粹是都市傳說，是 2011 年電影《永無止境》的情節所造成的，該電影圍繞著一種神奇藥物展開，該藥物賦予主角驚人的記憶力和分析能力。在課堂上，老師可能會懇求學生更加努力，但這樣做不會點亮“未使用的”神經迴路；學術成就不會僅僅透過調高神經音量開關來提高。

“左腦”和“右腦”的人不同
我們有一個理性的左腦和一個直覺的、藝術的右腦的說法是虛構的：人類在所有認知功能中都使用大腦的兩個半球。左腦/右腦的概念起源於人們意識到，許多人（但並非所有人）更多地在左半球處理語言，而在右半球更多地處理空間能力和情感表達。心理學家曾用這個想法來解釋不同人格型別之間的區別。在教育方面，出現了一些專案，提倡減少對理性“左腦”活動的依賴。腦成像研究沒有顯示右半球是創造力中心點的證據。大腦在閱讀和數學方面都調動了左右兩側。

你必須先說一種語言才能學習另一種語言
同時學習英語和法語的兒童不會將一種語言與另一種語言混淆，因此發展速度會更慢。這種語言干擾的觀點表明，大腦的不同區域會爭奪資源。實際上，即使同時學習兩種語言的幼兒，也會獲得更好的整體語言結構知識。

男性和女性的大腦在決定學習能力的方式上有所不同
男性和女性的大腦確實存在差異，並且獨特的生理機能可能會導致他們的大腦功能方式存在差異。但是，沒有研究表明，當我們學習新技能時，神經元網路的連線方式存在性別特異性差異。即使最終出現一些性別差異，它們也可能是微小的並且基於平均值——換句話說，它們不一定與任何給定的個體相關。

每個孩子都有特定的學習風格
學生傾向於透過偏愛特定形式的感官輸入來更好地學習——“視覺學習者”與聽力更好的人相反——這種概念在實際研究中沒有得到太多證實。對於這個和其他誤解，公眾的看法似乎已經超越了科學。烏塔·弗里斯是一位神經科學家，她主持了一個英國小組，該小組研究了神經教育的前景，她敦促家長和教育工作者謹慎行事：“普通大眾對獲得有關神經科學用於教育的資訊有巨大的需求。因此，存在大量完全未經測試、未經嘗試且不太科學的方法。”

來源：《心靈、大腦和教育科學》，作者：特蕾西·德庫哈馬-埃斯皮諾薩。W. W. 諾頓，2010 年；《理解大腦：學習科學的誕生》。經合組織，2007 年；經合組織教育部長級會議，2010 年 11 月 4-5 日