脑科学

林芷夷

髓鞘

练习

突触

链接

技能

大脑

记忆

精深

理论

精确

最新脑科学在教学中的应用

 记住：学习的本质-应该是改善大脑的结构

2019年2月28日，《基础教育与民族未来高峰论坛》发起研讨暨2019伏羲教育汇展筹备会在北京大学教育学院举行，我参加会议的收获之一，是听王耀昶先生介绍的最新脑科学在教学中的应用，这完全是素质教育的科学依据！久久回味，还不过瘾，又请来王先生的文章，和大家分享。

“记住：学习的本质——应该是改善大脑的结构。”这句话值得深思！我只想说，基础教育如果不时时刻刻，始终关注孩子大脑的发育成长，就是“伪教育”！真正的素质教育一定是时时刻刻，始终关注孩子大脑的发育成长，伏羲教育应该在这方面作出自己的贡献。

王耀昶先生

概述

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最新脑科学在教学中的应用

          王耀昶

一、什么是突触链接理论

二、什么是髓鞘质记忆理论

三、新理论颠覆了哪些传统理念和做法？

       进入21世纪以来，随着相关理论的完善和新实验工具的涌现，大脑最深层的一些奥秘开始浮出水面。这些奥秘颠覆了过去对大脑的肤浅认识，过去对大脑的认识只停留在表面的现象研究，例如大脑遗忘曲线的研究等，现在看来那都是肤浅的表象研究，如今，对大脑的研究，已经深入到对单个神经元的研究，对神经网络的研究。就像对人体的研究一样，古代只靠脉诊、望诊来判断人的疾病，现在可以用x光、B超、核磁共振等先进设备，精确定位人的疾病，甚至可以精准到细胞的检测。

       人类对大脑的研究虽然还有无穷的秘密还在探究，但是最新的研究成果已经揭示了后天天才的秘密，揭示了技能教育的秘密，揭示了最有效的教学方法和学习方法的秘密。这些研究成果使研究人员大为震惊，为把普通人培养成“天才”指出了科学的道路。特别是中国人，更有幸分享这些最新成果。因为中国正处在一个伟大的崛起的时代，一个用新观念代替旧观念的时代，一个更追求 现实、更追求效率的时代。

       毛泽东主席曾经说过：没有实践的理论是空洞的理论，没有理论的实践是盲目的实践。

至今为止，许多流行的学习方法没有得到理论的支撑，例如，“死记硬背”是不是科学的方法？“英语是喊出来的” 有没有科学道理？“头悬梁锥刺骨” 是否能提高学习效率？技能能否速成？技能是教出来的还是练出来的？快速记忆单词（字形）能不能解决口语问题？这些理论问题还没有搞清楚，就盲目的让孩子参加各种学习班，结果徒劳无益。

      什么是科学？科学是由三部分组成的：科学的理论、科学的方法和科学的手段。这三者组成的系统才是科学的系统。与教育有关的两个基本理论：一个是突触链接理论，一个是髓鞘质记忆理论。

了解这两个理论对学习各种课程都是有益的。这种最新脑科学理论颠覆了。许多传统的教学理念，并且使许多行之有效的教学方法找到了科学的依据。

第一节 突触链接理论

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　　第一节 突触链接理论

突触链接理论，会让你明白怎样努力才会更聪明。

一、什么是突触（synapse）？

    突触是脑细胞之间相互链接并交换信息的一种组织。synapse来自希腊语，原意是“接触”或“接点”。

突触是脑细胞之间相互链接并交换信息的一种组织。synapse来自希腊语，原意是“接触”或“接点”。

     突触链接

    信息是通过突触，从一个脑细胞传递到另一个脑细胞的。或者说：脑细胞之间的信息传递是通过突触进行的。

     近代脑科学的研究有以下发现：脑突触链接的数量越多，人就越聪明。研究结果表明，人的聪明程度不取决于脑细胞的数量，因为人与人之间的脑细胞数量几乎相差无几；也不取决于突触的多少，主要取决于突触链接率的多少。突触链接的数量越多，人脑的反应速度越快，人就越聪明。

     十年前，我们可能认为人的大脑相当于一台最好的计算机，但现在我们不得不承认这种比喻实在是太可笑了。随着网络技术的发展，人们对大脑的认识有了更新的认识，现在看来，人的大脑相当于上亿台计算机组成的计算机网络，每一个脑细胞就相当于一台计算机。有众多电脑联网的计算机群要比单台电脑的运算速度快得多，所以，突触链接的数量越多，就相当于联网的计算机数越多，人脑的运算速度就越快，反应越敏捷，人就越聪明。

     那么，如何让突触链接得更多更快呢！

二、突触链接的必要条件：

     1、刺激大脑细胞。有两种刺激方式：一种是感官刺激，其中手指指尖刺激是最有效的刺激。手，号称是人的第二大脑，手的反应区在大脑皮层上所占的面积最大达1/3。另一种刺激是单纯的大脑记忆，例如大量地死记硬背。科学家发现手指尖的刺激比死记硬背更有效。采用指尖击打键盘，就是一种很好的健脑方式。

     2、重复刺激，反复刺激，不间断地持续刺激。“重复”是指小循环记忆，重复的周期以秒和分钟为单位。“反复”的周期是小时或天。“持续”的周期是周或月。这三种刺激方式缺一不可。常见的练习过程缺乏“重复”和“持续”的较多。

     例举一个真实的例子：有一个学速录的学生想从现在的每分钟100字的速度提到每分钟120字，选的文章长度3000字，该学生非常投入地练习，反复练习，每次都是从头打到尾，废寝忘食地练习，七天后，仍是不见效果，问题在哪里？

     分析：该学生选3000字的文章，每分钟100字，则需要30分钟，即文章的每句话需30分钟才能循环一次，也就是每一句的练习周期是30分钟，诊断结果是该学生的练习过程没有“重复”只有“反复”和“持续”，突触达不到链接条件。所以达不到练习效果。

     背诵大块文章比较费力，但是用化整为零的方式背诵就容易多了。每一小段控制到3-5分钟，每天背诵2-3次，每周或每月坚持背到熟练的程度，就会终身不忘。

     3、突触的链接需要生物介质的参与。即“专注”、“投入”、“ 激情”和“信心”会加速突触的链接。脑科学家研究发现，突触链接是需要一定的介质条件的。美国生物学教授Jamese E.zull明确指出，在控制情绪因素的化学介质没有参与的情况下突触的变化是不会发生的。这些化学介质如：肾上腺素、复合胺、多巴胺等。只有在这些介质参与并达到一定浓度的情况下，突触的链接才会激活、修复和链接。

如果学习不够专注，没有激情，没有信心， 那么在缺乏这些控制情绪的化学介质的条件下，就不会发生突触的链接，因此，有些人尽管花了许多时间练习，由于不够专注，没有激情，没有信心，仍不会明显进步。

     这些生物介质正常人都不缺乏，缺乏的是环境、激励、关爱和激发。对学习不够专注，没有激情，没有信心的人批评、惩罚和人格侮辱只能适得其反。

     4、好的睡眠（深度睡眠）会加速突触的链接。

     在对果蝇的实验中，睡眠不足会减弱甚至破坏存在脑中的突触，而好的睡眠会加速突触的链接。大脑借由这些突触，将记忆与学习译成密码，把讯息传递到遍布中枢神经系统的神经元。

     突触链接是在良好的睡眠中进行的，像孩子长个子一样。没有好的睡眠，会影响突触的链接。因此头悬梁锥刺股的学习方法是不科学的。

     随着年龄增长，连接神经元的树状突触会逐渐消失，突触少了，脑功能就会减弱。脑研究的有关数据显示手指的运动尤其是指尖对大脑的不断刺激可以阻止脑力走下坡，甚至能增强记忆力。

     掌握这四个必要条件，会使我们的突触链接更多更快。

    一个世纪以来研究人员一直把重点放在神经元和突触上，虽然神经元和突触可以解释几乎所有的心智现象：记忆、情绪、感官知觉等。但有些问题，神经元无法给出解释，为什么人们学习复杂技能不能速成，而需要很长的时间？为什么人们对动作的记忆那么持久，甚至是终身不忘？为什么对非动作记忆那么容易忘记？为什么养成的旧习惯不容易纠正？髓鞘质的发现，解开了这个谜。

第二节 髓鞘质记忆理论

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第二节 髓鞘质记忆理论

一、 神经学科学家们关于髓鞘质的精彩论述：

  “简直是革命性的发现！”美国加州大学洛杉矶分校的神经学教授乔治. 巴特克斯（George Bartzokis）博士说, “髓鞘质是学习技能、人之成为人的关键。”“人才和技能的故事，就是髓鞘质的故事。”“才能密码建立于颠覆性的科学发现之上，其中涉及一种叫做髓鞘质的神经绝缘体，一些神经学家们称它为学习技能的圣杯。髓鞘质越厚，我们的动作和思维就越加精确和敏捷。”“髓鞘质使整体信息处理能力增加了三千倍——堪称“宽带。”

   菲尔茨博士说：信号必须以合适的速度传输，在正确的时刻到达，而髓鞘质正是大脑控制传输速度的方法。

“释放神经信号促进髓鞘质生长，髓鞘质控制脉冲，脉冲速度就是技能。”菲尔茨博士说：突触的变化，仍然是学习过程的关键，但髓鞘质对如何提高学习效率起着巨大的作用。

   菲尔茨博士说：这是世界上最复杂、最精致的，细胞自我分裂过程之一。这个过程非常缓慢，每一层，都要绕着神经纤维四五十次，需要几天甚至几周时间。想象一下，现在其中一个神经元上完成这个过程，接着是拥有成千上万条这样的神经纤维的整个神经回路。这就好像给横穿大西洋的电缆裹上绝缘体。（这就是说，髓鞘质化需要时间，复杂的技能训练是不可能速成的，就像学走路和学说话是不可能速成的，或者通俗的比喻“十月怀胎，一朝分娩”，是无法改变的自然规律，想速成是不可能的。）菲尔茨博士解释了两个原则有助于理解髓鞘质。

   科学洞见第一条：实际上，所有动作都是神经纤维之间沟通的结果。最简单的技能，比如网球的反手击球，也要涉及十万计的神经线路。从深层次的意义上说，神经线路就是动作：它精确地决定了每次肌肉收缩的强度和时间间隔，协调干练的线路，意味着协调干练的动作。

   脑科学洞见第二条：技能线路锻炼得越多，使用就越自如。髓鞘质无法逆转。髓鞘质化就像铺路，只朝一个方向前进。一单技能回路包裹上了髓鞘质，你就无法去除这层绝缘体（除非年龄或疾病）。这就是为什么习惯很难打破。改变旧习惯的唯一方法是重复新动作以养成新习惯。

   儿童时期，髓鞘质一波接一波地生长，为人类提供了一个轻松掌握新技能的关键期。人的一生都能够髓鞘质化。“在某种层面上，髓鞘质跟着一个已经非常成熟的生理机制相似，即每天都在使用的肌肉。以某种方式锻炼肌肉——努力提起勉强可以提起东西——肌肉会越来越强壮。正常训练自己的技能回路——在精深练习时，努力完成那些勉强可以完成的事情——技能回路也会越来越敏捷和准确。”

二、什么是髓鞘质？

  【髓鞘质】是大脑中一种记忆动作的组织。我们走路、说话、骑自行车、游泳、打乒乓球等技能都是用髓鞘质记忆的，因此都不容易忘，几十年都不会忘，甚至一辈子都不会忘，为什么不会忘？近代脑科学关于人脑髓鞘质的研究揭开了这个谜。

   脑细胞上都生长着突触，如果把突触的轴突部分（图中红色细长的部分）比喻成导线，那么髓鞘质就好像包裹在导线外层的一层层绝缘体（图中用绿色标出）。

髓鞘质是包裹在突触的轴突部分的一种组织，如下图中的绿色部分所示。

  髓鞘质的断面图如图所示，它好像树的年轮，一层层包裹着轴突。科学发现，人脑中的髓鞘质有“多”和“厚”两种形态：

      多：用来记忆动作技能所用的髓鞘质的数量越多，记忆得越精确。就像照片一样，像素越少，马赛克越大，像素越多，照片越清晰。如打乒乓球，记忆动作的髓鞘质越多，落点越精确；记忆发音的髓鞘质越多，发音越逼真。

       厚：髓鞘质越厚，人的技能越熟练，即人的反应速度越快，人对速度的控制越敏捷。

      网球冠军的髓鞘质比一般网球运动员的髓鞘质又多又厚。要让髓鞘质增多——需要精确练习（精确练习）。要让髓鞘质增厚——需要即时反应练习（深入练习）。若使髓鞘质增多、增厚→需要精确练习 + 深入练习 →精深练习。

髓鞘质的生长过程：像树的年轮一样，一层层生长。

      髓鞘质是如何生长的？以孩子学走路为例来说明髓鞘质的生长过程。当孩子还不会走路时，走路的髓鞘质为零。当孩子能成功地迈开第一步时，开始长出第一层，以后多次跌倒再爬起来并取得新的进步时就会再增长一层（图3），即每次【犯错】、【纠错】并取得新的进步后就会增长一层。所以髓鞘质的最外层会记录人走路的最好成绩并保持已经取得的最好成绩。髓鞘质长得越厚，人走路的动作越熟练，髓鞘质长得越多，动作控制得越精确。

由于髓鞘质只长不衰（晚年后会逐渐衰退），所以只要某一种技能的髓鞘质长得又多又厚，这种技能就会获得长久记忆。

这就是十年前骑自行车技术不忘的原理。也是永久记忆的原理。

三、髓鞘质的增长条件：

1、 必须不断地犯错纠错。

       脑科学家们对“犯错”的认识：犯错不是罪，它是信息。德国的孩子受到这样的教育：“如果想变聪明，请犯错”。这些错误并不是真正的错误，而是信息。精深练习是建立在一个悖轮之上的：朝着既定的目标挣扎前进，挑战自己的能力极限，不断犯错，这让你更聪明。犯错，并加以改正——就像滑冰，刚开始的时候会滑倒，会跌跌撞撞，最后不知不觉中就变得敏捷自如。

       犯错绝不是可有可无的，从神经学的角度来说，这是必须的：要想使技能回路达到最佳状态，必须先找到次佳位置；你必须犯错误，并关注这些错误。

2、 不断地、持续进步。必须不断突破、刷新原来的技能水平。每一层髓鞘质的增长都需要：

      1）扎扎实实地完成本层次髓鞘质的生长过程。

      2）突破或刷新原来的技能水平。这就要求学习技能要一步一个脚印，步步达标。

      3） 精确练习（不限时间）——使髓鞘质增多。

任何技能训练第一步要完成精准、精确、精致练习，使髓鞘质增多。

      4） 深入练习——使髓鞘质增厚。

第二步要完成及时反应练习，即快速反应、敏锐、流畅、纯熟的练习。【精深练习】= 【精确练习】+ 【深入练习】。髓鞘质增长 增多 增厚。【精确练习】：是指精确、精准、精致的练习。

 例如战士打固定靶（十环靶）的练习。这是基础练习。

 如果培养一个狙击手，只有精确练习是远远不够的，还要进行深入  练习。

     【深入练习】：是指反应速度练习，也就是【即时反应】练习。

       战士打固定靶的精确练习如果已经能达到百发百中，在此基础上进行打飞碟练习就是【深入练习】。必须在基础练习达到优秀的基础上进行【深入练习】才能达到练习效果。【深入练习】是出成果的练习、是出人才的练习。

       狙击手（高级技能人才）的培训流程：

1、先进行精确练习。打固定靶，无时间限制，练到百发百中。

2、进行深入练习。打飞碟，练到百发百中，达到培养目标——狙击手。

无论什么人，要想成为你想成为的人，都必须走这条路——精深练习。——《一万小时天才理论》

生活中的例子：孩子学走路的两种方式。

      精深练习强调教练尽可能把学生推向精深练习区，让学生自己去磕磕碰碰，做大量的互动、自己教育自己。像孩子学走路一样，开始可以扶一下，但目的是把孩子引入精深练习区，放手让孩子自己去摔打、成长。真正实现“师父领进门修行在个人”。“精深练习需要犯错，才可以转化为技能。”——《一万小时天才理论》

 判定下列学习英语的方式是否是精深练习？



      以上三种学习方式都没有给出犯错纠错机会，因此都不是【精深练习】。因此都不具备髓鞘质增长的条件。

     研究发现，使髓鞘质生长最有效的训练方法的“精深练习法”——《一万小时天才理论》死记硬背模式和精深练习模式改变大脑的结构是大不相同的：死记硬背模式虽然刺激大脑，可以促进突触的链接，但没有促进髓鞘质的增长，即没有促进技能的增长；而精深练习既加快了突触的链接，又加快了髓鞘质的增长。

       不同的学习模式构建了不同的大脑结构，学习效率就大不相同。