為什么需要激活與學習目標相關的神經元

激活與學習目標相關的神經元為什么如此重要？我們會分三個部分來進行說明。前兩部分重點解釋為什么必須激活神經元，最后一個部分解釋為什么不是隨便激活任意的神經元，而一定要激活與學習目標相關的特定神經元。

改變神經連接

長期以來，人們一直認為大腦在人的胚胎階段和幼兒時期逐步發育完成，此后，大腦結構和神經連接都基本不再發生變化。而今天我們已經知道，即便在成年之后，人的大腦仍然具有可塑性，能夠通過改變神經連接來學習。這可以說是20世紀最重要的科學發現之一。如此看來，所有的學習勢必都將帶來一個結果，那就是深遠而持久地改變大腦的神經連接。

發現大腦能夠在學習中改變，無疑豐富了我們關于學習的認知。但還不足以讓我們明白如何促進學習，完成學習具體需要改變哪些神經元。要找到這些問題的答案，我們必須進一步明確神經連接是通過什么機制建立起來，又是如何得到加強的。也就是說，我們需要掌握決定和影響神經可塑性的相關要素。

唐納德·赫布（Donald O. Hebb）是最先提出用模型來說明大腦中的神經連接如何發生變化的研究人員之一1（詳見第2章）。同時，他也是最早一批認為神經元之間相互連接的方式決定了思維和行為方式的學者之一。赫布關于學習如何影響大腦神經連接的研究開創了神經可塑性研究的先河。

赫布模型的核心理念在于，同時被激活的神經元會連接在一起。也就是說，如果兩個相鄰的神經元同時被激活，則它們彼此連接且相互之間的聯系會加強，而這種聯系的加強又會進一步提高這些神經元再次被同步激活的概率。這樣就產生了一個不斷強化的循環：同時被激活的神經元會相互連接，從而進一步被共同激活，彼此之間的聯系進一步得到強化。因此，激活神經元是建立新連接的核心。

我們通常認為，無論是在教育領域還是在其他領域，學習者主動學習是非常重要的。確實如此。但主動并不一定意味著作出行動或者完成一項需要實際操作的任務。主動學習意味著要激活大腦，學習時必須讓大腦活躍起來，因為同時被激活的神經元會連接在一起，所以重要的不是身體上的主動，而是神經元的激活。

更加高效地學習

多項研究顯示，如果學習者只是被動地聽課，神經元被激活的概率很小，如果教學中設計一些活動來刺激學習者的積極性，比如要求他們回答問題，就會激活與學習目標相關的神經元，學習的效率會更高。

研究人員在一份綜述中對有關該主題的多項研究結果進行了元分析2。在225項研究中，他們將學生接受自然科學、數學或工程學的講授式教學的學習效率和主動參與式教學的學習效率進行了對比。通過對這些研究結果進行分析，如圖1-1所示，主動參與式教學的優勢顯而易見，掛科率平均降低了12%。

做元分析時，研究人員進行了數學測算，以確定統計效應（也叫作效應值或效應量）。統計效應是一個數值，通過集合多項研究的統計數據，來確定不同方法之間差異的大小。它能夠反映出一組研究的整體趨勢。確定效應值的大小是很有用的，因為不僅可以通過它判斷一種方法是否有效，還能確定其在多大程度上是有效的。事實上，簡單地說一種方法是否有效對教育而言并沒有多少實際意義，因為大多數的方法都有助于學習。真正的問題是，哪些方法能夠更多地幫助到學習者。

在元分析中，主動參與式教學法的效應值為0.47。從技術上來說，這意味著使用主動參與式教學法可以將學生成績平均提高0.47個標準差。標準差衡量了不同學生所得分數的差異程度。在本項研究中，基于給定樣本的標準差，0.47的效應值相當于學生考試成績提高6%和掛科率降低12%。

如果學生之間的分數標準差更大，則0.47的效應值將對應更高的分數增長。相反，如果學生分數的標準差更小，比如學生的分數幾乎相同，分數增長的比例也將更小。效應值衡量的并不是某種教學法的效率的絕對值，而是它的相對有效性。在教育領域，人們認為當一種教學法的效應值大于0.4時，它的效率高于一般方法的平均值4。因此，主動參與式教學法（相比于講授式教學法）的效應值略高于其他方法的平均值。

盡管元分析是一種有力的工具，非常適合用于了解一種方法的整體有效性，但它也有一個嚴重的局限性。事實上，元分析是同時對多項研究進行綜合分析的一種工具，它并不能確定基于同一種方法的某些特定策略之間的相對有效性。例如，元分析顯示，是否給小學生（6～10歲）布置家庭作業對他們能否取得好成績并不會有顯著的影響。然而，從青少年時期開始，家庭作業對學生的學業成績起著決定性的作用5。從這些元分析中，人們可以推斷出小學階段的家庭作業是無效的，應該被取消。但是元分析沒有對作業類型加以區分，它對研究中使用的所有作業類型的效果取了平均值。然而，正如我們后文將看到的，某些類型的家庭作業相比其他類型的作業效果更好。因此，問題不在于布置家庭作業與否，而是確定哪種類型的家庭作業最有效。

元分析方法所特有的這種局限性也存在于針對主動參與式教學法的相關研究中，它概括了一系列可以促進主動學習的策略的整體效果。然而，要更多地了解使學習有效的最佳方式，不僅需要知道干預措施的平均效果，還需要了解研究中使用的不同干預措施的相對有效性。此外，正如我們在本書后面將會看到的，如果我們希望能夠將在特定環境中獲得的結果進行實際應用并將之有效地運用到另一種環境中，則更應該弄清楚一種方法相比另一種方法更加有效的原因。

針對主動式教學的元分析結果，還需要說明一點，即使講授式教學總體上不如使用主動式教學的教學效率高，但這并不意味著需要完全摒棄講授式教學。關鍵是激活學習者的大腦，即使是講授式教學，也可以讓學生的神經元活躍起來。研究表明，觀察別人完成或學習執行一項任務可以激活與被觀察者相同的神經元，但與運動相關的神經元除外，因為觀察者是靜止的6。當我們提到鏡像神經元時，經常涉及這種激活，觀察者和被觀察者神經元的激活在很大程度上是相當的。

盡管講授式教學確實可以幫助學習者激活神經元，但情況并不總是如此，這就是問題所在。相比需要學習者完成一項任務或者需要他們主動參與的教學法，學生在采用講授式教學的課堂上更容易出現注意力不集中的情況，因為，或由于課程負擔過重或由于缺乏必要的背景知識，他們無法聽懂教學內容。

建立恰當的神經連接

在赫布模型中，神經元需要同時被激活才能連接在一起。然而，要進行學習，不僅需要激活神經元，更重要的是激活“對的”神經元。因此，神經元激活的核心不僅是激活神經元，還在于激活與學習目標相關的神經元（而不是其他），即激活與需要調動的知識或策略相關的神經元。

有時大腦中的一些神經元雖然被激活了，但學習所需的神經元沒有被激活，出現這種情況的原因有多種。其中一個最明顯的原因是，我們大腦中想到的不是要學習的內容而是其他東西。一個上課注意力不集中的學生，當他想著今晚要干什么的時候，他的大腦是活躍的，他在想象晚上的聚會，但與學習目標相關的神經元沒有被激活。

學生在課堂上瀏覽社交媒體時也是如此，他激活了大腦，但沒有激活與他需要完成的學習相關的神經元。一項研究還表明，在課堂上使用計算機的學生，尤其是上課時用計算機瀏覽社交媒體的學生（55%），對課程內容的理解比其他學生（66%）要差。如果一個學生挨著一個在課堂上用計算機做其他事情的學生，即使他自己沒有使用計算機，他的學習效果也會明顯變差（56%比73%）7。有一個合理的假設可以解釋這一情況，即學生在課堂上激活了其他神經元，而沒有激活與學習目標相關的神經元。

可能有人認為學生可以一邊瀏覽網頁一邊聽課。研究表明，與人們的一般認識相反，多任務處理（同時執行多項任務）是不可能的8。一旦在同一時間兼顧多件事，我們的表現力就會下降，這很可能是在課堂上使用電腦的學生學業表現不佳的原因。

另一個可能分散注意力并影響大腦活動的因素是房間裝飾。研究人員研究了教室裝飾對幼兒園孩子學習的影響9。與沒有裝飾的班級相比，有裝飾的班級墻面上張貼的各類海報會妨礙學習，因為這些班級的孩子花了更多時間在其他事情上，而不是在完成學習任務上（39%比28%），他們的學業表現也會差很多（42%比55%）。

除了分心之外，還有一個原因可以解釋為什么有時候大腦被激活了，卻沒有激活與學習目標相關的神經元。當我們激活一個錯誤的想法或者與完成特定學習目標無關的策略相關的神經元時，就會出現這種情況。這種自發產生的想法或策略會激活無用的神經網絡，在某些情況下甚至會干擾學習。

此外，為了完成一項任務而自發采用的策略，在短期、中期或長期來看，可能并不是最佳選擇。而無效策略的使用會激活與該策略相關的神經網絡，進而強化該策略，并阻礙與另一種更有效的策略相關的神經元被激活。

例如，多項研究證明，學會閱讀的人在閱讀時主要激活大腦的左半球，特別是位于大腦半球后部的枕葉和位于大腦左半球一側的側顳葉交界處一個被稱為左枕顳葉皮層的區域10。在學習閱讀的過程中，這個區域會變得越來越活躍11，一般來說，它被激活的越多，一個人的閱讀能力就越強12。因此，學習閱讀，需要激活該區域。然而研究表明，左側枕顳區的激活取決于對單詞解碼的策略13。整體策略（stratégie globale），即識別單詞的整體字形而不關注單詞的組成部分（字母）的策略，更多地激活右側枕顳區；而形聲策略（stratégie graphophonétique），即同時識別組成一個詞的所有字母讀音的策略，則是激活左側枕顳區。因此，為了將神經元激活原則應用于對閱讀的學習，在閱讀時僅僅激活大腦是不夠的，需要通過鼓勵學生采用形聲解碼的策略來激活左枕顳區。此外，大量研究證明，在對閱讀的學習中形聲策略明顯比整體策略更加有效14。

根據赫布模型，同時被激活的神經元會連接在一起，這從另一個角度也強調了同步激活神經元以建立連接的重要性。事實上，依照赫布模型，為了建立和加強神經元之間的連接，需要：（1）神經元被激活和（2）神經元同時被激活。當我們提出一個想法或使用一個策略時，是一組通常被稱為神經網絡的神經元被同時激活，從而加強它們之間的相互聯系。然而，學習往往不僅僅是整合一個想法或一個策略，它是在兩個或多個元素之間建立聯系。為了促進這些連接的建立，需要同時激活相關的元素。

學習閱讀的例子很好地說明了這種情況。學習閱讀主要在于學習建立字母（字符）和讀音（音素）之間的聯系。大腦中負責識別字符的關鍵區域通常位于左枕顳葉，而與讀音處理相關的區域則位于其上方被稱為左顳頂皮層的區域。顧名思義，左顳頂皮層位于大腦上部顳葉和頂葉之間的交界區。根據赫布模型，通過同時激活枕顳區和顳頂區，它們可以連接在一起。而且，這兩個區域的連接是建立閱讀神經網絡的關鍵。學習就是改變大腦連接。由于同時被激活的神經元會連接在一起，要完成學習，我們必須激活與特定學習目標相關的神經元。圖1-2說明了在學習閱讀的過程中激活神經元的原則。灰色區域代表激活區域。在此示例中，不僅神經元被激活（條件1：神經元被激活），而且是公認的在對閱讀的學習中起關鍵作用的神經元被激活（條件2：激活與學習目標相關的神經元）。

同時被激活的神經元會連接在一起的事實使得在兩個或多個元素之間建立聯系成為可能，當然前提是這兩個元素同時被激活。例如，在學習新知識的同時激活先前的舊知識，則會在新舊知識之間建立聯系，同時，與新舊知識相關的神經網絡之間也會建立聯系。兩個或多個神經網絡之間的連接越多，則一個神經網絡的激活就越有可能引發另一個神經網絡的激活。因此，連接的建立增加了神經元被再次激活的可能性，也讓此前所學更容易被記住。

盡管同時被激活的神經元會連接在一起的事實在大多數時候都有利于學習，但有時也會阻礙學習的遷移，從而產生負面的影響。我們學習的時候總是處于特定的環境中。當這個特定的環境激活特定的神經元時，“環境”神經元就會傾向于連接到與學習目標相關的神經元。換句話說，當我們在學校學習分數的加減法時，我們會接受特定類型的問題，保持特定的坐姿，在特定的燈光下，加上某種特定的情緒和思維傾向，所有這些因素都讓我們更容易重新激活在同一環境中學習到的知識。相應地，要在不同環境中重新激活學到的知識將變得更加困難。

關于這一點有一項很有說服力的研究15。研究人員要求被試分別在水下和陸地兩種截然不同的環境中學習單詞。結果表明，被試在水下時，更容易記住在水下學習的單詞（記住的單詞量：11.4比8.4），相反，被試在陸地上時則更容易記住在陸地上學習的單詞（記住的單詞量：13.5比8.6）。這些結果證明，當人們處于與學習過程相同的環境中時，更容易再次激活所學的知識。

因此，實現學習成果從一種環境到另一種環境的遷移并不是自然而然、毫不費力的事情。在某種程度上，我們不僅需要時間來學習，還需要時間來完成學習的遷移，擺脫對特定環境的依賴。一般來說，在剛開始學習時，最好不要過多地改變環境，以確保一定程度的一致性，促進大腦的激活和神經連接的建立；但之后，則需要改變環境和練習的類型，以促進學習的遷移，讓學習脫離特定的環境，從而減少大腦激活對特定環境的依賴16。

在本書中，我們將看到一些符合大腦運行機制和認知功能并有助于所有學習的普適性策略。因篇幅所限，這里將不再對某些針對特定內容的策略加以展開。