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【脑科学与教育】看“脑科学”引发的课堂与学习模式改变
【脑科学与教育】看“脑科学”引发的课堂与学习模式改变
摘要：这是一个脑科学的时代。
这是一个脑科学的时代。随着信息技术、尤其是人工智能的发展，人类对大脑的研究开始进入一个全新的时期，并取得了一系列意义非凡的成果。脑科学的研究最为关键的领域还在于塑造人脑本身，而教育的实质其实就是在发展和建构我们的大脑。今天，现代化的教育已经无法脱离对脑科学的研究。任何一种学习能力的培养、学习品质的提升;任何一项知识的获取、合作的建立、行为的变化、情绪的调节;以及注意力、记忆力、思维力、反应力和自控力的养成都与脑科学密不可分，其背后都是对大脑的深层认识与科学塑造。愉快又高效的学习能否实现?学习的设计如何遵循大脑发育规律，不超前也不延迟?学习环境和心理情绪会对大脑的发展产生怎样的影响?如何基于科学的大脑分工规律实现在创新性思维能力、问题解决能力、社会适应能力等培养上的突破?脑科学如何激发学生的主动性，如何带动学习方式的变革?它又将给学生的学、教师的教带来怎样的影响?随着这一个个问题被重视、被探索、被逐步破解，教育的内涵、学习的意义、潜能的发掘、课堂的改变??都变得更为科学、充满可能又能量无穷。脑科学在课堂一：如何通过情绪的调节促进学生快乐的学习情绪和情感在学习中起着至关重要的作用。快乐是一种积极的情感体验，它有利于学生身心的健康发展。脑科学研究表明，杏仁核控制和调节着人的情绪，情绪和情感在学习中起着至关重要的作用。由于大脑本能地偏好于快乐的记忆，所以追求快乐是人的天性。如果学生长期处于焦虑和压力之中，肾上腺就会分泌出一种压力激素——皮质醇，皮质醇长期停留在体内，会降低人的免疫功能，并且影响到记忆和思维的能力，对身体和学习都会带来负面的影响。因此，教师在教学中如何充分发挥兴趣的导向作用就显得十分重要。教师在培养学生学习兴趣的同时，更要培养学生自我生成兴趣的能力，也就是要让学生学会根据学习任务的要求和自己的实际情况寻找兴趣的生长点，使之没有教师的指导，也能凭借自身努力，去形成和发展新的学习兴趣，感受学习的快乐。脑科学研究进一步证实了这一理论：“个体努力追求自己真正快乐的状态，而它并不需要明确的外部奖励。许多因素都能激发人的学习动机，如渴望赞扬和认同等，但其中最有力的一种是理解时的喜悦感。脑对这种感觉有着明确的反应。例如，在人们突然有一种‘我明白了’的感觉时，脑会突然产生一些神经联结，并察觉到所有信息之间的内部联系。这是一种最快乐的脑体验，至少在学习情境中如此，真可谓是一种‘心智的极度快感’。人一旦有这种体验，就会再想拥有。”将间接兴趣转换为直接兴趣，就是自我生成兴趣的一种能力。直接兴趣是指向活动本身的内容，如求知的欲望，对探索过程的享受，对认识客体的某种特殊爱好，乐此不疲的钻研精神等。学生自主的探究行为是促进直接兴趣生成的源泉。教师应该诱发学生对所学知识和各种现象产生探究的欲望，在质疑和探究中感受知识的魅力，体验成长的快乐。脑科学研究带给教育的启示真正的学习是对未知的探究。探究是一种发自内心的需求，这种需求一旦得到满足，就会充满愉悦和激情，获得感和成就感就会油然而生。它是直接被告知现成答案的学生无法体验到的，就如同登山者背包攀登险峰时产生的乐趣是坐索道者无法享受到的一样。这种学习兴趣是浓厚而持久的，它不需要外部的奖励来维持和加固。因为大脑是一种喜动厌静的器官，新鲜、刺激的信息是促使大脑成长的营养素，对未知的探究会让脑分泌更多的多巴胺，于是，快乐也就在情理之中了。培养学生的直接兴趣是课堂教学的归旨。学生产生直接兴趣的源泉是什么呢?那就是在探究未知世界的过程中，形成自己的主体意识，点燃自己的求知欲望，获得自己的独特体验。“生疑提问”正是感受知识魅力、对学习产生直接兴趣的一种方式。教师运用自己的教育智慧，让学生的思维呈现开放状态。热烈的讨论和争辩，构成了生命相通的灵动课堂，使学生产生了学习的心向，准备迎接新的挑战。而解决具有挑战性的问题，正是大脑能够形成新的树突联结，促进发育的最好时机。脑科学在课堂二：如何通过促进大脑活动提高自主学习能力对学习活动的自我评价、自我调控是脑的重要功能。一个人在自我审思和自我调控中的所思所想，如分析、判断、选择、监测、评价、调节等，基本上都是新信息的处理，因而更能刺激大脑神经元持续放电并生出新的树突，使大脑活动更为灵敏与高效。一个善于不断接受新的信息和刺激的人，一个喜欢提出自我挑战的人，其大脑突触的联结较之其他人更多，脑神经网络之间的联系也更加复杂。因为审思注重反馈，反馈减少不确定性，增强了自我体验，同时也降低了肾上腺的紧张反应，加速了快乐的神经递质的分泌，这就为脑的发展提供了营养。我国古代的孔子和古希腊的苏格拉底、柏拉图和亚里士多德就都强调学生是学习的主体，并身体力行。之后的中外教育家、心理学家也都相继提出了诸如自然教育、儿童中心主义、人本主义、人文主义、建构主义等各种体现主体教育思想的理论和流派。马克思主义的科学人性观和关于“主体是人，客体是自然”的论断更是为主体性教育提供了理论基础。特别是在信息技术迅速发展的今天，人的问题已越来越成为教育的核心问题，人的主体性发展比以往任何时候都更加凸显。教育既不是盲目追随儿童的自身发展，也不仅仅是让学生适应和依附社会，其根本要旨在于培育富有主体性的人。学生能否成为学习的主人，这是衡量教育是否成功的最重要的标准。培养学生的主体精神，让学生学会自主学习，应该是贯穿于教育始终的一根主线。脑科学研究带给教育的启示将培养学生求悟反思的能力作为重要的教学目标贯穿于教学始终，并采用相应的手段使之实现。这体现了研究者对学生身心发展规律和教育本质的准确把握。对学习活动的自我评价、自我调控是脑的重要功能，也是促进大脑发展的有效手段。“结合认知心理学和儿童发展研究，脑科学确定了一个非常关键的脑区，它的活动和发展与自我控制能力的水平和发展有关。自我控制也是最重要的行为与情绪技能之一。”&为了建立和巩固正确反应的记忆模式，修正持有不完整或是错误信息的神经网络，学生需要通过或正确或错误的预测参与活动。频繁的形成性评价和矫正性反馈都是促进长时记忆、发展推理和分析执行功能的有力手段。&大脑正是通过自我调控，来自觉地修正载有错误信息的神经网络，便之准确地反映和处理外界信息，进一步增强脑对于正确反应的感受性，使学习者在大脑多巴胺愉悦水平的波动中获益，确保其在快乐状态下学习效率的提高。同时，自我调控又是促进大脑神经元新陈代谢的过程，在此过程中大脑修剪一部分神经元，强化另一部分神经元，催生出新的神经元，使脑自身的“战斗力”得到提高。脑科学在课堂三：如何让学生掌握脑的运作规律实现高效学习要让学生知道“人的一生脑都具有可塑性”。脑是学习的器官，认识和遵循人脑的运作规律，是教与学顺利进行并取得良好效果的关键性条件。因此，了解和应用脑科学中与学习有关的成果，是教师应该具备的理论知识和能力要求。如脑科学研究表明，在学习新知识后，要安排一定的时间给学生进行反思，这对于形成长时记忆十分重要。因为当大脑短暂休息时，它无需对其他与之竞争的刺激做出反应，就有时间来加强神经细胞的联系，加快大脑的蛋白质交替，使神经元的突触得到巩固强化，这是大脑关于注意的规律。脑科学研究带给教育的启示怎样才能拥有一个记忆力强的大脑?“多通道信息输入能提高认知加工效率”，这是被多项研究成果证实的理论，它要求教师注意调动学生多个感觉通道参与认知活动，并指导学生在学习中主动创造动眼、动脑、动口、动手的机会。此外，大脑是以知识的合理性和意义作为主要标准来决定将什么信息编码到长时记忆中去，即获取的知识要有足够的意义或与生活相关联。教师可以有意识地介绍一些大脑有效记忆的方法如联想、归纳、复述、讨论、首因-近因、多通道等，并在课堂上通过活动场景的设计，让学生在参与中体验;通过相互间的讨论，让学生留下深刻印象;通过提供动手操作的机会，让学生的才能得到充分发挥。教师不仅自己要了解和应用脑科学有关成果，还要向学生宣传这方面的知识，使学习更加科学、有效。例如，教师要让学生知道“人的一生脑都具有可塑性”，而新奇性和挑战性是促使其生长的营养素，因为新的学习经验和挑战比简单重复的、已知的内容产生更强的电能，正是这种电能实现了神经元之间的传递活动，促进了脑细胞的成长，形成新的树突联结。“学习与经验可以改变脑皮层的厚度与树突的结构”。相反，简单乏味的学习内容，不求甚解的懒汉思维，会使大脑消极怠工并发生退化，“这是可塑性大脑的抗议，因为我们停止学新的东西，它就没有办法再去执行它最重要的东西——改变大脑了。”学生一旦了解了脑科学的有关知识，他就会为了让自己的大脑更聪明，去自觉地摸索和掌握科学的学习方法，从而提高自己的学习有效性。（本文选自《上海教育》杂志4A刊。）本文转自微信公众号“第一教育”，作者计琳、徐崇文、魏耀发。文章为作者独立观点，不代表芥末堆立场。
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摘要：据IDC预测，2016年到2020年可穿戴市场将呈现明显增长，预计2020年智能可穿戴设备的发货量会达到2亿，智能手表出货量将达到1.61亿块，可穿戴设备市场潜力巨大，随着物联网时代的迫近，可穿戴市场有望迎来新的飞跃。未来连接将变得更加频繁，对于可穿戴设备性能及功耗水平都提出新要求。
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据IDC预测，2016年到2020年可穿戴市场将呈现明显增长，预计2020年智能可穿戴设备的发货量会达到2亿，智能手表出货量将达到1.61亿块，可穿戴设备市场潜力巨大，随着物联网时代的迫近，可穿戴市场有望迎来新的飞跃。未来连接将变得更加频繁，对于可穿戴设备性能及功耗水平都提出新要求。
　　智能可穿戴设备最重要的是低功耗
　　&要让可穿戴设备执行IoT时代联结者的职能，就必须把链接功能做好，并且这种链接方式最好是低功耗的，能够让可穿戴设备运行的时间更加持久。&来自安森美半导体亚洲区市场推广经理杨正龙认为，低功耗蓝牙5.0将成为很好的解决方案。
　　他表示：&引入低功耗蓝牙技术，可以实现短距离通信的最低功耗。这将大大延长可穿戴设备的工作时间。目前低功耗的蓝牙技术具有几大特点，一个就是在2.4 GHz ISM频段中运行，数据传输速率可以达到2M再一个便是，经过优化后可以长时间传输小段数据(与支持连续数据传输的&标准蓝牙&相反，同时支持连续数据传输);还有一个便是易于实施，目前的智能手机中已经配备了低功耗的蓝牙设备;还有就是诸如自定义/专有协议、网状网络等优点。&
　　&低功耗的蓝牙基带是由硬件和软件组成的混合方案，这将有利于把这项技术引入进消费类应用、传感器、可穿戴设备、物联网等等。& 随后杨正龙继续补充道。
　　可穿戴设备还需进一步提升性能
　　低功耗蓝牙技术，为可穿戴设备连接提供了有效的解决方案。为了进一步提升可穿戴设备性能，使其满足物联网大数据及高频连接需求，上游芯片厂商也在不断努力。
　　Cypress公司提出了使用双线程的PSoC对IoT以及可穿戴设备提供支持，这种SoC可以极大地降低设备的功耗，并且加快可穿戴设备的运行速度，是一种既高效且实用的芯片。PSoC最成功的应用之一是家电领域，例如白电的触控按键，还有手机和可穿戴的触控产品，主要采用了CapSense触控屏。
　　高通的也针对可穿戴设备专门推出了Snapdragon Wear系列芯片，主打低功耗、连接性、安全性等特点，在相对低功耗的情况下也可以保证其突出的性能，从而满足大部分用户的使用需求。
　　上游芯片厂商的不断加持，也为逐渐势微的可穿戴设备产业注入了一剂强心针。针对其充电模式，行业也有不同方案探讨。
　　无线充电是可穿戴设备的必然发展趋势
　　虽然可穿戴设备发展日新月异，信息接入方便快捷，但是由于充电接口不统一，电池续航能力有限，能源接入点有限，不能满足电能无线移动式接入等原因，成为目前智能可穿戴设备发展的阻碍。
　　相比于信息无线化进程，能量供给无线化进程才刚起步。我们的智能手机从原来的的只能打电话，屏幕都没有的时代已经发展到如今几乎可以做任何事的智能手机时代，而能量无线化的进程却依然还停留在只能接触到充电设备才能进行充能的时代之中。
　　目前无线充电技术已经应用到了许多的领域之中，比如说电动汽车的无线充电系统、输入式医疗设备、室内无线传能环境、移动机械无线传能应用等等。基于磁场近场耦合原理的无线传能技术已经在多个领域获得了应用，然而由于其磁场耦合机理以及天然磁性材料种类的限制，在充电效率、距离、角度或位置偏移合体性等方面还存在较多问题。
　　物联网时代需要兼顾安全、低功耗、灵活、成本等特性，这也是可穿戴设备融入其中必须满足的条件。随着低功耗蓝牙方案、AMOLED屏幕、定制芯片以及充电方案等配套完善，可穿戴设备在物联网时代仍大有可为! 【光粒网综合报道】( 责任编辑:Jucy )
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微信二维码手机电量越来越不持久？科学家：与不良习惯无关！手机电量越来越不持久？科学家：与不良习惯无关！老男人科技百家号很多人都担心自己的智能手机电池会耗尽，尽管手机制造商不断声称，自己研制的手机电池寿命会有所提高，但是人们往往觉得手机总是处于“垂死边缘”。这很可能是“容量衰减”的结果，也就是说，每次你对手机进行充电时，就会有一定数量的电量被浪费。每次手机充电的时候，浪费电量的比例就会增加。因此，你每次插上智能手机对电池充电时，实际上是在让电池寿命变得更糟糕，这让人们觉得电池不久就会耗尽。尽管研究人员试图使电池充电更快，使用时间更持久，但是他们不可能制造出真正持久的电池。这项研究报告发表在Conversation网站上，美国爱荷华州立大学的史蒂夫·马丁教授解释称，无论工程师如何努力工作，没有电池能够永远持续使用。为什么电池会“死亡”呢？小孩在有时会问他的电池驱动玩具车何时停止运行？所谓的“永久性电池”是什么样？相同的问题可能在每位智能手机用户脑海中闪现过，他们试图在手机屏幕电量耗尽之前发送最后一段文字信息。像这样的研究在全球范围内持续进行，相应的技术可使电池充电速度更快，寿命更长，而且充电和放电的次数会更多。但是，就像你想要的那样，制造一个真正电量永恒不变的电池是不可能的。马丁说：“我从事热力学理论教育30多年时间，到目前为止，还没有任何证据表明我们可以打破基本的科学规律，获得永远不会‘死亡’的电池。”“容量衰减”电池科学家和工程师称，当前电池的主要问题是“容量衰减”。通常人们会问这样的问题：“为什么我的电池无法充电？”还有一些人抱怨称，我刚给手机充电，它怎么又没有电了？这是热力学第二定律的结果，热力学第二定律指出，只要有一些真实的过程发生，它就会在该过程中浪费一定数量电能，并且无法恢复。想象一下这是如何工作的，电池的使用就像在两个杯子之间传递水一样。使用电池就像把水从一个杯子里倒进另一个杯子里，充电的时候需要把水倒回第一个杯子里。即使你来回倒水一两次没有洒一滴水，但是每个杯子里总有一点你无法倒出来的残留水。现在想象一下，在两到三年的手机电池使用时间里，或者10-20年电动汽车的电池使用时间里，会有成百上千次充电过程。随着时间推移能量浪费不断增长随着时间的推移，成千上万次电池容量衰减将导致大量电池能量损失。即使将一个几乎观察不到的水滴喷洒出去，例如：0.1毫升的水，如果它发生了1万次，那么损耗的水量就能达到1升。这甚至不包括在某种程度上导致一个杯子失败的可能性，甚至会失去更多的水，例如：漏水或者加热，以及水分蒸发。就像水从一个杯子中倒入另一个杯子的过程中，水不可避免地会减少，更多的能量需要补充电池，而不仅限于现有存储容量，随着时间的推移，相对于电池储存能量，浪费的电池能量比例会逐渐增大。事实上，你使用电池频率越高，消耗的电池能量就越多，电池很快会到达一个极限点——处于“死亡状态”，不能再继续充电。目前，马丁和其他同事正在研究新的方法，使耗电-充电循环运行得更加顺利，期间减少浪费的电池能量，但是热力学第二定律总是无法完全摆脱这一现状。本文由百家号作者上传并发布，百家号仅提供信息发布平台。文章仅代表作者个人观点，不代表百度立场。未经作者许可，不得转载。老男人科技百家号最近更新：简介:此老男人非彼老男人。作者最新文章相关文章