基于脑负荷理论的“减负”策略

来源:用户上传      作者:董娜 曾文婕 杨一格 吴必园 黄甫全

　　[摘   要]在腦负荷理论视域下，应以整体结构观照学生的减负需求，从体力、情感、心智和期望等多层需求，构建多维、全面的“新减负观”。其具体策略包括：减少传统课堂上对学生身体动作的限制，以减轻学生的体力负荷;在消解学生负面情绪的同时唤起积极情绪，以降低学生的情感负荷;创设个性化学习，以减轻学生的心智负荷;分散教师、家长和学生的期望，以减轻学生的期望负荷。
　　[关键词]减负;脑科学;脑负荷
　　中小学生“减负”一直是社会关注的热点。2020年的“两会”也再次聚焦了减负。脑科学研究取得的成果，为遵循学生大脑发展规律的科学减负提供了依据。在此，将基于脑负荷理论阐发相应的减负策略。
　　一、确立新型理念，培育多维减负观
　　“减负”通常被理解为减轻学生的学业任务或认知负荷。脑科学研究提示人们要关注脑负荷，从体力、情感、心智和期望等多方面考量学生的负担，进而确立新的减负理念。
　　1.学生学业负荷的四种构成
　　脑负荷是与体力负荷相对的一个术语，也被称为心理负荷、脑力负荷和脑力负担等。对脑负荷的定义，常见的描述包括人在工作时的“信息处理速度”“信息处理能力”或“心理压力”等[1]。早期，认知被认为是人脑的核心功能，认知过程中的信息加工负荷被称为认知负荷。学生的认知负荷是指在学习任务中其认知系统上的负荷[2]。随着脑科学研究的深入，记忆、情感和奖励等的脑神经机制逐步被揭示[3]，人们对认知负荷的认识开始从心理层面走向生理层面，逐步形成了脑负荷理论。
　　基于脑负荷理论，学生在学习过程中承受的负荷从抽象、笼统的“认知系统上的负荷”，走向与具体的学业期望、学生的能力和努力程度等相关的多维度的负荷[4]。这样，学生的学业负荷就包括了心智负荷、情感负荷、期望负荷和体力负荷，具体涉及学生学习过程中的心智需求、努力程度、时间需求、受挫程度、绩效水平和体力需求等（见图1）。心理层面的认知负荷理论也曾尝试对“认知系统上的负荷”做出内部、外部和关联负荷的区分，但是却难以实施测量或评估。而生理层面的负荷，却可以直接通过对人的呼吸频率、瞳孔直径、内分泌和皮肤电反应等生理指标进行测量而获得，这便为科学减负提供了依据。
　　2.走向多维的“新减负观”
　　传统减负观主要聚焦于心智负荷。在这一观念视域下的减负策略通常是减少教学任务，以期降低学生完成学业任务的心智需求和努力程度。而立足于脑负荷理论，学生所承受的负荷是多维的，因此减负亦不再只是单一地减少学业任务，而是要从完成学业任务的体力需要、时间需要、受挫程度、努力程度、心智需要和绩效水平等多方面加以考虑。
　　基于脑负荷理论的减负策略，将实现更精准的教学、测评和减负。具体而言，那些难以通过书面考试检测出来的学生的心智活动、情绪状态以及体力状况等，可借助新兴脑成像技术被精确地检测，使教师可据以调整教学的目标、内容和模式等。这些反馈还可用以帮助人们将认知理论中的内部、外部和关联认知负荷进行区分，实现针对体力负荷、情感负荷、心智负荷和期望负荷的精准减负。
　　二、改变学习方式，减轻体力负荷
　　体力负荷是指学生在学习过程中需要承受的体力方面的负担。包括站立、转身和保持静坐等动作控制或限制带来的负荷。受某些哲学中“身心二分”及“抑身扬心”等观点的影响，学习常被视为离身的（Disembodied），因此学生所承担的体力负荷常常被忽视。随着脑科学研究对认知功能与身体结构之间联结的揭示，“身心对立”“身心二分”的理论不攻自破，又进而生发出“身心一体”和“身心耦合”的具身认知（Embodied Cognition）理论。这使人们开始注意生理体验与心理状态之间的联系，对学习的认识开始由“离身”走向“具身”。减轻体力负荷的策略如下。
　　1.建立动态课堂，减少对身体的限制
　　传统学习活动中，学生常被要求主动抑制身体运动，以符合课堂纪律的要求。而脑科学的研究表明，长时间“保持静止”会增加脑皮质的负荷，降低大脑的计算性能。与适当运动状态相比，静坐状态下的学习者认知能力明显下降[5]。因此，为了减少脑负荷，可以改变对学生静坐的要求，减少对学生身体的限制，建立更动态的课堂。具体措施如配备可调整高度的书桌，使学生既可以站着，也可以坐在椅子上[6]。
　　2.灵活摆放课桌，降低对行为的限制
　　具身认知理论指出，认知不是与感知觉无关的静态表征，而是与感知觉和运动具有动态联结的过程，学习中的认知加工需根植于身体与环境的交互，是“嵌入”身体和环境的活动[7]。为此，可以借鉴德国小学课堂的经验，即不再只按照纵横方向整齐排列的方式摆放课桌，而是以小组聚集的方式摆放，学生不必固定在自己的座位上，可以根据教学需要和自己的学习状态调整活动空间，如可以自行结成小组到课室的任意位置或者走廊进行学习和讨论[8]。
　　3.积极组织大课间，提高学生活动兴趣
　　课间休息时要鼓励学生到室外活动。学校还可以将武术、足球、搏击等运动项目引入课间操，这样更能提高学生的活动兴趣[9]。这些举措可以避免学生久坐，帮助他们增加运动量，有效防止超重或肥胖，也能减少学生在学习过程中的体力负荷，提高认知效率。
　　三、唤醒积极情绪，降低情感负荷
　　情感负荷主要是指学生在学习过程中感受到的情感方面的负担，主要包括学习任务的时间需求和受挫程度。时间需求是指或快或慢的学习节奏对学生情绪的影响，如时间充裕时的从容不迫，时间紧迫时的慌乱、焦虑等。受挫是指由于学习任务过难而带来的沮丧和烦恼等消极情绪体验。情感通常被视为学习的干扰因素。例如，教师经常会期望学生“清空杂念”，认为只有这样才能专心投入学习。但脑负荷理论的相关研究表明，情感对记忆力、注意力和其他高阶思维有重要影响，包括积极的和消极的。信息在到达与高阶思维相关的脑区之前，会经过与情感相关的区域。故而认知和信息的处理方式会受情感系统影响[10]。因此，情感减负至少可以从消极情绪消解和积极情绪唤起两方面着手。 　　1.提高反馈效用，缓解消极情绪
　　消极情绪会降低获取和回忆信息的能力[11]，因此缓解消解情绪可降低情感负荷。反馈是牵动学生情绪的关键，消极反馈（如批评、否定和责骂等）会让学生陷入沮丧、自责和无助等负面情绪;而积极反馈既能减少学生负面情绪，还能启发学生改进方法和策略，帮助学生完成学习任务，获得积极情绪体验。为此，可借助评估工具，提供积极反馈，提高反馈效用。例如，借助经颅多普勒超声技术，学习者的空间能力、对静态图像做出的反应以及右脑中动脉的脑血流速度变化等将得以精准检测[12]。基于这些检测结果，在学生进行图形几何类知识的学习活动时，针对低空间能力的学习者，可加入替代性信息与线索减轻其脑负荷;而在学习其他类型的知识时，针对高空间能力的学习者，可加入静态图像辅助其减轻脑负荷。如此，既可避免低效反馈带来的评估偏差，还能减少消极反馈带来的“威胁”感和“逼迫”感等情感负荷。
　　2.建立良性互动，唤起积极情绪
　　积极的情感可以增強广泛的认知过程，在创造性思维的测量方面取得更好的绩效[13]。积极情绪能促进学习友好型神经传导物质——多巴胺的形成[14]，进而提升学生的创造性思维水平。唤起学生积极情绪的策略包括：努力与学生建立良性互动、和谐融洽的师生关系，通过教师积极、愉悦的情感去感染学生;重视对学生积极情感的唤醒和调控，要在尊重、理解和欣赏学生的基础上，给予其肯定或表扬，使学生能够安全地表达情感;允许学生自主选择展示学习成果的方法，使学生能够更好地实现对结果的感知和控制，并不断提高学习的动机和绩效。
　　四、开展个性化学习，减少心智负荷
　　心智负荷指学生在学习过程中需要付出的心智活动和努力带来的负荷，诸如思考、计算、记忆、做决定等，在传统教育中通常被看作认知负荷。脑科学的研究发现，物理环境影响着完成学习任务时的注意力和参与度[15]。创设个性化的学习条件可以减少心智负荷，提高学习效率。
　　1.提供个性化反馈，减少心智负荷
　　反馈是课堂教学的关键。基于脑科学的精准评估模式，不仅能够为学生的个性化学习进行深度诊断，还能通过精准反馈系统，排除干扰信息对学生的心智消耗。例如，学习分析作为关于学习者及其学习环境的数据测量、收集、分析和汇总呈现，目的是理解和优化学习以及学习情境[16]。基于学习行为数据的分析与反馈工具，可以对学生学习的过程及结果进行实时分析、监测、评估、反馈，以可视化数据的形态提高学生的反思效率，有效缩短学生的时间需求。教师可根据反馈数据为学生提供更适当的支架，减少其心智负荷，使个性化辅导更有针对性。
　　2.开发个性化学习环境，提升学习效率
　　环境的新颖性有助于引发大脑的警觉与定向系统，成为提高注意力的有力工具[17]。例如，简单变换学生课室环境，可以显著提高学生的记忆力[18]。理想的光线（如自然光）对学习动机与学习注意力能够产生积极影响[19];学习环境的采光量也与学生学习的认知速度明显相关[20]。另外，噪音会降低学生对信息的记忆能力;材料的呈现方式会影响学生的认知加工速度和质量[21]。因此，个性化学习环境的建设包括以下三个方面。一是通过定期换座位和装饰教室来创造新奇感;授课不必局限于固定教室，可以利用实验室和校外空间，如剧院、博物馆、艺术中心等。二是用更直观的表格或图片呈现学习材料，并将其融入学习环境。但切勿加入过多与教学无关的内容，以免占用学生的注意资源，干扰知识建构的过程。三是用于呈现教学内容的幻灯片或板书要突出重点，如增加内容与背景之间的颜色反差，每张幻灯片上的信息最好只包含一个学习点[22]。
　　五、建立多元评估体系，分散期望负荷
　　期望负荷指学生结束学习任务后，学生本人、教师和家长等对其取得的学习结果的满意程度给学生带来的负担。在学校教育中，期望负荷主要来自教师对学生评估的反馈。这种反馈是教师帮助学生了解自己的学习情况，激发其学习动机的重要途径。要建立多元评估体系，提供多角度的反馈，以分散学生的期望负荷。
　　1.运用分布式评估，分级确定评估目标
　　传统教学评估主要根据学生的学习结果或成绩来衡量学生表现，包括测验中的正确率、错题数量、完成任务的时间等。这种评估导向使教师、家长及学生的期望过于单一且集中。基于频率的分布式评估（Distributional Assessment）对评估目标从不同级别上确定相应比例，评估结果将由传统评估（Traditional Assessment）转向分布式评估，即从一个简单的对学生的总结评级转向对学生绩效在各时间段表现的分布式评价。基于频率的分布式评估关注到了学生学习绩效通常会随时间变化的特征，弥补了传统评估忽略学生能力绩效存在潜在可变性的不足，从横向和纵向两个维度分散了评估带来的期望负荷[23]。
　　2.开发多元评估指标，分点实现评估目标
　　可以通过开发多元评估指标和多维度的评估工具，使教师期望具象化。例如，在写作任务中开发和使用量规（Rubric）这一评估工具，将“写出一篇优秀作文”这一笼统抽象的期望转化为“契合主题”“例证丰富”和“语言优美”等具体要求，将笼统的评估目标切分为具体多元的评估指标，让学生能够基于量规而逐步实现评估目标的要求，发挥评估促进学习的功能[24]。研究表明，在多元化的评估体系下，与元认知相关的脑区活动明显增多，包含额极、布鲁德曼10区、前额叶喙部、内侧前额叶、背外侧前额叶等[25]。元认知有助于学生对自我期望的调控，从而减少期望负荷。
　　脑负荷的相关研究成果为学校教育的减负创新提供了理论支持，但相关研究的应用还有待进一步深入。一方面，此类成果还需要教育研究者和实践者充分挖掘其应用价值，并进一步运用于实践，促进教育教学的创新，从生理和心理层面出发，实现科学减负，在提高教育质量的同时促进学生身心健康地发展。另一方面，目前对大脑学习负荷的研究还不能全面解释教育和教学交往活动中大脑负荷的科学事实和具体规律。因此，教育研究和实践者还要基于已有成果进一步深化脑负荷研究，探索教育和教学交往活动中大脑负荷的规律，并基于这些规律进行课程与教学的创新。 　　参考文献
　　[1]孙林岩.人因工程[M].北京：高等教育出版社，2008：246-247.
　　[2]Sweller J. Cognitive load during problem solving：Effects on learning[J].Cognitive science，1988， 12（2）：257-285.
　　[3]Whelan R R. Neuroimaging of cognitive load in instructional multimedia[J].Educational Research Review，2007，2（1）：1-12.
　　[4]廖建桥.脑力负荷及其测量[J].系统工程学报，1995（3）：119-123.
　　[5]Langhanns C，Müller H. Effects of trying ‘not to move’ instruction on cortical load and concurrent cognitive performance[J]. Psychological Research， 2018， 82（1）：1-10.
　　[6]Dornhecker，Blake J，Benden M，et al. The effect of stand-biased desks on academic engagement：an exploratory study[J]. International Journal of Health Promotion and Education，2015，53（5）：271-280.
　　[7]葉浩生.身体与学习：具身认知及其对传统教育观的挑战[J].教育研究，2015，36（4）：104-114.
　　[8]王薇.德国中小学生能力培养研究及其启示[J].教学与管理，2018（13）：80-83.
　　[9]周誉，冯强.北京市西城区高一学生静坐少动行为研究[J].中国运动医学杂志，2018，37（10）：833-838.
　　[10]Evans H M. The Emotional Brain：The Mysterious Underpinnings of Emotional Life[J]. Quarterly Review of Biology，1996，43（4）：91-95.
　　[11][13]Fredrickson B L，Branigan C. Positive emotions broaden the scope of attention and thought-action repertoires[J]. Cognition & emotion，2005，19（3）：313-332.
　　[12]Loftus J J，Jacobsen M，Wilson T D. Learning and assessment with images：a view of cognitive load through the lens of cerebral blood flow[J]. British Journal of Educational Technology，2017，48（4）：1030-1046.
　　[14]Glick M. The instructional leader and the brain[M].Thousand Oaks：Corwin Press，2011：113-114.
　　[15][17]Posner M I，Rothbart M K. Educating the human brain[M]. Washington DC：American Psychological Association，2007：64-65.
　　[16]Siemens G. Learning analytics a foundation for informed change in higher education[DB/OL]. [2013-01-17]. http：//www.slideshare.net/gsiemens/learning-analytics-educause.
　　[18]Smith S M，Glenberg A，Bjork R A. Environmental context and human memory[J]. Memory & Cognition，1978，6（4）：342-353.
　　[19]Edwards L，Torcellini P A. Literature review of the effects of natural light on building occupants[R]. Energy Conservation Consumption & Utilization，2002：17.
　　[20]Ott J. Health and light[M]. New York：Pocket Books，1983：31.
　　[21]孙崇勇.从认知负荷的视角看中小学生学业负担[J]. 教育探索，2016（4）：31-35.
　　[22]Lewis P J. Brain friendly teaching-Reducing learner’s cognitive load[J]. Academic Radiology，2016，23（7）：877-880.
　　[23]Vanhove A J，Gibbons A M，Kedharnath U. Rater agreement，accuracy，and experienced cognitive load：comparison of distributional and traditional assessment approaches to rating performance[J]. Human Performance，2016，29（5）：378-393.
　　[24]曾文婕.从“教学目标”到“学习目标”——论学习为本课程的目标转化原理[J].全球教育展望，2018，47（4）：11-19.
　　[25]Fleming S M，Huijgen J，Dolan R J. Prefrontal contributions to metacognition in perceptual decision making[J]. Journal of Neuroscience，2012，32（18）：6117-6125.
　　（责任编辑   郭向和）
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