腦科學(xué)和教育創(chuàng)新

1、關(guān)于腦科學(xué)與教育創(chuàng)新第一張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月序研究背景和問題提出現(xiàn)代社會對教育發(fā)展影響最大的兩個領(lǐng)域數(shù)字技術(shù)腦科學(xué)第二張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月個人專業(yè)背景和興趣趨向身在高校情系基礎(chǔ)教育，投身中學(xué)物理課程改革28年為謀求教改深入研究，申請全國教育科學(xué)研究課題，年逾花甲步入腦科學(xué)領(lǐng)域，結(jié)識著名腦科學(xué)家唐孝威院士，快步躋身腦科學(xué)與教育的研究前沿創(chuàng)建中國創(chuàng)造學(xué)會大腦開發(fā)研究會，致力我國教育界的腦科學(xué)與教育的普及與研究活動。第三張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月主要內(nèi)容一、腦科學(xué)簡介二、認(rèn)識自己的腦腦是一個怎樣的器官？三、基于腦的教育基本理論四、從腦科學(xué)看

2、當(dāng)前基礎(chǔ)教育課程五、從腦科學(xué)看物理課程特殊教育功能 與 初步實踐第四張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月一。腦科學(xué)簡介 1.基本研究領(lǐng)域2.多學(xué)科交匯3.基本研究方法第五張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月腦科學(xué)簡介之一基本研究領(lǐng)域認(rèn)識腦保護(hù)腦開發(fā)腦仿造腦第六張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月腦科學(xué)簡介之二多學(xué)科交匯，對多個領(lǐng)域重大影響神經(jīng)科學(xué)認(rèn)知科學(xué)人工智能心理學(xué)信息科學(xué)精神科學(xué)教育學(xué)醫(yī)學(xué)第七張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月腦科學(xué)簡介之三多種研究方法的應(yīng)用觀察探測仿真成像解剖內(nèi)省第八張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月二、認(rèn)識自己的腦腦是一個怎樣的器官？1

3、、自然界最復(fù)雜的系統(tǒng)2、自然界最神奇的系統(tǒng)3、腦專司信息的器官 人與動物區(qū)別的主要器官第九張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月1、自然界最復(fù)雜的系統(tǒng)是一個巨大的復(fù)雜系統(tǒng) 1011個神經(jīng)元細(xì)胞和10倍的膠質(zhì)兩種結(jié)構(gòu)、兩種屬性： 生理結(jié)構(gòu)與功能結(jié)構(gòu) 自然屬性和社會屬性細(xì)胞第十張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第十一張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月人腦是地球上生命物質(zhì)億萬年演化的結(jié)果從魚腦到腦的演化第十二張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月人腦是人類祖先幾百萬年勞動的創(chuàng)造種類腦重量神經(jīng)元總數(shù)（單位：億個）類人猿黑猩猩394ml43猩猩411ml大猩猩506ml53非洲猿

4、人南方古猿非洲種(300萬年前)422ml46-52南方古猿粗壯種(200萬年前)518ml鮑氏東非人(200萬年前)656ml人ER1470(能人)(200萬年前)775ml直立人(60萬年前)1043ml北京猿人(40萬年前)1043ml60-94智人1330ml94-100現(xiàn)代人1450ml1000第十三張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月人類與黑猩猩的腦對比黑猩猩人類第十四張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月人腦的特殊性與哺乳動物腦的基本數(shù)據(jù)比較幾種動物腦/體重之比種類鯨象大猩猩豚人腦重9000g6000g540g1600g1450g腦/體比1/100001/10000.0

5、020.01171/50第十五張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月人腦的基本數(shù)據(jù)之一 人腦平均重1400克， 包含有約1011次方個神經(jīng)元細(xì)胞 10倍于神經(jīng)元的膠質(zhì)細(xì)胞。 每個神經(jīng)元又有大約104突觸，即大約有1015個突觸。第十六張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月人腦的基本數(shù)據(jù)之二腦的幾項指標(biāo)與人體所占例： 腦重量/人體比 2% 血流量/ 人體比 20% 耗氧量/ 人體比 25%第十七張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月人腦的基本數(shù)據(jù)之三人腦的生長過程年齡新生兒9個月3歲7歲成人重量（g）390660101112801400第十八張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月

6、人腦的基本數(shù)據(jù)之四 人腦的衰老過程年齡70歲80歲90歲重量（g）133012601120比例（%）959080人腦神經(jīng)元平均每日死亡數(shù)約50萬個。(出生時約1萬億）第十九張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月2、腦是自然界最神奇的系統(tǒng)1）腦存在特殊的耗散結(jié)構(gòu)特性超耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)2）腦的復(fù)雜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1015的突觸連接的排列組合（超天文數(shù)字）3）腦內(nèi)存在五種基本心理相互作用及一體性第二十張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月1）腦具有特殊的耗散結(jié)構(gòu)超耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是一個開放系統(tǒng)，與周圍環(huán)境保持能量與物質(zhì)的持續(xù)交流，是一個遠(yuǎn)離平衡態(tài)的非平衡態(tài)、非線性、有序的自組織系統(tǒng)超耗散結(jié)構(gòu)

7、，大腦是具有“信息、能量、物質(zhì)”三個維度的耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。所以我們稱其為超耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)第二十一張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月超耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)特性1. 信息維度占有主導(dǎo)的地位，對腦的物質(zhì)能量耗散結(jié)構(gòu)活動起著控制的作用2、存在發(fā)展的階段性和時間性上的敏感性。3. 能自主獲取信息，學(xué)習(xí)和創(chuàng)造是大腦的本能4腦的超耗散結(jié)構(gòu)使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)始終處于動態(tài)建構(gòu)之中，人腦具有終身可塑性。5. 創(chuàng)造了“物質(zhì)與精神”“存在與意識”統(tǒng)一的特殊空間。第二十二張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 信息維度占有主導(dǎo)的地位，對腦的物質(zhì)能量耗散結(jié)構(gòu)活動起著控制的作用1）反例狼孩2）許多實例可以說明信息維度對于發(fā)展和

8、維持人腦正常耗散結(jié)構(gòu)活動有著決定性作用。如處于深度昏迷，醫(yī)學(xué)上稱為腦死亡的人停止信息交流，因此缺乏正常的“信息、能量、物質(zhì)”的三個維度耗散結(jié)構(gòu)活動，實驗表明，這種病人大腦的能耗量比正常人低得多； “實驗表明，藥物麻醉可導(dǎo)致大腦能量消耗顯著下降，”；“植物人的腦能量代謝比控制組低3040%”【1】。第二十三張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月2)腦的復(fù)雜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 神經(jīng)元 神經(jīng)元簇（約1毫米尺度）神經(jīng)元簇回路腦功能子系統(tǒng)腦整體網(wǎng)絡(luò)。 第二十四張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月大腦功能的定性估計“整個大腦網(wǎng)絡(luò)可以有多少條通路呢?fù)?jù)專家的保守估計，這是一個大到令人無法相信的數(shù)字，如果用

9、標(biāo)準(zhǔn)打字機(jī)打出來，會有15萬千米總長度的“0”!這個數(shù)字比全宇宙原子的總數(shù)目還要大上許多倍。若將全球的電話網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和大腦電路網(wǎng)絡(luò)相比，它的復(fù)雜程度也僅僅占大腦網(wǎng)絡(luò)的一小部分。而且大腦的運(yùn)行速度也是任何電腦所無法比擬的。假如電腦每秒鐘運(yùn)行4億次，那么它要工作l00年，才能完成人腦1分鐘之內(nèi)做的事情” 腦科學(xué)導(dǎo)論第二十五張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月3）五種基本心理相互作用 心心相互有用 心，心智是腦的功能心腦相互作用 腦是腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)心身相互作用心物相互作用心社相互作用第二十六張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月3、腦專司信息的器官，（人區(qū)別動物的主要器官） 腦的工作特性信息交流

10、學(xué)習(xí)是大腦的本能五種心理相互作用創(chuàng)造是大腦的功能 多元智能是腦的自然特性信息處理定期適當(dāng)休息是腦的必須能量需要腦需要新鮮空氣，所以需要活動物質(zhì)需要適當(dāng)?shù)牡鞍踪|(zhì)，滿足記憶需要個性特性人腦網(wǎng)絡(luò)的唯一性決定第二十七張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月三、基于腦的教育基本理論1、人腦有無限的潛在功能，每個人都有可能成為天才2、兒童敏感期期是腦復(fù)雜性系統(tǒng)特性必須抓早期大腦開發(fā)3、學(xué)習(xí)是大腦的本能教育必須以人為本，人人都需要學(xué)習(xí)，4、學(xué)習(xí)和記憶是大腦網(wǎng)絡(luò)功能具有微觀和宏觀機(jī)制5、多元智能是腦的功能結(jié)構(gòu)特性智能結(jié)構(gòu)6、人腦具有唯一性必須尊重人的個性需求7、提高教學(xué)效率的腦科學(xué)原理腦功能發(fā)育發(fā)展的動力學(xué)

11、機(jī)制 超耗散結(jié)構(gòu) 五種基本心理相互作用及一體化8、人應(yīng)當(dāng)堅持終身學(xué)習(xí)腦具有終身可塑性，人腦健康的需要第二十八張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月1、人腦有無限的潛在功能，每個人都有可能成為天才1）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性決定認(rèn)得智能水平“整個大腦網(wǎng)絡(luò)可以有多少條通路呢?fù)?jù)專家的保守估計，這是一個大到令人無法相信的數(shù)字，如果用標(biāo)準(zhǔn)打字機(jī)打出來，會有15萬千米總長度的“0”!這個數(shù)字比全宇宙原子的總數(shù)目還要大上許多倍。第二十九張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月2）腦功能決定于后天的環(huán)境和教育任何一個大腦健康的人與一個偉大科學(xué)家之間并沒有不可跨越的鴻溝，他們的差別只是用腦的程度和方式不同，而這個

12、鴻溝可以不斷填平，甚至可以超越，因為從理論上講，人腦的潛能幾乎是無窮無盡的 美國心理學(xué)會年度報告反例：狼孩第三十張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月初值敏感性是復(fù)雜性系統(tǒng)的基本特性蝴蝶效應(yīng)狼孩現(xiàn)象猶太人效應(yīng)2、兒童敏感期期是腦復(fù)雜性系統(tǒng)特性必須抓早期大腦開發(fā) 第三十一張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月3、學(xué)習(xí)是大腦的本能教育必須以人為本，人人都需要學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)的本質(zhì)是獲取信息從腦的耗散結(jié)構(gòu)特性看，信息與物質(zhì)、能量撥那個列是大腦發(fā)育發(fā)展的基本需要，而且信息維度在腦的耗散活動中起著主導(dǎo)作用，獲取信息是大腦的本能。結(jié)論：人人都需要學(xué)習(xí)，重要的是學(xué)什么，怎么學(xué)？第三十二張，PPT共五十九頁，

13、創(chuàng)作于2022年6月4、學(xué)習(xí)和記憶是大腦網(wǎng)絡(luò)功能具有微觀和宏觀機(jī)制微觀機(jī)制神經(jīng)元之間的功能連接信息、能量、物質(zhì)過程。 宏觀機(jī)制網(wǎng)絡(luò)整體功能的建立（理論假設(shè)）第三十三張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月從微觀看：神經(jīng)元之間的關(guān)聯(lián)學(xué)習(xí)過程是信息、能量、物質(zhì)過程 第三十四張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月宏觀機(jī)制學(xué)習(xí)是發(fā)展網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)功能 神經(jīng)元 神經(jīng)元簇（約1毫米尺度）神經(jīng)元簇回路腦功能子系統(tǒng)腦整體網(wǎng)絡(luò)。“學(xué)習(xí)是目標(biāo)導(dǎo)向的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。對于記憶，單個神經(jīng)元并不出色，但一起激活的整組神經(jīng)元的作用卻非常出色，這樣和諧地結(jié)合起來的神經(jīng)元交響樂正是學(xué)習(xí)的全部?！保ㄒ曰谀X的學(xué)習(xí)P28）

14、第三十五張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月5、多元智能是腦的功能結(jié)構(gòu)特性多元智能是腦的結(jié)構(gòu)特性創(chuàng)造能力是腦功能的動力學(xué)特性第三十六張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月腦科學(xué)的智能理論框架 智能心智能力行為能力覺醒能力認(rèn)知能力情感能力意志能力記憶能力思維能力語言能力其它能力運(yùn)動能力適應(yīng)能力操作能力社會能力管理能力人際能力表達(dá)能力改變能力其它能力創(chuàng)造能力第三十七張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月6、人腦具有唯一性必須尊重人的個性需求復(fù)雜系統(tǒng)的初值敏感性決定人腦的千差萬別世界上沒有兩個相同的腦第三十八張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月7、腦功能發(fā)育發(fā)展的動力學(xué)機(jī)制提高教

15、學(xué)效率的腦科學(xué)原理五種基本心理相互作用的有效性和強(qiáng)弱決定教學(xué)的水平和效率第三十九張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月8、人應(yīng)當(dāng)堅持終身學(xué)習(xí)腦具有終身可塑性，人腦健康的需要腦的超耗散系統(tǒng)特性決定腦是一個動態(tài)、不斷建構(gòu)的系統(tǒng)同一個人不同時間對應(yīng)兩個不同結(jié)構(gòu)的大腦第四十張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月四、從腦科學(xué)看當(dāng)前基礎(chǔ)教育課程改革1、腦科學(xué)看課程基本理念2、腦科學(xué)看“三維教學(xué)目標(biāo)”3、從腦科學(xué)看現(xiàn)行我國基礎(chǔ)教育課標(biāo)教材第四十一張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月1、腦科學(xué)看課程基本理念 “以人為本” 符合“基于腦的學(xué)習(xí)”的原則 面向全體學(xué)生發(fā)展，關(guān)注個性特長符合腦功能及開發(fā)

16、基本理論 注重科學(xué)探究、關(guān)注學(xué)習(xí)方法多樣化符合五種基本心里相互作用理論 第四十二張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月2、腦科學(xué)看“三維教學(xué)目標(biāo)”1）注重過程與方法，就比單純知識有更豐富的信息，能促使更多的腦區(qū)參與，形成復(fù)雜性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 教學(xué)結(jié)果：不僅能加深對知識的理解，保證技能的掌握，而且能學(xué)到與過程相關(guān)的許多相關(guān)知識和技能。 如概念形成注重過程與方法 ， 規(guī)律學(xué)習(xí)注重探究性學(xué)習(xí)過程 物理實驗倡導(dǎo)探究性實驗 。都會有更多的腦區(qū)參與 ，提高學(xué)習(xí)的有效性。結(jié)論：多種信息、多個腦區(qū)參與、網(wǎng)絡(luò)式學(xué)習(xí)和記憶，理解得較深，記得較老 第四十三張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月2）、注重情感、態(tài)

17、度和價值觀符合腦科學(xué) 腦科學(xué)研究表明：情緒會影響學(xué)習(xí)過程神經(jīng)遞質(zhì)的分泌，直接影響學(xué)習(xí)效率。應(yīng)試教育，枯草、超負(fù)荷必然是低效率。 情緒能力是人的智能結(jié)構(gòu)的重要部分，所以強(qiáng)調(diào)情感、態(tài)度和價值觀，也是大腦開發(fā)功能結(jié)論：既是提高學(xué)習(xí)效效率的需要，更是開發(fā)大腦功能本身的要求第四十四張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月3、從腦科學(xué)看現(xiàn)行我國基礎(chǔ)教育課標(biāo)教材現(xiàn)行中小學(xué)教材普遍具有以下基本特點：1）以學(xué)生為本，貼近學(xué)生生活2）體現(xiàn)三維學(xué)習(xí)目標(biāo)3）聯(lián)系實際，體現(xiàn)動手動腦。第四十五張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月結(jié)論：基本符合腦科學(xué)，方向正確不足之處在于：缺乏智能結(jié)構(gòu)理論指引，對能力培養(yǎng)進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)

18、劃；缺乏五種基本心理相互作用理論指導(dǎo)，情景創(chuàng)設(shè)，問題提出，過程設(shè)計等存在一些不符合學(xué)生情況，要求不合理現(xiàn)象等第四十六張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月五、從腦科學(xué)看物理課程特殊教育功能 與初步實踐1、從腦科學(xué)看物理學(xué)科特性2、如何發(fā)揮物理學(xué)開發(fā)腦的教育功能 第四十七張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月1、從腦科學(xué)看物理學(xué)科特性1)、 潛在的多元教育功能2)、特殊的學(xué)科教育品質(zhì)3）、獨特的文化教育特征第四十八張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月1)從智能結(jié)構(gòu)框架看物理學(xué)科潛在功能 智能心智能力行為能力覺醒能力認(rèn)知能力情感能力意志能力記憶能力思維能力語言能力其它能力運(yùn)動能力適應(yīng)能力操作能力社會能力管理能力人際能力表達(dá)能力改變能力其它能力創(chuàng)造能力第四十九張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月物理學(xué)的潛在多元教育功能學(xué)科內(nèi)容密切聯(lián)系生活，生產(chǎn)、文化實驗動手能培養(yǎng)動手操作和實施能力科學(xué)規(guī)律能培養(yǎng)嚴(yán)格的科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度聯(lián)系實際，解決問題能培養(yǎng)創(chuàng)造能力第五十張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月2）物理學(xué)的特殊學(xué)科教育品質(zhì) 密切聯(lián)系生活，能激發(fā)五種基本心理相互作用， 第五十一張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月3）物理學(xué)的獨特文化教育特征 多學(xué)科的創(chuàng)新基礎(chǔ) 技術(shù)創(chuàng)造學(xué)習(xí)平臺 科學(xué)思想方