杨静晶 王诗其

黄冈师范学院教育学院

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【摘要】本文在人工智能背景下，研究教育神经学对学前儿童深度学习的启示。发现：对学前儿童脑科学资讯认知浅显，基于脑的科学教学策略不当，对脑的学习机制理解错误，出现“神经神话”和“伪教育神经学知识”的问题。需要：入职前、后培训中开设教育神经科学课程；选择合适操作材料；提供富有挑战性和贴近生活的积极压力，以此促进学前儿童深度学习。

【关键词】人工智能、教育神经科学、学前儿童、深度学习

Abstract: This is the enlightenment of educational neuroscience on promoting the deep learning of preschool children in the background of AI. There are problems like: the understanding of preschool children’s brain science information is shallow, the lack of brain-based science teaching strategies is inappropriate, the understanding of brain learning mechanisms is wrong, and “neural myths” appear. "And "Pseudo-educational neurological knowledge". We need to: It is proposed to open educational neuroscience courses in the training before and after the entry of employment; capture the "sensitive period" of brain development and arrange teaching activities in time; choose appropriate operating materials; guide young children Critical construction and personalized growth; provide challenging and life-like positive pressures and other key strategies to promote deep learning for preschool children.

Keywords: AI, Educational Neuroscience, Preschool Children, Deep Learning

1.前言

20世纪90年代，跨学科的研究将脑科学、心理学与教育学相结合，形成神经教育学以促进教学的发展，其对学前儿童的教育与发展更是具有深远的影响。随着科学技术的飞速发展，人工智能不仅改变人类生活和思维方式的，也引领着教育的变革，国务院《新一代人工智能发展规划》的印发，以及人工智能、机器学习、深度学习、教育大数据等为主题的大量研讨会的召开，也促使人们不断思考人工智能和教育神经学对学前儿童教学影响，这些发展、变化也将使我们不可回避的要思考未来教育的方向和策略。

2.教育神经科学的内涵

“教育神经科学”（Educational Neuroscience）一词最早由肖尔和莫斯基于1978年合著的《教育与脑》书中提出，2003年哈佛大学“国际心理、脑与教育学会”（International Mind Brain And Education Society）成立为标志，成为一门基于实证的新兴学科。其具体是指将心智、大脑与教育交叉融合或将心理学、神经科学与教育学等多种领域整合，并通过将神经科学中对人脑运作机制等认知功能研究所获得的新知识融入教与学的行为中的科学。目的是为了推动神经科学与教育学的互动，强化神经科学的研究成果在教育中的运用，帮助教育工作者选择更科学的教学方法，促进当前教育教学的发展及改革。

教育神经科学强调要关注学前儿童的发展、语言获得、逻辑思维、推理、阅读、数学以及科学等多种知识与技能的脑与认知科学的研究；教育神经科学还关注环境、学习能力与脑学习机制的研究，如：社会交往、情绪调控、睡眠、学习等，将教育神经科学融入学前教育，可以提高教师教育教学组织和设计的科学性，帮助教师更好的了解学前儿童身心发展规律，提高学前儿童学习的积极性、创造力。

因此，教育神经科学是沟通脑科学与教育政策、教育实践及教育方法的中介，它对于指导学前儿童的深度学习尤为重要。

3.人工智能的内涵

人工智能的英文简写为AI，从广义上讲它表示机器具有与人类思维相同的功能，从而代替人脑进行各种计算、决策和分析，是有效解放人们双手的智能技术（Payne et al., 2008）。

人工智能在教育领域的发展表现在：有助于解决以往知识陈旧而无法替换的问题，并进一步促进知识创新、更新、传播和管理；可以通过开发智能软件工具或其他方法来传授知识或测试学生的学习情况并提出相应的学习建议，让学习者从“获取者”转变为“创新者”；还可以改变传统课堂上的师生互动模式和评估学习程度的手段，并依托VR/AR、大数据等智能技术的帮助，不断推进“深度学习”。

4.学前儿童深度学习的内涵及特征

4.1.学前儿童深度学习的内涵

深度学习（deep learning）这一概念，早在1976年由瑞典哥德堡大学的马顿（Ference Marton）和萨乔（RogerSaljo）提出，并被划分为两类，分别是“表层学习法”和“深层学习法”，他们认为深度学习是一个迁移知识的过程，有利于提高学习者的决策能力和问题解决能力。国内教育技术领域的研究专家黎加厚教授于2005年首次提出深度学习的概念，他认为深度学习是指学习者在理解的基础上批判性地学习新知识，并将其融入到原有的认知结构中，能够联系多种知识，并能将已有知识迁移到新情境中做出决策和解决问题的学习。此后，国内外许多学者将深度学习融入学前教育并对学前儿童深度学习进行了研究，促使得其概念内涵更加丰富深刻。学前儿童的深度学习，不是让学习内容超出其理解的范围，一味注重学习内容的“难度”和“深度”，而是要去重视引导在直接感知、实际操作、亲身体验的过程中实现对知识的追求，积极帮助学前儿童形成能够受益终身的探究自觉。学前儿童深度学习表现为，学前儿童更愿意自己动手操作、动脑，并且可以运用之前感知的旧经验转换成新的经验去解决实际问题，语言表述也十分的丰富。因此，本文认为学前儿童深度学习是指学前儿童在教师的引导下，通过与环境的密切互动、直接感知及亲身体验，以个人兴趣或者问题为出发点，在理解的基础上，主动的将新知识批判的迁移融入旧知识之中，努力解决实际问题的促进自身发展的学习方式。

4.2.学前儿童深度学习的特征

国内有很多学者对学前儿童深度学习特征进行了深度分析，其中李洁将幼儿深度学习的特征概括为：是在积极情绪参与下的高投入活动；是在理解基础上的批判性学习；强调信息整合与知识建构；注重知识的迁移与应用；指向真实问题的解决；需要元认知的参与。安富海认为，深度学习是一种基于理解的学习，是指学习者以高阶思维的发展和实际问题的解决为目标，以整合的知识为内容，积极主动地、批判性地学习新的知识和思想，并将它们融入原有的认知结构中，且能将已有的知识迁移到新的情景中的一种学习。吴永军在《关于深度学习的再认识》一文中将深度学习定义为：“在特定的社会文化情境中，学习者在与他人互动以及环境互动中，关注知识之间的有机联系，最终能够迁移并能够解决实际生活问题的意义生成的过程。”

现在学者们对学前儿童的深度学习的特征表述都大不相同，但是都强调了其亲身体验、在理解的基础上学习、积极主动、批判运用旧经验进行迁移等方面。其特征具体表现在：在目标层面，学前儿童深度学习表现为，既要注重学前儿童的经验和认知的习得，也要注重习得是在自己理解的基础之上去批判的迁移运用、进行创造的，是在浅层学习的基础之上更加深入的学习，是学习的最终目标和最终结果；在动机层面，表现为具有积极主动的内在动机，对学习的事物或者活动充满兴趣和好奇，并且可以主动、专注、持续的探究，由此获得积极的情绪体验；在方法层面，表现为在理解的基础之上去进行新知识的学习，并且可以基于已有知识去创造新知识，可以通过自主的探索以及合作等多种方式去解决问题；在结果层面，学前儿童深度学习表现为，对于新的事物，能够根据已有的经验，自主的能够做出判断、建构、创造、设计以及解决问题等，能够进行经验的迁移运用、获得问题解决能力与思维能力的提升。

5.教育神经学与学前儿童深度学习的关系

学前儿童深度学习是科学践行教育神经学研究成果的一种体现，是教育神经学的最终目标体现，教育神经学和学前儿童深度学习是一个相辅相成的关系，它们相互影响、相互促进。一方面，引导学前儿童深度学习要建立在了解教育神经学的基础之上。如果不能充分的掌握学前儿童大脑的运作机制则无法理解学前儿童真正需要什么、什么教育教学方式更适合学前儿童以及怎么样高效率的、科学的引导他，可能会出现无效学习、过分关注认知而忽略学前儿童情绪、压力等不利于其发展的现象；另一方面，正确理解教育神经学的研究成果有助于促进学前儿童深度学习的产生。教育神经学是从理论层面了解的学前儿童的大脑运作机制，帮助教师掌握更合理的、更科学的促进学前儿童深度学习的教学策略，而学前儿童的深度学习则是从实践方面证实了教育神经学的科学性，二者最终目的都是为了使学前儿童得到更科学的发展。

教育神经科学要求要对教育实践和政策提供科学指导，这对学前儿童的发展有着促进作用。学前儿童的大脑在一定范围内是可塑造的，并且可能随时随刻都在发生不同程度不同方面的不同变化，所以教育神经科学为学前儿童的教育提供科学的指导是十分有必要的，学前儿童教育工作者应该掌握学前儿童脑科学方面相关知识，深入了解学前儿童大脑的发展规律，这样可以及时的对学前儿童的发展给予科学的指导及干预，促进儿童积极主动的发展。

因此，教师便是儿童大脑的积极改变者，而托幼机构则是一个塑造儿童大脑，让他们的神经元得到再利用、神经通路进行重组的地方。从这个意义上来说，教育神经科学对于学前儿童的深度学习具有指导地位，教师有责任站在学生发展的伦理立场上，掌握教育神经科学方面的知识可以促进学前儿童深度学习，与此同时也有助于学前儿童优化教育神经科学的知识，主要表现为：大脑敏感期、可塑性的研究与教育融合，促进学前儿童高阶认知能力；脑、认知和行为的角度解释学前儿童深度学习问题，促进学前儿童对知识的理解和批判；脑的信息处理、神经递质及网络的了解，有助于教师因材施教，激发幼儿高投入的主动学习；学前儿童深度学习有助于消除“教育神经神话”，促进高阶思维能力发展。

总之，教育神经学视角下的学前儿童深度学习，是一个从科学的理论知识到实际的操作最后又深化科学理论知识的过程，可以使学前儿童在这个过程中能够积极思考问题、深入探究、批判迁移新旧知识，乐于参与、获得大量的直接经验，并形成对周围世界的理解和认识，培养其在实践生活之中自主解决问题的能力。更重要的是，它非常符合学前儿童的身心发展特点和规律，能够使其高效学习、基于兴趣学习，而不是一味地灌输式、填鸭式的学习，在教育神经学试教下的学前儿童深度学习将会成为学前儿童自主合作、高效、高质的一种学习方式。

6.教育神经学视角下学前儿童深度学习出现的问题

6.1.学前儿童脑科学资讯认知浅显，缺乏基于脑的科学教学策略

目前我国的师范院校学前教育专业所开设的课程中，包括了教育心理学、儿童心理学等课程，承认了心理学在教育中的作用。但是在教育心理学或儿童心理学的这些课程中，所有涉及儿童的学习或者儿童的认知的大脑机制，往往占着微不足道的地位，教育者也只是轻描淡写地略过或者在内容上只对大脑作最常识性的介绍，学习的都是浅显的知识，比如巴普洛夫的条件反射和非条件反射、斯金纳的操作性条件反射、皮亚杰的认知发展理论、班杜拉的社会学习理论等等。

而对最新的脑科学研究置若罔闻，也很少提及基于脑的教学策略。前美国国家教师专业发展委员会主席大卫·索萨（David A.Sous）曾指出，当她邀请教师和教育行政人员告诉她关于人脑如何学习的知识时，几乎每次听到的都是巴浦洛夫、皮亚杰和杜威等人以及一些陈旧

观点，而让他们陈述两三个最近了解到的脑科学资讯时，他们就立即陷入到沉默之中。但是每个儿童都有脑，他们学习上的一切活动都是由脑指挥并运作的，因此不了解儿童的脑，就不能真正理解他们学习的内在机制，就不能准确判定什么样的学习方式才是最适合于他们的，也就谈不上建立真正基于儿童的教育体系。

6.2.基于脑的学习机制理解错误，缺乏“因脑施教”的促进学前儿童深度学习模式

伴随着人工智能的普及和神经科学的发展，未来教育必须积极调整课程并制订合理的教学计划，由传统的“因材施教”深化为“因脑施教”。这是教育目标和实践所面临的重大挑战。现代社会学前教育迅速发展，《幼儿园工作规程》中要求:将“遵循幼儿身心发展的规律，符合幼儿的年龄特点，注重个体差异，因人施教，引导幼儿个性健康发展”也就是说，要把幼儿放在学习的中心地位，幼儿才是学习的主体。但是如今在教育教学过程中仍然存在以讲授法为中心的传递型教学模式，将教师作为学习的主体就是源于教育者对脑的学习机制的错误理解，儿童单纯地接触信息，是不利于其理解知识，也不利于幼儿将旧知识迁移到新情境之中，必须通过自身积极的活动，才能塑造并发展自己的大脑。

6.3.对教育神经学研究成果理解不当，出现“神经神话”和“伪教育神经学知识”

在教育神经学的发展过程中，在解释和应用研究成果的时候，常常会被错误解读或过度解读，将研究的价值过度的夸大，出现了很多偏差或歪曲，这种现象被称作“伪教育神经学知识”“教育神经神话”。

这些错误的知识在人们的头脑中根深蒂固，比如人们常产生“女孩子不擅长数学”、“听巴赫的音乐会让你的孩子更聪明”、“我们生而拥有的脑细胞一生都不会改变”“错过关键期，幼儿的学习发展就会停滞”。如果在这段特殊时间内，没有给予孩子适当的刺激，那么学习之窗就会关闭，某种特定的技能将永远无法发展。但是基于教育神经学研究表明，关键期是儿童发展的几个重要时期，在这个过程中儿童会容易获得知识、发展能力，但是这并不代表错过关键时期的学习，人的学习发展就会停滞。相反，即使错过了关键期，我们在以后的学习中仍然可以学习。运用这些观点不但不利于幼儿的发展，反而会大大的降低教育教学的效率。许多幼儿教师对教育神经学的认识也会影响其自身的教育行为，进而对幼儿的学习与发展产生影响。幼儿教师对教育神经学理解存在不足是幼儿难以在活动中真正地进行深度学习的重要因素。

7.人工智能背景下教育神经学促进学前儿童深度学习的策略

既然学前儿童在深度学习中无法避免基于脑的各种信息的影响，而教育神经学又有助于促进和增强他们作为“主动积极学习者”的身份，以便于更好的促进学前儿童的思维能力、学习能力、解决问题等能力的发展。那么接下来的问题必然是：究竟如何利用教育神经学的研究成果来促进学前儿童的深度学习呢？综合国内外研究者已有的论述及实践经验，本文认为以下几条是未来在教育神经科学的视野下促进学前儿童深度学习的最关键策略。

7.1.入职前后的培训中开设教育神经科学课程，促进学前儿童深度学习

在入职前后的培训中开设关于教育神经学课程早就被学者们普遍认同，并且当今世界很多著名的高校，如哈佛大学、斯坦福大学、哥伦比亚大学、华盛顿大学、加利福尼亚大学、约翰·霍普金斯大学；英国的剑桥大学、伦敦大学；中国的京大学、清华大学、上海交通大学、复旦大学、华东师范大学等多所名校都已经在本科和研究生学历层次开设了教育神经科学课程，可见教育神经科学的重要性呈上升趋势。并且开设教育神经科学课程，有助于教师了解学前儿童脑科学的资讯，可以培养其基于脑的科学教学策略，有助于促进学前儿童深度学习。根据国内外的一些师资培训的经验，我们认为这样的课程，至少应该包括如下三个方面的内容。

首先，有关学习层面的知识。教育神经科学的研究成果尤为广泛，它涉足于学前儿童学习的各个方面，如阅读、数学、情绪、直觉、艺术、记忆、注意等领域尤为重要，并且积累了大量的改进了教学方案及教学策略，所以这部分知识是教师必须了解的内容之一。基于大量的研究成果，我们发现很多学者以及研究者对很多不利于学前儿童深度学习的学习障碍症进行了研究和考察，比如阅读障碍症、读书障碍症等等，这些症状都可以得到改善，年龄越小，脑的可塑性越强，我们可以基于教育神经科学的知识去帮助幼儿消除这些障碍，并且促进其深度学习。并且，随着时代的快速发展，科学技术的飞速进步，很多学前儿童信息接收与处理能力、记忆能力变得越来越强了，甚至在很多方面多已经远超过成人。因此教师要学习教育神经科学相关知识，了解儿童脑发展的基本规律以及发展趋势，随着信息时代的发展，学前儿童在学习方式学习手段、策略上的变化，教师要学会了解现代技术，活用计算机模型、虚拟现实等技术及工具，结合各种资源和应用软件，设计合理的基于脑的学习干预方案，促进学前儿童深度学习。

其次，关于“如何教”和“如何学”相结合的知识。当今的有关脑科学的研究成果之中，关于学前儿童该“如何学”（learning brain）儿童的“教”（teaching brain）涉及面很少。安东尼·巴特罗以苏格拉底对话法为例揭示了教师教的技能原型，而罗德里格斯则提到要使教师的教学脑与学生的学习脑之间有良性的互动，教师就必须成为系统的思考者。这些研究已经奠定了坚固的基础，但未来还须借助可穿戴的脑影像等技术，去遴选更多的样本，对教师如何教、师生之间如何互动等情形做更多、更深的研究，从而创造出更多的知识。

最后，有关神经伦理方面的知识。神经伦理是指用来审视对儿童大脑进行干预是不是合适，它的影响是不是符合道德的要求，学前儿童产生巨大的影响，我们要随时保持敏感性，有助于促进学前儿童深度学习。神经科学与教育紧密联系教师必须注意到任何一项神经科学的研究都有可能会对学前儿童有着巨大的影响。教师需要意识到基于脑科学的研究来促进学前儿童的深度学习是有意义的、明智的，我们应该采取一分为二的态度，合理使用有脑科学研究成果。如儿童错过了关键期，不要盲目相信“教育神经神话”，则对学前儿童之后的发展不管不顾，而需要向学前儿童提供辅导，促进深度学习，帮助其在关键期之后用合理的教育干预促其发展。

7.2.基于大脑可塑性变化，选择合适操作材料支持学前儿童深度学习

大脑是一个复杂、动态的系统，受学习、训练以及经验的影响，大脑皮层会出现结构和功能的变化与重组，即大脑的可塑性。譬如，从小学习乐器演奏的儿童，他们的大脑听觉皮层比从来没有器乐弹奏经历的人要大一些。然而学前儿童的大脑是人一生中发展最为迅速的、可塑性最高的阶段。因此，要凭借适合的教育内容、具体的操作活动才能够准确的领会知识的意义、在操作中发现问题、解决问题可以有效的促进大脑发育，提升教育质量。

教师应该为学前儿童提供合适年龄阶段、个人特点、兴趣爱好的操作材料，以帮助其亲自操作、建构自身的经验。而操作材料因考虑其多样性及层次性，使其即隐藏了深度学习的意义，又促进了大脑发育。

多样性是指材料的丰富化，比如在玩儿沙子的游戏时，除了提供沙子，还要为幼儿提供铲子、水、模型、笔、纸等工具材料，为其大脑的发育提供可能性。层次性是指随着活动的不断深入，不应该提供一样的材料，而是应该提供不同难度的材料，要随着学前儿童的发展循序渐进的投放材料。因此，选择合适的操作材料，有助于大脑的发展，提高教育质量。

7.3.提供富有挑战性和贴近生活的积极压力，促进学前儿童知识迁移与应用

积极压力体验是其以后健康成长中不可缺少的一部分，可以促进适应性反应的稳定，获得支持性关系的经验。这种适应性反应可以将压力反应系统恢复到正常水平，是儿童健康发展所必须具有的体验。因此，应该给幼儿提供富有挑战性的和贴近生活的积极压力，使学前儿童在温和的、短期的压力中促进其知识迁移与应用。激发学前儿童知识迁移与应用，不是告诉他知识或帮助他应用，而是让他在自己的理解下结合旧知识引发新知识的过程。学前儿童的深度学习意味着知识的迁移和运用，这可以给学前儿童提供适当的和贴近生活的积极压力，促进其在积极压力之中运用已掌握的知识，能够“举一反三”学以致用，灵活应对生活中的陌生环境、伙伴冲突、挫折挑战等困难。但不是所有的压力都能激发幼儿深度学习。只有在积极压力才能促进学前儿童知识的迁移与运用。积极压力是指温和的、短期的压力反应，可导致心跳的短暂增加和体内压力激素的轻微改变，该压力包括童年伙伴的冲突、面对陌生的环境、应对挫折的挑战等，这是正常生活的一部分。积极压力中蕴含问题的复杂程度，在一定程度上反应了学前儿童学习的深度。

首先，创设以目标和任务为导向的问题情境，应该为学前儿童提供以目标和任务为导向的带有一定复杂性、真实任务、贴近其真实生活的问题情境。因为大多数的学前儿童思维还处于具体形象阶段，只有将幼儿所需要的知识和技能融入真是的场景，才有助于帮助幼儿对情境的理解，促进其建立知识的迁移。并且，问题情境一定要富有挑战性和合理难度，给予积极温和的压力，需要幼儿结合自己的旧知识运用推理、分析等高级思维来解决问题，这样有助于训练学前儿童思维能力，提高其解决问题的能力。

其次，提供足够的时间保障，把积极压力留给学前儿童。学前儿童的深度学习是其主动积极地探索、发现产生认知冲突、进而解决问题的过程。如果没有给学前儿童提供充足的时间去解决这些积极压力，则无法促进学前儿童深度学习，更没有办法看见他的探索、思考和想象创造的发展。因此，教师应该为幼儿提供充足的时间保障，把问题和挑战留给学前儿童，让他们体验主动学习的乐趣，诱发他们内在的学习动机，鼓励孩子积极探索和思考，尝试通过协商、合作、调查、查阅资料等途径，找到问题的解决思路和方法，促进幼儿深度学习的开展。

8.总结与展望

综上所述，人工智能及教育神经学发展势必会给教育，尤其是学前儿童的教育带来极大的改变，作为教育者应积极投入到教育变革的浪潮中。未来，我们的重点任务就是要将教育神经科学融入进学前教育师范生的课程之中，不仅使教师粗浅的了解皮亚杰、巴浦洛夫的实验，而是要使教师了解学前儿童的大脑资讯、最新信息等，并且学习将已经有教育神经学的研究成果转换成更多切实可行的教育方法或者是教育策略。除此之外，最好还能建立一个有关教育神经学的公开免费资源库，里面包含教育神经学理论知识、学前儿童的教学案例、结合脑知识促进学前儿童深度学习的关键策略、手段、方法等等供教师学习，为促进学前儿童得到更好的发展。

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