美国教育的社会和文化基础/认知/脑研究
脑研究是一个重要的领域，致力于帮助我们了解大脑是如何运作的。这些知识将有助于我们更好地理解我们如何学习，以及儿童和成人大脑之间的一些重要差异。作为教育工作者，我们必须了解影响学生学习的生物学。
计算机断层扫描 (CAT) 是用来创建大脑图像的一种成像技术。它由多个 X 光曝光组成，这些曝光被计算机组合起来，形成大脑的图像切片。这在观察大脑内部时特别有用。然而，CAT 扫描与其他形式的 X 光具有相同的辐射风险，因此在脑研究中的使用频率低于个人诊断异常解剖结构 (Barlow & Durand, 2005)。
为了测量大脑功能，可以使用正电子发射断层扫描 (PET)。一种连接到放射性同位素的示踪物质被注入血液，并在血液中相互作用。当大脑的部分变得活跃时，血液会输送氧气，从而产生被探测器捕获并用于在特定任务期间创建大脑视频图像的斑点 (Barlow & Durand, 2005)。PET 扫描成本高昂且具有侵入性，因此其使用受到限制。
磁共振成像 (MRI) 和功能性磁共振成像 (fMRI) 是常用的脑成像技术，它们使用回波波来区分灰质、白质和脑脊液 (Giedd, Blumenthal, Jeffries, Castellanos, Liu, Zijdenbos, Paus, Evans & Rapoport, 1999)。MRI 无创，对健康风险很小，可以用于婴儿和子宫内，从而在整个发育过程中提供一致的成像模式 (Lenroot & Giedd, 2007)。MRI 用于创建大脑结构的图像，而 fMRI 实际上是一系列 MRI，通过对许多图像的计算机自适应来测量大脑的功能 (Barlow & Durand, 2005)。
当我们成年时，大脑由超过 1400 亿个神经细胞（称为神经元）组成。独特的生命经历和生物学加工意味着个体的大脑具有变得截然不同的潜力。然而，大脑通常被组织成几个叶，控制着生活的类别部分。脑干处理大多数基本自动功能，包括睡眠、呼吸、心脏跳动和消化。脑干的某些部分，海马体、丘脑、下丘脑和边缘系统主要参与控制行为和情绪；尤其是压力反应 (Barlow & Durand, 2005)。
大脑皮层是人类特有的，它包含两个半球，负责我们所有的认知功能。每个半球包含四个独立的叶：颞叶、顶叶、枕叶和额叶。颞叶识别各种景象和声音，并负责长期记忆存储。顶叶识别触觉。枕叶整合和理解视觉输入。额叶负责我们的思考和推理能力以及记忆，对于教育工作者来说是最有趣的，因为它会一直持续到成年。半球通过被称为胼胝体的结构连接，这使得位于相反大脑半球的不同大脑区域之间能够协作 (Barlow & Durand, 2005)。
尽管大脑被很好地组织成叶，但仍有大量的可塑性。根据个人及其环境的不同，大脑的不同部分可能会发育更多或更少 (Slavkin, 2004)。所有大脑部分的正常发育始于幼儿期，并伴有富饶的环境，其中包含适当的营养和与细心照顾者之间的互动。大脑的发育通过敏感期进行，在这些敏感期，需要接触才能促进正常生长。如果幼童没有充分接触视觉、听觉和触觉刺激，他们就有可能发育不全。一些关键时期包括生命第 2 到第 8 个月之间的视觉发育、生命第 5 到第 12 个月之间的运动发育，以及出生到生命第 3 个月之间的边缘系统发育。额叶和语言技能也具有关键时期，这要长得多，涵盖了大部分幼儿期和童年期 (Murray, 2007)。
| 多动症会影响大脑发育吗？注意力缺陷多动障碍 (ADHD) 人群中已经发现了神经心理学缺陷。大脑中出现最大缺陷的生理区域是支持正常功能的儿童和成人的抑制的额叶和额叶纹状体网络 (Wilens 等人，2002)。额叶缺陷在多动症儿童中造成的影响包括抑制力下降、注意力不集中和工作记忆分散。最近，在多动症儿童中还发现了言语记忆、加工速度和运动速度方面的额外缺陷 (Hervey, Epstein & Curry, 2004)。记住儿童时期大脑的可塑性，多动症儿童可能会改善，如果通过丰富理解的课堂和家庭环境鼓励发育较差的大脑部分生长。 |
随着发育继续进入童年期，大脑中的专业化程度越来越高，大脑区域之间的整合也越来越好。这个过程是通过修剪不必要的神经元来完成的。专业化对于语言、阅读、数值计算和更高层次的推理能力的发展至关重要。例如，阅读能力的发展以枕叶的正字法加工、颞叶的语音学和语义加工、额叶的句法加工以及顶叶的整合为特征 (Booth, 2007)。虽然大脑的每个部分都负责阅读中涉及的个体功能，但整个大脑必须协同运作才能产生能够阅读的孩子。教育工作者必须认识到，年轻人的思想正在不断成长、修剪和加强联系。
青少年的大脑继续建立在童年时期形成的专业化基础上。它的重点是增加神经元的髓鞘化，这是一个让信息在大脑中更快传输并更好地整合的过程。对青少年脑部图像的分析表明，这一过程从大脑后部的枕叶开始，并向前方移动，最终到达额叶（Balkemore & Choudhury, 2006）。髓鞘化的增加是青少年在认知能力方面更接近成年人的原因。额叶是最后接受髓鞘化过程的区域，负责高级推理和冲动控制，而该区域在青春期的不成熟导致青少年时期鲁莽行为的声誉（Durston, Pol, Casey, Giedd, Buitelaar & Engeland, 2001）。
青春期的大脑还存在着横向变化。左右半球之间联系更加紧密，能够通过胼胝体更好地相互交流。这种发展意味着左右半球能够更快地协同工作，处理语言、数学和空间问题。这种互联也与长期记忆的增加有关，因为记忆在不同区域的编码更加完善，更容易被整合到一个连贯的实体中（Durston 等人，2001）。一项研究发现，大脑的这种成熟可能一直持续到一个人 20 多岁或 30 多岁，而且大脑可能要到青春期很久以后才能完全成熟（Balkemore & Choudhury, 2006）。
在当今的学校，孩子们不断面对着外部压力，这些压力会影响他们集中注意力和学习的能力。压力已被证明会对发育中的大脑产生深刻的负面影响，导致学习水平降低。压力甚至在孩子出生前就会影响神经生理。Monk 发现，压力荷尔蒙会穿过胎盘进入未出生婴儿，导致胎儿心跳加快和皮质醇（一种压力神经激素）水平升高（Monk, Fifer, Myers, Sloan, Trien & Hurtado, 2000）。婴儿期、童年期或青春期皮质醇水平升高与日后无法应对压力和认知发育迟缓有关。这是因为慢性压力导致皮质醇长期分泌，可能导致海马体神经元死亡，进而导致认知缺陷（Barlow & Durand, 2005）。海马体位于脑干，这表明，将海马体区域用于调节压力的孩子可能没有花宝贵的时间来发展大脑的其他区域，而这些区域对于高级推理和社交技能的发展至关重要。这些孩子很快就会发现自己在学校落后，从而加剧了压力循环。
作为教育工作者，我们越了解我们的学生，就越能够调整我们的课堂，创造一个帮助所有学生取得优异成绩的环境。孩子们在整个发育过程中都在经历着变化，学习如何利用他们的大脑存储和检索信息。以最大限度地发挥学生努力的方式呈现信息非常重要。压力也会影响学生能够处理的信息量。通过创造安全舒适的课堂，我们可以帮助提高学生的脑力。当教师更好地理解孩子的脑部时，我们就能成为更加有效的教育工作者。
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- A. 正电子发射断层扫描 (PET)
- B. 计算机断层扫描 (CAT)
- C. DOG 扫描
- D. 磁共振成像 (MRI)
- A. 枕叶
- B. 胼胝体
- C. 下丘脑
- D. 颞叶
- A. 视觉发育
- B. 运动技能
- C. 社交技能
- D. 音乐能力
- A. 使用大剂量药物。
- B. 让孩子参与富含教育意义的课堂。
- C. 鼓励他们在家里看很多电视。
- D. 什么也不做。
- A. 避免在怀孕期间出现高度压力情况。
- B. 允许孩子晚上熬夜。
- C. 大多数时间让孩子独自一人，无人看管。
- D. 每天观看教育节目。
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教师选择既不太容易也不太难的课程非常重要。学生如果不断解决简单的问题，将得不到成长，并且很快就会感到厌倦。如果孩子不断与超出其发展水平的学习内容作斗争，他们会感到沮丧和灰心。教师可以通过使用年龄适当的课程，引导孩子们学习语言和推理技能，这些技能对大脑的成长有很大影响。
课堂时间表应该安排得合理，让孩子们有足够的时间投入到课堂学习中，学习重要的信息，而不至于过度消耗注意力。在孩子注意力分散后呈现的信息将不会被记住，是浪费时间。
同样，在学生压力很大的情况下学习到的信息可能也不有效。当学生感到压力时，他们的身体会做出原始的反应，主要使用下丘脑和其他脑干区域。如果专注于这些区域，额叶的其他区域就会被忽视。课堂应该是一个平静而舒适的地方，所有孩子都感到自在。这在学习过程中以及在需要使用额叶进行高阶推理的测试期间尤为重要。
影响大脑发育的因素很多，教师必须意识到他们可以操纵课堂来帮助孩子充分发挥大脑潜力。
教师可以通过不断坚持自己的教学方法来有效地影响大脑发育。刺激越早发生，越有助于大脑发育的路径形成。负面刺激或缺乏刺激可能会使大脑发育变得困难或不可能。文章指出，大脑的暴露发生在正常的生长时期，即贯穿学生的整个教育生涯。
教师应该使用对每个学生都有效的教学方法。如果一个学生理解了，而另一个学生没有理解，那么没有理解的孩子就没有将信息处理到他们的大脑中。为了有效地影响大脑，教师必须创造一个低压力的环境。压力会对学生处理信息的方式产生很大影响，低压力环境将使学生能够发展更高级的知识和更好的社交技能。
良好的家庭环境也很重要。教师和家长应该共同努力，让学生充分发挥他们的潜能。学校和家庭应该使用积极的强化，鼓励学生继续学习。鼓励会降低压力水平，使学生对自我感到良好，从而促进大脑的更好发育。
教师必须尽其所能与学生合作，确保他们接受到最好的教育和大脑发育。教师的任务是为孩子的大脑奠定基础，使其能够充分发挥潜能。 —Cassie Gray- Barlow, D. H., & Durand, V. M. (2005). 异常心理学：一种整合方法。加利福尼亚州贝尔蒙特：汤姆森·沃兹沃斯出版社。
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- Durston, S., Pol, H. E. H., Casey, B. J., Giedd, J. N., Buitelaar, J. K., & Engeland, H. V. (2001). 人脑发育的解剖学 MRI：我们学到了什么？美国儿童与青少年精神病学研究院杂志。40, 1012-1020。
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- Murray，B. 了解大脑发育和早期学习。 (2007)。从 Facsnet 生物技术检索：http://www.facsnet.org/tools/sci_tech/biotek/eliot.php
- Slavkin，M. L. (2004)。真实学习。兰汉，马里兰州：罗曼和利特菲尔德出版集团。
- Wilens，T. E.，Biederman，J. 和 Spencer，T. J. (2002)。注意力缺陷/多动障碍跨越生命周期。医学年度回顾，53, 113-31。