與腦相容學習理論與應用
Brain-compatible Learning Theory
作者：李 珀
Phoebe Po Lee, Ed.D.
美國佛州國際大學教育學博士
台北市私立復興國民中小學校長
中原大學 副教授
【中英文摘要】【壹•前言】【貳•腦的簡介】【參•腦相容概念的原則與理論根據】
【肆•統整學習者和分析學習者的特徵】【伍•與腦相容的教學要素】【參考文獻】
Brain-compatible Theory on Teaching and Learning
Phoebe Lee
Abstract
At present time, neuroscientists suggested that if we know more about our brain’s development, organization and operations, we will know more about the development of appropriate and effective knowledge on teaching and learning. Sprenger(1999) mentioned brain has everything to do with learning and the more the teacher know about brain science, the easier it will be to make the hundreds of decisions that affects our students learning. Brain-compatible learning theory nowadays affects learning and teaching in the U.S.
First, the researcher mentioned the basic learning theory of brain-compatible, the right brain learners and the left brain learners, and gives suggestions about what are the elements that we should consider to present in the classroom on brain-compatible strategies for teaching in order to make student’s learning become a joy and pleasant experience.
摘 要
近年來，一些腦神經專家的研究都明確的指出，每當我們思考（學習）時，我們的腦子就產生了變化，當我們愈能了解我們的腦子是如何學習之時，我們的教學及學生的學習就愈能成功。
目前在美國許多的學者結合了人腦的研究及人類學習行為觀察，提出了「與人腦相容」的教學觀念，建立所謂「與腦相容學習的理論(Brain-compatible Learning Theory)。此項理論影響了今日之教學與學習。
本文先提出與腦相容學習理論之根據，分析左腦右腦學習之特徵，然後提出在我們教學中應注意之要素，如果我們在教學的過程中能夠掌握這些原則，就可以使得我們的教學及學生的學習過程是一種愉快的經驗，而且產生良好的效果。
近年來，一些腦神經專家的研究都明確的指出，每次當我們學習（思考）的時候，我們的腦子就產生了變化。學習的環境及情緒會改變我們腦子的功能，豐富的學習環境及良好的情緒反應及正確的學習方法，會增加腦子的重量及神經纖維的分布；不良的環境，會減少細胞的數目，神經纖維的分布也將慢慢消失。專家學者提出了「與人腦相容的學習理論」的基礎乃基於人腦是主要的學習器官，如果我們能夠設計與人腦運作模式學習相容的課程與教學，將有助於學習者的學習（Kovalik& Olsen, 1997； Nagel, 1996； Brandt, 1997）。
Greenorgh的一次訪問中說：假如學生在學習 過程中有了不好的經驗，神經元的接觸點就可能產生不良之反應，在學生的學習上會有負面的影響。因此，當我們愈能了解我們的腦子是如何學習的時候，我們的教學及學生的學習，就愈能成功。（Jensen, 1998）
1.腦的分區大致可分成三個系統：
分別是爬蟲類的相當於腦幹（brainstem），稱之為本能腦；腦幹（或稱爬蟲類腦部）控制許多基本的功能，包括呼吸、心跳速和直覺－例如遇到危險時，是要抵抗或逃走。
其次是原始哺乳類腦也叫作邊緣系統（或稱哺乳類腦部）（limbic brain），包括與記憶功能關係密切的海馬回（hippocampus）和情緒中樞（amygdala）；這一腦的部位就像衣領一樣包圍著腦幹，邊緣系統最主要的部分包括丘腦下部和扁桃體，是情緒控制中心，也是維持身體內部平衡的中樞。它控制著賀爾蒙的分泌、口渴、饑餓、性慾、快感、新陳代謝、免疫功能和長期的記憶功能。?
最晚出現的是新哺乳腦（neomammalian），俗稱新皮質（或稱思考性腦部）(neocortex)，包括左右半腦, Sprenger,( 1999)皮質部大約只有八分之一吋厚，呈皺褶狀，如果把皺褶張開，則大約有一張報紙的大小。新皮質控制著人類的視覺、聽覺、創意、思想和語言能力，它是人類從事學習和記憶所需能力的所在。
圖一 取自Sprenger(1995) p32
2.腦細胞及其容量：
人類的頭腦大約由一千億個細胞構成。然而，重要的不是腦細胞數目的多少，而是腦細胞之間的連結數的多寡─每個腦細胞可以長出多達二萬條的「細樹枝」或「樹狀突」。每一個腦細胞約與5000到50000個腦細胞有接觸。據專家說我們的腦子可容納大約10億冊1000頁的書。根據康乃爾博士1939、1959年觀察新生兒、三個月大及十五個月大的幼兒的神經細胞後發現，隨著年齡的成長，神經細胞逐漸形成複雜的網路（Clingman, 1996）。
圖二? 取牛頓雜誌
3.神經細胞的構造及訊息之傳導途徑：
由下圖可看到神經細胞Ａ及神經細胞Ｂ之細胞與細胞的接觸是經過神經細胞之軸突（Axon）來傳導，而當神經細胞Ａ接觸到細胞Ｂ的接觸點稱為神經元的接觸點（Synapse），因此Sylwester, (1995) 當我們在學習的時候，我們的腦子就產生變化細胞與細胞間產生互動，如果細胞數目多、神經纖維網路分佈廣、接觸點及連結點多時，我們的學習也就比較順利了 (Sylwester, 1995)。
圖三 取自Sylwester (1995) p31, 34
4. 環境會影響神經網路之形成：
康乃爾博士的報告中，把老鼠放在普通、寬闊且滿布玩具、狹窄且玩具貧乏等三種環境下飼養後發現，斷奶兩個月左右，這些老鼠的腦部大小有明顯的差異。在環境條件優渥下成長的個體，腦部則比普通環境成長的個體大了2%，比貧乏環境的個體更大了2.5%。此外調查枕葉（和觀看事物相關）後得知，在良好環境下長大的老鼠腦部比普通環境成長的個體大了百分之九，比貧乏環境的個體大百分之十三。
上述的差異並非神經細胞數目的差異，而是和樹突(從神經細胞伸展出來)分枝的數目有關。調查第一次視覺區的神經細胞時發現，在良好環境下長大的個體，腦部的樹突分枝數目較多，當分枝愈多時，先端的突觸數目也愈多，這顯示視覺能力的提高。據推測，人類的情況也是一樣。
圖四
Jensen（1998）與伊里諾大學的腦神經專家Greenorgh的一次訪問中說：假如學生在學習的過程中有了不好的經驗，神經元的接觸點就可能產生不良之反應，在學生的學習上會有負面的影響。Goodwin (Director of the Institute of Mental Health)陳述學習的環境會影響腦子的成長。
上述的研究中，可知：學習的環境會改變我們腦子的功能，豐富且自在的學習環境，會增加腦子的重量及神經纖維的分佈；而不良的環境會減少細胞的數目，而神經纖維的分佈也將慢慢的消失。因此，在安全、祥和、受鼓勵、積極的氣氛中，加上新奇性與挑戰性的學習內容，人腦最容易發揮功能，反之。在感受威脅、不安全的氣氛中，人腦會產生「退縮」，因此學習的效果就產生明顯的差異了（Ross & Olsen, 1993）。
與腦相容（brain-compatible）一詞最先由Leslie A, Hart（1983）所提出，他主張根據人腦如何處理訊息的研究結果，以及觀察人類自然學習行為的模式中，我們應設計與人腦運作模式與學習傾向相容之課程與教學。隨著腦神經科學研究成果的累積與應用之推廣，目前在美國已有多位學者提出「與人腦相容」的教學理論。綜合多位學者的研究 (Hart, 1983； Gardner, 1985, 1991; Edelman, 1992; Sprenger, 1999; Sylwester, 1995; Goleman, 1995; Calvin, 1996a, 1996b ) ，發現腦相容教學理論依據如下：
1.豐富的學習環境及有意義的學習將有助於學習
人腦是先天的學習器官，以「組型」(pattern)、「意義」(meaning)之蒐集、連結、組串的方式處理訊息，永不停息，所以「學習」對它來說是自然而然的事 。
在安全、詳和、受鼓勵、積極的氣氛之中，加上新奇性與挑戰性的學習內容，人腦最能發揮功能，反之，在感受威脅、不安全的氣氛之中，人腦會產生「退縮」(sownshift) 的現象，將不利於學習(Hart, 1983; Ross & Olsen, 1993; Caine, Caine, & Crowell, 1994)。
自信且有興趣之學習動機的情緒反應將有助於學習及記憶
情緒之好壞對記憶有「加深」及「過濾」的作用 (Goleman, 1995)，對於認知與記憶的可產生之影響，Caine & Caine (1994) 綜合如下：
(1)情緒會影響知識貯存於長期記憶中。
(2)情緒能影響理性思考及本能的反應模式。
(3)帶有感性及情緒性之記憶最容易存入長期記憶中。
3. 人腦以平行且多元的方式處理訊息
多元智能之教學，將有助於學習(Gardner, 1991) 人腦以平行、多元的方式，同時將大量及複雜的訊息，分散在各個不同的區塊加以處理(Calvin, 1996a, b)。因此在教學過程中擴大學習探索體驗的機會，以激發多元智能。
4. 建立知識與學科之關聯性，符應腦神經網路連結機制（陳新轉，民88）
人腦以平行及多元方式，將資訊、知識分散於不同之區塊加以處理。知識與技能的發展亦是如此。如地理之中有歷史，歷史之中有文學。任何知識都可以再分化，但是其性質、意義與作用都不是固定不變的，都可以經由統整、組合、改造、詮釋成為新的知識與技能，如同人腦的神經網路，並不是固定的連結關係，可隨情境挑戰形成新的連結，發展出對應的功能。
5. 人類重要的基本能力，都是以整體而自然的方式習得的
從人腦的學習行為觀察，可以發現許多重要、有用的基本能力，是透過整體性、真實的學習自然學會的。
Vygotsky (1978) 的語言學習研究、Hart (1983) 以學騎單車為例，Caine & Caine (1994) 以兒童玩電動玩具為例、兒童透過遊戲中，自然學會人際互動的技能與社會性規範，可以說明在自然學習中獲得重要基本能力。因此體驗與探索學習就佔有十分重要的地位，學習不一定消耗很大的心力，才能學會。就腦相容的觀點而言，學習的困難是來自欠缺自然、真實及有威脅感、挫折感學習機會與環境。若學習是從真實的生活體驗中結合有意義及自然的學習情境，學習並非是一件困難的事情。學習的困難以人腦的運作機制而言，在於知識與技能被抽離、分解，以至於喪失整體感與意義感，學習者又被限制在時間有限、僵化方式的人為學習情境下所造成的。
典型的腦部行為和學習型態的相合性（Learning Style）Dunn, (1978)
喜用左腦學習的孩子又叫分析學習者。他們在學習時，需要一個安靜的環境、光線要明亮，至於座位方面，他們喜歡單獨坐、自己學習，學習的成果、動機，和家長、老師的關心程度有關，所以喜歡由老師來安排座位。至於學習動機，他們是屬於有學習動機且能持久這一類型的，學習型態則喜用聽覺、視學和觸覺。
喜用右腦的孩子，他們是屬於統整學習者。學習時要有一些音樂、徐徐的微風、柔和的光線。座位方面則不喜老師刻意的安排，他們喜歡有伴、與同學一起學習的效果較好。至於動機方面，右腦型的孩子較缺乏，學習也不易持久，多用觸覺、視覺來學習（Dunn, 1978）。
我們知道大腦由於分化程度的不同，在功能上也有所不同，一般來說大部分的人左腦是比右腦來得發達，因此有些人稱左腦半球為優勢半球。但其實右腦半球在某些非語言方面的表現是高於左腦半球的，更有人天生就是右腦優勢。大腦的發育在六歲時已達80%，學前的教育也有可能影響左、右腦半球的教育，成就不同的成就。
總之，由於左右腦學習型態的不同，影響學習效果甚鉅。所以，身為一有效能之教師，對下表所列之特徵，不可不多加比較、分析與體會。
統整學習者和分析學習者的特徵（Dunn, 1978）
分析學習者（左腦） |
統整學習者（右腦） |
|
|
在我們的教學體制下，對左腦學習者而言是比右腦學習者較易吸收，但是一個班級內的學生常常是左、右腦學習者都有，還有一些是介於中間的學習者。身為一個教育者，應該要顧及到每一個人的需求，像是：
1. 在上課前先將大綱講解一遍，再分章節一步一步教學，這樣左、右腦學習者都能獲得較好的學習資訊。
2. 偶爾安排團體性的學習活動，像是合作教學，讓喜歡參與團體學習的學習者有機會發揮，也給習慣獨自學習的學習者新的刺激和體驗，瞭解到每個人都有不同的長處。
※給老師的建議：
一、支持、鼓勵、積極投入及沒有威脅感的學習環境
教師如果一味地用苛責的口吻及嚴肅的表情給學生施加壓力及威脅，知識不易存入腦的記憶體中。所以應該採用建設性的鼓勵和關懷態度，讓學生學的輕鬆而愉快、樂觀及自信、參與，有助於學習，而威脅、悲傷觀、挫折、排斥有礙於學習。
二、有意義而豐富且有挑戰性的教學內容
在新奇、挑戰、豐富且有意義的學習內容，人腦最能夠發揮功能。意義性主要是建立在知識的豐富性，以及與學習者的關聯性的基礎。
1. 課程對於學習者具有重要性與實用性，使學習者產生樂於學習的情緒，使人腦樂意學習。
2. 建立知識與知識、知識與個人生活經驗、連結關係，使人腦樂意學習。
三、注意學習的統整性與脈絡性
教學過程中能夠先有完整及統整的概念說明後，再有明確的教學單元目標，然後再一步一步有系統的講解，將有助於學習。
四、充分的時間及自主的組型蒐尋空間
充分的時間及自主的組型蒐尋空間，讓學生樂於去學習，給予成功的驗，建立自信，在學習的過程中會比較順利。
五、給予足夠的練習機會及有選擇學習的方式
如果沒有經過有意義之學習方式及練習的過程，及良好之情緒反應，孩子們學習的知識、技巧無法順利進入長期記憶體中，因此給予足夠的練習機會及有選擇學習的方式 注意左腦右腦學習方式之不同是十分重要的。
六、豐富的學習環境（創造統整的教室）
並提供具備意義豐富的 (meaningful learning) 學習內容；及(多媒體)教室；鼓勵積極參與的氣氛；允許個別化學習的學習環境；多元探索途徑；合作學習機會；學習者透過探索、發現與真實體驗的歷程（Caine & Caine, 1994; Kovalik & Olsen, 1994）將有助於學習。
七、合作思考教學的教學策略及多元智能的教學設計
多元智能之教學，將有助於學習(Gardner, 1991) 。 人腦以平行、多元的方式，同時將大量及複雜的訊息，分散在各個不同的區塊加以處理(Calvin, 1996a, b)。因此在教學過程中擴大合作學習的機會，以激發多元智能 讓學生多做「腦力激盪」（Brain Storming），以增加長期記憶體的容量，將有助於學習。
八、採用多元化、動態、真實評量方式
多元評量之方式除了紙筆測驗外，實作之檔案、報告、作品、作業及口頭問答均可以成為評量的方式之一，一個有效能的教案直接提供了評量的管道，明確的學習目標及學生應具有的能力指標亦可以用學習回饋單及檢核表表示出來。
張春興((民84)，教育心理學，台北：東華。
Clingman, A. (1994) “Effective Teaching” Speech in Fu-Hsing Middle School.
Clingman, A. (1996) “The Brain and Learning” Speech in Fu-Hsing Middle School.
?Dunn, R. & Dunn K. (1978)? “Teaching Students through Their Individual Learning Styles: Aproctical Approach” Reaston?? VA. Reston Publishing Company.
Brandt, R. (1997). On Using Knowledge about Our Brain: A Conversation with Bob Sylwester. Educational Leadership, Mar/1997. pp.16-19
Caine, R., & Caine, G. (1994) Making Connections-Teaching and the Human Brain. New York: Anddison-Wesley.
Caine, R., Caine, G. (1997). Education on the Edge of Possibility. ED408654.
Caine, R., Caine, G., & Crowell, S. (1994). Midshifts. A Brain-Based Process for Restructuring Schools and Renewing Education. Tucson, Arizona: Zephyr.
Calvin, W. (1996a). The Cerebral Code: Think a Thought in the mosaics of the Mind. MA: Bradford Book.
Calvin, W. (1996b). How Brains think: Evolving Intelligence Then and Now. New York: Basic Books. 黃敏偉、陳雅茜譯(1997)：大腦如何思考。台北：天下。
Edelman, G. M. (1987). Neural Darwinism: The Theory of Neuronal GroupSelection New York: Basic Books.
Edelman, G;. H. (1989). The Remembered Present: A Biological Theory of Consciousness. New York: Basic Books.
Edelman, G. H. (1992). Bright Air, Brilliant Fire: On the Matter of the Mind. New York: Basic Books.
Gardner, H. (1985). Frames of Mind: The Theory of Multiple Intelligences. New York: Basic Books.
Gardner, H. (1991). The Unschooled Mind. How Children Think and How Schools Should Teach. New York: Basic Books.
Greenfield, S.(1995) Journey to the Centers of the Mind. Newyork : W. H. Free man Compay.
Goleman, D. (1995). Emotional Intelligence. 張美惠譯（民85）：EQ。台北：時報。
Hart, L. (1983). Human Brain, Human Learning. New York: Longman. Jacobs, H. H. (1989).? Interdisciplinary Curriculum: Design and Implementation. ASCD.
Jensen, E. (1998) Teaching with the Brain in Mind .ASCD
Kovlaik, S., & Olsen, K. (1994). ITI: The Model. Integrated Thematic Instruction. Third Edition. ERIC ED374894.
Liston, D. (1995). Basic Guidelines for Brain-Compatible Classrooms: Theory to Praxis. ERIC ED385201.
Lloyd, D. (1995). Education’s New Poke-Sitter: Brain-Compatible Theory and Integrated Thematic Instruction. ERIC ED383148.
MacLean, P. D. (1978). A Mind of Three Minds: Educating the Triune Brain. In Education and the Brain, edited by Jeanne Chall and Allan Mirsky, 308-342. Chicago: University of Chicago Press.
Nagel, N. G. (1996). Learning Through Real-World Problems Solving: The Power of Integrative Teaching. ERIC ED394948.
Ross, A., & Olsen, K. (1993). The Way We Were…The Way We Can Be: A Vision for the Middle School through
Integrated Thematic. ERIC ED371906.
Sprenger, (1999) Learning & Memory ASCD, Alexandria, Virginia The Brain in Action
Sylwester, R. (1995). A Celebration of Neurons: An Educator’s Guide to Human Brain. ASCD, Alexandria, Virginia.
Thompson, R.(1993) The Brain. New York: W.H. Freeman Company.
Vygotsky, L. S. (1978). Mind in Society. Cambridge: Harvard University Press.