2017年10月26日 星期四

腦科學與教育心理學議題及體育運動之研究

    教育的目的在培養健全的人,更精確的說,是「發展健全的大腦」。舉凡教育心
理的核心議題:「學習、記憶、思考、情感、社會、創造力」等能力,無不依賴大腦
的協調與控制,然直至過去十多年,我們的科技才有能力打開心智的黑箱,從神經生
理的基礎解釋學習的歷程,經由 MRI(核磁共振顯影)、PET(正子斷層掃瞄)、fMRI
(功能性核磁共振顯影)、EEG(腦電波圖)、MEG(腦磁波圖)、TMS(穿顱腦磁激
術)等技術,窺見大腦學習、解決任務的歷程變化。


資料來源:王建雅、陳學志(2009)。腦科學為基礎的課程與教學。教育實踐與研究,22(1),139-167。

    對教育者而言,長期記憶的保留係反應學習的成果,但與某些教育觀點相佐之處在於腦科學證實記憶不是被動的儲存系統。當個體接受外界環境刺激,大腦會不斷改變、重組神經元間的網路系統,持續的學習促發神經網絡加強聯繫,停止學習則減弱神經聯繫甚至消失(Kandel, Schwartz, & Jessel, 2000;Tulving & Craik, 2000),連續的神經活動促成連結通路的敏感化,使突觸電位更容易達到閾值(Matinez & Derrick, 1996),此現象稱為長期增益效益(Long-Term Potentiation , LTP)。換言之,記憶的關鍵在於神經元間能否產生有效聯繫,有效聯繫又與重複的次數相關。
    自1970年代中期開始,許多的研究結果顯示,心智運作跟大腦結構的關係,似乎比當初設想的還要密切許多,大腦的組織方式顯然在相當程度上決定了人類心智的特性與運作法則。到了1980年代中期,腦造影(brain imaging)技術的突破性發展更提供了不同領域研究人員之間的合作橋樑。於是,一門試圖將【人腦的運作從腦細胞的層次提升到神經系統的層次,再到認知功能的表現】串連起來的學門,便應運而生,這個新興的跨領域人類心靈研究學科即是認知神經科學(Cognitive Neuroscience)。
    腦科學是一門探討大腦神經網絡如何運作來完成各種認知功能與心理歷程的領域,這個領域在近代隨著各種尖端腦造影儀器與技術的蓬勃發展也越發興盛,並開始與許多探討人類社會行為的相關議題結合,因而形成許多新興領域。另一方面,美國國家衛生研究院(NationalInstituteofHealth,NIH)於2003年提出了轉譯研究(translational research),這類研究旨在橋接基礎研究與應用研究,並將基礎研究的成果更直接地應用在人類,以提升全民的健康與福祉。在這些背景之下,融貫認知神經科學與教育的腦神經科學(educationalneuroscience)領域便油然而生。
    教育神經科學研究者最關切的議題是探討學習的認知與神經生理基礎,並將研究成果用以設計最適合學生學習的教學方式,以幫助學生達到更佳的學習成效。例如有研究發現數學學習困難兒童即便在進行相當簡單的數學運算問題時,大腦負責計算的區域活化較多,然而,一般兒童的大腦則不需活化負責計算的區域,而是使用負責提取答案的區域,顯示數學程度不同的兒童所使用的計算策略並不相同。因此,在設計課程時若能針對兒童數學運算的策略作為主軸,透過引導學生採用有效策略也許能改善數學學習困難者的學習成效,也能夠促成其以更有效率的方式學習,更能應用在幫助數學障礙或其他學習障礙者,也因此這類研究甚為關鍵。
    由於閱讀與數學是基礎教育中每週授課時數最多的兩門科目,在認知神經科學領域中這兩種認知能力也累積相當豐碩的研究成果,基於研究的考量與實務的需求,探討兒童閱讀與數學學習成為教育神經科學領域中重要的研究方向。然而近年來,也有研究發現有些兒童的學習困難並非表現在特定學科,而是起因於諸如注意力、工作記憶、執行功能、情緒或是社交能力等一般性的認知能力,導致其產生在學校環境中全面性的學習困難,因此探討這些一般性認知能力對於學習的影響也不乏為教育神經科學研究者關切的議題。儘管教育神經科學已成為一股勢在必行的發展趨勢,然而現階段的研究僅能提供教育者初步的研究成果,要達到完全將腦科學的研究應用在教學與學習仍有一段相當艱困的路要走,如何將基礎研究的成果恰當地應用在教育,也是每一位教育工作者與認知神經科學研究者應當謹慎思考的方針。
    另外美國幼兒教育協會(Bredekamp,1992)所列的適性發展的指標:
(一) 應該鼓勵 3 歲孩子:(1)獨自和與同儕的遊戲,(2)參與室內與戶外的探索活動,盡情的跑、跳、追、騎三輪車、接球,動手做一些藝術創作、建構性的材料、拼圖等,(3)具體的操作與實驗:積木、沙、水、泡泡種子等材料(4)透過會話、故事、歌曲、韻律與歌曲學習語言與音樂的技巧。
(二) 應該鼓勵 4 歲孩子:(1)戶外參觀教學(2)多元豐富的學習區學習以提供孩子選擇學習,(3)提供簡單的解決問題的活動與素材,(4)透過故事、詩詞、圖畫、玩樂器、歌唱等活動發展更多的語言、音樂和藝術學習。
(三) 應該鼓勵 5 歲孩子繼續透過遊戲學習,訓練雙手動作技能;引導他們進入符合真實生活背景的主題式的學習以統整各領域的學習。
心得:
    心理性因素(例如:專注力、動機、焦慮等)對運動表現的影響是運動心理學的主要研究課題之一,而如何來觀察和測量這些心智歷程一直是運動心理學研究者和實務應用者所面臨的一項難題(Lawton等人1997)。傳統上這些心理性因素的測量 大多於運動執行前或運動執行後以問卷、量表或訪談方式來評估。由於這些測量方法並非在運動執行之同時進行,對於那隨時起伏變化的心智歷程較難以去偵測,這個無法作現場實況偵測的限制正是生理心理學測量可以貢獻之處,尤其是腦波這個具高時間解析度的生理心理學測量,可能是目前測量心智歷程變化的最佳工具之一。其中劉文利、賴珍珍(2015)表示腦科學研究成果表明,科學、合理的體育運動不僅能夠提高兒童的身體素質、身體機能,塑造良好的身體形態,還能影響和促進大腦的發育,從而保障兒意的身心健康發展,提高認知能力和學業成績

一、運動技能執行前之心智狀態與運動表現
    在運動技能執行前幾秒鐘(例如,射擊選手扣板機前或是高爾夫球選手推杆前的一小段時間),運動員會嘗試調整其心智至最佳狀態以促進運動表現,一些運動員以流暢(flow)、顛峰經驗來形容這種心智狀態。不管是流暢或顛峰經驗,運動員 在那種狀態下感覺到自己是放鬆但卻又是專注無雜念的。許多運動的研究與實務應 用人員一直都想要對這種心智狀態有更多的了解,而許多運動訓練也是在教導運動員進入各種心智狀態不論是運動心理學的研究人員、實務應用人員、或是運動教練,對這種心智狀態的了解與掌控所需面對的問題是,如何來監視心智歷程以了解運動員當時是處於何種狀態之中。傳統上最常被使用的運動員自陳方式對於當事者運動當時的心智狀態多以事後回溯方式進行,這種方法除了較主觀外,對於運動當時的心智狀態的資訊提供也有其限制之處。而腦波的測量正可以滿足這種必須在運動技能表現的同時又在不干擾運動員的情況下測量當事者心智歷程的需要。
    Hatfield等人(1984)可說是以腦波來測量運動技能執行前之心智狀態這一類型研究的先鋒,這些研究者發現射擊選手在做瞄準至扣板機這段時間,其左腦之 a 波(通常作爲放鬆的指標)有增加的現象。由於大部份慣用右手的人其左腦主司分析和語言的功能,而右腦則負責視覺--空間協調功能,此一射擊前a 波的變化被解釋爲射擊選手在做注意力的轉換一抑制左腦的分析和語言活動維持右腦之視覺--空間協調活動,這個腦部活動變化的發現與以事後回溯方式發現運動員當時的經驗是一種"專注的,時間靜止的,無雜念的,以及完全沉浸於運動中的"的感覺這個結果可說是相當的吻合。以下提出相關文獻驗證以科學、合理的體育運動不僅能夠提高兒童的身體素質、身體機能,塑造良好的身體形態,還能影響和促進大腦的發育。

(一)朱泳、高俊、黃濱與何長波(2014)研究發現設計籃球罰球運動情境,觀察被試眼動與腦電指標,分析籃球運動員罰球的思維調控特徵。隨機選取30名運動訓練專業籃球專項男大學生(運訓組)和30名體育教育非籃球專項男大學生(體教組),分組測試罰球過程中的眼動注視時間、眼跳距離和瞳孔變化幅度及腦電θ和β頻段功率百分比指標。測試發現,運訓組罰球命中次數、眼動注視時間和眼跳距離顯著高於體教組(P〈0.05),罰球完成時間、瞳孔變化幅度、腦電波θ和β頻段功率百分比變化顯著低於體教組(P〈0.05)。結果表明,罰球時專家運動員對目標點注視時間更長,觀察範圍更大,以獲得更多的目標信息,並進行更深的加工。在未經歷專門罰球注視訓練的情況下,即使是高水平運動員,也存在著常見的個人動作細節差異;採用簡單化、程序化和標準化的注視訓練能夠有效減少這些個人差異並提高命中率。所有被試罰球都表現出聯合多重感覺,而不僅依賴視覺,但專家運動員的注意趨向於集中在視覺和右側肢體。專家運動員思維調控過程心理能耗更為節約,任務負荷較低,對信息加工更為精細,能在更短時間內完成更為準確的投球。

(二)王麗岩、李安民與王洪彪(2015)研究發現與乒乓球新手相比,乒乓球專家在動作識別時展現了高超的識別能力,但我們對於乒乓球專家產生這種識別差異的神經心理機制了解甚少。 15名乒乓球專家和乒乓球新手參加了乒乓球發球動作的識別任務。利用功能性磁共振成像對大腦活動進行記錄。我們發現乒乓球運動員在動作識別時左側中央前回、左側額上回,雙側額中回,左側中央後回,左側舌回和雙側海馬旁回的激活大約乒乓球新手,而乒乓球新手在左側顳上回、雙側顳中回和左側顳下回,左側梭狀回和左側的緣上回的激活大於乒乓球運動員。因此我們認為動作識別過程中專家與新手的差異是由於這種不同的腦區激活特徵導致。

(三)王爽(2016)研究發現意象訓練是心理訓練法的一種,有著較長時間的應用歷史,對 的自主學習會增加師生間交流的機會,也能提升課堂的教學水平。其理論探索已近百年。其本質是對心理規律的應用,也就是通過讓最重要的一點,表象訓練法能夠提高籃球課程的教學水平,保證訓參與者以一種意念的形式,讓白己受訓的動作在腦海裡反复回憶,練成績令人滿意,也能從根本上提高學員的主觀能動性,確保將來並在回憶中體會自己實際操作的感覺。的穩定發揮。

二、另外針對運動與老化之研究,有關腦波亦會對運動老化的產生影響,在身體活動心理學(exercisepsychology)的研究裏,身體活動的前因(amecedance)與後果(consequence)是兩個主要研究課題。身體活動的前因主要是探討促成人類去從事身體活動,退出身體活動,以及維持繼續從事身體活動的因素爲何。而身體活動的後果主要是研究身體活動對參與者在心智與情緒層面的影響,運動與老化之研究即歸屬於身體活動的後果這個類別裏。若以電腦來比喻人體,老化對硬體和軟體皆有很大的影響。這其中,因心血管功能退化導致輸送至腦部血液量減少很可能是造成這些軟硬體功能降低的主因之一.而運動尤其是有氧運動可以促進心血管功能是經過科學研究支持的。因此,年老的規律運動者之心智能力受老化影響的程度是否較不運動者爲低,是探討運動能否降低老化速率的一個初步階段研究課題。Hatfield等人(1996)利用腦波之中的40頻率波(一種出現在當大腦積極處理訊 息時的腦波活動)來研究運動對老化的影響。這些研究者的基本假設是年老運動者之心智能力受老化影響的程度較不運動者爲低,由此年老運動者的訊息處理能力應較不運動者有效率。研究結果發現,在給與有關心智能力方面具挑戰性(數理分析以及空間方面的問題)的作業時,年老運動者的40頻率波的功率較不運動者爲低,而在安靜放鬆的狀態下,此二組的40頻率波的功率並無差異。由於40頻率波的功 率可以作爲受試者回答問題時的大腦努力程度指標,在心智能力受到挑戰的情況 下,年老運動者以較低的作業努力(較低的40頻率波的功率)卻完成與花費較大努 力的年老不運動者相似的功(此二組在解決問題時所花的時間與解題的正確率相 當),因此先前年老運動者的訊息處理能力應較不運動者有效率的假設受到初步的支持。


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