DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 3. 核电厂数字化仪控系统仿真技术 核电站数字化仪控系统(Distribute Control System，简称DCS)是核电站的信息神经和控制中枢，对于保证核电站安全、可靠、稳定和经济运行以及提升生产管理水平都起着至关重要的作用。目前国际上数字化仪控系统(DCS)已成为当今核电厂的趋势，为了可靠和有效地完成电厂操纵员的培训和取证考试的相关工作，数字化仪控模拟机(DCSFSS)广泛用于新建和在建的核电厂。DCSFSS在模拟机中的仿真实现存在多种方案。归纳起来，大体可以分为三种：1) 实物模拟(Stimulation)；2) 虚拟实物模拟 (Emulation)；3) 纯模拟(Simulation) [ 3 ] 。由于DCS系统存在电厂过程控制层和人机界面层之分，其设备甚至可能不是同一个供货商提供，实际情况下整个DCS可能是上述几种模拟方案的复合。因此针对不同的数字化核电厂，其全范围模拟机中对这部分的处理会存在很大差别，但总体上都需要满足模拟机标准的要求。 图1. 软件系统结构设计图
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user: 4. 电厂模型计算机内部数据接口设计 仿真支撑软件作为用于模拟机开发、调试、运行等模拟机制造全过程的工具，它包括以全局共享数据库为核心的多个功能模块，提供对仿真模型软件开发与维护、仿真开发系统组合、仿真机实时运行、软件调试等仿真机全寿期的支持。 模拟机实时运行时，电厂模型计算机时间计数器每个一定时间间隔发出一次模拟机时间同步信号，唤醒支撑软件的主同步进程。主同步进程根据仿真计算的调度要求，按不同的时间间隔分别唤醒各个实时执行进程进行仿真运算，每个实时执行进程包括一个或多个电厂仿真系统。包括主同步进程、实时执行进程、对外通讯进程和本机磁盘I/O操作进程在内的进程间的数据交换主要通过共享存储区方式实现。
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user: 5. 电厂模型计算机与DCSFSS的接口软件的设计及实现 DCSFSS接口系统软件(以下简称IPSCOM)是基于API接口库开发的，该软件在仿真主机上运行，除了实现全范围模拟机工艺系统模型和DCSFSS交换数据的功能外，还发送教控命令和同步控制指令。 5.1. 软件架构设计 IPSCOM作为全范围模拟机的模型系统的一个部分，统一由MST调度。在全范围模拟机的每步运行中，MST首先完成DBM实时数据和DCSFSS的IO数据内存区的交换，然后在唤醒核电机组工艺系统模型和IPSCOM接口系统，这样的执行策略可以保持核电机组工艺系统模型的运算与IPSCOM接口系统的数据传递互不干扰。IPSCOM完成的最基本任务是接口数据传输，即每次循环包含数据发送和数据接受，另外，在每次数据传输循环的过程中都需要对故障、回放、复位等教控台的控制命令进行处理。为了与实际电站的频率一致，数据传输与教控台的控制命令处理需要在100毫秒之内完成。IPSCOM总体架构图如图2。 图2. IPSCOM总体架构图 5.2. 接口数据传输 仿真主机和DCSFSS的数据接口分为三类：教练员站命令，DCS输入输出模块与Level 0的连接信号，以及BUP & ECP上的开关、按钮输入转换信号。 教练员站命令包括：模拟机时间同步信号、冻结、运行、实时/慢速/快速、初始条件快照、初始条件复位、回溯条件快照、回溯条件复位、重演、DCS的部件故障(包括Level 1和Level 2部件)。教练员站命令以专家命令格式为基础进行编码发送和译码识别。 IPSCOM的详细数据流设计框架主要包括了IO数据的通讯以及教控台命令的传输，接口软件详细设计如图3。 图3. 软件数据流详细设计框架图
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user: 6. 结论及展望 CP1000核电厂全范围模拟机精度高、人机界面与现场完全一致，具备对电厂DCS进行功能验证、人机界面优化、一二层逻辑组态等技术支持的功能。在接口软件设计中，采用了基于API开发的方式来实现，运用了模型化和软件系统开发的图形化语言UML，设计了教控命令和数据的通讯。实现了特定DCSFSS (FOXBORO I/A、TRICONEX和ADACS的组合体)的启动、运行、冻结、复位IC/BC，同步、故障等教控命令及数据的传递。
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user: 摘 要 本文研究了磁流体动力学效应对聚变堆液态包层中液态金属流动和传热的影响，开发了MHD流动与传热分布数值模拟程序，采用数值方法对聚变堆液态包层中的流动传热现象进行了模拟。该数值模拟程序基于4步投影法计算强磁场下包层中的流场分布，利用有限体积法得到了流道中的温度分布，并通过标准算例和能量守恒的方法对数值模拟的结果进行验证，为开展聚变堆包层中液态金属的流动与传热特性的研究提供了参考。 关键词 :MHD，热传输，温度分布，数值方法 Copyright © 2019 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 聚变堆包层是聚变反应堆中的重要部件，主要完成包括能量转换、氚增殖和辐射屏蔽等功能。按照氚增殖剂的形态，包层分为固态增殖包层和液态增殖包层。与固态包层相比，液态包层具有结构简单，氚增殖能力强，可以实时在线提氚的优点，因而成为聚变包层概念设计的主要候选方案之一。国际上提出了一系列液态金属包层方案，这些包层中，一般将液态铅锂合金作为冷却剂和中子/氚增殖材料 [ 1 ] [ 2 ] 。 由于处在强磁场环境下，液态金属的流动会产生感应电动势，进而产生感应电流，感应电流与磁场的相互作用会产生阻碍流体运动的洛仑兹力，导致了磁流体动力学(MHD)效应。MHD效应增加了液态金属的流动压降，影响着流动金属的流动与传热效应。Shercliff与Hunt [ 3 ] [ 4 ] 首先提出了矩形管道中完全发展MHD流动的解析解，成为以后数值计算结果的标准算例。倪明玖 [ 5 ] 基于电势法，在非结构同位网格上利用相容守恒格式发展了求解MHD流动的数值算法，能准确计算出管道中液态金属的流动分布。Smolentsev [ 6 ] 基于磁感应法开发了可以求解二维高哈特曼数下的MHD流动程序，并将其应用于有FCI插件等复杂流道的分析。但由于聚变堆包层中存在着磁场、流场和温度场的相互耦合作用，目前关于MHD效应对温度场影响的研究还很少。为优化包层模块的设计，本文提出了一种针对包层增殖区矩形流道液态金属MHD流动温度分布的数值模拟方法。该方法主要利用相容守恒格式在非均匀网格上得到的速度分布 [ 5 ] ，根据聚变堆包层的特点，设置合理的边界条件，将动量方程与能量方程分别求解。其中得到的速度分布结果通过与解析解对比进行验证，温度分布结果通过能量守恒的方法验证。
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user: 2. 控制方程与数值方法 2.1. 控制方程 聚变堆包层矩形流道中充分发展的不可压缩稳态流动数值模拟由描述流体流动的N-S方程与描述电磁感应的麦克斯韦方程组联合求解。液态金属在强磁场中受到的洛仑兹力以体积力的形式作用于金属流体，不可压缩稳态流动的磁流体方程组无量纲形式为 ∇ ⋅ u = 0 (1) ∂ u ∂ t + u ⋅ ∇ u = − ∇ p + 1 R e ∇ ⋅ ( ∇ u ) + N ( J × B ) (2) ∇ 2 ϕ = ∇ ⋅ ( u × B ) (3) ∂ T ∂ t + ∇ ⋅ ( u T ) = 1 P e ∇ 2 T + E c N J 2 + Φ (4) 式中：u——速度； p——压力； B——磁感应强度； J——电流密度； T——温度。 其中方程(1)为不可压缩流体力学连续性方程，方程(2)为流体力学动量方程，洛仑兹力对液态金属流动的影响以源项的形式体现在方程中，方程(3)为电势泊松方程，方程(4)为流体力学能量守恒方程，其中源项代表聚变反应过程中在矩形管道沉积的核热。 假设L为流道的特征长度， μ 为液态金属的动力学粘性系数，c p 为比热容， λ 为液态金属的热导率，则方程中各项无量纲参数的定义为：雷诺数 R e = ρ u 0 L / μ ，哈特曼数 H a = B 0 L σ / μ ，埃克特数 E c = u 0 2 / c p Δ T ，贝克莱数 P e = ρ c p u 0 L / λ ，相互作用参数 N = σ B 0 2 L / ρ u 0 。 2.2. 数值方法 由于矩形流道中液态金属的流动处于稳态，对其求解可以分两步进行。首先，采用相容守恒格式与投影算法求解磁流体动力学方程 [ 5 ] ，得到流场中的速度分布，然后采用有限体积法求解流道中的能量方程，计算得出反映流道中传热情况的温度场分布。 对控制方程求解的数值模型采用非均匀结构化同位网格离散。如图1所示，将速度 u ，压力p，电势 ϕ 和温度T储存在格点中心。为保证电流守恒，将电流密度 J 储存在网格面元中心。因为液态金属边界层处电流密度很大，需要对边界层网格进行加密，一般将垂直与磁场的哈特曼层内划分为7个网格，平行于磁场的侧层划分为9个网格。 图1. 离散网格结构示意图 在得到速度场分布的基础上，将能量守恒方程(4)采用有限体积法进行离散： ∫ ∂ T ∂ t d v + ∫ ∇ ⋅ ( u T ) d v = [ 1 P e ∫ ∇ 2 T d v + ∫ ( E c N J 2 + Φ ) d v ] (5) 采用隐式方法对方程中的时间项和扩散项进行离散： ∫ ∂ T ∂ t d v = T − T 0 Δ t (6) ∫ ∇ 2 T d v = ( T i + 1 ， j ， k − T i ， j ， k x i + 1 ， j ， k − x i ， j ， k − T i ， j ， k − T i − 1 ， j ， k x i ， j ， k − x i − 1 ， j ， k ) Δ y Δ z + ( T i ， j + 1 ， k − T i ， j ， k y i ， j + 1 ， k − y i ， j ， k − T i ， j ， k − T i ， j − 1 ， k y i ， j ， k − y i ， j − 1 ， k ) Δ x Δ z                             + ( T i ， j ， k + 1 − T i ， j ， k z i ， j ， k + 1 − z i ， j ， k − T i ， j ， k − T i ， j ， k − 1 z i ， j ， k − z i ， j ， k − 1 ) Δ x Δ y (7) 能量方程中的对流项采用二次迎风差值(QUICK)格式进行离散，并采用延迟修正的方法求解。该方法中低阶格式采用一阶迎风格式，并将高阶格式与低阶格式的差作为下一步迭代求解的源项。由于流道中液态金属沿x方向流动，对流项与源项的离散格式分别表示如下： ∫ ∇ ⋅ ( u T ) d v = ( u f i + 1 ， j ， k T i ， j ， k − u f i − 1 ， j ， k T i − 1 ， j ， k ) Δ y Δ z (8) ∫ ( E c N J 2 + Φ ) d v = ( E c N J 2 + Φ ) Δ x Δ y Δ z (9) 在以上离散格式中，x，y，z表示网格中心点的坐标，uf表示网格面元中心速度。 ， Δ y ， Δ z 分别表示沿笛卡尔坐标轴的网格长度。 Φ 表示聚变反应高能中子沉积在包层流道中的核热功率密度，数值为20 Mw/m 3 。 离散后的能量方程采用交替方向隐式法与追赶法求解，并添加松弛因子避免求解过程发散。为加快求解的收敛过程，在能量方程求解过程中采用了块修正方法，在进行块修正值计算时，在每一个方向作一次块修正的计算后就对迭代的值进行一次修正，并以改进了的值去开始另一方向的块修正值计算。 2.3. 边界条件 图2为国际热核聚变实验堆(ITER)装置中真空室内部结构示意图。从图中可以看出，聚变堆包层被连接固定于真空室中，真空室处于低温恒温器的内部 [ 7 ] ，是一个密封的环形不锈钢容器。由于真空室与包层之间通过辐射方式传递的热量远小于聚变反应高能中子在包层中沉积的核热，因此在数值模拟过程中没有考虑聚变堆包层与真空室之间的热量交换。 图2. ITER真空室内部结构示意图 在包层矩形流道壁面上应用绝热边界条件： d T d x = 0 d T d y = 0 d T d z = 0 (10) 根据聚变堆包层中常用液态金属铅锂的工作温度，将矩形流道的入口温度设置为523， T i n = T = 523   K 。矩形流道的出口温度满足连续性条件， T o u t = T 。方程迭代求解的收敛标准是， | T − T 0 | max ≤ ε 。求解过程中， ε 小于 10 − 6 。
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user: 3. 结果与讨论 为验证数值模拟程序，矩形流道中流体区域的无量纲尺寸设置为 6 × 2 × 2 ，并建立了液态金属在矩形流道中的充分发展MHD层流模型。数值模拟程序代码使用Fortran90语言编写，由Intel Visual Fortran Composer XE 2013编译器编译运行。为加快运行速度，程序设计过程中采用了共享存储并行编程技术OpenMP，在Intel (R)计算机平台上利用8线程进行并行计算。为确定计算所用网格的网格数量与计算结果之间的无关联性，程序分别将流体区域划分为 65 × 65 × 65 、 70 × 70 × 70 和 73 × 73 × 73 个网格进行无关性验证。由于流体速度与流动和传热现象直接相关，因此取管道中间x = 3.0，z = 0处水平方向上的速度分布进行计算，计算结果如图3所示。从图中可以看出，当网格数量从33万增长到45万时，计算结果的变化很小，因此数值模拟程序的计算过程具有网格无关性。由于在MHD流动计算中Shercliff算例和Hunt算例有理论解，通常将其作为MHD数值模拟程序的标准算例。 图3. 网格无关性验证结果图 3.1. 速度分布 在Shercliff算例中，流体的无量纲电导率为1，流道壁的无量纲电导率为0。将流动区域划分为 55 × 60 × 70 个网格。数值模拟程序分别计算了Ha = 300，Re = 10、Ha = 500，Re = 10与Ha = 1000，Re = 500三种情况下的速度分布。在流道x = 3.0处的速度分布如图4所示。从图中可以看出，数值解和理论解非常接近。表1为算例中的流量与压力梯度的计算结果，可以看出，Shercliff算例中压力梯度的最大误差为6%，流量的最大误差为0.1%。 图4. Shercliff’s算例计算结果(Ha = 500，Re = 10)；(a) x = 3.0处的速度分布图；(b) 数值解与理论解的对比 在Hunt算例中，矩形流道平行于外部磁场的侧壁为绝缘壁，垂直于磁场的哈特曼壁的无量纲电导率为0.05。数值模拟程序分别计算了Ha = 500，Re = 10与Ha = 1000，Re = 500两种情况下的速度分布情况，并在图5中表示出矩形流道x = 3处的速度分布。从图中可以看出，在流道侧壁附近出现了很强的剪切流动，数值解与理论解也符合得很好。表1中流量与压力梯度的计算结果表示，算例中压力梯度的最大误差为4%，流量的最大误差为0.1%。 图5. Hunt算例计算结果(Ha = 1000，Re = 500)；(a) x = 3.0处的速度分布图；(b) 数值解与理论解的对比 Table 1 Pressure gradient and flow rate for Shercliff’s case and Hunt’s cas Shercliff算例 Hunt算例 哈特曼数 500 1000 雷诺数 10 500 压力梯度解析解 5.255 3.466 压力梯度数值解 4.978 3.355 压力梯度误差 5.27% 3.21% 给定的入口流量 4.000 4.000 出口流量的计算结果 3.998 3.999 流量误差 0.05% 0.025% 表1. Shercliff算例与Hunt算例中的压力梯度与流量 3.2. 温度分布 在数值模拟程序得到的速度分布的基础上，通过求解能量守恒方程得到了流道中的温度分布情况。根据能量守恒关系，当流道中温度分布达到稳态时，沉积的核热应等于从流道中净流出的热量，从而有如下的守恒关系成立： Φ ⋅ V = ∑ ρ c p u ( T o u t − T i n ) Δ y Δ z (11) 式中： Φ ——流道中沉积的核热； V ——流道体积； ρ ——密度； c p ——比热容； T in ——入口温度； T out ——出口温度。 从能量守恒的角度，数值模拟程序的计算误差可以表示为： Δ ε = | Φ ⋅ V − ∑ ρ c p u ( T o u t − T i n ) Δ y Δ z | Φ ⋅ V (12) 图6为计算程序模拟的Ha = 1000，Re = 500时Hunt算例的温度分布情况。流道中的流体为液态PbLi，入口的温度设定为523 K。流道中沉积的核热为20 Mw/m 3 ，与中子在流道中沉积的核热功率平衡相比，数值计算结果的误差为3.2%。 图6. Hunt算例温度分布图(Ha = 1000，Re = 500)
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user: 4. 结论 提出了计算聚变堆液态包层增殖区不可压缩液态金属流动时传热分布的方法。该方法首先利用四步投影法计算出流场中的速度分布，将能量方程使用有限体积法进行离散，其中扩散项直接差分，对流项采用二次迎风差值格式离散。采用交替方向隐式法与追赶法求解能量方程得到了流道中的温度分布。并采用标准算例和能量守恒的方法验证了数值模拟结果的可靠性，为研究聚变堆包层中液态金属的传热分布提供了参考。
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user: 摘 要 本实验采用连续闪烁抑制范式，通过2 (动物面孔种类：猫、老虎) × 3 (动物面孔吸引力等级：高、中等、低吸引力)的被试内实验设计探讨不可见的动物面孔吸引力线索，对注意的返回抑制的影响。结果发现，人们对不同吸引力的动物面孔在无意识情况下没有表现出不同的注意偏好。这表明动物面孔在不可见的状态下不能影响人们的注意，在一定程度上支持了人们偏好有吸引力面孔是源于配偶质量的观点。 关键词 :注意，面孔吸引力，双眼竞争，连续闪烁抑制，返回抑制 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 人的面孔是一种独特的视觉模式，对社会和生物有巨大的重要性。在这个被称为看脸的时代，面孔包含着丰富的信息，在人际交往中起着重大的作用。20世纪70年代以来，面孔吸引力研究领域引起了认知心理学家、文化人类学家和进化心理学家的共同关注(马华维，俞琴燕，陈浩，2007)。面孔吸引力( facial attractiveness)是指人类对目标人物面孔所产生的一种积极愉快的情绪体验并推动他人接近意愿的程度(史新广，2007)。富有吸引力的面孔往往具有对称性、均匀性以及性别二态性的明显特征(李鸥，陈红，2010)。 目前，许多研究对人们偏好有吸引力面孔这种现象有两种解释：一种是进化论取向，配偶品质假设(优良基因理论)用以解释该现象，已有研究证明面孔吸引力与人类身体健康之间存在着密切的联系；另一种是认知取向，认为对吸引人的面孔的偏好可能是伴随大脑加工信息而产生的副产物，与择偶无关(李鸥，陈红，2010)。关于面孔吸引力的影响因素存在着两个假设：“面孔所有者假设”和“观察者假设”(寇慧等，2013)。前者主要是从面孔所有者自身特点入手，而后者是从观察者自身特质进行研究。对于前者，温芳芳和佐斌(2012)采用眼动技术发现，参与者在性别二态线索条件下对男性面孔吸引力的平均瞳孔大小显著大于女性面孔，对男性化面孔的平均首次注视时间和首次注视持续时间显著长于女性化面孔。王琳(2017)从女性面孔、身体及观察者所持的情绪状态三个方面研究以上三个因素对女性吸引力评价造成的影响，前两个方面发现遵循五眼规则的女性最具吸引力，且身体质量指数是比腰臀比更重要的两性择偶因素，此外，该研究还发现了高唤醒的情绪可以放大被试的反应，即被试会认为丑的人脸更不好看，而美的人脸更好看，而低唤醒和中性的唤醒则没有这种效果。 从进化论的研究方向来看，人类似乎天生偏爱美丽的面孔，并且认为漂亮的人拥有更好的人格特质(如友好、聪明)、更强的社会能力、更成功的职业以及更优秀的配偶和后代(Dion， Berscheid， & Walster， 1972; Zhang， Kong， Zhong， & Kou， 2014)，甚至相比他人更容易地找到配偶和朋友、获得工作以及更高的经济收入(Langlois et al.， 2000)。通过对征婚启事、婚姻统计资料等分析发现，男性择偶比较看重女性的相貌和身材，女性择偶则比较看重男性的能力、资源和个性等方面(王雨晴，姚鹏飞，周国梅，2015)。Maner等人(2003)指出男性和女性会基于不同的角度对拥有不同面孔吸引力的配偶进行选择。此外，徐华伟，牛盾和李倩(2016)总结大量他人研究发现面孔的性别二态性特征、波动性不对称性特征、以及肥胖特征等形态特征都与配偶价值有着密切关系。张小将，刘迎杰和刘昌(2015)发现与面孔吸引力加工有关的早期负波和晚期正成分，同时也发现了与面孔审美加工有关的脑区活动会受到了性别、情绪状态、个人经历等个体因素的调节。基于优良基因假设理论，Gangestad和Scheyd (2005)发现女性会更偏好男性化的男性面孔。Langlois，Ritter，Casey和Sawin (1995)对145对母亲和首个出生婴儿进行行为观察，发现相对于缺乏吸引力的婴儿，母亲会对相对有吸引力的婴儿付出更多的关心和照顾。 从认知的研究方向来看，人类认为他们对有吸引力面孔的注意偏好是伴随大脑加工信息产生的副产物，是一种本能的普遍加工趋势。Mo，Xia，Qin和Lei (2016)使用双眼竞争范式研究面孔吸引力的加工偏好，发现人类对于美的行为偏好是与生俱来的、自然的，而不是由社会认知加工形成的。即便是婴儿注视彩色幻灯片呈现的成年女性面孔，且这些面孔是已被成年人评级过的，结果发现了婴儿会对同时呈现的一对吸引力面孔(有吸引力面孔/无吸引力面孔)表现出对有吸引力面孔更长时间的注视(Langlois et al.， 1987)，这在一定程度上支持了面孔吸引力加工的认知取向。此外，Quinn，Kelly，Kang，Pascalis和Slater (2008)采用年轻人评级过的猫和虎面孔图片为实验材料，研究3~4个月大的婴儿对动物面孔吸引力的偏好，结果发现婴儿相对于无吸引力猫和虎面孔更偏好有吸引力的猫和虎面孔。随后，研究者还进行了一项认知记忆任务，结果发现婴儿偏好有吸引力面孔反映的是人类普遍的认知加工机制的活动，而不是对配偶选择具体的适应。他们的研究在一定程度上也支持了面孔吸引力加工偏好的认知取向。 Hung，Nieh和Hsieh (2016)采用连续闪烁抑制范式(CFS)考察不可见的面孔吸引力对注意的影响，非优势眼呈现一个有吸引力面孔和无吸引力面孔，优势眼上呈现一对对称的彩色噪音图，随后一个Gabor patch随机在有吸引力的面孔或无吸引力的面孔位置上呈现100 ms，要求被试判断Gabor patch的方向。人们对在有吸引力面孔位置上呈现的Gabor patch判断的正确率较低，发生了返回抑制效应。人类面孔吸引力即使在阈下状态下仍能影响注意，这也在一定程度上支持了人们偏好有吸引力面孔是人类本能。但是动物面孔吸引力在阈下状态下影响注意力的研究一直较少，没有得出过明确的结论。也可以说，人类是仅仅对人类面孔吸引力有加工偏好，还是对大自然所有面孔吸引力都有加工偏好这一问题尚不明确。在此基础上，本研究以大学生为被试来探究阈下呈现的动物面孔吸引力对注意的返回抑制的影响。在正式实验中，采用CFS范式(Gayet， Stigchel， & Paffen， 2014; Tsuchiya & Koch， 2005)以高、中、低吸引力等级的黑白色动物面孔作为刺激材料，通过2 (动物面孔种类：猫、老虎) × 3 (动物面孔吸引力等级：高、中等、低吸引力)的被试内实验设计探讨不同的动物面孔吸引力等级对注意偏好的影响。流程与Jiang等人(2006)相似，即采用立体镜进行研究，在优势眼上呈现两张对称的噪音图片，在非优势眼上对称的呈现一张目标图片和一张目标图片的打散图作为线索。如果结果与Hung，Nieh和Hsieh (2016)的结果一致，出现返回抑制现象，那么表明了动物面孔即使在不可见的状态下仍能影响人们的注意，就支持了人们偏好有吸引力面孔是人类大脑信息加工的副产物的观点。如果结果与Hung，Nieh和Hsieh研究的结果不一致，即没有出现返回抑制现象，那么本研究说明了动物面孔吸引力在不可见的状态下不能和人类面孔一样影响人们的注意，则支持人们偏好有吸引力面孔是基于进化论思想的观点。
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user: 3. 研究结果 对93名被试在正式实验后的再认实验中正确率进行分析，剔除20名再认实验中正确率小于45.13%和正确率大于54.87%的被试数据，其余73名被试的再认实验正确率位于45.13%~54.87%之间，对剩余被试正式实验中完整动物面孔图片位置与Gabor patch位置一致时被试判断线条图朝向的正确率减去不一致时被试判断线条图朝向的正确率的差值进行统计。 对完整动物面孔图片位置与Gabor patch位置一致时被试判断线条图朝向的正确率减去不一致时被试判断线条图朝向的正确率的差值进行2 (猫、虎) × 3 (高、中、低)的两因素重复测量方差分析(见表4)。其中，如果不符合球形检验，就使用Greenhouse-Geisser矫正。结果发现：动物面孔种类主效应不显著，F(1， 72) = 2.36，p = 0.13；面孔吸引力等级主效应不显著，F(2， 71) = 2.13，p = 0.12；无任何交互作用。 Table 4 Descriptive statistics of the correct rate of judging the orientation of line graph when the position of complete animal face picture is consistent and inconsistent with that of Gabor patch (M ± SD 高等吸引力 中等吸引力 低等吸引力 相同 不同 相同 不同 相同 不同 猫 0.66 ± 0.18 0.67 ± 0.16 0.68 ± 0.18 0.67 ± 0.18 0.67 ± 0.18 0.69 ± 0.17 虎 0.68 ± 0.16 0.68 ± 0.16 0.67 ± 0.16 0.65 ± 0.18 0.68 ± 0.16 0.68 ± 0.17 表4. 对完整动物面孔图片位置与Gabor patch位置一致时被试判断线条图朝向的正确率与不一致时被试判断线条图朝向的正确率的描述统计(M ± SD) 注：“相同”代表着完整动物面孔图片位置与Gabor patch位置一致；“不同”代表着完整动物面孔图片位置与Gabor patch位置不一致。 图2. 在动物面孔高、中、低吸引力等级上完整动物面孔图片位置与Gabor patch位置一致时被试判断线条图朝向的正确率减去不一致时被试判断线条图朝向的正确率的差值的差异
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user: 4. 讨论 本实验发现：动物面孔高等、中等、低等吸引力上完整动物面孔图片位置与Gabor patch位置一致时被试判断线条图朝向的正确率减去不一致时被试判断线条图朝向的正确率的差值的差异不显著。 Hagar，Nathan，Liad和Christof (2016)发现CFS可能允许刺激的低级特征逃避抑制或自觉地意识。Almeida，Pajtas，Mahon，Nakayama和Caramazza (2013)采用了CFS和BM (backward masking)两种掩蔽技术来研究人们的情感加工模式，结果发现在BM下，被试对快乐表情和愤怒表情进行了情感启动；而在CFS下，只对愤怒表情进行了情绪启动，快乐表情没有引起被试的情感反应。Nathan，Vincent和Sid (2012)发现被试对经过GCC (gaze-contingent crowding)处理过的快乐面孔图片和视频有显著的偏好判断，而对经过掩蔽和CFS技术处理过的快乐面孔图片和视频没有显著的偏好判断。因此，我们可以推测CFS对本研究所采用的动物面孔材料抑制过大，可能造成动物面孔黑白图片在无意识状态下加工困难，使得本研究得出被试在阈下状态对不同吸引力等级的动物面孔没有显著的注意偏好的结论。 本实验研究结果与Hung，Nieh和Hsieh (2016)不同，本实验采用的实验材料为动物面孔图片，而Hung，Nieh和Hsieh采用的实验材料为人类面孔图片。本实验的研究结果与Hung，Nieh和Hsieh的研究结果是截然不同的，并没有出现返回抑制现象。我们对该结果进行了几种解释：第一，人类偏好人类有吸引力面孔是为了选择更好的配偶和繁衍更具优秀基因的后代，是基于进化论思想进行的；而人类对于动物面孔并未表现出偏好现象，也就说明了人类对于非人类面孔的注意只是伴随认知加工的一个副产物，是基于认知加工思想进行的。第二，物种过度泛化假说，即人们在进化上被认为与特定动物有相似的特征并对特定动物的适应性反应过度泛化。Zebrowitz，Wadlinger，Luevano，White，Cai和Zhang (2011)采用反向拟人化的方法得出像狮子的人脸被认为更具有统治力、冷酷和精明；像拉布拉多似的面孔被认为更温暖、不那么精明的；与狐狸相似的面孔反而被认为不是精明的。在本研究中，被试可能认为人类与猫或虎并没有太多相似之处，所以被试并没有对不同的动物面孔吸引力等级作出不同的注意偏好。第三，被试个体间差异大。根据研究数据可知，被试在动物面孔图片的高、中、低吸引力等级上完整动物面孔图片位置与Gabor patch位置一致时被试判断线条图朝向的正确率减去不一致时被试判断线条图朝向的正确率的差值之间差异较大。第四，实验情景的不同。由于实验条件的情况，被试是在一段时间内分两批在不同的实验地点下进行的。虽然两个地点的实验情景都已经进行了严格控制，但也不能排除它可能会影响实验结果的可能性。 与Quinn，Kelly，Kang，Pascalis和Slater (2008)相比，两个研究中参与者的年龄段不同，实验材料在实验中状态也不同。本研究参与者是平均年龄为21岁的大学生，动物面孔在实验中处于阈下状态；Quinn，Kelly，Kang，Pascalis和Slater实验中参与者是3~4个月大的婴儿，动物面孔在实验中处于阈上状态。其研究发现了3~4个月大的婴儿相对于国内野生的无吸引力猫和虎面孔更偏好有吸引力的猫和虎面孔图片，然而我们实验并未发现该现象。我们推测存在几种可能：第一，本研究采用的面孔材料的熟悉性效应大于其他动物面孔(如狗，鼠等)的熟悉性效应。据图2所示，虽然参与者对阈下状态的不同吸引力等级的猫和虎面孔没有表现出显著的注意偏好，但对猫面孔的不同吸引力等级的注意差异要大于虎面孔的不同吸引力等级的注意差异。第二，年龄差异大。参与者的人生经历、感知程度或者当时的生理状态等都可能会影响到实验效果。第三，实验结果在一定程度上支持了人们偏好有吸引力面孔是基于进化论思想。人们偏好有吸引力的人类面孔是为了想获得更好的配偶和更优秀的遗传基因，猫和虎并不影响人类选择配偶和优秀的后代基因，所以在该研究中参与者没有出现返回抑制现象。
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user: 5. 结论 本研究发现，不同吸引力等级的猫和虎动物面孔在无意识情况下没有表现出不同的注意偏向表现。
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user: 摘 要 作为一门新兴的交叉学科，神经教育学立足于“基于脑、适于脑、促进脑”的方针和原则来开展教育研究与教学实践。神经教育学汇聚着来自教育学、心理学和神经科学等诸多领域的专家学者，在学科内积极形成“科学家–实践者”模式，在研究过程中充分运用科学巧妙的研究设计和认知神经科学技术，对教育和教学实践及其相关的科学问题进行探究，围绕神经元发育“关键期”、神经复用和可塑性以及镜像神经系统等主题产生了许多研究成果，并给人们，尤其是儿童教育及教学实践带来了诸多启迪。研究就神经教育学成果对小学儿童教育密切有关的兴趣培养、潜能开发、以及观察学习的潜在启示进行了阐述。 关键词 :神经教育学，观察学习，神经可塑性，潜能开发，镜像神经元 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 儿童教育不仅是基础教育关注的重点内容，而且是家庭教育的重要主题。儿童身心发展状况的特殊性及其教育的重要性，使其受到人们和媒体的格外重视。暂且不谈“择校”现象所透视的教育公平问题(吴永军，2012)，“择校”现象如此普遍和严重，它也是人们对孩子教育的重视以及对优质教育诉求的客观反映。各类商家或许正是看到了这其中所潜藏的巨大商机，导致诸如“赢在起跑线”或“决不能让孩子输在起跑线上”的宣传单页充斥着大街小巷，家长带领或强制小学儿童参加各类兴趣班和特长班的媒体报道亦层出不穷。此类宣传标语或现象也日渐成为人们街头巷尾议论或交际生活中难以避谈的话题。然而，这一切却苦了孩子，不仅使他们需要承受自己所无法承受之“重”，而且导致他们所接受的正规教育效果大大减弱(李萍，2012)。在这样的背景下，如何帮助家长和教育工作者认识到儿童教育，尤其是小学儿童教育过程中存在的问题并切实着手解决这些问题就有着十分重要教育和现实意义。 神经教育学 1 (neuroeducation)，亦称教育神经科学(educational neuroscience)，是将生物科学、认知科学、发展科学和教育学等学科的知识与技能进行深度整合，提出科学的教育理论、践行科学的教育实践的、具有独特话语体系的一门新兴学科(李其维，周永迪，2011；周加仙，2009)。该学科具有许多独特的优势：它不仅是一门超越学科界限的新学科，而且是一门深度整合和跨越了心理学、脑(神经)科学和教育学及其实践等诸多学科的超学科(trans-discipline)；它兼具理论和实践的双重属性：一方面在充分汲取传统教育学人性观的基础上力倡从大脑和神经生理层面来解构和建构客体知识、教育实践和学习者的关系，主张从大脑可塑性(brain plasticity)和神经元复用(neural reuse)来解读人类知识学习、技能获得和智慧产生的过程与机制；另一方面重视和强调神经教育学研究的应用和实践意义，主张神经教育学的研究不应当停留在教科书中“陈述性知识”层面，应当能够为人们的教育和教学活动、教育政策的制定和改进、以及教学改革与设计等各类实践提供参考和指导。从某个意义上而言，应用性或者实践性是神经教育学的首要特征，它是超越了传统的任何一门“大”教育学 2 的。以往没有哪一门“大”教育学像神经教育学这样，不仅强调教育学的研究和理论意义，而且更重视研究成果的实践和应用价值。神经教育学立足于严谨的科学设计，运用认知神经科学的研究技术和成果来深化人们对学习的理解，不仅为教育政策的制定与教育实践提供了新的分析视角(周加仙，2010)，而且强调在与教育实践充分结合和互动基础上，力图通过严谨科学的研究来消解教育实践中的各类“神经神话”(neuromythologies)，形成并创造教育和教学相关的合理的科学知识。神经教育学原理不仅在教育学家中，而且在教师中，都受到越来越广泛的拥护。同时，神经教育学还可以为教育政策制定和决策者提供参考和建议，以科学实据来开展教育规划与教育实践和改革(陈巍，张静，陈喜丹，丁峻，2010)。许多神经教育学家确信，教学不考虑神经心理学原理则是盲目的教学，将会导致弱化学生脑活动的自然机制，而要恢复这些机制，将会比自然教学过程复杂得多慢得多。综上可知，无论神经教育学功能定位的初衷中是否是专门为教育决策者和参与者提供参考或指导，但它对当代教育的启示或启迪均是伴随并被其快速发展过程所检验过的，同时也是其作为一门新兴学科的应有之义。基于此，本研究将侧重就神经教育学对儿童教育的启示进行探讨和阐述。
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user: 2. 神经关键期与兴趣培养 关键期是发展与教育心理学的重要概念。“关键期”概念最初原自于动物研究。早期对动物视觉发展的研究发现，若在动物出生后不久就蒙上其一只眼睛，这种早期的视觉剥夺会严重影响动物视觉皮层的神经联结，以致使得遭受视觉剥夺的眼睛在未来一段时间内都无法发挥其正常的视觉功能。然而，这种视觉剥夺对成年动物的视觉似乎并没有影响。类似的，人们在人类身上也观察到了类似的关键期。经典发现便是熟知的具有先天性白内障的儿童3~5岁时去除白内障无法恢复视觉，但成年白内障者通过该手术则可恢复视觉，意味着生命早期阶段有个视觉发展关键期(秦金亮，2008)。人们随后发现，语言学习和运动技能(比如器乐学习、运动技能的获得等)发展亦可能存在“关键期”(王亚鹏，董奇，2010)。在这些研究基础上，有学者发展出了“关键期”概念，并主张大脑及其功能的发展存在“关键期”或“敏感期”，若错过了该时期，那么相应认知功能的发展将会产生难以弥补的后果。 关键期概念的提出催生了一些“神经神话”。所谓神经神话就是指在解释和应用脑科学的研究成果时所出现的简化、夸大或歪曲科学事实的现象。例如，人们经常听到的在儿童发展过程中存在一个0~10或者0~3岁的关键期(Bruer， 2002)。在该时期内，儿童的语言、动作和运算思维等都快速发展，若错过了该时期，神经突触增生结束，所谓的“机会之窗”关闭，许多认知和心理机能都将永远消失。错过了这个机会，某些学习不会有效果。类似的，“丰富环境能够学习”的神经神话认为，丰富环境刺激加快了突触生长，促进了脑发育。突触越多，突触被修剪或消除的越少，神经活动的潜力就越大，儿童的学习就越好，脑力就越强，将来的成就越大。当然这些确实存在一定的科学依据，毕竟心理机能是逐渐发展起来的，具有自身的发展规律，例如，早期皮亚杰有关儿童研究所揭示的儿童思维和道德发展阶段都是儿童心理发展可能具有关键期的经典证据。但应当认识到关键期的相对性和神经发展的可塑性，不应对关键期作静待观。因为许多时候，某些人依据关键期的相关发展做出了不适当或过度的推论，导致形成了神经教育深化。也许正是受该神经神话的影响，现实生活中人们对学前和小学阶段儿童课外教育与兴趣培养有着异常兴趣，并催生了大量所谓的兴趣培养机构。 从教育学角度而言，强迫孩子参与兴趣培养班在本质上是一种“异化”的儿童教育。它有两方面的因素，一方面是儿童父母的儿童观，例如，儿童是“祖国的未来”、“民族的希望”、父母的“梦想”与“期望”的载体等；另一方面与“神经神话”密切相关。儿童观是人们对儿童的根本看法和态度，其中，儿童的天性观其最基本的内容。儿童最大和显著的天性是游戏或玩性，即好奇与不受拘束的自由探究。父母强制儿童或小学生参与各类兴趣培养班不仅侵占了小学生自由和不受拘束的自主探究的时间，而且容易导致儿童“过度”的学业负荷。这将会产生严重的后果：它们不仅扼杀了学生的天性，使“天真活泼的孩童”变成“年纪轻轻的博士和老态龙钟的儿童”(罗祖兵，杨娥，2013)；而且抑制了学生的个性。过多不科学和不合理的兴趣的培养促使儿童的生活单一，整天“泡”在单调的书堆、琴谱和歌词中，导致孩子的情感、个性和社会性需求得不到满足或严重缺失。儿童阶段是健全人格形成和塑造至关重要的阶段，童年期经验或记忆会影响个体一生的发展。个体的童年经历和情绪记忆将会被大量存储在大脑的杏仁核之中，这些童年经验对个体人格与个性发展有着非常显著的影响。换言之，家长在某些“关键期”所设置的“丰富刺激”，以及由此所致的让孩子参加兴趣班的做法收效可能微乎其微，甚至有悖初衷。 新近的神经教育学研究显示，“关键期假设”仅仅是对某些脑研究或科学事实的推测，人类仅仅对视觉发展的关键期有所了解，对其他感觉和运动系统的关键期知之甚少(袁学松，2012)。对关键期机制的了解微乎其微，无法预测某个儿童在哪个年龄点出现“关键期”。虽然关键期与突触增生有关，但已有研究仅仅支持感觉、运动系统以及语言的某些方面存在关键期，尚不知道文化知识传授系统是否有关键期，儿童社会交往、正规学校教育如阅读、数学等方面是否存在关键期，也还不了解突触增生在这方面技巧的获得中起怎样的作用。学习特定技巧的关键期是基于进化和种系发展的结果，受遗传基因控制。学校给学生提供的是社会和文化活动，与关键期相关的说法并不适用于教育实践(Bruer， 2002; 乔文达，董奇，2006)。不仅如此，并不是像“关键期”假说所假设的那样，“关键期”的错失可能也不会产生致命的后果——“关键期”相应的认知功能就无法得到正常的发展，只不过在所谓的“关键期”大脑对某些刺激比较敏感，即是说大脑发展存在敏感期(袁学松，2012；王亚鹏，董奇，2010)。错过“敏感期”并不意味着机会的完全丧失，但可能需要付出很多努力来弥补因错过“敏感期”而造成的认知发展滞后。在此期间，若为儿童提供适应的环境和学习条件仍能促使其认知功能得到适宜的发展。但是，过度、过量或者过早地进行不合理和不科学的早期教育都会产生不良的后果。正如韦钰院士在《运用当前脑科学的研究成果，有效提高教学质量》报告中指出的，“脑从出生前到20岁左右是建构期，这个过程是连续渐变的，所有的教育，行为的发生过程中都有生物基础相伴，而且受其限制。学生并不是一张白纸，教育应该根据他们已有的生物基础来开展。5岁之前背唐诗，不仅无法对幼儿起到积极影响，反而会影响到儿童未来创造力的发展”。何况，大脑“关闭”了某个认知机能之“门”后，还会在适当时候“打开”另一扇“窗”。换言之，大脑具有认知机能的补偿性。这方面最典型的案例就是有关盲人和聋哑儿童的研究。许多研究显示，盲人或聋哑儿童可能会存在严重的视力或听力障碍，但他们的意图理解能力、想像能力和触觉都较正常人要发达(Goldreich & Kanics， 2003)。总之，神经教育学研究启示人们应当科学认识神经发育关键期对小学生教育和兴趣培养的作用，谨慎应用脑(神经)科学的研究成果，并科学地甑别“神经神话”，正确把握和处理好小学生兴趣培养和由此所增加的“负担”之间的关系，避免小学生因为额外的兴趣培养错失了正处于关键期的认知机能的快速发展机会，以及由此所导致的学习兴趣枯竭、学业不良甚至发展或者人格障碍等。 生物体神经发育关键期的发现虽然对于生物学而言具有里程碑意义，但与小学儿童教育的直接启示严重脱节(陈巍等，2010)。神经教育学成果一方面启示人们：儿童或小学生的教育尤为重要和关键，不仅对儿童认知能力的促进和发展有重要意义，而且对儿童情感和社会性发展也有着十分甚至更重要的价值；同时也提示小学儿童家长或教育工作者应当正确认识和甑别“神经神话”，并科学认识到教育并非一蹴而就或一劳永逸的，过量、过早甚至过多迫使儿童参与各类兴趣培养项目，不仅增加了孩子的“负担”，扼杀了孩子的天性，抑制了其正常的情感、个性和社会性发展(罗祖兵，杨娥，2013)，而且导致他们好奇心和求知欲的衰竭，产生不良的童年经验，以致影响孩子的毕生发展。
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user: 3. 神经元复用与潜能开发 虽然神经发育过程存在关键期，并且关键期内特定技能的训练也能达到事半功倍的效果。但是，传统教育学和心理学对于关键期教育的实施又是相当谨慎的，因为关键期概念具有双刃剑的威胁：一方面有助于通过针对性训练来促使儿童心理能力正常和快速的发展，另一方面“不可逆”的消极影响会打击某些教育工作者和家长的信心(陈巍等，2010)。为了澄清有关关键期的理解误区，神经教育学对神经可塑性和神经元复用(neural reuse)进行了深入探讨。 大脑是一个动态和复杂的巨系统，其结构和功能虽是在演化和发展过程中形成的，但受学习、训练以及经验等影响，使得大脑皮层产生结构改变和功能重组，即神经可塑性。先前研究普遍揭示，无论是动物还是人类，只有处于发育的早期阶段均具有较强的神经可塑性(王亚鹏，董奇，2010)，即各项认知机能基本通过科学得当的训练均能有所增进。最新研究显示，中枢神经系统不仅在发展的过程中存在可塑性，而且在其发育成熟以后仍然存在可塑性。虽然在中枢神经系统发育成熟以后其可塑性可能没有所谓的敏感期强，但在大脑发育成熟以后，这种因经验引起的大脑结构与功能的改变可能比最初人们所想象的要大得多。经过锻炼或技能学习、成人的大脑，即使是老年人，依然可以发生结构上的变化。在经过6个月的有氧锻炼后，老年组的前额叶、颞叶及顶叶的灰质和白质容量增加，而青年组却没有显著变化，而且老年组的这种锻炼获益减少了脑容量萎缩的风险(杜新，陈天勇，2010)，在前扣带皮层、右颞上回、右侧额中回与白质连接度降低了42.1%，33.7%，27.2%与27.3%。经过三个月甚至一周的接抛球杂耍训练后，杂耍学习者负责运动信息存储与加工处理的脑区(如颞中区、顶内沟)的灰质容量均出现了显著的延展，即使老年人也能出现相同的增长(Boyke， Driemeyer， Gaser， Buchel， & May， 2008)，且大脑白质亦可因训练而增长(Scholz， Klein， Behrens， & Johansen-Berg， 2009)。不仅如此，最新研究显示，神经元不仅具有可塑性，而且还具备复用(reuse)功能。神经元复用有别于常规理解的神经可塑性，神经可塑性或者只能视为神经元复用的一种类型。依据神经元复用观，神经环路在形成初始或原初的功能后，仍可继续习得新功能，并且新功能的习得无需个体暴露或沉浸于可能致使该环路或其他环路初始功能丧失或受损的环境，同时也无需该神经环路结构或局部结构的改变(Anderson， 2010)。目前有关语言、空间认知、算术认知以及诸如工作记忆和概念隐喻等高级认知领域的诸多研究均支持神经元复用观点。 不时就可以在形形色色的杂志或报刊上看到人脑潜能开发的广告。日常生活中，潜能开发非常普遍。各类商家和媒体有关潜能开发的“科学”证据主要是诸如“人脑开发不足10%”等各类“神经神话”。在传统基于脑的教育研究中会找到许多不合时宜甚至不严谨和科学的论断。其实，脑潜能开发的科学依据应是神经元复用和神经可塑性。就小学儿童教育而言，许多家长嘱托和带领甚至强迫孩子参加各类特长班和潜能开发班，极力想通过这些所谓科学的潜能开发活动大大地提高孩子的大脑开发和利用程度，以使孩子能够出类拔萃，成为现在或未来某个领域的佼佼者。来自神经教育学的最新研究表明，尽管技能训练能够促进小脑或者大脑的发展和成长，但它们均存在前提。这意味着，潜能开发并不是无条件和无节制的。且不论人脑有多少潜力可以开发，无论当前人们观念中熟知的“一个正常健康的人只运用了其脑能力的10%”还是“爱因斯坦也只用了30%”均表明人脑还存在绝大多数的大脑潜能未被开发。为了便于说明问题，假定人脑潜能是无限的，但脑潜能开发者在鼓吹开发无穷无尽的潜能时，却忽略了一个重要事实——大脑并不是“自给自足”的，大脑是能量依赖的，依赖于血液运送的能量。换言之，大脑作为学习与思维的“硬件”，受到营养的影响。不仅如此，大脑还是高耗能器官。既有研究显示，脑血流量占心输出量的15%，且仅占体重2%的人脑的耗氧量则占全身总耗氧量的20% (唐嘉忠，王伟，2011)。大脑是血糖依赖的，任何脑能或潜能的开发与训练都会产生血糖消耗并需要心脏的血糖供应。只有保持正常血糖水平，才能有效保证大脑的葡萄糖供给。根据儿童或小学生的心身活动特点，他们非常容易产生脑部供血不足。因为他们不仅会面临大量来自学校和课外辅导机构，甚至兴趣培养或特长班的血糖消耗，而且受儿童或小学生意志控制力弱以及好奇心强等的影响，他们会参与各类游戏或同伴活动并产生大量的体能消耗。 由上可知，潜能或脑能开发虽然有着极大的诱惑力，并且对个体的发展有相当好处。然而，各认知功能在整个生命全程均具有一定的可塑性，但不同时期所表现出可塑性的强弱、敏感时间的长短以及对外在环境的依赖性很不相同。儿童监护人及其教育工作者需要科学认识与理解潜能开发，根据科学规律，在保证不增加小学生的教育“负担”、正确甑别“神经神话”与科学认识潜能训练效果的前提下，可以循序渐进地进行适度的潜能开发和训练。
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user: 4. 镜像神经元与观察学习 神经教育学中一个振奋人心的发现是镜像神经元(mirror neuron)及其教育应用的探讨(van Gog， Paas， Marcus， Ayres， & Sweller， 2009; Elliott， Grierson， Hayes， & Lyons， 2011; 陈建翔，陈建淼，2011；陈巍，汪寅，2013)。镜像神经元最早是灵长类动物研究中所观察到的一类独特的神经簇团。Rizzolatti的实验小组在研究猴脑前运动区的单个神经元放电时，发现其F5区的神经元既能在猴观察其他个体做动作时放电，也能在猴自己做出相似动作时放电。他们将两种条件下放电模式相似的神经元命名为镜像神经元，并推断该神经系统可以使得个体把观察到的动作“直接映射”到自己的运动体系中，从而获得来自“内部”的理解，并快速判断他者的动作目标和意图(陈巍，汪寅，2013；Rizzolatti， Fadiga， Gallese， & Fogassi， 1996)。近年越来越多的无损脑成像研究重复观察到人类也存在镜像神经系统。该系统的发现不仅对人们认识动作识别、意图理解、行为模仿、共情以及心智阅读的心理机制有重要价值(胡晓琴，傅根跃，施臻彦，2009)，而且对推动教学改革与教育创新也有着显著意义。 “做中学”是一个深刻影响着教育实践和变革的理念。该理念的倡导者——杜威认为教育是“经验的改造和重新组织”、“教育即生活”，教学就是通过儿童主动活动去检验一切和获得直接经验的过程。他特别强调学生的本能和兴趣，认为“从做中学”时必须排除由于外部强制或命令的行动(单中惠，2002)。杜威主张不应当将学习知识从生活中抽取和孤立出来作为直接追求的事件，教学不是直截了当或“填鸭式”注入知识经验，而是诱导儿童或学生在生活和活动中得到经验和知识。因此，他建议取消讲授，主要采用答疑和活动作业，倡导在互动和活动中促进学生的“生长”。“做中学”具有诸多优点：它促使在“做中学”活动过程中，学生需要在讨论时倾听他人的发言，在分工合作时共享实验材料，在别人需要支持时及时给予帮助，在小组讨论意见发生冲突时及时解决等等。这些意味着学生不仅需要清楚自己要做什么，还要求他们能够及时察觉他人的情绪变化和想法，以做出及时的反应(杨元魁，叶兆宁，2011)。这些将极大地促进了他们同理心、共情、意图理解能力以及心理理论的“生长”和发展。或许正是由于“做中学”促进人的健康“生长”之显著功效，导致它占据着推动和影响教育深刻变革理念的中心位置长达近百年之久。 研究显示，观察学习(learning-by-observation)和做中学(learning-by-doing)所引起的神经功效无显著差异(van Schie， Mars， Coles， & Bekkering， 2004; Yu & Zhou， 2006; 袁媛，刘昌，沈汪兵，2012)。此中最典型的即观察学习与镜像神经元关联性的发现。大量证据表明人类和动物的观察学习均与各自的“做中学”有着相似的神经激活——“做中学”过程激活的运动皮层区均在观察“做中学”相同或类似操作活动的观察过程呈现出同等激活模式(Petrosini， Graziano， Mandolesi， Neri， Molinari， & Leggio， 2003; Buccino & Riggio， 2006)，甚至有研究发现，个体“做中学”过程中所激活脑区的时程和强度指标——反馈相关负波(feedback-related negativity)及其波幅与观察学习过程中的指标非常一致(袁媛等，2012)。如前所述，表征观察学习关键神经机制的镜像神经元系统亦是参与意图理解、同理心或共情、行为模仿以及心理理论的重要机制(胡晓琴，傅根跃，施臻彦，2009)，即支持观察学习与“做中学”具有共同或类似认知神经或行为效果的观点。更何况，目前有关镜像神经元和观察学习关系的研究结果也倾向支持上述结论。诸多影像研究显示“做中学”的操作活动所激活的镜像神经元竟然在纯粹的观察过程也表现出显著而稳定的激活，且其激活与操作活动中的激活模式和程度无异(Buccino & Riggio， 2006; Nyberg， Eriksson， Larsson， & Marklund， 2006)，意味着“做中学”和观察学习具有相似，至少是共同的镜像神经机制。 如上所述，倘若观察学习与“做中学”确实具有一致或类似的神经功效，从神经教育学视角而言，这将意味着观察学习在教育中可能扮演着与“做中学”相似的角色，甚至更重要的角色。观察学习不仅可以直接发生在日常生活中，而且其发生与结束较少受时间地点和情境的限制，观察者能随时随地在任何情境中进行观察学习。同时，观察学习在价值和道德教育领域也有着较“做中学”更显著的优势，这已是众多教育学和心理学研究所促成的共识。因为观察者发现示范者的某种行为反应获得负的强化结果时，他自己以后也会减少这种行为反应；相反，观察者发现示范者做出某种被社会道德规范禁止的行为时，没有得到应有的惩罚，却得到酬赏，观察者就有将来做同类或类似负性行为的可能。当然，这凸显了观察学习中榜样或“靶子”之重要。除此之外，在“做中学”无法涉足的某些复杂行为领域，例如，无法容忍误差和尝试错误的载人航天或临床疾病诊断与治疗等教育实践领域，观察学习都可参与且是人们获取相关知识经验的重要方式。此外，观察学习还是创造性行为的重要来源。一般人们总以为，观察学习无非是“依样学样”或“依样画葫芦”，毫无创造性可言。实则不然，儿童或学生不只是从一个或一种示范榜样身上学习，他们往往从大量示范信息中获得不同内容，经过他们自己的认知加工就很可能会建构或产出新的观点与行为。即使给予相同的示范，他们也会从中各取所藉，获得不同的行为特征。因此，观察学习过程本身就是学习者根据以前的经验和大量的示范信息重新组合的过程。重新组合不仅属于创造的一种类型或方式，而且其本身就包含着创造性的含义(蒋晓，1987)。因此，观察学习中所提供的示范信息量越大，种类越多、越丰富，就越有可能创造出新的行为反应。镜像神经元除了在联结和沟通观察学习与“做中学”中的重要作用，其对促进有效教学也有诸多启示。犹如陈巍等所指出的，镜像神经元研究有助于细化和超越静态和动态的教学示范设计之间的争论。镜像神经元的现有研究启示人们：动态视觉示范设计可能在涉及人类动作的学习任务中是最有效的(陈巍等，2010)。因为这种设计自动触发了由镜像神经元主导的具身模仿机制，进而以自动化方式启动了相似动作的执行。在该情况下，反对动态视觉呈现的原初理由——动态呈现过程中的信息处理困难问题可能得以克服了。因此，动态视觉呈现对于观察诸如外科手术过程、手工装配任务、或者体育运动等学习任务时更有效，但在观察日常教学活动中自然物质(如，闪电或潮汐是如何产生的)以及或然性的抽象计算等教学中则可能无明显优势。