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我们已经知道好的教学设计要讲科学。科学，尤其是认知科学揭示了学习的奥秘。所谓的要尊重规律，就是要尊重科学的研究成果，特别是要将最新的研究成果运用在教学设计中。下面我们来探讨几条有关学习的科学原理，看看对我们的教学设计有什么启发。
为什么有些信息能够被记住，有些信息却忘得很快呢？怎么才能保持持久的记忆？结论是，记忆是思考的残留物，有意义的思考是能够保证知识被记住的最重要因素。这是为什么呢？因为人脑的存储空间其实是很有限的。既然不能储存所有的东西，那么该如何取舍呢？大脑是这样想的：如果你不经常思考一件事，那你可能就不再需要它了，所以可以丢弃了；如果你总是在想某件事，以后你可能还会从同一个角度去思考它，因此，这件事是有必要留下来的。这么说来，思考的过程，就是加强记忆的最佳过程。脑科学研究证实，人类大脑中用来学习和记忆的核心部位有三个：内嗅皮层、海马体和新皮层。内嗅皮层负责过滤涌入大脑的海量信息；海马体负责组合这些信息来构建新记忆；新信息被打上“记忆”的标记后，就会存储到新皮层上。
人们发现，故事（案例）比枯燥的理论更便于记忆，因为故事最接近人类解释世界最早的思考方式。心理学家的研究进一步发现，最佳的故事应该是：定义出一个清晰的问题，制造困境和冲突，然后想办法解决这个困境。这一研究结论告诉我们，有发现问题、解决问题的思考过程，得出的答案才会有意义，学习才会更有效。
心理学研究发现，人类的学习模式是利用已知的事物来理解未知的事物，也就是说我们都是通过联系已知的概念来理解新的概念。比如学习外语，我们会不自觉地把外语词汇自动翻译成中文，然后来理解它的意思。从这个意义上说，理解的实质其实就是记忆。没有人可以把新的概念直接灌输给学生，也没有任何人能够接受这种直接灌输。
那么，为什么会有理解困难呢？科学的解释就是，你在学习新知识时，大脑先要调出与这些新知识相关的原有知识，再重新进行排列组合，把新的概念与原有的知识体系相融合，这个过程很复杂，特别消耗大脑能量，很容易让大脑陷入超负荷状态。因为特别消耗能量，大脑出于本能就会对新知识抱有抗拒的态度，所以往往导致对新知识的理解很肤浅，一知半解，甚至不懂装懂，或者根本就是有意无意地误解新知识。
老年人为什么很难改变，心理学家通过实验研究发现，年纪越大，越会导致他们忽视那些有悖于自己既有认知的迹象，因而变得过于固守陈规。而且，人体供养量与大脑活动有关，老年人的大脑供血相对比年轻人更匮乏，因此大脑中的能量不足以承担超负荷状态。
创造力太重要了，甚至与国家竞争力有关，以至于世界上各个国家都把创造力作为核心素养。创造力是我们产生新的想法、发现并创造新事物的能力，可是创造力是怎么培养起来的？
创造力是后天培养的吗？哈佛大学的一项新研究表明，创造力与大脑结构联系紧密，创造力强的人，他们的大脑更加善于调动不同脑区神经网络的协同运作。也就是说，创造力主要源于大脑的结构，而大脑结构主要由遗传决定。不过研究者认为这不代表后天的努力就是徒劳的，有关创造力后天的延展性，还有待进一步的研究。
那么，后天的因素有哪些能激发创造力呢？一些研究结论显然与我们的常识不符。
一个出乎我们意料的答案是金钱。如果你想要激发学习者或者员工创造性地解决一个新问题或者提出一个新办法，直接发奖金更有效还是表扬他们更有效呢？伊利诺伊大学的一项最新研究发现，在激发创造性思维时，金钱会比表扬获奖者的聪明才智、获得大家的认可更有效果。研究的领导者拉维·迈赫特说：“重视创造力的人注重的是那些奇异的‘超出常规’的事物。所以，他们不太可能关心他人的认同，或者在同事中寻找归属感。现金奖励会让我们专注于手头的任务，而社会认同奖励却会扼杀创造力，因为它会让我们产生从众心理，避免做出头鸟，会让你选择折中，而不是勇于突破边缘。”
创造力还与“混乱”状态有关。蒂姆·哈福德在他的《混乱》一书中说，我们经常屈服于整齐思维的诱惑，但其实一定程度的混乱能够激发我们的创造力，有时候整齐才是我们最大的敌人，混乱反而能让我们获得自由。美国记者格林菲尔德说：“爱因斯坦、亚历山大·弗莱明、林肯都是邋遢鬼。但他们给了我们相对论、青霉素和美利坚。”哈福德强调，为了保护我们的创造力，“在面对混乱的世界时，我们应该抵抗我们厌恶混乱的本能”。
充足的睡眠可以在一定程度上提升我们创造性解决问题的能力。我们总认为那些有创造力的人总是夜以继日的工作，不吃饭也不睡觉，可是这个看法是错误的。卡迪夫大学的神经学家潘妮·刘易斯和她的同事们的研究解释了睡眠和创造力之间的联系。他们建议，如果你正在处理一个难题，那么你需要足够的睡眠时间，而不要在匆忙中急着动手。