從UDL開展教育系統重塑（4）
讓大腦友善學習：從神經科學理解UDL的教學設計
陳清義 臺灣全方位設計教育協會理事長
李亦欣 臺北市立大學師資培育及職涯發展中心兼任助理教授 

一、從邊緣系統到前額葉皮層：建構一個大腦友善的教育生態
　  隨著社會對教育公平與包容性（Inclusion）的重視日益提升，教育界開始積極尋求一種能有效回應學生學習差異的系統性框架。傳統教學多著重於知識的傳授，卻忽略了學習者「如何學」與「為何學」的內在機制。本篇旨在梳理近年神經科學的重要研究成果，特別是認知神經科學對大腦學習網絡的發現，並闡明通用設計學習（Universal Design for Learning, UDL）的三大原則如何在學校教學現場與行政管理層面落實應用，期能為臺灣推動全面性、彈性化的教育改革提供科學依據。
　　回歸到教育的根本問題：學習的科學基礎是什麼？隨著神經科學的研究發展，教學者能從大腦運作的角度，重新理解學習的本質。學習並非僅是知識的吸收與記憶，而是一個整合情感、認知與行動的動態歷程。要實現「讓每個學生一開始就學得好」，教學設計必須回應這種複雜的神經機制，從學習動機的喚起、知識理解的建構，到行動表達的支持，皆以大腦的運作邏輯為依據。
二、大腦學習機制的神經科學研究基礎
　  在過去二十年間，神經科學，特別是認知神經科學的研究，揭示了人類學習的三項核心機制（Meyer et al., 2014）。研究指出，當大腦進行有效學習時，並非由單一區域獨立運作，而是由情感（Affective Networks）、認知（Recognition Networks）與策略（Strategic Networks）三大網絡共同運行（CAST, 2024），分別引導學習的動機、理解的內容與行動的方式，構成人類學習的神經基礎。
（一）情感網絡（Affective Networks）：學習動機的驅動中心
　　情感網絡位於大腦最內層的邊緣系統，其中的杏仁核（amygdala）負責對外在刺激進行情緒評估，決定學習的「原因」與「動機」（LeDoux, 2000）。醫學研究指出，當個體感知到威脅時，杏仁核會啟動「下丘腦—垂體—腎上腺軸」，促使壓力荷爾蒙——皮質醇釋放（Lupien et al., 2009）。過量的皮質醇會暫時抑制前額葉（prefrontal cortex）與海馬迴（hippocampus）的功能，使資訊處理受阻、學習動機下降（Joëls & Baram, 2009）。因此，營造安全、低威脅且具選擇性的學習環境，是有效教學設計不可或缺的關鍵因素。
（二）認知網絡（Recognition Networks）：知識理解的關鍵中樞
    認知網絡佔據大腦表面的廣大區域，主要包含後方的感覺皮層（sensory cortex），負責整合感官輸入，讓學習者能夠辨識、組織並理解資訊，是決定學習「內容」的關鍵系統。研究指出，資訊處理牽涉視覺皮層、聽覺皮層以及額葉與顳葉聯結區的複雜協同（Rose & Meyer, 2002）。由於每位學習者在知覺與符號處理上皆存在顯著個體差異，教育設計應提供多元呈現方式，協助學生以不同感官通道進入理解歷程。
（三）策略網絡（Strategic Networks）：行動與表達的執行引擎
    策略網絡位於前額葉皮層（prefrontal cortex, PFC），負責執行功能（executive functions），包括規劃、組織、執行任務與表達知識的能力。縱向神經影像研究指出，前額葉是大腦中發展最晚熟的區域之一，其功能成熟往往延續至二十多歲甚至三十多歲（Gogtay et al., 2004）。這意味著學習者在兒童與青少年階段，仍需仰賴外部鷹架與教師支持。教學者若能提供明確步驟、時間管理範例與反思機制，便能有效「借出額葉」（Diamond, 2013），協助學生逐步發展自我監控與自主學習的能力。
三、從大腦網絡到課堂原則：UDL三大原則的精準對應
    UDL架構是一套「大腦友善」的教學藍圖，將神經科學的發現轉化為解決教學中「為什麼學」、「學什麼」與「怎麼學」的三項核心原則。情感網絡、認知網絡與策略網絡分別對應UDL三大設計原則：多元參與（Engagement）、多元表徵（Representation）與多元行動與表達（Action & Expression），共同構築出支持所有學習者的理論基礎與實踐方向。
（一）情感網絡與多元參與：學習的「為何學」
　　情感網絡掌管學習者的安全感與動機，是學習啟動的關鍵機制。當學生感受到威脅或焦慮時，大腦的杏仁核會活化，促使皮質醇分泌，抑制前額葉與海馬迴的功能，使學習效率下降（LeDoux, 2000; Lupien et al., 2009）。因此，教師在教學設計中，必須營造安全、低威脅的學習環境，並提供多種參與方式，使學生能依據興趣、能力與偏好參與學習。
　　例如，在創作活動中，教師可讓學生自由選擇錄製Podcast、繪製漫畫分鏡圖或撰寫文字作品，而非僅限於長篇作文。當學習與學生的生活經驗與情感產生連結時，動機便會被激發，學習從被動接受轉化為主動探索。這正是UDL「提供多種參與方式」原則的核心，讓學生願意學、樂於學、持續學。
（二）認知網絡與多元表徵：學習的「學什麼」
　　認知網絡是大腦的訊息處理中心，負責整合感官輸入、辨識模式與建構意義。由於每位學生對文字、圖像與符號的敏感度不同，他們接收與理解知識的方式也各異（Rose & Meyer, 2002）。教師若僅依賴單一教材或口語講述，容易造成部分學生無法有效理解；因此，必須透過多元表徵的設計，讓學習內容能以多種形式呈現，確保所有學生皆能順利接近知識核心。
　　例如，在講解抽象概念或複雜過程時，教師可結合口語說明、視覺圖表、影片示範及具體範例，協助學生以不同感官通道理解訊息。這樣的多重呈現不僅降低理解門檻，也有助於建立跨模態的思考連結。UDL所強調的「提供多種表徵方式」，正呼應認知網絡運作的設計原則，讓學生看得懂、聽得懂，最終能真正理解所學。
（三）策略網絡與多元行動與表達：學習的「怎麼學」
　　策略網絡位於前額葉皮層，負責規劃、執行與表達等高層次的執行功能，是學習者將想法轉化為行動的關鍵機制（Diamond, 2012）。由於前額葉發展至青年期才趨於成熟（Gogtay et al., 2004），學生在任務規劃與自我監控上常需外部支持。教師在設計學習任務時，應提供多元的行動與表達方式，協助學生以不同形式展現所學，培養自我管理與反思能力。
　　例如，在進行研究專題時，教師可引導學生使用心智圖整理思緒，或運用時間表範本進行進度規劃；學生也可選擇以簡報、影片或口頭報告呈現成果，而非單一書面報告。當學生能靈活運用多樣表達管道，他們不僅學會「怎麼做」，更學會「如何表達與修正」，體現UDL「提供多種行動與表達方式」的核心理念，讓學生能表達所學、應用所學，最終成為能自主行動的學習者。
為使讀者更清楚理解大腦網絡與UDL學習原則之間的對應關係，茲將其整理如圖1所示。

圖1大腦網絡與UDL學習原則對應圖
 
資料來源：筆者整理，並運用AI工具輔助圖像製作。

四、從神經科學原則到教學現場的實踐策略
    隨著神經科學研究成果逐漸轉化為教育設計的依據，教師得以更精準地理解學習者的大腦如何運作，並據此調整教學策略。UDL的核心價值不僅在於「理解差異」，更在於「預見差異」與「設計包容」，這意味著教師不再被動因應學習困難，而是主動以多元設計創造出每位學生都能進入學習的路徑。
　　這樣的設計思維，正是從「神經科學的理論」邁向「教育現場的實踐」的關鍵橋樑。UDL不僅是一套設計原則，更是一種以科學為基礎的教育信念，讓學習從理解大腦開始，讓每個學生都能在屬於自己的節奏中成功學習。
　　在教學現場，有效實施UDL鷹架的關鍵，在於將大腦研究的原理轉化為靈活且具操作性的課堂實踐，筆者整理對應三大原則在教學現場的應用如表1：
表1  UDL三大原則在教學現場的應用
UDL 原則    教學應用重點
多元參與    鼓勵學習者擁有選擇權和自主權，支持與教導學生自我覺察與情緒調節。
多元表徵    任何訊息均以多樣媒介呈現，釐清專有名詞、公式與符號的意義，連結背景知識。
多元行動與表達    提供多樣化的創作工具，示範和引導學生進行組織、計劃、時間管理等執行功能。
五、結語：推動UDL普及化，成就臺灣教育新願景
　　UDL的價值在於將神經科學的研究成果轉化為具體的課堂實踐，承認並積極回應學習者的高度差異性，而非試圖教導一個並不存在的「平均學習者」。UDL框架鼓勵教師在教學設計的源頭即融入彈性與包容性思維，從制度層面根本性地消除學習障礙，讓「通用設計學習」取代「為學習瓶頸補救」，實現真正的教育公平。UDL不應被視為特殊教育或學習扶助的補充策略，而應成為全體學生學習的共同基礎設計原則。
為實現此願景，教育主管機關可考慮將UDL理念納入師資培育課程、教學評鑑指標與學校課程政策，並鼓勵建立教師專業學習社群，以促進知識分享與實踐交流。教師是教學的設計者，更是學習差異的詮釋者；校長與行政主管則是推動教育轉變的核心角色，負責型塑一個低威脅、高支持的學習環境，使每位學習者都能被理解與被看見。這不僅是臺灣教育轉型的新起點，更是我們共同邁向包容、公平與永續教育的共同願景。

參考文獻 
CAST (2024). CAST Universal Design for Learning Guidelines version 3.0. Retrieved from https://udlguidelines.cast.orgDiamond, A. (2012). Executive functions. Annual Review of Psychology, 64, 135–168.
Gogtay, N., Giedd, J. N., Lusk, L., Hayashi, K. M., Greenstein, D., Vaituzis, A. C., Nugent, T. F., Herman, D. H., Clasen, L. S., Toga, A. W., Rapoport, J. L., & Thompson, P. M. (2004). Dynamic mapping of human cortical development during childhood and adolescence. Proceedings of the National Academy of Sciences, 101(21), 8174–8179.
Joëls, M & Baram, T.Z(2009). The neuro-symphony of stress. Nat Rev Neurosci.10(6),459-66. doi: 10.1038/nrn2632.
LeDoux, J. E. (2000). Emotion circuits in the brain. Annual Review of Neuroscience, 23(1), 155–184.
Lupien, S. J., Maheu, F., Tu, M., Fiocco, A., & Schramek, T. E. (2009). The effects of stress and stress hormones on human cognition: Implications for the field of brain health. International Journal of Endocrinology, 2009, Article 694762.
Meyer, A., Rose, D. H., & Gordon, D. (2014). Universal design for learning: Theory and practice. Wakefield, MA: CAST Professional Publishing.
Rose, D. H., & Meyer, A. (2002). Teaching every student in the digital age: Universal design for learning. Association for Supervision and Curriculum Development.