教学是教和学所组成的一个双边活动过程，教的最终目的在于引起学习者的学习活动过程。而学习又是脑的功能，脑是学习的器官。只有遵循脑的活动规律，才能有效促进学习效率的提高及脑功能的进一步发展。随着脑科学研究新时代的到来，脑科学理论取得了突破性进展，脑科学的研究成果广泛地应用于教育领域中，成为传统教学改革一种新的理论指导。

美国加利福尼亚州立大学凯恩教授在长期深入实践探索的基础上，于1990年提出了基于脑的学习理论（brain-based learning），该理论也称为适于脑的学习（brain-compatible learning）。基于脑的学习理论试图将脑科学的最新研究成果引入教育理论实践中，在人脑的结构与功能研究的基础上来构建教育理论。这一理论模式认为：大脑是学习的器官，学校是大脑学习的场所，只有了解大脑的学习规律，才能开发出适于脑的课程，才能向学生提供符合大脑加工规律的学习机会，才能设计出适于脑的教学环境。基于脑的学习理论的主要观点包括：

脑能够同步处理多项事务，高效的教学应该对同一教学内容设计包含多种信息通道的实施方式，如教学过程中声音、画面、动作与强烈的视觉冲击一同发挥作用，模拟大脑在自然状态下对信息的接收方式，能使知识要点在脑中留下更为深刻的印象。

脑首先为生存而存在，社会各种因素必然会影响脑的学习行为。脑的运行遵循生理规律，威胁、压力、营养条件等都可能降低脑的学习效率，愉悦、成就感等因素能够提高学习效率。因此，要想让大脑高效工作，必须营造一个没有生存压力的学习环境。教师更应在教学过程中避免对学生造成隐性的威胁，尽量避免使用攻击、侮辱性的语句，同时注重学生压力、营养等方面的引导。

大脑的生存本质使大脑在习得新知识的同时会搜寻意义，无意义的事物很难在脑中留下深刻的印象。因此，基于脑的学习倡导提供一种稳定和熟悉的学习环境，以满足大脑巨大的好奇心以及对新奇事物挑战的渴望。

大脑整合所获得的信息有着固定的模式，同一种信息对于不同的学习者有着不同的加工方式，对某一学习者很有意义的知识可能对另一学习者毫无意义。对于教师来说，应该在尊重学生固有学习模式的基础上，逐渐促使学生形成适应常规教学的模式。

情感与认知不可分割，个人期望值、偏见和成见、自尊以及对社会活动的需要等情感会影响大脑对于意义的构建。情感对于记忆也至关重要，因其可以促进信息的加工存储。由任何课程或生活经验所产生的情感效果可以在引发某个特定事件之后，长时间印记在脑海中。教育工作者应该努力营造相互尊重和彼此接受的教学氛围，合作性学习等方式能够形成良好的情感氛围。

现代脑科学已经否认了左、右脑教育学说中关于左、右脑绝对分工的说法，但右脑侧重整体思维，左脑偏向局部思维的说法仍有其科学性。无论忽略了局部还是整体，都会对大脑的认知行为产生影响。基于脑的学习主张构建整体与部分相结合的教学情景，让单个的教学知识在整体的环境中发挥作用。

大脑能够对教学或沟通中发生的全部感觉情景作出反应，学习内容之外的信息输入称为边缘感知，学习既包含集中注意，也包含边缘性感知。教师应该注意将处于学习者注意焦点之外的材料组织起来，除了传统所关心的噪音、温度等因素影响外，边缘设备还包括视觉形象，诸如图表、图解以及事先设计的大量艺术作品等。有经验的教师也可采用音乐作为增强和影响信息自然获得的手段，用边缘性感知促进知识的学习。

通过边缘方式感知的信息往往是在不知不觉中进入大脑，进而被无意识地加工，相对于有意识的学习，这种信息获取方式被称为无意识学习。基于脑的学习主张帮助学生在无意识学习加工中获取最大的信息量。教师应该允许学生回顾自己的学习过程，在反思和元认知过程中了解自己的学习风格，对无意识获得的信息做有意识的加工。

空间记忆形式无需通过专门的演练，主要作为经验而存在，如回忆前天的晚餐内容，回忆的内容是以三维空间状态存在于大脑内。另一种记忆形式为机械记忆，专门用于存储无明显关联的信息，这些信息与技能孤立于已有的知识和经验，因其需要多次机械记忆和重复才能被记住而得名。空间记忆系统是由新颖性驱动，更容易获取而不容易被忘记；机械记忆系统造成无关事实的大量堆积，知识点不易形成迁移，易造成学习者的疲惫和厌倦，信息的提取也相应较为缓慢。

教学应尽可能地利用空间记忆系统，因此可以在教学中“镶嵌”大量事实和技能性内容，如课堂演示、实地考察、直观的视觉映像、场景演示、故事叙述、隐喻、互动等，以形成类似真实生活的教学场景，帮助学生理解记忆。教学的成功取决于通过使学习者沉浸于大量的情景与互动经验之中，从而调动学习者所有的感官，在这种状态下，脑的理解与记忆最佳。

脑获得适当挑战后能以最优的方式学习，但当挑战过大而造成威胁时，脑的反应反而会变得迟钝。这可能是因为作为边缘系统一部分的海马是脑对压力感觉最为敏感的部分，当处于威胁状态时，海马的传递作用会受到影响。基于脑的学习主张在学生中创造一种放松的警觉状态，即提供一种低威胁和高挑战并存的氛围，以使大脑的学习功能达到最大化。

学习能够改变脑部结构，随着学习过程的进行，学习者逐渐会形成有别于他人的信息获取方式，形成视觉型、听觉型和触觉型等不同偏爱，固定单一的讲授方法很难满足每个学生的需求。因此，为使所有学生都能从自己所喜爱的方式中获得信息，教师应采取多种方式传授学习内容，这种方式同时还能达到模拟复杂的生活情景的作用。

除凯恩提出的这十二条基于脑的学习原则外，杰森、苏索、史密尔克斯坦等人根据自身的理解，也提出了自己的教育原则，但要点都相差不大。基于脑的学习都强调要重视大脑的复杂性，强调学习过程要适应大脑的工作原理；都强调要重视大脑的社会性，努力营造与自然生存条件相似的教学环境；都强调积极拓展教学内容，帮助大脑完成对意义的搜寻；都重视学习者的学习情绪，强调营造轻松无威胁的教学环境；都关注大脑的无意识学习，强调设计情景帮助学生完成对经验的无意识加工；都注重对记忆的原理和过程进行归类分析，帮助学生完成对不同知识的记忆理解；都重视大脑的独特性，强调针对不同学生的大脑学习特征选择相应的教学方法。总之，基于脑的学习，是在教师精心编排的沉浸状态的基础上，引导学生在放松的情况下完成知识的积极加工，以达到学习效率的最大化。