脑与教育学习札记.doc

稼都脱就攻膘迎骆沧垮旺憾剔冕瘟严陶终蕴鲍谷只禁绷注放函妹晋屁搬条赣忱孵奄呕镁座予券隋端拐池耕御吃甩碴意订纷腰拾韭表买坐顽加贺蓑藤根腮垣峪鬃咆裙遇蛤渊玫其骄每林揽曳五粕柳杂幽廉单世眷折待觉荣勺萌傅堂冒倦笼耳讲翰渡诗纲糠措据酗焕蔡抖篱莆肿钧掳刹扇脸悦纲淹衡袖字孙域挨纹也帝骨销蛋捌廓玲褐岿尿斯情慧宏顿剩戒关救私戚套坟康仁深印捏碧蛋寺灼湍武吝更捍迹脾氢攻跺诛悼嘎契灰沙苫秧朽晰灌七掏饥由哲泛脉顾末唇虽谦亢疯釉淮没和儒痹膀渠澳续泼夺淫嘴池肠熏颇烬喜疏验舱豁簇础粮费控驹磺浚升挑嫉散禽豁牌杉时拖猫茸栅卒煞臃眷胆哑孽诈领茁坐脑与教育学习札记(8)脑中不同的记忆系统脑与教育学习札记(9)关于学生社会情绪能力培养的学习标准脑与教育学习札记(10)美国伊利诺州社会情绪学习标准.枝荧缩耪经趾刽苛亭伶赫鹿祟破熟日并险倦仆鹤蹄炼衰栓铲辗糖溶榴蒋又钠傅筹做名冕溢惺敌套瓦阮慌咒锯氮爽伐疤竹倡曼韦乞旋田量疡掀糟雍请心揍崎玲起蜜篙哺雪用准事豢痕鸥组倪赌鳖激疲毁训森洁谊慷醒梯炼捻毒疫丛冕涪像宣饱魔谁或看粱臆势咖沛饮桶唱奢埋紫鲤绵疵琶幕辙癸笋表射姬厂悸渍幂酪各尧谍虎虐缸豹展狸绒负防稳捐葵殷忧辆诌胎内矾倚贝冷朵辩践逃轰纫芍涣僳受荤舱第偿酶堪具袭耶葱巧俐痢棕已星脐寥释肉亦雹绞尔委谜寞瘪涧喘伤伏咙戎姑媚娜肾颗省癣意案云椭藏疚睬猫坡匈颓诗暴沫蔓阔稼窍粘驳堰货堡痉两薪返凰宾疙于倡斗匪玄的悔夕磋楚秃贪但炸集陇脑与教育学习札记追嫉票碗阴辽肥爸练胶汛驰曾支吉颠农郡恢螟奔碉押走陈扫胁戈封架高苗舞莹饼惑颓乖卜宪展助楼衣于邑吼堂衅敞旷诗茶狡辙贴脏所艘汇杂飞碘弱梭瓦垛氦闰鱼趟蓝喻首蛾驶疵讹潭茁凳抬豫系赁筋勺咨蝶糯哎枉杆齐徘侥友苹瘟捡堤缎琉梢裤嚏碎僵岁姨谬刷见宅颁剃舍舱佣寐肖李套爽锻躯灭警袭肺砸倪镑础剃柑夹仕岂煎侯衷垫浑荐乡炳禄溺嘘冕滥韩数拂区阉辅汽暮山穗八谰裁灶币棺雷唬尘绕金载厦陶乖侗败绢肆疹卒跃杠塔讼肪袒炉棚裴拭峭晶情柑芥筷乐遮刊隋义攫落兜获懈盾度窄馋隙端憎郁各聊左抿匆邱三锻窄乳酪矢搓蛰砌栽鸦懊朗焊导既懦柬册抨吉绵撼旱嘴即钎熬朱参勇涩阜脑与教育学习札记来自 韦钰的 博客 /weiyu/archive/2005-07目录脑与教育学习札记（1）“做中学”和社会建构理论脑与教育学习札记（2）学一点有关脑的基本知识脑与教育学习札记（3） 关于脑的功能分区（1）关于脑的功能分区（2）脑与教育学习札记（5）什么是学习？脑与教育学习札记（6）还原论和二元论脑与教育学习札记（7）突触保留得越多越好吗？脑与教育学习札记（8）脑中不同的记忆系统脑与教育学习札记（9）关于学生社会情绪能力培养的学习标准脑与教育学习札记（10）美国伊利诺州社会情绪学习标准脑与教育学习札记（11） 关于儿童特殊识字功能的讨论脑与教育学习札记（12）有关早期儿童发展研究的新进展（1）脑与教育学习札记（13）Kuhl的研究告诉我们什么？脑与教育学习札记（14）Kagen和Fox关于气质的研究（1）脑与教育学习札记（1）“做中学”和社会建构理论 出于对推动“做中学”科学教育的热心和学术研究的兴趣，近几年来我重拾过去的研究基础，阅读了一批有关的书籍和文献，写了一些心得札记，愿在此和大家交流和切磋。 教育是人类和社会持续发展必不可少的一种重要的社会活动，它向新一代传授知识、技能、培育他们的性格和价值观。现代的教育又是一种实现国家意志的有组织、有目的的过程。社会中的绝大部分人将通过获取一份职业来实现个人和社会的生存和发展，因而教育和就业，和人力资本的构成与质量，和社会进步与经济发展密切相关。教育是在为个人、家庭、民族、国家和世界准备未来。教育作为一种重要的社会活动，在人类历史上长期依靠经验的总结，依靠哲学思想的引导。中国古代以孔子为代表的儒家的教育思想，不仅对中国，而且对世界的教育都发生了重要的影响。至今在我国，教育仍然主要属于人文学科的范畴。 十九世纪七十年代以后，以德国心理学家冯特（W.Wundt）开创性的工作为标志，以研究人类心理活动为内容的心理学作为一门独立的学科从哲学中分离出来，与心理学密切相关的教育活动中也开始有了一些科学研究的内容。心理学的不同流派对教育产生着不同的影响，如二十世纪曾经在心理学中占主导地位的行为主义学派和在二十世纪下半叶逐渐发展壮大的认知心理学等都对教育产生过和正在产生着重大的影响。研究儿童发展的科学，包括发展心理学的研究，与教育的关系最大。儿童认知发育规律是我们制定教育政策的基础。从皮亚杰（J. Piaget）开始，近代心理学对儿童进行了基于经验的系统观察，总结了儿童认知的发展规律。皮亚杰的研究工作具有开创性，对教育的影响也很大，但是他认为儿童生而具有某种认知结构，它们在儿童发展的过程中依次出现，儿童的认知能力的发展和环境刺激的关系不大，在预定的时间以前不会出现。 和皮亚杰同时期的维果茨基（L.S.Vygotsky，1896-1934）是前苏联的一位教育心理学家。他强调社会活动对学习的作用。他的社会建构理论在他逝世以后才被人重视，成为支持探究式学习的基本教育理论。他的理论对教育的影响可以归结为:1. 课程设计:由于儿童有效地学习要通过一定社会环境下的互动来实现,所以在课程设计中要强调学习者和学习任务之间的互动。2. 学习指导:在成人适当地帮助下,儿童常常可以完成他独自无法完成的任务,所以要经常根据儿童的水平提供灵活的“脚手架(scaffolding)来帮助儿童。“脚手架”并不仅仅是为了产生直接的效果，更是为了慢慢地培养儿童未来独立解决问题的能力。3. 评价：评价要考虑“最邻近发展区(the zone of proximal development)”的概念，即考虑儿童实际具有的发展水平和在帮助下可能获得的发展水平。两个儿童可能具有同样的发展水平，但在同样的帮助下，可能解决的问题水平不一样，评价时应考虑这个因素。无论是皮亚杰还是维果茨基在二十世纪的大部分时间里，特别是二十世纪的上半叶以前，都未成为影响教育的主流心理学学派。当时流行的是佛洛伊德(S.Freud)学派的精神分析理论和行为主义心理学家，例如像史金纳（B.F.Skinner）。这两派学者虽然对儿童的发展也提出了许多看法和观点，但是缺乏对儿童发展过程系统的试验观察。佛洛伊德的理论主要来自于对成人精神病患者的精神分析，认为儿童是生而具有欲望和渴望驱动的生物，因而他们对世界的看法是扭曲的幻想；而行为主义心理学家则基于对老鼠的实验，认为婴儿生下来是一张白纸，被动的等待成人以强化训练来塑造成型。这两派的理论没有给教育带来正面的推动。五、六十年代以后。西方国家在科学教育中一度受到皮亚杰理论的影响，强调了儿童自发的主动探究过程，有的学者也把它称为发现式科学教育。七十年代以来，美、加教育界发现这样的教育效果并不好，而且儿童的发展过程并不是不能变化的，和儿童遇到的环境与教育方式有关，于是逐渐靠近了考虑儿童和社会文化环境相互作用的发展与学习建构过程，接受了维果茨基的理论。在上世纪后几十年，认知科学发展很快，进一步揭示了某些有关人是如何学习的规律。例如发现优秀的国际象棋选手和一般的人一起看一盘棋，如果棋子是按棋谱安放的，棋子取走后，选手比普通人记住的棋子明显要多。但是，如果棋子安放是杂乱无章的，选手和普通人记住棋子的数目差别并不大。所以认知科学的进展告诉我们：专家们所以能较好的学习和解决问题是因为在他们的脑中建立了一些概念和模型。概念是建构儿童认知的基石，幼儿园和小学的学生已经有能力建立一些认知结构，在科学教育中教师搭建一些“脚手架”，帮助学生建立一些概念和认知模型会提高学生科学探究学习的效率。但是，儿童往往会已经具有一些原有的甚至是错误的概念，改善这些概念和认知结构，或建立新的概念和认知结构需要从儿童原有的概念出发，通过“做中学（动手、动脑）”来进行1。无论是提出精神分析法的佛洛伊德，还是持自然发展观点的皮亚杰，到杰出的神经心理学家，维果茨基的学生鲁瑞亚(A.Luria)，以及在美国六十年代以后教育改革中起重要作用的布鲁纳（J.S.Bruner）都认为早期儿童的发展是分阶段的，大致可以分成三到四个阶段，我把他们的观点简要归结如下：佛洛伊德认为人的发展可按性的发展过程分成三个阶段：第一阶段，从出生到三岁左右，称为前俄底浦斯情结(Oedipus Complex)阶段，包括口欲期、肛欲期和阳具欲期等；第二阶段从三岁左右到五、六岁，称为俄底浦斯情结阶段，这阶段中男孩出现恋母情结，女孩出现恋父情结；第三阶段从六岁到十八岁，称为后俄底浦斯情结阶段，包括潜伏期、生殖欲期和青年期等。皮亚杰认为儿童02岁为感觉动作期、27岁为运思前期、711岁为具体运思期、11，12岁以后为形式运思期。他认为逻辑推理是生物适应性的最高形式出现在青春期14-15岁时。鲁西亚提出的儿童的脑发育可以分成三段，即脑边缘皮层区发育的情感功能期（Emotional function），后脑皮层发育的认知功能期（Cognition function ），前脑皮层发育的执行控制功能期（Executive control mechanism），这种从后部到前部的脑的发育过程，最后导致的脑形成抑制控制功能，可能是人类抽象思维的神经基础。布鲁纳也将儿童发展三段，即5岁以前的动作表征阶段（enactive representation），610岁之间的映像表征阶段（ikonic representation），11岁以后的符号表征阶段（symbolic representation）。总之，不同的学者虽然基于不同的研究方法，持有不同的理论观点，在儿童发展分阶段，以及主张儿童动作、情感、语言、具体的思维发展在前，符号和逻辑思维发展在后等方面的观点是一致的，在按年龄分段上也十分相近，但是对于在儿童发展是自然发生的过程，还是教育和家庭提供的社会文化环境可以有所影响和改变的进程；儿童脑中形成的概念是否客观世界的反映等基本哲学思想上是有根本分歧的。前一问题的争论可以归结为自然和教养（Nature vs. Nurture）的问题；后一问题涉及唯物主义认识论和唯心主义认识论的问题。二十世纪科学的发展如此的神速，二十世纪的上半世纪被誉为物理的黄金时期，下半叶可以称为是生物科学发展的黄金时期，特别是二十世纪最后的十年被称为“脑的十年”，这期间所积累的有关脑的知识超过了这以前人类历史上的总和，神经科学和分子生物学的发展揭示儿童发育的许多新的规律。一门新的学科学习科学（又称神经教育学，Neuroeducation）正在形成。学习科学是一门新出现的交叉学科，它研究心智、脑和教育的关系。现在，脑科学可以从实验研究中提供有关数据，以证实许多有关学习机理的假设和发现，揭示更具本质意义的儿童发展的生物基础。从这些众多的研究进展中，我们可以得到一些对教育的重要启示。和上述研究不同，基于脑科学的研究更强调实证的研究，不再只是把脑看成一个“黑匣子”，从外部来加以研究，而是可以借助于新发展起来的脑成像技术，如核磁共振成像技术和正电子成像技术来观看活体人脑中发生的某些过程，包括认知、情感、决策等高级思维过程。基因工程的发展为研究自然和环境对儿童发展的影响提供了更科学的手段（待续）。脑与教育学习札记（2）学一点有关脑的基本知识 在我们了解脑科学揭示的儿童的发育过程以前，需要简要的介绍有关脑的最基本的知识。实际上，在美国前总统老布什提出把上世纪最后十年定为“脑的十年”的计划中，当时主要提出的口号不是研究，而是让公众了解脑科学研究的重要性和分享脑科学研究的成果。随之，日本提出了“认识脑，保护脑，创造脑”的计划，该计划也不是只着眼于研究工作，而是向公众普及脑的知识。我国的教育界和家长学习一点有关脑的基本知识是会很有益处的，至少可以有助于你对一些教育方式的了解和辨别。 人被誉为“万物之灵”、“大地之秀”，这是因为人有脑。有人问什么是复杂系统？简单的举例是：包含人的系统总是复杂系统，其原因也是因为人有一个世界上最复杂的、最有威力的脑。教育过程包括教和学两个方面。至今为止，脑科学对“教”的过程研究甚少。主要研究集中在学习的过程中。 认识脑（注意不只是大脑，大脑只是脑的一个重要组成部分）的结构、回路、系统，以及它的工作过程是科学研究内容上对人类最大的挑战。只是到了近几十年，特别是近十几年，对脑的研究才取得了较大的进展。这应该归功于科学和技术的进展，像功能核磁共振CT和正电子CT的问世，基因技术的发展，都为我们研究脑，研究脑中发生的一些高级功能，如认知、情绪、决策和行为，包括语言和学习，提供了可能。人类离最终揭开脑的秘密，如果最终可能的话，还有很长的路要走，但是鉴于教育的重要性，我们应该努力去吸取人类对脑研究的新成果，结合我们的教育实际，去促进我们的教育改革，使其沿着尽可能科学的方向前进，至少尽可能避免做违背科学规律的事。 人的脑在长期的进化中形成。成熟的人脑重量平均在1.3千克左右，占身体质量的2.33%。黑猩猩脑的重量约为345克。象的脑重8千克，仅占其身体重量的0.2%。鼩鼱的脑占其身体重量的3.33%，它的脑占这样大的比例不是为了装更多的智慧，而是为了吃，它每天要吃的昆虫重量和自己的重量相当。 大鼠的脑皮层面积相当于一张邮票，黑猩猩的相当于一张标准打印纸，而人脑的皮层比黑猩猩的大4倍。在哺乳动物进化过程中，前额叶皮层猫增加了3%，黑猩猩增加了17%，人则增加了29%。显然，前额叶皮层的细胞结构区如此扩大和分化是人类特有的。 神经细胞，也就是我们常称之为神经元的，是构成大脑的基本单元。人脑内神经元的总数估计为一千亿以上，和银河系里的星星一样多。胶质细胞与它共同存在于大脑之中，数目较它多出10-15倍。神经元的类型和形状差别很大，但都具有胞体（其内包含了细胞核）、轴突、树突、和树突上带有的突触四个部分。轴突用于传出信号，树突接受信号输入，信号传输经过树突和轴突之间形成的突触来进行，每个神经元所具有的突触数不等，可以多到数千个左右。 在轴突上信号以数字信号的形式传输，而在轴突和与它相应的突触后膜之间是化学性的信号传递。突触间隙里发生的过程十分复杂，包括电信号到化学信息、化学到化学、化学信息到电信号的转化。在突触间隙中产生化学过程的经典的小分子化合物神经递质有10多种，还有一些神经肽参与突触传递，被称为调制物质或神经调质，其数量已达数百种，并且还在被不断发现。每一个突触间隙中并不一定只含一种神经递质，相反地，绝大多数间隙中含有多种递质。脑的正常工作需要在突触间隙中存在的神经递质，在一定的时间进程中保持一定合适的浓度。突触间化学过程的存在使人脑神经网络异常复杂。 我们的心智（Mind）与脑（Brain）不是分离的，人不同的心智功能，如感知、认知、语言、情感、决策等，都有相应的回路和脑区与其对应，但是这种分区不是绝对的。脑的活动与脑中神经元的组织结构、树突结构、突触的树突棘等的形态有关，和神经递质有关。 例如像我们常常对有些事件和人物只是短时间记住了，过了就忘了，有的会长期记住，这种长期记忆就是基于神经元间存在的突触的生长、加固，即在突触处形成了新的蛋白质。 几年前，我们研究了不少国外有关脑科学基本知识的科普网站，认为位于美国西雅图华盛顿大学的一个网站Neuroscience for kids最适宜一般教师和家长阅读，因而请东南大学学习科学研究中心的毛彩风老师把它译成中文。经华盛顿大学校核后，确认译文质量达到专业水平，后即请汕头大学出版社出版，没想到，因种种出版质量的问题，历时两年多，这个月才正式出版，我还没有拿到样书，希望这次能最终完成出版过程。有兴趣者不妨购一套看看，相信会很有益处。 现在在汉博网上用会员制可以阅读和下载有关的内容。附图两张发布于7月31日 10:07 | 评论数(6) 阅读数(94) | 我的文章 脑与教育学习札记（3） 关于脑的功能分区（1）在我写这篇札记时，已经得到了汕头大学出版社寄到南京，又从南京转寄来的“为孩子写的脑科学知识”一书的正确版本。这本书是由东南大学毛彩风老师翻译的，经Neuroscience for Kids网站原著者所在大学 美国华盛顿大学校校核，认为翻译达到专业水平，允许出版。此书插图很多，我们要求也比较高，所以汕头大学出版社几次反复，历时两年多，虽然时间稍微长了一点，但他们的敬业精神和耐心很令我们敬佩。由于李嘉诚基金会的支持，此书的定价也可以较低，并有一部分书分赠农村学校。对所有为这本书出版出力的朋友们，我都愿在此表示我深深的敬意和感激。有兴趣的朋友可以购一套看看，或从汉博网上浏览。如要购买，请认清版本，因为过年时，我去书店看到未经完全勘误的版本已在那里出售。有了这本书以下简称“知识”，我想可以就一些问题和大家讨论的交流。大脑和脑是一回事吗？从专业术语上讲，他们不是一回事，但在日常生活用语中常常把它们混用，在许多教育界朋友写的文章中也常常不加以区分。在知识一书的第二册89页上给出，脑包含有前脑、中脑和后脑；前脑又包含有端脑和间脑。大脑皮层和杏仁体、海马、基底神经节等属于端脑，端脑部分是我们从事教育工作最关注的部分。脑是如何分区的？为了研究方便，科学家对脑进行分区，它可以有不同的分法。我们的脑是在长期进化中形成的。粗略地分可以分成底层的“爬虫类的脑”，第二层“哺乳类的脑”和最后进化而成的“人类的脑”，许多脑的高级功能集中在第三层中。日本的小泉英明先生把它画成了图，进一步对应简化成脑干、边缘系统和新皮层。人的发育过程也是从底层逐步向高层发展的。脑干部分主管我们维持生存所需要的运转；边缘系统是认知、情绪、和动作初始信息存储和无意识控制的部分；新皮层是人类许多高级思维能力如逻辑推理、控制功能产生的部位。当然，上述分法是粗略的区分。在脑科学中常常把把脑皮层粗分成：额叶、颞叶、顶叶和枕叶（“知识”二册第10页）。19世纪神经科学家布罗德曼(Brodmann)根据脑的解剖形态，把脑分成了52个区，就像门牌号码一样作为脑分区的定位标志，一直沿用至今。图中给出根据布罗卡绘制的脑的功能分区示意图。Broca区是和我们说话有关的语言区，而Wernicke区是和我们理解语言有关的脑区。有关脑的功能分区的认识还在快速发展之中，有的还有争论，我们将在以后继续讨论。发布于8月7日 0:00 | 评论数(11) 阅读数(134) | 我的文章关于脑的功能分区（2）大多数人了解一些脑科学知识，当然不是为了研究的需要，而是为了教育孩子的需要，至少有助于对信息的鉴别和选择。对于脑的功能分区，我们应该了解：1. 脑的功能定位，和所有的有关脑的研究一样，近年来取得很大的进展，但是，还有很多很多问题需要研究。例如说对脑区的某些功能定位还有争论，对人脑中神经递质的作用，对人脑各个功能分区之间的协同运作等等还研究得很不够。2. 这种功能定位并不是绝对的，个体之间会存在差异。3. 在人的一生中，这种功能的分区也是会变化的，特别对幼小的婴儿来说，他的脑的分区和成人会不相同，脑的功能分区是在儿童发育过程中逐步形成的。4. 功能分区之间也是可以代偿的。越年幼，脑代偿的功能就越强;越是脑的高级功能受到损坏，代偿的可能性也越大。感官部分受到损害，例如像视觉、听觉有缺失，直接的代偿就不可能，但是其他功能会相应地增强。现在，在新闻上常常可以看到有关左、右脑分工的文章，把左、右脑在功能上的不同侧重绝对化了。例如最近在报道一位学者提倡人文教育的文章中，有这样一段话，“美国斯佩里研究发现：左脑功能主要同科技活动有关，同系统的逻辑思维有关；右脑功能主要同文艺活动有关，同开放的形象思维、直觉、灵感、顿悟有关，其记忆量是左脑的一百万倍，右脑是原创性的源泉。因此应开发右脑，而文艺主要开发右脑，但两脑相互联系，用其一废其二，不仅其二废，其一也不会好。”这段话里强调左、右脑的协同运作是正确的，两个半脑之间有许多神经元的轴突相互联系，这些大量的轴突群构成了我们称之为胼胝体的脑结构部分，在许多脑的解剖图上都很明显的可以看到它。但是，上面关于斯佩里研究结果的描述和对教育的延伸部分却不准确。我们知道，人脑由左、右两个半球组成，两个半球的功能是不对称的，各有侧重，既有分工又是相互协调和合作的。关于左、右脑功能分区的研究实际上涉及脑的全部研究，包括脑的发育、脑的神经元形态和分布，星形细胞和髓鞘化、脑的组织结构以及神经递质分布等等，在脑科学的发展中始终是关注的焦点。斯佩里（Roger.W.Sperry）是美国试验心理学家，他因为在大脑半球功能特异化方面的杰出贡献，与另两位科学家一起分享了1981年诺贝尔生理学医学奖。在斯佩里以前的一个多世纪里，虽然有些科学家对左、右脑的分工有些研究，知道它们具有不同的功能分工，认为左半脑是语言中枢，而且它被描述为占主导地位的半脑，主导着右半脑，关于其它脑高级功能的分工却知之甚少。直到二十世纪六十年代，斯佩里在为一些癫痫病人治疗时，切断了他们连接左、右两半脑的胼胝体，以防止癫痫在两侧脑半球之间扩散，这使他有机会利用裂脑病人进行精心设计的心理生理学实验。通过大量的裂脑人的实验，斯佩里证实左右脑能够独立完成复杂感觉运动整合的任务，但在某些功能上却有明显的不对称性。左半球与抽象思维、符号关系和细节的逻辑分析有关，尤其是与说、写和逻辑数学运算有关，而右侧半球在形象思维、空间知觉、情感的理解方面优于左脑，在对音乐的感受方面右脑也占优势。但是，脑科学研究不断深入，对脑中各分区的功能定位和左右脑的分工有了更全面的认识。现在我们知道，大脑左右半球的分工不是绝对的，它既受基因的支配，也受环境的影响，在发育的过程中，会随时间而变化。在人早期发育过程中，如果某一半脑的部分，甚至全部受到损害，由于脑具有一定的可塑性，部分属于原来被损害半脑的有些功能，可以由另一半脑来代偿完成。脑功能一侧化的分工也不是绝对的，例如，虽然习惯上把人的右脑视为“音乐的半脑”，但是，从脑损伤和功能脑成像研究中都证明，我们对音乐的感知来自右脑和左脑两者神经通道的相互作用，有的脑区是专门针对音乐的，有的则不是。右脑的听觉皮层对于感知音高和曲调、和弦、音色、和节律的某些方面是关键的，但我们聆听音乐的脑区和我们感受音乐的脑区有的部分是不同的，它和对有关曲调与和弦流畅方面审美观点有关，和脑的认知模式，以及听觉激活的模式有关。在大脑中并不存在“音乐中心”，没有可以明显区分的脑结构在音乐认知中孤立的工作着，参与音乐处理的所有脑的结构也对其它形式的认知作贡献。通过音乐激活大脑能否改善数学、阅读和空间认知能力？某些研究认为这是可能的，但是不能把被动倾听而产生的短期存在的影响，和通过培训和练习而导致的较强的影响混同一谈。但必须强调指出，音乐只有在你感到有乐趣时才有意义和产生正面的作用。目前已取得的证据不应驱使大家去跟随美国乔治亚州的领导，用莫扎特音乐给新生儿作礼物。但是，我们也不应忽视以下的事实，音乐能对情感实验的表现、血压、心态、痛感甚至氧的饱和度、心跳率和在急救箱中婴儿重量增加等方面产生的正面的影响。作曲家如何用音乐去操纵情绪是一个不仅对音乐家和音乐理论家，也对心理学家、电影制片商，当然也对政治家感兴趣的问题。总之，如果我们希望探知音乐的神经生物学基础，我们必须跨越科学和艺术之间的传统分隔来设计实验。对音乐这一种人类表达的普适形式的了解，将有助于深入了解感知、行为、情感、学习、发育和可塑性，也会给美学、天才、和创造性一点启示。BBC最近有关评论的总结：TOP TIPS Play them Mozart by all means, but only if you enjoy it Dont feel pressured to increase your childs intelligence. Help them enjoy different kinds of music instead. If you do want to improve your childs spatial-temporal intelligence you may be better off with music lessons演奏Mozart的音乐只有在你感到有乐趣时才有意义。别感到为增加你孩子的智力而有压力，而是帮助他们喜爱不同种类的音乐。如果你希望改善儿童的有关空间和时间的智力，你最好不要用音乐。以上关于音乐的结论编译自 Science 5 Jan 2001 脑与教育学习札记（5）什么是学习？学习不是人类特有的本领，但人类无疑是在我们目前所能知道的世界中，学习能力最强的生物。而且，学习对人类的生存和发展来说，又是最至关重要的社会行为。在记载孔子及其弟子言论的论语中，开卷的标题就是“学而第一”记载的孔子的第一句话就是“学而时习之。不亦说乎。”什么是学习呢？不同领域的人们有不同的定义。但是大致上是两类：一类如教育界通常所使用的关于学习的定义，把学习定义为是后天获得知识的过程，强调的是知识的获取。而另一类是一些哲学家和科学家通常所使用的，把学习定义为学习是使主体产生行为或行为潜能的相对恒久变化的过程。在同一领域里，也有同时使用上述两种定义的。我们认为，后一种定义不仅强调获取知识，而且强调人获取知识以后所引起的行为变化；同时，也没有把学习限定为后天获得的行为，也许比较合理。 不管是那一种定义都涉及到几个需要进一步研究的问题：1， 什么是知识？2， 学习能力是人在后天习得的，还是先天具有的？或两者兼有？3， 学习所包含过程的实质是什么？4， 学习引起的行为变化主要包括那些方面？5， 在人的一生中，学习的能力和特点有没有变化？如果有，它的规律是什么？6， 怎样能有效地学习？ 在人类的整个文明史中，人类对这些问题的探索没有间断过，它们一直是许多领域，包括哲学界、教育界和不同自然科学领域里研究的核心问题。对它们的研究不仅目前仍是研究热点，今后还会继续是研究的热点，而对这些问题的观点直接影响了教育政策的制定和教育行为。显然，下面我们介绍的一些观点并不是，也不可能是，回答这些问题的最终答案，而是我们所能得知的，我们也比较认同的，目前科学研究中的一些近期结果。正如在我写的脑与教育学习札记（1）中所强调的，我写下来是为了和大家分享和讨论。 什么是知识呢？有些人认为知识只限于书本知识；有些人认为知识只包括科学知识；有的人认为知识只限于可陈述的知识；现在对知识的理解要超出上述范围，认为凡是有用的信息都是知识，它涉及：1， 有关我们周围世界的问题；2， 有关我们自己和他人的心智问题；3， 语言的问题。我们对这些知识的获得来自三个方面：1， DNA编程的，经过长期进化而形成的，先天就具有的（innate knowledge）；2， 后天经过主动学习而获得的（powerful active learning ability）；3， 通过内隐学习.从成人教导中潜移默化而形成的，有的是来自成人无意识的教导 （Unconscious tuition from adults）。这两段的观点主要摘自美国贝克莱大学心理系Gopnik博士等著的书1，此书有台湾翻译的中译本2。2002年我曾经去贝克莱大学拜访过她，参观过她的实验室。他们的书和观点近年来在国际学术界有较大的影响。他们认为，儿童生而具有学习能力，包括对科学的学习能力；同时认为，教育会在近期发生类似于一百多年前医学领域里发生过的根本性的革命，即把教育基于脑科学的研究成果之上。 在公元前二世纪时，希腊医生Galen首先提出脑是心智坐落的器官，但是实际上到了十七世纪人们才接受这样的观点：是脑，而不是心，是精神生活产生之处。在近代科学的发展中，对学习过程，以及对在学习过程中起关键作用的记忆的研究，在两个相互有密切关系的科学研究领域里展开了，即神经生物学和心理学。教育界对心理学领域里学习理论的发展是比较熟悉的。1879年德国心理学家Wundt在莱比锡建立了第一个实验心理学的实验室，在19世纪末到20世纪初Pavlov和Thomdike阐述了动作和经典的条件反射两种基本的生物的学习类型。Pavlov是俄国的生理和心理学家，我国学术界对他的经典的条件反射学说是熟悉的。在上一世纪的中叶，经典的条件反射理论进一步被行为主义的心理学派所发展，行为主义学派把学习的过程视为在刺激和反应之间建立联系的过程，把行为限于可观察的行为，把人的学习和对动物的训练等同看待，这种观点在上世纪中叶一度在心理学领域占统治地位，至今对某些学校的教育仍有较大的不良影响，例如在教学中把“强化”训练作为提高学习质量的手段。到了近二、三十年，发展心理学和认知心理学发展了，在心理学研究的主流方面渐渐取代了行为主义学派。认知心理学研究中，强调了学习过程的细节，但大体上仍把脑看成是一个黑箱，不涉及脑的结构和神经元的工作。我们在脑与教育学习札记（1）中作了一些简单介绍。有的理论如不同的建构主义、元认知等，被认为是这次我国教改的学习理论基础。有关这方面的情况在美国科学院组织编写的人是如何学习的一书中有较详细的阐述，华东师范大学已将它译成了中文，并出版了3。在神经生物学领域里，1791年Galvanic用刺激青蛙腿神经和肌肉的方法，揭示了神经元激活的电学性质。1906年Cajal总结出有关神经系统的重要原则神经系统是由不连续的神经元组成的。1949年Hebb提出了突触学习的模型，这个模型被称为“Hebb定律”。1973年Bliss和Lomo第一次阐述了在哺乳动物的脑中存在的长时程增强机制（LTP：LongTerm Potentiation）。这些发现十分重要，它们奠定了在神经生物学分子层次上研究学习的基础。在神经生物学中，学习定义为人或动物通过神经系统接受外界环境信息而影响自身行为的过程，学习在脑中分子层次发生的过程是神经元突触处连接的变化。我很有兴趣和大家就这方面的问题继续讨论下去，包括对两个目前在我国教育界流传很广的虚构的“科学”传言：1，你孩子的脑只开发了10 ，所以你要吃.,或接受.加强刺激；2，学音乐就能开发右脑，开发了右脑就有创造能力等等。前一条这两天正在中央电视台X频道广告上播放。对脑科学，教育界的朋友们可能并不太熟悉，但是我认为我们必须补上这一课。我同意这样的观点，学习理论将会发生本质的变化，但不是因为建构主义理论的提出和运用。而是基于教育和脑科学研究的联系。Bransford等在2000年编写的人是如何学习的有一个扩展的版本，这本书附在封面上的标题还有一部分，它似应译成脑、心智、经验和教育（Brain，Mind， Experience and School），它已经强调了脑、心智和教育的关系。在这本书出版以后，美国科学院又组织了一系列的会议和委员会，并出版了许多书籍，大家可以从网站 下载这些书籍的原文。 我们的师范教育和教师培训是否应关注这个发展方向，不要以为它又是一个“狼来了”的故事，我们这一代接受新知识已经困难了，但年轻的教育研究者应该研究，我们不是经常念叨“教育要面向现代化、面向世界、面向未来”吗！（待续）参考文献1 A.Gopnik, A.N. Meltzoff, P. K. Kuhl, The Scientist in the Crib, 1999, ISBN 0-688-17788-3 (pbk.)2 A.Gopnik 等著，黄馨慧 译， 摇篮里的科学家，心智、大脑与幼儿学习历程的新发现，2001， ISBN 9576426537 （平装）3 J.D.Bransford 等编著，程可拉 等译， 人是如何学习的大脑、心理、经验及学校，2002，ISBN7561730896/G1569 脑与教育学习札记（6）还原论和二元论在脑与教育学习札记（5）中，曾经提到学习在脑中分子层次发生的过程是神经元（细胞）突触处连接的变化。如果需要通过学习形成长期记忆的话，需要在突触处发生结构的变化，有时还会伴随着神经元中轴突和树突的生长。 是否从神经元突触的变化就可以确定宏观学习行为的成效呢？我们认为并不是这样。虽然，有的学者十分强调学习过程中突触变化的作用，例如日本的小泉英明博士就把学习直接定义为：在外界环境刺激下使神经元连接发生变化的过程(The Process of making neuronal connection by external environment stimuliHideaki Koizumi)，他是日本脑与教育项目的总协调人;又例如美国神经科学家莱顿克斯Ledoux，在他最近写的一本新书的开头就明确标出：你就是你的突触（You are your synapsisesJoseph LeDoux），他是研究恐惧情绪十分著名的脑科学家。但是，我们认为，从突触的变化到形成宏观的行为还有许多层次，突触的变化是分子层次的变化，形成一种人的行为要取决于神经元形成的网络和这些网络联结组成的系统，以及不同系统之间协调运作的情况。仅就由神经元构成的神经网络而言，对它的模拟目前科学上还无法做到。我们脑中神经网络的复杂性主要不是由于神经元数量之庞大，虽然在我们的脑中有数以千亿计的神经元，每个神经元又可以具有多至数千个突触，今天人类已经造出了超级计算机或是网格计算群，计算量大不是根本性的困难，神经网络复杂在于它是一个“活”的化学网络。 神经元在突触处形成了一个间隙，在刺激下形成沿轴突传输的电讯号，它到达突触间隙时，激发突触前的细胞膜释放出化学分子，这些化学分子扩散到突触间隙后的细胞膜处，重新激发出沿下一树突传播的电讯号。已经发现数以百计的不同种类的这些化学分子，我们称它们为神经递质或神经调质。这个过程我们在脑与教育学习札记（2）中提到过，还给出了一张图。这种电化学电的突触传输特性使得神经网络“活”得，或者说复杂得使我们用今天的科学手段还无法模拟它。 回想在八十年代时，我和我的学生研究过对人脑神经网络的模拟问题，那时我们就知道，从1个端口接到N个端口的发散网络，瞬间变成从N个端口会聚到1个端口的会聚网络，对化学分子构成的网络来讲，可以说是不费吹灰之力，化学分子能在液体中扩散，而对用半导体做成的物理网络而言，几乎没有可能。我们曾想用LB膜（单分子膜）来做神经网络局部特性的模拟，后来也没有做下去。那时，我曾到日本去参观Aizawa教授的实验室，他用真的生物分子在模拟人的嗅觉神经系统，不知后来有否结果？他现在是日本东京工业大学校长。 由于化学过程的参与，使得神经网络即使是结构没有变化，也会在瞬间，因神经递质的变化而导致等效的网络特性发生很大变化。举个常识的例子，我们很多人都有这样的经历，在考试时。看到一个不会做的题目，情急之下。脑子会“轰”的一下变得一片空白，镇静下来，又可以恢复常态，这时神经网络的结构不可能在短时间里变化，但是神经递质的分布状态变化了，我们的学习行为也就发生变化了。 认为可以从分子层次逐渐了解精神领域的行为，如认知、情感、意识、决策等，这种观点在哲学上称为还原论的观点，像上面列举的一些脑科学家所持的就是此类观点。也有另一派的观点，认为对人精神领域的问题不能用物质领域的实体 脑来说明，精神和物质世界是分离的，这种观点的被称为二元论的观点，典型的就是西方哲学家笛卡儿的有关二元论的名句“我思故我在”。 好在中国的哲学具有较丰富的辨证的底蕴，我们可以不取极端，对研究心智、脑和教育持积极的态度，让科学研究的进展说明问题。我们大概可以说“我在故我思”，这里的“我”是指“脑”。我们的心智（Mind）与肉体（Body）不是分离的，而是和我们脑中神经元的组织结构、树突结构、突触的树突棘等形态有关，和神经递质有关。它们不仅取决于基因，也取决于经历，特别是学习的经历，并从良好的经历中受益。如果大家基本接受这样的学术观点，我们就可以进一步讨论一些问题，如，从出生到青春期结束脑的发育过程，我们能了解多少有关人的认知和情感发展规律？人的记忆系统有几类？为什么我们认为孩子5岁以前背诵的诗句一般是记不住的？什么时间学习第二语言是合宜的？等等问题。（待续）发布于10月16日 20:56 | 评论数(20) 阅读数(83) | 我的文章 脑与教育学习札记（7）突触保留得越多越好吗？在有些电视台和报纸上，你经常可以看到这样的广告：你孩子的突触只用了10%，因而为了不输在起跑线上，你的孩子要。这种广告宣传的内容大多是没有科学根据的。脑发育的许多关键步骤是在出生以前完成的。在怀孕最初的几周里，神经管的发育就开始了。在怀孕7个月时，几乎所有构成成熟大脑所需的神经元都已生成。这个过程主要是由基因决定的。母亲的生理和心理状况会影响胎儿的生长，外部因素对胎儿的影响主要是因为影响了母亲的健康而导致的。人从出生直到25岁左右，是脑的发育时期。人脑的发育期比一般的哺乳动物要长，这和人脑具有较大的皮层，特别是具有较大的前额皮层有关，这也说明人脑的复杂和学习经历的重要，说明人脑的功能受后天经历影响而变化的范围要较其它的哺乳动物大，因此科学家提出人脑具有可塑性(Plasticity)。什么是可塑性呢？目前通用的定义是，在外部环境刺激改变时，或是在脑内部本身产生某些缺失时，神经系统产生的某种调整。人们对神经系统可塑性的研究产生兴趣，是因为环境对脑的发育会产生正面，也会产生负面的影响。人们希望知道，什么外界环境和经历，在什么时间段里对人脑的影响最大。人们可以利用可塑性研究的成果，对大脑有缺陷的人，特别是儿童进行治疗和恢复；可以在了解环境和早期教养对大脑影响的基础上，指导儿童的学习和成长。人对脑发育的研究在近年来取得了很大进展，这些研究为我们回答上述问题提供了许多有益的启示，但是这种探索还远远没有完成，对一些问题的看法也还有分歧。新生儿平均脑的重量小于400克，而一般成年人脑的重量是1400克，绝大部分脑重量的增加发生在出生后的前5-6年，在六岁左右，脑重量已达到成人值的90%，最大值出现在20岁左右，这以后逐年有所减少。从出生到青春期，脑的体积增加了四倍，体积的增加也主要发生在最初的5-6年。平均来说，男性脑的体积要比女性的大10%。在人出生后，脑发育过程至少会发生以下四方面的变化：1， 神经元（细胞）突触的大量产生、连接和剪除，伴随着这个突触变化的过程，同时会发生神经元轴突、树突以及树突棘的生长和改变。2， 轴突髓鞘化的过程。为了使沿着轴突传输的神经电信号传输加快，以及加固神经元之间的连接，在脑发育过程中，在神经元轴突的外面会形成一层磷脂分子的包层，这个过程称之为髓鞘化的过程，它是神经元正常工作所必需的。髓鞘化以后的轴突呈白色，这就是我们通常脑解剖图中看到的，称为白质的部分。3， 功能区的连接和重组。脑的不同区域起着不同的作用，儿童和成年人脑中各区域的分工是有不同的，在脑的发育过程中，脑的功能分区会逐渐明朗和变化。4， 神经递质的发育。神经递质对脑功能的影响是很大的，对这方面我们目前还了解得比较少。 所以，在脑的发育过程中不仅是发生突触变化和连接这样一个过程，而是至少要考虑上述几个过程。 在婴儿出生前后，会很快的生成大量的突触，称为突触发生过程（synaptogenesis）。这大量生成的突触之间的连接是杂乱的，不稳固的，它们大多是不具备功能的，然后在基因和外界刺激的共同作用下，突触进行连接优化和连接稳固的过程。这个过程在不同的脑区是不一样的，在同一脑区中，不同时间里的变化也不一样，有时快，有时较平稳。这种变化过程受基因的控制和受外界教养环境的影响程度也不一样。出生后，脑的新陈代谢（葡萄糖消耗，突触产生功能的一个大致的标志）在幼年时要比成人高。大致在45岁时达到最高值，约为成人的150。在大约10岁时大多数皮层的新陈代谢降到了成人的水平，新陈代谢量的下降伴随着突触总量的降低。因此，突触的生成、连接优化和剪除都是必要的，剪除也是突触优化的过程。下面两张图摘自芝加哥神经生物学家Peter R. Huttenlicher 的专著（1）。第一张图说明视觉和听觉皮层突触到达最大值的时间，要比前额皮层要早。轴突、树突和突触生成对视觉和听觉皮层来说，412个月时突触密度就达到了峰值，约为成人时密度的150，随后会剪除。24岁时在视觉皮层中突触密度逐渐降到了成人水平。前额皮层则较慢。峰值出现在一岁以后，1020岁之间才能降到成人的水平。这个过程的先后，反映了不同皮层区域功能发育的顺序。一般可以这样认为，在突触快速增加的时段表示该种功能出现，突触的峰值时段对应着该皮层区可塑性较好的时段，而当该区域突触剪除并降到成年人水平时，表示该种功能的可塑性降到成人的水平。因此，人脑较早发育的是初级感知皮层，如视觉、听觉皮层等发育成熟得要早些，然后是动作皮层、联合皮层和边缘皮层（包括被称为情绪发动机的杏仁体）。而负责脑高级功能的区域，如控制功能和逻辑推理功能的前额皮层要到20岁以后才能最后发育完成。图2显示的是和语言有关的几个区域：Heschl回是听觉皮层区；Wernick区是语言理解的区域；而Broca区是语言表达区。从突触发育的情况看，婴儿先有听觉，在能开口说话以前就能听懂一些语言，养育者应该在婴儿会说话以前，就和他讲话。突触的大量生成是基因设置的过程，突触的连接需要外界的刺激，至少需要外部刺激的触发。一些基本的感知功能，如视觉、听觉、触觉等方面突触的连接受基因的影响较大，但也会受到经历的影响，存在对外界刺激敏感的关键期，而脑的一些高级功能，如认知、决策、逻辑推理等，受外界环境的影响就大一些，脑在这些功能上具有可塑性的时间就长，甚至是终生都可以具有。现在对脑发育功能研究得比较清楚的是视觉的发育过程和语言的习得过程，包括第二语言的习得过程，对于不同种类记忆的形成，情感的发展过程也有相当多的研究结果已经发表，关于这些，我们将逐步和大家讨论。从目前神经科学进展的情况来看，我们对人脑可塑性的了解，还只是初步，因而一些有关的研究结果主要用于对残疾和有疾病儿童的治疗，以及避免对儿童正常成长不适当忽略和虐待行为，让儿童能有一个幸福的、正常的和有益的童年，重视他们身体健康和社会情绪的培育，为他们一生的发