常兴隆谈：大脑科学

脑科学与教育 脑科学是 21 世纪若干国际重大的前沿研究领域之一 目前已经在世界各国形成了生物 脑 意识脑 非常脑和人工脑的一些研究热点 新技术和新事物的不断涌现使脑高级功能 的基本理论发生了巨大变革 动摇了百余年来脑高级功能的传统观念 使之获得了新的科 学含义 21 世纪世界经济发展的竞争 归根到底是知识 人才和教育的竞争 10 年前 时 任美国总统的布什就曾大声呼吁 应竭尽全力使公众充分意识到脑研究给人类带来的益处 美国国会也于 1989 年通过了公共法 101 58 Public Law 101 58 宣布 90 年代为 脑的十 年 据了解 美国报道最新大脑研究的大众媒体先前只限于少数几家科学杂志 现在则是 每一家大型新闻及商业杂志 都会刊载有关大脑的报道 积极倡导从 脑的十年 迈向 教育 的十年 在我国 由国家科委发起 在国家科委和中国科学院的支持下于 1993 年正式创 办的面向全国科技界的常设性高层次学术会议组织 香山科学会议 这几年也先后举办过 跨世纪的脑科学 脑功能研究 跨世纪的脑科学 脑的复杂性 和 脑高级功能与智力潜能 的开发 等专题讨论会 为脑科学家 心里学家和教育学专家提供一个跨学科交流的机会 意在研究大脑是如何工作的 探讨 学习 和 推理 的高级大脑功能 沟通脑科学研究与教 育的研究与实践 推行素质教育 提高民族创新能力 当今人们对脑科学与教育之间关系的认识 已经取得了不少进展 专家学者们根据多年 的教育教学经验 在吸收国内外脑科学最新研究成果的基础上 提出了跨学科的研究设想 力图使大脑研究走进学校 走进课堂 走进教学实践 1998 年 11 月美国教育科学杂志第 56 卷以 How the BRAIN Learns 为专辑介绍了这方面最新的研究进展 这有助于我们拓展 教育科学研究领域 对教育的研究与实践起重要作用的脑科学新概念 归纳起来至少有 5 个 1 第一个脑科学新概念是大脑神经突触生长呈倒 U 状的模型假说 大脑的秘密主要在于神经细胞 而脑科学研究发现 早期大脑神经突触联系形成最为迅 速 有这样一个脑科学事实 人在出生生 20 年里神经突触密度的变化呈倒 U 型 即刚出 生时低 童年期达到高峰 而成年后则又降低下来 那么这个事实对儿童的学习和教育的 科学含义是什么呢 让我们先来了解一下神经突触的作用 突触是电信号从一个神经细胞 传递到下一个神经细脆的地方 举个通俗的例子 你想移动你的大拇指 在大脑运动皮层 中会产生一个兴奋 兴奋沿脊髓神经传递到运动神经元 最终传递到手臂的肌肉细胞中 突触间有一条狭长的裂缝 化学物质可以通过这条裂缝进行扩散 而电刺激则无法穿越这 条裂缝 所以信号的传递是由化学物质来完成的 离子流穿过裂缝 从而产生了细胞膜电 势的变化 换而言之 传递了 动一动大拇指 的指令 由此可以想见 产生学习行为的原 因是突触传递方式的改变 而细胞释放出传输体个数的不同 又会导致突触传输方式的变 化 这一点似乎与学习行为有关 如果我们同意突触的增多是学习过程的细胞机理 那么 回过头来从脑科学角度看 突触密度变化的倒 U 型现象就不是一个简单的事实 它表明神 经突触密度与智力水平是直接关联的 从出生到 10 岁 随着突触联系和密度迅速增加 与 此相关的技能和能力也随之迅速发展 一直持续到成年后才逐渐衰退 假定这个倒 U 状模 型是存在的话 似乎可以得出这样一个结论 突触生长高峰期的童年是学习收获最多和智 力发展最充分的时期 这项研究发现对开展早期教育提供了科学依据 尽管还没有完全证 实 但值得进一步探讨 2 第二个脑科学新概念是大脑发育的关键期假说 脑科学研究的另一项发现是关于大脑发展的关键期问题 大脑发展的关键期概念是英国 学者戴维 休伯尔等人在 60 年代提出来的 他们的研究发现 将出生后的小猫或小猴子用 外科手术缝上眼皮 数月后打开 这些动物就无法获得视觉信息 尽管它们的眼生理机制 是正常的 而且这些早期剥夺了视觉经验的动物在视皮层上的结构也有异于正常的动物 休伯尔等人由此提出了一个视觉机能发展的关键期概念 最近这 30 多年来 数以百计的脑 科学专家对 关键期 作了大量研究并已取得相当的进展 其科学结论简要说来就是 脑的 不同功能的发展有不同的关键期 某些能力在大脑发展的某一敏感时期最容易获得 如人 的视觉功能发展的关键期大约在幼年期 对语言学习来说 音韵学习的关键期在幼年 而 语法学习的关键期则大约在 16 岁以前 此时相应的神经系统可塑性大 发展速度特别快 过了这段关键期 则可塑性与发展速度都要受到很大的影响 此外 对不同的人来说 脑 的不同功能发展的关键期也并不完全一致 存在着一定的个体差异 在脑的不同发展上有 着不平衡性 所以在教育中要抓住关键期 让诸如视觉 听觉 语言等能力都应适时打开 机会之窗 windows of opportunity 使脑的不同功能得到及时的发展 如果我们教育工 作者在适时的关键期给予儿童适当的学习机会 则不但学得快 还可以促进生理发展 进 而更能促进相应能力的发展 为此 有必要深入研究大脑发展关键期的起始时间 持续时 间 表现形式 所需学习经验的性质和作用 以及教育与关键期的匹配问题 这对于在儿 童的教育中如何发展脑的最大潜能而不导致认知障碍有着重要意义 3 第三个脑科学新概念是大脑的变化 学习和记忆及脑内神经元的联结程度决定于环境对 大脑的刺激 脑科学研究发现 多姿多彩的环境刺激对早期大脑发展具有显著的影响 科学材料证实 大脑的生理变化是经验的结果 而大脑功能的水平在很大程度上取决于其工作时所处的环 境状态 服从 用进废退 的规则 不能缺乏足够的刺激 要知道 人并不是生来就拥有一 个功能完备 高效运转的大脑 大脑的逐渐成熟是一个人的遗传特征与外部经验交互作用 的结果 也就是基因与环境交互作用的结果 以语言功能为例 语言是人和其他动物区别 的重要标志 也是大脑成熟的重要标志 从脑的进化和关于语言机制研究中我们可以了解 到 语言的产生的确具有重要的脑科学基础 这就是为什么人有语言而其他动物没有语言 美国麻省理工学院语言家乔姆斯基由此只强调语言与遗传特征的关系 希望找到语言基因 但这一预测并未得到科学的证实 因为脑的进化是自然选择的结果 它肯定离不开环境的 影响 所以从根本上讲 语言功能是大脑和环境交互作用的产物 遗传特征在语言发展中 固然起着重要作用 但正常的语言发展仍需要儿童期语言环境 也仍需要语言教育的配合 总之 环境影响基因的变化 基因决定环境的作用 这是脑科学研究得出的一个新的见解 而这里的关键因素是对脑的刺激 人们在研究中已经认识到 引起脑内巨大变化的主要是 有学习和记忆参与的活动而不只是体力活动 像课外愉快的交谈 有意义的交往 填字游 戏和勤奋的阅读 都可以不拘一格地使人脑得到刺激 对于我们教育工作者来说 由于丰 富的环境能影响大脑的发育和学习 并且在关键期更显得重要 因此有必要为儿童创设一 个多姿多彩的环境 为此 美国加利福尼亚大学伯克利分校脑科学专家担蒙德教授相应提 出了一整套建议 要求教育工作者 1 给予儿童一个稳定的积极的情感支持 2 提 供一份营养食谱 充分满足儿童对蛋白质 维他命 矿物质 卡路里的需求 3 刺激所 有的感官 但未必都要同时进行 4 创设一个宽松的氛围 消除过度的压力和焦虑 使 之充满欢乐 5 在儿童发展的不同阶段 向他们提出难度适中的一系列新奇的挑战 6 大幅度地加强儿童活动的社会交往 7 促进儿童在智力 身体 审美 社会性和 情感领域的兴趣和能力得到全面发展 8 为儿童提供自主选择和调整努力方向的机会 9 营造一个快乐有趣的学习气氛 使儿童感受到学习的乐趣 10 要让儿童成为主动 的参与者而不是被动的观察者 这些建议涉及到教育管理学 学校卫生学 教育心理学 教育社会学 教学论和教材教法研究等诸多领域的理论和实践 富有启迪 4 第四个脑科学新概念是脑高级功能的生理基础主要是后天形成并终生可变 不存在先天 预成的智力 也不存在单一性的智力 心智的结构是多元的 脑科学研究的这一项发现与上述发现有着密切的联系 即智商不是生来固定不变的 美 国亚拉巴马大学心理学家拉迈耶在 1996 年从事了一项对贫困儿童进行早期教育干预的研究 证实了对贫困儿童的教育干预方案能够有效防止他们智力发展上的延缓 并能提高 IQ 分 数 该项研究中还有一个重要的发现是 智商测试或许是一个有用的工具 但智力实际上 是多元或者说多重的 因为每个大脑表现出来的个体特征不尽相同 在情感 行为和认知 能力上存在着差别 在这方面美国哈佛大学心理学教授加德纳曾花数年时间分析了大脑和 大脑对教育的影响 他的结论是简单但极其重要的 他在 心智的结构 Frames of mind 1993 一书中指出 我们每个人的大脑至少由 8 种智力构成 且脑外科和脑科学研 究表明 每一智力或能力都在大脑中有相应的位置 存在着脑功能的不同定位 若严重损 伤某个部位 你就会失去特定能力的危险 加德纳提出的这 8 种智力如下 1 语言智力 这是指人们读 写和灵活运用词语进行交流的能力 显然 这种能力在作家 诗人 记者 演说家 政治家 说书人的身上得到了高度发展 2 逻辑数理智力 指人们的推理和计 算能力 这在科学家 数学家 统计学家和法官 律师身上得到充分体现 3 空间或视 觉智力 在雕塑家 画家 建筑师 航海家 驾驶员和发明家身上有明显的表现 4 音 乐智力 在作曲家 演奏家 指挥家 音乐家和音乐爱好者身上高度发展 5 身体运动 智力 表现在演员 舞蹈家 运动员 机械师 外科医生和手工艺师身上 6 人际智力 指与他人相处的能力 是教师 政治鼓动家 销售人员 谈判专家应有的那种能力 7 内省智力 洞察 了解自己和自我调节的能力 如社会工作者 心理医生 8 自然智 力 是对自然界的认识 如识别方向 和适应野外生活的能力 如水手 旅行家和猎人 在加德纳看来 传统上大多数所谓智商测试都集中在语言智力和逻辑数理智力上 全世界 很多学校教育也片面集中在这两种能力上 致使我们对大脑学习潜力产生了一种不正常的 有局限的看法 而他所提出的这一 多元智力理论 拓宽了人们对智力的认识 既向传统 的智商测试提出了挑战 又为教学策略的研究提供了脑科学依据 按照大脑 多元智力理论 的要求 教师应拓展教学方法 采用多样化的教学策略 在传统的课堂中 教师以在讲台 上讲解课文 板书 提问为主 而在注重多元智力的课堂中 教师改变以讲解为主的方法 为多种方法并用 如空间的 音乐的等方法 创造性地结合多元智力的策略 比如 教师 除适当地讲解外 还可利用图示 录象 音乐等形式教学 或让学生离开座位进行活动 以加深对抽象内容的理解 并通过学生之间的同桌 小组 大组活动等人际交往方式和自 学 讨论等学习方式提高教学效果 在应用多元智力理论及相关的教学策略时 教育工作 者还应注意 学生在多元智力方面各有所长 所以对一些学生行之有效的策略对另一些学 生却未必有效 例如乐感差的学生对说唱教学策略可能收效甚微 同样地图画和想象教学 策略对想象思维较强的学生很奏效 但对语言智力和身体运动智力较强的学生则效果不明 显 因此 教育工作者应当吸收脑科学成果 经常变化教学策略 这样才能使每个学生所 擅长的智力都充分运用到学习之中 收到最佳的教学效果 5 第五个脑科学新概念突出了杏仁核在情绪反应乃至大脑整体结构中的关键作用 并强调 大脑神经系统和行为系统的整合机能 进而提出 情感智力 和 情商 EQ 概念 向那种 狭隘的经典智力和智商 IQ 概念提出了挑战 脑科学研究越来越多的证据表明 情感在人类学习中起着不可低估的作用 情感与认知并 不是对立的两个过程 而应当理解为两个并行的过程 它们以特殊的方式联系在一起 对 有机体有不同的意义或价值 都是脑神经整体功能的体现 反映出神经活动的效率 美国 哈佛大学的行为与脑科学专家戈尔曼教授近年相继推出了两部力作 即 情感智力 Emotional Intelligence 1995 和 情绪脑 The Emotional Brain 1996 对经典的智 力概念提出了挑战 他认为我们具有两个大脑 两个中枢 两种不同的智力形式 理性的 或情感的 人生成功与否 取决于这二者 不仅仅是智商 IQ 还有情感智商 EQ 与 之并驾齐驱 在人类的精神生活中 大脑边缘系统 新皮质 杏仁核及前额叶既相对独立 又彼此互补 其协调合作的优劣 既决定了智力 也决定了情感智力的高下 在此之前 另一位美国纽约大学神经科学中心的脑科学专家勒杜已经发现情绪的神经通路在新皮质之 外 专司情绪事务的杏仁核在大脑整体结构中作为情感中枢起关键作用 作为情绪前哨 杏仁核占据着优势 有能力造成大脑神经中枢 短路 它对脑的功能 包括思维有着重要 影响 戈尔曼和勒杜的研究都揭示了 情感智力 在学习和推理中以及个性发展上举足轻重 的作用 这一新概念把情感教育带入了学校 对学校功能重新定位 扩大了学校的教育使 命 使情感与社会生活本身成为了学校教育的重要主题 戈尔曼说的好 情感教育课程的 内容着眼于儿童的实际生活 看似琐琐碎碎 而我们未来的教育 健康健全的下一代 正有赖于此 脑科学研究已被证实是当前教育发展的重要方面 许多学者都预言其到 21 世纪将会得 到更加长足的进展 为在脑科学与教育科学之间建立新的研究领域和学科门类提供方法和 理论的资源 脑科学与教育 是一个大课题 不是一篇文章所能讲清楚的 这里只是想把问 题提出来 希望能引起重视 并期待不同学科专家学者的交叉研究和联合攻关 根据笔者 在参加香山科学会议第 111 次学术讨论会上得到的消息 在今后的几年里 国家科技部和 教育部也将组织力量重点资助脑科学研究与包括教育在内的相关领域的研究 对脑功能开 发和人的全面发展问题进行多学科综合性的探讨 提供解决问题的理论依据和科学基础 因此 面向即将到来的 21 世纪 我们教育工作者应该更多地关注和吸收脑科学研究成果 及时把握脑科学的最新进展 着力开拓这一新的研究领域 努力推动教育科学和教育实践 的不断创新 日本 21 世纪教育战略 直面脑科学的挑战 蒋志峰 编者按 教育不只是知识的教学 教育的本质是对人脑的教育 教育实际上就是培养脑 随着 脑科学研究的发展 人们对教育本质的认识越来越深刻 1999 年 经济合作与发展组织 OECD 的教育改革研究中心 CERI 提出了第一期 学习 科学和脑科学 研究计划 有 30 个发达国家参加 在 2002 年第二期脑科学在教育领域的应 用计划中 美 日 欧的一些脑科学家形成了 3 个研究分工与合作组织 对读 写 算和 终身教育等方面进行研究 目前 脑科学研究领域呈现美国 日本 欧洲三足鼎立的形势 在这些国家 教育决策越来越依靠脑科学的发现 其中 日本的脑科学研究和教育的关系 最有代表性 日本自 1996 年斥资 2 万亿日元启动 脑科学时代计划 以来 以惊人态势发展 脑科学实证研究 2003 年元月又启动了 脑科学与教育 研究项目 进一步强调打破以往自 我封闭的教育研究方式 逐步构造理想的教育教学方法和更加理想的教育体系 同时也为 教育的本土化和科学化发展逐步奠定坚实的基础 根据相关教育研究的结果 特别是脑科 学研究的结果 日本文部科学省最近决定 从 2005 年 4 月开始 将日本中小学 2001 年刚 开始使用的新教材统一更换 使用修改后的新教材 日本的 脑科学与教育 研究发展态势反映了国际教育改革与发展的重要趋势 我们应 当给予高度重视 由于人脑受社会发展程度和社会文化的强有力影响 因此 考虑到各国 之间社会发展程度和文化的差异 对人脑的研究结果可能会有差异 如果这一说法正确 将迫使各国的教育必须立足于对本国社会和文化下的教育问题和本国人的脑科学研究基础 进行自己的研究 我国更应当如此 正当日本等国家的脑科学研究突飞猛进的时候 需要看到 我国的脑科学研究还有不 小的差距 我国对脑科学与教育相结合的工作也还没有进行总体性战略部署 为此 我们 专门请蒋志峰副研究员撰文介绍日本 脑科学与教育 项目的研究现状 以期引起人们的思 考 日本社会各界普遍认为 日本的教育 特别是基础教育出现了严重的问题 人们越来 越感到 西方的教育理念似乎是很正确的 但在实施中遇到了很多难以解决的问题 而且 教育质量在下降 日本文部科学省认为 教育学必须与脑科学结合 以此为基础制订科学 有效的 学校教育指导要领 现在的教育适合新新人类吗 日本重视 脑科学与教育 项目的原因 日本近现代以来 一直以 教育立国 为基本国策 近些年来 在国际教育改革和发展 的大趋势下 日本文部科学省投入巨额经费并组织了庞大的力量 不断学习和引入欧美教 育理论和实践经验 并根据日本实际进行教育改革 在现代教育理念的启示下 日本的新 一轮课程改革突出强调培养学生的个性和创造力 以培养符合日本未来发展需要的人才 在把这个理论运用于教育实践的过程中 日本社会各界普遍认为 日本的教育 特别 是基础教育出现了严重的问题 人们越来越感到 西方的教育理念似乎是很正确的 但在 实施中遇到了很多难以解决的问题 而且教育质量在下降 例如 日本在基础教育课程改革中强调个性和创造力培养 强调自主探究学习时 减 少了读 写 算的内容和教学时间 造成学生基础学力降低 在强调个性的教育氛围中 学生玩的时间和机会增加了 玩的方式也发生了很大变化 但是 在信息社会和以三口之 家为主体的家庭模式中 这样做却导致大量孩子注意力下降 学习 意欲 明显不足 创造 性和人际交往能力显著低下等结果 人们在问 儿童的读 写 算能力与脑功能发展和创造力提高有什么关系 基础教育 课程怎样才能促进学生的创造性 教育怎样才能更好地促进人的发展 而且 日本脑科学的近期发现表明 当代儿童与上个世纪儿童 如今的大人 的脑的操 作系统有极大的不同 当今的儿童从小受到大量信息的 沐浴 这影响到他们脑的操作系 统 相应地也影响到脑的作用 即心理的不同 这种信息环境主要与电视 录像带 漫画 头戴式耳机 随身听等新媒体技术设备的发达和相应的信息刺激有关 今天的儿童已经被 称为 新新人类 近几年来 如何教育 新新人类 引起了普遍的关注和争论 但现实是 教育学的研究和讨论的结果却难以找到确凿依据 得出切实的认识 大家 认为 教育的根本出现了摇摆不定的趋势 对上述教育问题在现有教育学框架内进行的研 究和讨论 是一种自我封闭的研究方式 缺乏新的研究切入点 这也是导致教育学的根本 发生动摇的一个根本因素 日本东北大学医学部的著名脑科学家川岛隆太教授认为 教育以培养人为职能 因此 教育必须研究和掌握人脑的内在基本活动机制 这是教育研究的重要基础 教育学必须与 脑科学结合 以脑科学与教育结合的研究结果为基础 制订科学有效的 学校教育指导要领 当前 日本正迅速出现和发展的少子化和老龄化的社会现实 更使日本教育界感到 迫 切需要新的教育研究方式和相应的科学教育决策 将脑科学与教育相结合进行研究 正是当前欧美发达国家教育研究领域的一个重要趋 势和潮流 在此情况下 日本文部科学省 2002 年 3 月开始设置 脑科学与教育 研讨会制度 并已陆续组织了多次专家论证会 文部科学省决定于 2003 年元旦开始启动庞大的 脑科学 与教育 研究项目 日本文部科学省认为 21 世纪教育和学习科学的使命是以脑科学为核心 大力探索人 类社会新的学习和教育形态 构造与新的社会发展状态相适应的教育体系 脑科学领域的 研究是 21 世纪最重要的战略目标 它与国家总体发展水平直接相关 日本要借此一举成为 具有世界最一流水平的国家 包括在教育领域 把 脑与教育 纳入教育战略 日本 脑科学与教育 项目的总体目标 在日本文部科学省组织的专家研讨会上 大家比较一致的认识是 当今社会正在发生 巨变 教育和学习也要相应地发生重大的变化 过去的教育虽然也一直在进步和发展之中 但主要是为了培养健康的 知性和感性 是 为了追求学习和教育的可能性 而 21 世纪教 育和学习科学的使命是对人自身进行深入研究 以脑科学为核心 大力探索人类社会新的 学习和教育形态 构造与新的社会发展状态相适应的教育体系 因此 日本 脑科学与教育 研究项目的总体目标是 将脑科学研究作为国家教育发展 的一项战略任务 将脑科学与教育紧密结合 进行面向教育理论和实际的应用研究 一方面 在日本 脑科学时代计划 几年来的研究基础上 该计划于 1996 年启动 为期 20 年 经费为 2 万亿日元 是其 超级钢材计划 经费的 10 倍 将脑科学与教育紧密结合 经费开展应用性研究 而不是基础性研究 在脑科学家和教育理论工作者及学校一线教师 共同研讨的基础上 确定需要研究的教育教学理论和问题 并开展研究 它强调 打破和 改变以往自我封闭的教育研究方式 以认知神经科学为核心 脑科学家和教育工作者密切 合作 从终身教育的视角来研究人在各个不同发展阶段的身心发展规律和学习的生物学机 序 并从教育的各个方面来重构学习和教育的新概念 逐步实现理想的教育教学方法和教 育体系的再构造 同时也为教育学的科学化发展逐步奠定坚实的基础 另一方面 2002 年 5 月 经济合作与发展组织 OECD 教育改革研究中心 CERI 组织 的脑科学与教育项目合作会议 正式明确了美国 欧洲和日本的合作分工 美国重点研究 言语和脑的关系 欧洲重点研究算术 数学和脑的关系 日本则主要承担了终身学习和人 的观察力 记忆力和 意欲 等方面的脑与教育结合的研究 日本文部科学省的认识是 脑科学领域是 21 世纪最重要的战略目标 它与国家总体发 展水平直接相关 日本要借此一举成为具有世界最一流水平的国家 包括在教育领域 脑科学与教育 项目涉及许多学科领域 该项目的近期目标包括对个性的研究 对当 代人的注意力 个人意愿 动机和创造性发展的研究 课程开发的脑科学研究及知识积累 推进终身学习 研究脑功能障碍者 通过教育和医疗研究 使脑伤害患者参与社会 研究 教育相关的环境变化等 脑科学要承担教育之基 日本近一年来 脑科学与教育 项目研讨的主要议题 日本文部科学省决定 以研讨会的议题为阶段目标 按照各个阶段的议题为重点 分 阶段大规模推进 脑科学与教育 项目的有效进行 当前日本的 脑科学与教育 项目研究 是以近几次研讨会上取得共识的议题为前提而全面展开的 最终决定主要议题如下 推进研究的基本方法 此项目涉及许多学科领域 要把脑科学 教育学 保育学 心理学 社会学 行为学 医学 生理学 言语学 体育学等多种学科相融合 具体而言 要针对教育实践中提出的 问题 以脑科学为核心 通过多学科协同研究和交流对话 促进学科间的融合 对相关教 育问题进行有效研究 这是基本的研究方法 近期重要的研究目标 对个性的研究 为了充分发展个人的能力 开展个性化教育是很有必要的 为此 教 师要以发现每个学生的长处为前提 并给予指导 对其中的具体问题要通过教育与脑科学 的协作研究来进行 如男女的性别 年龄差异等 都是个性的要素 为了实现个性化教育 很有必要将各种要素和脑机能发展的关系解释清楚 需要看到 这些要素既受脑机能的影 响 也受社会文化的影响 影响程度也有差异 并且 教育现实中存在的各种限制也制约 着个人能力的发展 这一点也是需要认真研究的 对当代人的注意力 个人意愿 动机和创造性发展的研究 各种过分刺激 或者说不 平衡的刺激 以及没有亲身体验的想象体验 大量存在于当代教育和社会环境中 影响到 学生的注意力 动机 个人意愿和创造力 并与人格的形成 自我的确立高度相关 要研 究上述方面在脑中的产生过程 以及它们是如何受到影响的 课程开发的脑科学研究及知识积累 为了实现更科学有效的课程改革 必须要进行以 脑科学为基础的课程开发研究和相关的知识积累 现在制订的课程标准主要是以教育现状 和经验 教育学知识和对学力的调查结果为基础 今后的课程改革 要给出儿童发展阶段 特点的科学依据 特别要运用脑科学知识进行课程改革 由此出发 当前需要尽快研究以下问题 环境的刺激 通过反复练习和各种学习活动 而发生的刺激 以及感觉剥夺和异常的刺激等各种刺激形态 对儿童的视觉 听觉 触觉 计算机能等脑机能的发展和提高产生了怎样的影响 人到底有没有关键期 如果人的关键 期不显著 则需研究儿童学习的各种最佳期和敏感期 相应地 在体育 艺术等与身体感 受性高度相关的教育课程研究中 也要着力与脑科学结合起来研究 另外 要特别研究问 题解决时脑活动的个人差异 对科学 艺术 文化领域中作出独特贡献的人的脑机能特点 进行研究 要尽快研究各学科对学生学习能力是否产生影响 强弱程度如何 以及各门课程对儿 童学习能力的影响 为课程门类及综合程度提供更加着眼于人的发展的依据 推进终身学习 当前的老龄化社会和信息化社会的急剧发展 要求大力推进再教育和 终身教育 为了推进中老年人的学习 就需要研究成熟的脑的可塑性 学习方式及如何受 控于脑中物质系统的 对于成熟的脑来说 新的脑研究已经发现 通过学习 脑的一部分 能获得新的发展 但从终身教育的角度 还需要系统研究 怎样的学习使怎样的脑细胞再 生 成熟的脑的不断学习有什么价值 有没有更好的学习方式 研究脑功能障碍者 通过教育和医疗研究 促使脑伤害患者参与社会 当前 如何使 有脑功能障碍的人参与社会活动并自立 是大家重视的一个问题 研究婴儿 成年人和老 年人的脑机能障碍 研究脑机能障碍者的康复过程和效果 已经成为社会性课题 同时 还要研究如何防止训练过程中的错误和不当之处 研究与教育相关的环境变化 其中包括 对人成长和学习活动产生影响的环境因素的 作用机理研究 交流能力的培养研究 直面过大的心理压力 加强保护脑并促进脑的健全 发展的研究 对多动症等问题的对策研究等 日本的教育将会因立足于充分的实证研究基础而获得强劲的发展 并可能在先期学习 接受西方教育理论的基础上 构建出日本本土化的教育制度和教育理论 方法体系 它们 将更加有效 日本文部省最近决定 日本的中小学从 2005 年 4 月开始 将 2001 年刚开始使用的新 教材统一更换 使用修改后的新教材 教育实际上就是培养脑 日本 脑科学与教育 项目初步成果及其对教育改革的影响 当前 日本的 脑科学与教育 项目发展进度之快 让人吃惊 上述议题中的所有项目 都在迅速研究过程之中 这些研究通过脑科学与教育的合作进行 猛烈地冲击了教育学原 来的研究方法体系 照此趋势发展下去 可以判断 日本的教育将会因立足于充分的实证研究基础而获得 强劲的发展 并可能在先期学习 接受西方教育理论的基础上 构建出日本本土化的教育 制度和教育理论 方法体系 它们将更加有效 值得关注的是 2002 年以来 日本很多大学相继开设 儿童专业 日本文部科学省负 责人说 目前日本共有 9 所私立大学开设了 儿童学系 儿童文化专业 等以 儿童学 为主 要研究领域的系和专业 他说 2003 年 11 月 日本成立了一个 日本儿童学会 参加该 学会的很多人都是少儿医学 灵长类学 进化生物学等自然科学领域的专家 该学会将儿 童的 身 和 心 这两种过去分属于自然科学和人文科学领域的截然不同的研究课题融合起 来 旨在建立 儿童科学 的理论 脑与教育研究的一项目前基本完成的成果 对当前日本基础教育课程教材改革产生了 重要影响 日本文部科学省最近决定 日本的中小学从 2005 年 4 月开始 将 2001 年刚开 始使用的新教材统一更换 使用修改后的新教材 导致此项大动作的直接原因是 日本新一轮课程改革按照西方建构主义教育理论和成 功智力理论等 在强调个性和创造力培养的同时 设置了综合学习时间 减少了学科课程 教学时间 并较大幅度地降低了教材难度 削减了教学内容 这引起了教育界以及社会各 界的普遍关注和担忧 很多强调基础学力的学者和家长对此表示反对 近年来又发现学生 的基础学力显著下降 尽管不少教育学者表示反对 但他们对此进行的大量研究和讨论又 缺乏有效的论证 恰在此时 川岛隆太在文部科学省的 脑科学与教育 项目研究中 及时 而有效地进行了名为 读 写 算与儿童大脑发育和脑功能发展 的研究 并发表了研究结 果 川岛隆太通过研究发现 读 写 算对老年痴呆患者有显著的脑开发和脑康复效果 他进而又对儿童的学习和教育进行研究并发现 孩子每天坚持基础学习 会对脑有显著的 开发作用 并且 他通过对脑的读 写 算的研究发现 读 写 算是脑的全面运动 而 其最主要的工作脑区是人脑前额叶 学习后的复习也能起到类似的作用 这些脑区的活动 是与创造力的脑区活动密切关联的 他认为 这些基础学力的培养和提高过程 本身就是对以前额叶为主的脑功能的提高 和开发过程 而前额叶是人脑的司令部 这些基础学力的培养和提高过程 对思考力 交 流能力和创造力等等都有很大的促进作用 由于人脑前额叶要到 20 多岁才能成熟 因此至少在基础教育阶段 是不能削弱基础学 力的 脑研究也发现 课后练习能强有力地促进脑功能提高和脑的发展 至于在提高基础 学力过程中 如何使教育教学成为让孩子高兴的事 如何在教学过程中养成学生良好的学 习习惯和方法 就是教育学最重要的研究任务了 对于儿童来说 学习本来就是很高兴的 事 学习过程可以有效地促进孩子们的心智发展 学习的程度至少要达到熟练掌握读 写 算 而不是离开计算器就算不准数的程度 鉴于这样的认识 川岛隆太提出疑问 日本新的教育目标对吗 教育不只是知识的教学 教育的本质是对人脑的教育 教育实际上就是培养脑 从婴 幼儿开始 正是教育使人得以正常发展 如果不教育 孩子的脑就会发展得很慢 与此同时 广岛县尾道市立土堂小学阴山英男校长看到 课程改革后的数学教学 总 是问题解决式的学习 强调问题的可探究性 一些孩子能明白 自然对学习感兴趣 而不 明白的孩子 则可能永远也不明白 孩子之间的学习差距越来越大 不少孩子还因此而厌 学 因此 他进行了 读 写 算反复练习 的教育实验 良好的效果引起社会和教育界的 广泛关注 需要看到的是 这不同于我国以往强调的 题海战术 而是针对日本当前基础教育课 程改革中过于弱化基础学力教育的有效教学方法 它也强调使学生在学习过程中充分感受 到学习的快乐 更重要的是 这个研究还使我们清楚地看到 以往对教学内容及其难易程度 练习强 度 掌握程度等方面的研究是有局限的 脑科学与教育的结合研究 为相关课程教学研究 开辟了新的视角和研究方法 作者单位为中央教育科学研究所课程教学研究部 脑的十年 美国于 1989 年率先推出了全国性的脑科学计划 并把上世纪最后 10 年命名为 脑的十 年 这项计划由国会通过立法 老布什总统签署发布 老布什还通过电视讲话呼吁政府机 构 研究团体和美国人民以各种形式支持脑的研究 以往美国的脑研究总经费 仅国立健 康研究院的经费就达到 1200 亿美元 20 年前 美国神经科学会于 1970 年成立时仅 500 多名会员 到 1998 年已达 2 8 万人 以上 现在有 10 万名脑科学家 以国立健康研究所为中心的脑科学研究正在大规模推进 美国国家科学基金会和财政部已于 2001 年 12 月提出了发展综合改善人能力的技术研究项 目 综合多学科的研究来促进脑科学与教育研究项目的战略性发展 美国 脑的十年 计划推出后 立即得到国际脑研究组织 IBRO 和许多国家相应学术组 织的响应 使 脑的十年 成为世界性的行动 两年后 欧洲出台了 欧洲脑的十年 计划 1996 年 日本开始启动为期 20 年的 脑科学时代计划 突出强调应用性研究的特点 重点是研究组织 人才 经费和科研体制的整合 同时 开展多种多样的课题研究 形成 大学和研究所协力攻关的协作体制 培养大批年轻专业人才 添加大量先进研究设备 日 本进行脑科学研究的只有几千人 加上相关学科领域的研究人员也仅有 1 万人 日本要以 医学 生物学为核心 再加上理 工和相关社会人文科学人员 大力增加研究的绝对人数 蒋志峰 中国教育报 2004 年 9 月 17 日第 6 版 对全面开发人脑的思考对全面开发人脑的思考 2001 08 27朱法良 提要 作者分析了近二十年来脑科学研究的情况 20 世纪脑科学在教育中应用的历程 指 出全面开发人脑是脑科学应用于教育的一个转化工程 全面开发人脑包括 以人脑为核心 的整个身心功能的全面开发 脑的各个部分的全面开发 以及脑的现有水平 潜能水平 自我调控水平的全面开发三层含义 作者还阐述了全面开发人脑的理论基础和方法论问题 一 问题的提出 一 近三十年来 脑科学研究突飞猛进 每隔十年都会出现重大的 突破近三十年尤其是 20 世纪 90 年代以来 世界发达国家的脑研究进入了一个新时期 早 在 80 年代 日本就把人脑全面开发问题列为重大科研课题进行研究 1996 年推出了 脑科 学时代 的庞大计划纲要 计划从 认识脑 保护脑 和 创造脑 这三个方面推动脑科学研 究 在 认识脑 领域中 目标是阐明行使认知 情感和意识的脑区结构和功能 以及脑的 通信功能 在 保护脑 领域中 目标是控制脑发育和老化的进程 以及神经性和精神性疾 病的治疗 预防 在 创造脑 领域中 目标是设计 开发仿脑计算机和信息处理系统 1989 年 美国国会参众两院通过了 脑的十年 的提案 这个提案指出了神经系统疾病 对人类产生的严重影响 论述了脑科学对改善人类健康的重要性 概述了脑科学研究已经 达到的水平 其中谈到 脑科学中的技术革命使人们能在无创伤条件下细致地观察活体脑 确定在特定脑疾患中所涉及的脑区 开始认识参与记忆的脑的复杂结构 并在数学 物理 学和计算科学的协助下 设计神经网络 模拟其动态相互作用 1997 年 4 月 美国白宫会 议聚集了神经生物科学家 认知科学家 心理学家 教育专家等多学科专家 探讨脑科学 研究对早期教育的启示 用以推动美国早期教育质量的提高 与国际发达国家脑科学蓬勃发展的趋势相适应 我国的脑科学也紧紧跟上并不断有新 发展 1992 年 脑功能及其细胞和分子基础 正式列入国家科委重大基础研究项目 中科院 自然科学基金会和卫生部也把脑科学作为重点发展领域 由国家科委发起 中科院主办的 香山科学会议 曾于 1997 年 1998 年和 1999 年三次召开以跨世纪的脑科学为主题的学 术讨论会 对脑的复杂性和脑功能研究的问题进行探讨 其中 1999 年 1 月召开的第 111 次 学术讨论会的主题是 脑高级功能与智力潜能的开发 国内著名的脑科学家 心理学家和 教育专家对脑功能与智力活动 学习记忆的脑机制 脑与语言功能 脑发育与个体心理发 展以及教育实践中脑的潜能开发等五个中心议题进行了跨学科的交流和富有创见的研讨 尤其值得一提的是 我国国务院领导同志在 1998 年曾对 全面开发人脑 的意义及其同素质 教育的关系提出过明确的意见 并在 1999 年 7 月于中南海召集了脑科学家 心理学家和教 育专家 探讨 脑科学与儿童智力发展 的问题 会后国家启动了开展脑科学与教育的有关 课题研究 我国著名脑科学家杨雄里院士在 1998 年第 73 次香山科学会上曾明确提出 把了解脑 保护脑和开发脑作为今后主要的研究内容 脑科学不仅要研究人脑的生理学 生物学层面 而且还应研究人脑的心理学 行为学层面 若将这两个层面有机结合在一起进行横向整体 化研究 并同开展人脑高级功能的开发性研究密切结合在一起进行纵向整体化研究 那么 脑科学和教育科学 包括心理学 都将会出现一次前所未有的飞跃 认识脑 是为了 开发 脑 而 开发脑 将会使人类在一种常态下 从积极活动中认识自己的脑 脑科学的重大突 破需要全面开发人脑的理论和实践 在全面开发人脑的活动中 人类可以进一步认识自己 的脑 从这个意义上说 脑科学也在呼唤着 全面开发人脑 二 我国素质教育的开展已经把 全面开发人脑 这个问题提到十分重要的位置在我 国的教育科学研究和素质教育的实践中 存在着一些违背脑科学的观点和做法 有些人没 有准确把握脑科学的新近研究趋势 片面地运用 左右脑分工说 曾经流行多年的 右脑开 发 右脑革命 等提法和做法 至今也没有从科学的角度讲清道理 在心理学中 关于心 理现象的脑机制问题 许多传统的 甚至是经典性的 提法尚待匡正和补充 例如 人脑 是心理的器官 记忆的脑机制 语言的脑机制 情绪的脑机制 以及整个认知过程的脑机 制 等等 经过多年的理论和实践研究 我们认为 提高人的素质 归根到底就是提高以人脑为 核心的整个身心的全面 和谐和主动的运转水平 科学地开发人脑的潜能 让每个人的头 脑都产生一种类似于物质世界的 核裂变 从人脑深处迸发出智慧的火花 这将使人类的 发展和社会的文明产生质的飞跃 当前 如何准确地把握并运用当代脑科学的新近研究成 果 科学地开发儿童乃至成人的脑力资源 是摆在我国脑科学研究者和教育科研人员 教 育实际工作者面前的一项紧迫任务 二 脑科学应用于教育的历程 20 世纪脑高级功能理论成果转化为教育应用的历程 大 致经历了以下四个阶段 第一阶段 俄国生理学家 N II 巴甫洛夫于 20 世纪 30 年代创立的高级神经活动学说 它的核心思想是条件反射学说 巴甫洛夫把意识和行为看作 反射 即机体通过中枢神经 系统对作用于感受器官的外界刺激所发生的规律性反应 他认为 人的心理和精神 一切 智力行为和随意运动 都是对信号的反应 都是在无条件反射基础上所形成的条件反射 50 年代初 前苏联采取政府行为推进巴甫洛夫的高级神经活动理论 把它作为心理学的自 然科学基础 并以此学说改造教育学 在教育心理学领域中盛行学习的 联想 反射 理论 这种学习理论把学习看作是联想的形式 认为联想的实质就是反射活动 其创导者就是巴 甫洛夫 就在那个年代 全盘巴甫洛夫高级神经活动学说化的错误倾向盛行于苏联的教育 科学和心理科学 我国的教育学 心理学中也在一定程度上受到这种倾向的影响 第二阶段 美国心理学家 B F 斯金纳于 1938 年创立的操作性条件反射学说 它的基 本观点是 欲使个体行为形成 强化必须依随反应而发生 斯金纳根据操作性条件反射学 说对强化作用的研究 发明了 教学机器 并设计出 程序教学 方案 在美国形成了程序 教学和教学机器的应用研究的热潮 它也曾影响过我国的心理学和教育实践 但影响面小 时间也不长 第三阶段 1961 年美国生理学家 R 斯佩里及其同事通过对裂脑人的研究提出了大脑 半球功能 一侧化 的新理论 他发现 大脑左右两半球功能是高度专门化的 既有明显的 分工又相配合 许多高级的功能属于右半球等 他的右主管形象思维的观点 在大众之中 广泛流行 到了八九十年代 西方发达国家和中国 都曾掀起了一股 右脑开发 右脑革 命 的热潮 在我国的教育科学 心理科学和教育实践中 从 80 年代后期到现在 大脑两 半球功能 一侧化 的观点仍有深刻的影响 它常常被作为教育科学 心理科学和教育实践 的一根重要的理论支柱 第四阶段 1976 年美国生理学家 M S 加查尼加提出脑认知功能的 模块说 他认为 脑是由在神经系统的各个水平进行活动的子系统以模块的形式组织在一起的 脑功能模块 是一种动态变化的组装 近几年 模块说 已被大量用无创伤脑功能成像技术所获的科学 事实所证明 尽管如此 脑功能 一侧化 的理论仍然被我国教育工作者广泛引用 追溯其 原因 其一 脑科学家没有把脑功能理论的新成果及时告诉教育界 没有指出大脑功能 一 侧化 即左右半球分工 理论的局限性 更没有告诫人们在应用这个成果时要十分谨慎 其二 教育工作者们不直接从事脑科学的前沿研究 他们很难把握脑科学前沿发展的动态 但又渴望从脑科学那里找到新的发现和理论依据 全面开发人脑是脑科学成果应用于教育的一个转化工程 它的启动标志着脑科学应用 于教育的历程进入第四个阶段 与前三个阶段相比 它开始趋向成熟了 但是 教育理论 工作者和教育实际工作者对全面开发人脑的脑科学理论基础和方法论问题尚缺乏清楚的认 识 三 全面开发人脑的理论基石全面开发人脑是一项前沿性的系统工程 它涉及到许多 学科 其中教育科学 心理科学 人体科学和脑科学等领域的研究成果都直接关系到这项 工程的进展 如何综合这些相关学科的研究成果 提出一种全面开发人脑的理论 开辟一 条切实可行 行之有效的全面开发人脑的途径 是摆在我们面前的一个重大课题 为了研 究并解决全面开发人脑的问题 首先要奠定它的理论基石 一 现代脑高级功能的 模块 说 是全面开发人脑的一块重要的理论基石一百多年 中 脑高级功能理论的演变大致经历了三个阶段 以 颅相学 为标志的初始综合研究阶段 以 定位说 为标志的分析研究阶段 以 模块说 和 意识调控 说为标志的第二个综合研究阶 段 作为全面开发人脑的理论基石 颅相学 不可取 因为人的头颅骨的外形特征与头颅 内部的结构和功能并没有相关性 两者并没有规律性联系 定位说 也不可取 因为 其一 无论是 左脑优势说 还是 左 右脑功能高度专门化 的发现 都是以病例分析为依据得出的结论 以病例分析得出的脑功能 定位说 在应用 于教育科学研究和教育实际工作时 必须慎之又慎 切不可不加分析地照搬 其二 新的 定位说 之后 加查尼加用 模块说 替代了 定位说 近几年来 运用无创伤脑成像技术获 得的大量扫描图显示 脑功能定位是相对的 在任何时候都不存在只有一个脑区自身在活 动的情况 二 人脑具有调控自身各机能系统的功能 这是全面开发人脑的又一块重要的理论 基石我国脑科学家万选才曾指出 人脑不仅是一切心理活动的器官 而且还是 人体适应内 外环境的各种行为的始发者和各机能系统活动的协调者 我国心理学家也提出 人脑的功 能具有两个系统 一个是对外部信息的加工系统 另一个就是对自身身心的调控系统 加 工与调控是人脑不可分割 交互作用的两个功能系统 两者常常体现在统一的活动之中 在人脑的调控系统中 作为高级功能的 意识 起着作用 从脑科学角度说 意识是神 经系统在正常工作状态下的一种功能表现 在大脑功能态中 脑高级活动的意识性质决定 着低层次神经活动的进程 从人体科学角度说 意识是人体最高层次的运动 它可以返回 来作用较低层次的活动 意识反馈 是调节人体功能态的一种物质交换和信息交换更重要 的手段 从心理学角度说 意识是人特有的一种对客观现实的高级心理现象 而作为 人对 自身身心活动的认识 调节和监控 的 反思 系统则是人脑调控系统中的最高层次 四 全面开发人脑的三层含义 一 以人脑为核心的整个身心功能的全面开发人的任 何活动 从表面看 只是手 眼 脑的活动 而实际上 无论个体是否意识到 他的整个 身心都参与了操作活动 我国著名心理学家潘菽先生曾明确指出 心理不仅是人脑的机 能 感觉器官也是重要的心理器官 其他如周围神经 肌肉 腺体 甚至内脏也都是心 理器官或者和心理活动有所联系的 总之 可以认为整个人体都是心理的器官 这里 又 有三层意思 1 脑与整个身心是密不可分的有机整体 一方面 脑指挥 调控着人的身心活动 而 另一方面身心的功能 各个身体器官的功能及其协调性和身体的健康状况等 又影响着脑 功能的开发 2 身心全面开发是指生理和心理功能的开发 生理功能的全面开发是指人体各个器官 眼 耳 口 手 身等功能的协调开发 其中包括大运动 全身活动 和小运动 手指 的精细动作 的有机结合 心理功能的全面开发是指对感知 记忆 思维 尤其是推理 意识和情感 意志乃至个性品质诸方面的全面开发 其中 意识和