浅谈脑科学与课程教学

1、浅谈脑科学与课程教学课程教学的脑区定位是个复杂问题，它既与脑的结构和功能密切相关，又与学科内容和教学方式紧密相连，并涉及心理学和脑科学的不同学派。课程教学的脑区定位，是指不同的教学科目在奥妙复杂的脑海中各处哪一个区域。要对教学科目进行脑区定位，首先要用辩证唯物主义科学发展观研究脑结构与功能的历史演化，其次要用辩证的观点分析脑科学和认知科学的各种学派。统观中外认知科学和脑科学的研究理论可知，大脑功能定位说和大脑功能统一说是两个相互对立的学派。“功能定位说”学派认为，脑的结构极为复杂，从脑的表层整体来看可分为若干脑叶和小脑等，从其纵向解剖来看可分为新皮层、旧皮层、脑干和脊髓等，脑的这些不同结构都有

2、各自特定的独立机能。功能定位学派的主要代表人物有法国的布洛卡、德国的威尔尼克和我国清代刘知等。美国斯佩瑞大脑左右半球的理论以及和斯佩瑞合作的学者以后提出的脑功能“模块”的理论，原则上都属于大脑功能定位说。与大脑功能定位说相反，“功能统一说”学派认为，从解剖学上看大脑虽有生理结构上的不同，但整个大脑在机能上没有部位差异，而是作为一个整体发挥统一的功能。这一派代表人物有法国生理学家弗卢龙和美国心理学家拉什里等人。我们认为，大脑功能定位说和大脑功能统一说都有科学合理的一面，同时又都有片面性绝对化的一面。辩证唯物主义的科学发展观是我们研究脑科学并分析各学派的基本哲学观点。客观的讲，人脑的各不同结构和功

3、能既有相对的独立性，同时又是相互协作和相互制约的。例如大脑左右两半球，随着人类的发展和脑的演化，脑的左半球侧重于语言、言语、计算和逻辑等机能，而右脑侧重于人面、物体、图像及环境、空间等机能，但是左右脑又是相互协作的和不可分割的，拥有巨大纤维束的胼胝体，在其间架起了交流信息的超高速公路。课程教学科目的脑区定位和脑结构与功能的区域定位，是两种不同性质的定位。两种定位虽有性质的不同，但又密不可分。辩证唯物主义的脑结构及其功能的定位，为课程教学科目的脑区定位提供了理论基础；而课程教学科目的脑区定位，是脑结构及其功能定位的具体表征。最新的研究脑结构与功能成像技术的运用，能使我们直接观察到基础教育的不同科

4、目在学生头脑中不同区域的反映，观察到运用不同教学方式时在学生脑神经系统所引起的变化。下面着重研究几个主要学科的脑区定位，不过需要说明的是，我们所说的脑区定位是以辩证唯物主义哲学为基础的。1.语文科的脑区定位。语文学科和语文、语言和言语都是些密切相关而又不尽相同的概念。语文科即语文学科，是培养理解和运用本族、本国和外国语言文学能力的学科，以听、说、读、写能力的培养为主要目标。语言是随着人类社会的发展而产生的人们交际和思维的工具，可分为外部语言和内部语言，言语是指语言在交际过程中的实际运用。这些基本概念虽有严格区别，但总体来看大都属语文科的研究范围，它涉及的脑区是有共性的。语言是随着人脑新皮质层的

5、出现而产生的，人类的声音可以发出200个元音和600个辅音。当今世界除方言外大约有6500种语言。人类之所以具有高超的语言能力，并借助言语进行交流，这是因为人脑的结构与功能具有其他哺乳类动物脑所没有的特定脑区及其神经系统。人的智能的发展受先天遗传和后天环境教育的制约，特别是后天的因素更具有决定性。其实语言也是如此。在语言中，音素是构成声音的最小单位，不同音素合起来便构成音节，由音节构成单词，最后再由单词构成句子，从而进行言语交流。在20世纪50年代，就有一位美国语言学家提出，小孩子之所以能模仿成人的语言学会说话的语法和句法，这是因为人类生来在头脑中就有一个遗传“模板”，这个模板就像小老虎天生就

6、会追逐猎物一样。婴儿学习语言就是把他所听到的语言添加到母语的模板上。虽然人们对于语言模板说有很大争议，但语言学家对婴幼儿的口语发展规律，对大脑掌握语言的区域和机制，的确有了更深刻的研究和了解。婴幼儿口语发展的一般规律是：6个月前后能辨别音素；12个月前后能将字词与其意义联系起来；1岁半能区别名词和动词；2岁能了解语法功能；2岁半到3岁大部分语言和言语活动规律转移到大脑左半球脑区定位。脑科学证明，婴儿脑中的神经元可以对地球上6500种语言中任何一种语言的声音均能作出反应，这就是说婴幼儿语言的潜力是无穷的，但是有一个关键期。一般来说，儿童学习第二语言的关键期是从3岁到10岁。在这期间能学到非常标准

7、的外语，不受母语的干扰，否则将是困难的。现代脑成像技术找到了困难的根源，这是因为，如果在学习第二语言的关键期学习外语，负责语言的脑区对两种语言的语音同等对待，均有反应，而且母语和第二语言的表征部都在额叶的布洛卡区。如果错过关键期到青春期过后再学外语，一是负责语言的脑区不再对其他语种的语言有所反应，二是司管第二语言的脑区和原先司管母语的脑区不同。脑科学告诉我们，婴幼儿的脑神经元具有同时学习几种语言的属性。可见第二语言精通的程度不在于学习时间的长短，而取决于是否在语言发展的关键期学习。负责语言的脑区存在于大脑左半球的皮质层。这一点在运用现代脑成像技术之前人们就有所了解。1861年，法国外科医生布洛

8、卡注意到，大脑左额叶受损可导致语言产生困难，甚至完全丧失语言表达能力，患者只能发哑音。后来人们把这一脑区命名为布洛卡区。布洛卡区位于左额叶后部，其大小如同一枚银元。1871年，德国神经病学家威尔尼克发现，左额叶受伤的患者虽然能说话，但言语混乱，语无伦次，语义不清，后来人们把这一脑区命名为威尔尼克区。威尔尼克区位于左耳上方，其大小如同一枚银元。布洛卡区和威尔尼克区是大脑左右半球的两个主要语言加工中心。如果说这两个脑区有更细的语言功能分工的话，这就是布洛卡区负责储存单字、词汇、语法或母语句法，而威尔尼克区则负责语言感知和语言意义。不过现代脑成像技术研究证明，语言和言语的发展及运用远比这个要复杂得多

9、。例如，在产生一个口语句子的过程中，不仅要调动布洛卡和威尔尼英两个脑区，而且还要有分布在左半球的其他脑区和神经网络参与。名词通过一种神经类型的加工处理；动词则需要另一种神经类型加工处理；句子结构更复杂，甚至需要动用更多的脑区参与，语言的形象性还要由右半球完成。这就是我们以上说的，在脑区功能定位问题上，要用全面辩证的哲学理论为指导，不能孤立片面地看待脑区功能分工。今天脑科学关于大脑的语言区域，有了更深的研究。据2005年日本读卖新闻报道，日本东京大学语言脑科学家酒井邦嘉发现，大脑在逻辑思维、理解文章、掌握单词、区分语调时，不同的脑区具有不同的功能，思考语法时前额叶下部活跃，区分语调时侧额叶上部活

10、跃，在处理语法、文章、单词和语调各方面，各有不同的脑区担任。据此，他绘制出一幅有关语言的脑功能“地图”，称为“大脑语言地图”。语文学科是学校教育的重点学科，我们应当把脑科学研究的最新成果作为指导和解释语文科建构和实施的理论基础。2.数学科的脑区定位。数学是学校教育的基础学科。一提数学我们往往想到的是天才或天赋，即先天遗传问题。因此我们研究数学脑区定位首先要回答一个问题，即数学才能到底有没有先天因素在内。从理论上讲，心理学家、脑科学家和哲学家都承认，智力主要是后天环境教育养成的，但有遗传因素。对此脑科学工作者认为，从历史演化的观点看，原始人类为了躲避群兽，猎取食物，求生存，必须对猎物做数量估计和

11、算数运算，这样数感和计算智力因素就被编码在遗传基因中，这就是数学天赋。同时从实际调查来看，数学遗传因素也的确存在。例如，来自高数学才能家庭的孩子和来自数学能力差的家庭的孩子，他们的数学能力各自体现了家庭的特点；同时对双胞胎的研究也显示，他们的数学能力和成绩也非常近似。这些例子说明，个人的数感作为先天遗传被预置于每个人的头脑中，因此不同人有不同的数学能力。这就是数学的遗传基因。数学在脑区的定位，医务工作者临床病症诊断早就有发现。如果一个人的左脑顶叶受损，将会造成数学困难；视觉加工不良的人，难于学好几何，这是因为做几何题需要把直觉观察转化为可用语言表示的逻辑，这要求不同脑区的协同活动。近10年来，

12、脑成像技术的运用进一步揭示了数学问题在大脑活动的规律。首先，简单的算术问题例如加法和乘法的小数字运算，这要由左脑顶叶皮层区承担，如果该脑区受损，就丧失了加法和乘法的简单运算能力。如果不是简单加法、乘法运算，而是较为复杂的数字加工问题，这要根据数字加工方式的特点，不仅会涉及左脑顶叶，还会涉及左脑语言区和右脑顶叶。当进行数字比较时，不需要语言参考与表达，因脑图像显示右脑顶叶皮层最为活跃；当进行数学乘法运算时，脑图像显示左顶叶最活跃，并且该顶叶还和左颞叶下的布洛卡以及威尔尼克两个语言区相联系；当进行减法运算时，左右半球顶叶都活跃，这时胼胝体就发挥了桥梁作用；把两个顶叶联系起来。同时，还有的科学工作者

13、利用脑成像技术观察发现，复杂的数学精算和估算所激活的脑区不同：精算过程使用的主要是大脑左额叶和左侧角回；估算过程中使用了左右脑顶叶和部分右枕叶，因为精算与口语技能有关，而估算与视觉与空间技能相联。总之，数学科的各种不同内容和活动方式，都在特定的脑区呈现。总体来看，不是左前脑就是右前脑。3.体育科的脑区定位。由于体育科目涉及的内容广泛不一，我们这里所说的体育科是以运动技能教学为主要内容的体育，不包括艺术类内容如音乐和游戏等。脑成像技术显示，体育运动科目涉及多个脑区，但以小脑和大脑额叶以及运动皮层为主。小脑占整个脑体积的十分之一，但却包含了大脑中几乎一半的神经元，它有神经纤维约4000万个。这些纤

14、维把不同脑区联系起来，致使大脑额叶、运动皮层和小脑间信息的往返传递畅通无阻，以保持身体姿势的平衡和运动技巧的学习。小脑和记忆、空间知觉、语言、情绪甚至决策等都有着密切联系。复杂的体育运动如掷球、翻滚、摇摆、爬行、倒立和翻跟斗等，除小脑外还要调动前额叶参与。体育运动加强了很多神经元的联系，加大了脑对营养物质的需求量，因而增强了毛细血管的运输能力。神经科学家还发现，体育运动能使脑释放一种特殊的神经递质。这种激素分泌物不仅使人能尽快恢复体力，加快神经元间的相互联系，当进行数字比较时，而且使人思维敏捷，记忆力强。运动技艺的学习掌握，与额叶和运动质层高知能脑区有关，更与小脑这一较低智能脑区密不可分。当开

15、始学习新的活动技能时，这时是有意识的和注意力集中的，这种学习调动了大脑额叶区和运动皮层；一旦技艺熟练掌握，便转入小脑编码贮存，转化为长期记忆。当以后再使用这一技艺时，就不需要再由高智能脑区下达命令，而是由小脑直接调控，这就是心理学所说的技巧的无意识和自动化的运用。例如，驾驶员一面驾驶汽车，一面和人谈话，就是由于小脑在指挥驾驶。同时，运动技巧的学习和年龄密切相关，这也就是关键期问题。据说乔丹从8岁就开始了篮球生涯。尤其令人高兴的是，脑科学的最新成果，为我们重视并加强了体育课提供了理论根据。长期以来，人们都认为人脑不能再生新的神经细胞。但美国加利福尼亚的一个脑科研机构于1999年公布的研究成果说，

16、跑步能使老鼠的脑再生新神经元。如果的确是这样的话，那就是说开展体育锻炼，提倡跑步运动，也能使人脑神经元再生，因此我们还有什么理由轻视体育课。对课程教学从脑科学的角度又如何进行解释界定呢？如果说中枢神经网络建构过程或神经元传递信息的过程就是学习，不过这种学习是一切哺乳动物都有的并由自然环境刺激产生的学习，它是没有计划的和没有预期目标的。然而在教育指导的课程教学则是有明确目的的，从脑科学的角度我们可以对课程教学这样界定：课程教学是有计划和有目的的加速神经元信息传递、促使轴突髓鞘化、构筑神经网络通道的过程。课程教学是教育的核心。教育刺激所建构的人的神经网络，和环境刺激所建构的哺乳动物的神经网络，二者是有区别的，其最根本区别在于