脑科学研讨对儿童教导的启发概述

作者：杜好强 单位：西南大学教育学院

近十多年来，随着大脑研究技术的发展，特别是fMRI、ERP、PET、EEG、MEG等技术的出现和进步，脑科学成为当前科学研究领域最前沿、最活跃的学科之一。20世纪90年代，美国提出“脑的十年”计划，欧共体提出“EC欧洲脑十年”。日本于1996年推出了名为“脑科学时代”的为期20年的脑科学计划纲要。同时，日本文部科学省把“脑科学研究与教育”作为科学技术振兴机构的重点研究课题之一。[1]可见，脑科学研究已经越来越受到世界各国的重视，大脑研究技术的进步同时也为心理和行为研究提供了更加直接的观察手段。教育科学、心理科学等领域也纷纷以脑科学研究成果作为理论基础，对教育教学进行了深入的研究，提出了“基于脑的教育”的教育模式。当前我国拥有3亿多儿童，但大多数儿童接受的教育依然停留在传统教育中，新兴科学如脑科学的成果还没有完全被吸收和融入到教育教学实践中，基础教育还相对比较落后。因此，把当代脑科学的研究成果与儿童的学习和身心健康结合起来，无疑对于教育教学的发展和儿童身心健康发展有着积极的意义。本文试图从当代脑科学研究的一些成果出发，对儿童身心发展和学习做一些初步探讨。

一、脑功能的可塑性研究

大脑的基本单位是神经元，神经元由三部分构成：细胞体、树突、轴突。人在出生之前，脑每分钟产生25万个神经元，而到出生的时候，脑神经元大约有1000亿个。神经科学家将“学习”定义为两个神经元彼此产生联系的过程。他们声称，当一个神经元向另一个神经元传递信息时，神经元就发生了“学习”。而神经元之间传递信息的工作则由突触来承担，信息通过一个神经元的树突进入其细胞体，然后沿着轴突传开，接着进入其他神经元的树突，如此接连不断地传下去，信息才得以在人脑中畅通无阻。一连串的神经元称为神经网络，脑对神经网络的使用越频繁，神经连结就越牢固，突触也就越坚固。随着神经元反复激活，树突和轴突越来越习惯于这些连结，相互之间产生联系也就越来越容易，信息传递也就越来越顺畅。由此可见，突触是学习产生的物质载体和基础。突触的数量也与大脑的发育水平有关。研究表明，早期大脑神经突触的连接形成最为迅速，人在出生后的头20年，神经突触密度的变化呈倒U型。刚出生时，新生儿的大脑神经元的总数已经接近成人，然而突触的数量远远低于成人。由于适宜的外部环境的丰富刺激和良好的营养条件，突触数量迅速增加，童年达到高峰，成年后又下降。研究表明，突触的生长遵循“用进废退”的原理。在脑发育的过程中，如果突触缺乏外界刺激就可能消亡，如果神经元没有在适当的时候得到利用，那么神经元将失去连结的能力，这个过程被神经科学家们称为“神经修剪(neuralpruning)”。因此，丰富的环境刺激与突触的增加有密切的关系。所以在儿童学习和身心发展过程中，提供具有丰富刺激的外界环境是十分必要的，儿童幼年时期神经元网络的生长和复杂化对儿童智力的发展和知识的建构至关重要。我们应给予儿童适宜的丰富的刺激，以帮助他们建立起更多的高效神经通路，充分开发其潜能，从而促进其身心发展。1985年，Diamond把年幼的白鼠同年长的白鼠放在一个笼子里，她想看看是不是年幼的和年长的白鼠都会长出更多的树突。令人诧异的是，成年白鼠霸占整个笼子，不让幼鼠玩耍，结果只有成年白鼠长出更多的树突。从这项研究得知，仅仅为儿童提供丰富的环境是不够的，我们不只需要帮助他们建立丰富的环境，还需要他们积极参与其中。[2]P13因此，培养儿童的积极主动性和自信心对儿童的身心发展具有重要意义。另外一项Diamond关于白鼠的研究发现，实验人员对白鼠的抚摸和拥抱增加了白鼠的寿命，而且与没有被抱过的白鼠相比，前者的树突连结明显更多。因此，呵护可以延长生命，促进脑的发育。相反，压力会阻碍脑的生长，缩短白鼠的寿命。[2]P14这启示我们在儿童身心发展过程中，良好的亲子关系更有利于儿童的脑的发育，促进儿童智力发展。有研究发现白鼠与其他同伴产生互动，一起解决问题的时候，表现得更好。[2]P15据此可以推断，在儿童中开展合作学习效果会更好，反过来合作学习使同伴相互学习，增进同伴之间的友谊，更有利于儿童的身心发展。

二、对于脑内化学物质的研究

脑是依靠神经递质来传递的，神经递质是一些化学物质。因此脑内的一些化学物质的含量影响信息的传递，进而影响脑功能的发挥，从而影响儿童的身心发展水平。研究表明，进食蛋白质能够阻止引发睡眠的神经递质的释放。现在许多研究者认为，我们吃什么决定了我们是怎样的人。我们吃的食物会影响脑内部释放的神经递质，进而影响神经元的激活。[2]P20-21Wurtman和Suffes1996年研究发现，如果一个学生早上吃的食物中糖的含量很高，可能会影响到5－羟色胺的释放，这种神经递质能够引发睡眠，因此在上午上课时不能保持清醒；如果吃的食物中含有高蛋白如鸡蛋、牛奶等，则可以阻止5－羟色胺的释放，促进警觉和集中注意；如果所吃的食物中含有大量脂肪，因为脂肪的消化比其他食物更慢，因此个体大部分血液供给必须留在消化系统中用于帮助消化，但在学习中需要的是血液流入大脑以帮助个体产生所需的神经联结，这样一来，由于大脑血流量的不足会影响儿童的听课效率。因此，科学合理的饮食不仅有利于儿童青少年身体健康发展，而且有利于大脑功能的有效发挥，使学生在课堂和考场上发挥出最佳水平。5－羟色胺有时被人们称为“感觉良好”的神经递质，它可以使脑和身体内部信息传递更加顺畅。当个体面对新的环境产生不适应时，5－羟色胺的水平会随之降低，皮质醇水平会随之上升，个体可能会因此而头脑不清醒；如果皮质醇不断干扰神经细胞之间的信息传递，他可能感觉受到了威胁，同时5－羟色胺水平的降低可能影响去甲肾上腺素的水平，使他变得更具攻击性。这告诉我们，我们通常认为的问题儿童，其行为与脑内的化学物质水平（5－羟色胺、皮质醇等）有密切关系。一个新的陌生的环境可能使正常儿童变成所谓的“问题儿童”，因此为儿童提供一个能让他们产生安全感和没有压力感的地方，对稳定和平衡其脑内化学物质水平很重要，从而可以使儿童表现出良好行为。教室作为儿童学习的场所，营造友好团结的氛围及班级成员之间建立互助互爱的关系，对儿童的身心健康发展有着不可忽视的影响。多巴胺是一种有助于信息进入更高级的脑加工水平的化学物质，主要功能是控制身体的运动，它对于产生协调的运动非常重要。用PET调查，发现大脑基底核的区域内有大量多巴胺受体，并因年龄不同差异很大，青少年时期受体最多(未统计幼童的资料)，成人后就减少了。患精神分裂症或者有与这种病相近的行为一般在青年身上多见，或许与此有关。[3]但是，如果多巴胺不足可能会影响工作记忆。[2]P24脑内另一种很重要的化学物质是内啡肽，大量的内啡肽可以使人产生愉悦感。1986年，Hooper和Teresi进行的一项研究表明，如果内啡肽的释放受到阻断，人从音乐中获得的享受比平时少得多，当阻断剂失效后会重新获得来自音乐的。[2]P27内啡肽具有镇痛的功能，可以用来改善情绪。有的人经历了人生的巨大创伤，常常痛不欲生，情绪十分恶劣。心理学家们曾对这类病人注射微量的一种叫贝塔-恩多啡因的内啡肽，病人的痛苦减轻了，精神变得开朗起来。[4]这一研究成果在儿童心理治疗尤其用于治疗严重抑郁症时很可能会产生良好效果。总之，5－羟色胺、多巴胺、内啡肽等脑内化学物质影响着人的心理和行为，儿童吃的食物及其做法、服用的药物都能影响其脑内的化学物质水平，进而影响儿童学习和身心发展水平。

三、脑科学研究成果

在儿童教育中的应用随着脑科学的进一步发展，其研究成果势必越来越多地被应用到相关学科研究中，但是由于脑的复杂性及研究工具的局限性，现在人们对脑的研究还处于初期阶段，因此有些研究成果还有待实践的反复检验，才能用于应用研究上。DorisBergen等也指出，“虽说有关认知、社会情感及生理发育的心理研究及教育研究在过去的10～15年间有了较大的发展，但现有的大脑研究成果尚未与之建立系统的联系”，[5]前言因此我们应该慎重有效地运用脑科学的研究成果。

（一）教育者的因材施教和儿童的全面发展在教育过程中，我们一贯主张的是因材施教，全面发展。儿童的身心发展与其生长的环境和所接受的教育是密切相关的。而在实际的教育过程中，要做到两者兼顾是非常困难的。研究发现，真正开始于8、9岁直到青少年后期才停止的大脑生长的主要活动是突触修剪。[5]P61前面提到，突触的生长遵循“用尽废退”的原理，缺乏外在刺激的突触可能会消亡。在这一过程中，较少使用的突触被去除而经常使用的突触得以保留，导致兴趣的广泛性有所降低，更多地集中在某些特定技能上（例如一种体育运动、一个爱好），同时放弃其他领域的努力（例如数学、歌唱）。教育者应该帮助8－14岁的儿童纠正一种常见的不成熟的思维，即某些领域“不是他们的专长”。例如，当突触修剪真正开始时，摒弃其他活动而高度集中在某项特定运动上（例如足球）是否有益处尚无定论。[5]P68因此，在教育中，并不能因为教育者头脑中固守的因材施教的观念而认为儿童只能在某一项或某一方面有天赋，使一些儿童身心得不到全面发展，扼杀他们发展的机会，所以教育者不要自作主张去帮助儿童“修剪”他们的突触。

（二）对“基于脑的教育”的思考“基于脑的教育”是一种教育模式，它产生于20世纪70年代末，并于90年代中期至21世纪初期达到顶峰。理论研究中著名的研究者有哈特(LeslieA.Hart)、杰森(EricJensen)、凯因夫妇(RenateandGeoffreyCaine)等人。他们认为，基于脑的教育是一种基于人脑的结构与功能的教育理论。脑是学习的器官，学校是脑学习的场所，只有了解脑的学习规律，才能开发出适于脑的课程，向学生提供符合脑加工规律的学习机会，设计适于脑的教学环境。[6]这种模式以脑科学、进化心理学等为理论基础，具有一定的先进性，克服了传统教育模式的弊端。但同时也将一些陈旧的脑科学研究成果引入教育。如PaulMaclean提出的三位一体的脑模型在脑科学领域并没有被普遍接受，但是却成为基于脑的教育的理论基础。基于脑的教育在脑结构研究成果的基础上直接推论出学生的学习行为未免过于武断，另外在对脑科学研究成果不恰当解释的基础上提出了一些课堂教学建议。正如DorisBergen等在其《BrainResearchandChildhoodEdu-cationImplicationsforEducators》一书的前言中提到的“有的作者（例如：Bruer,1999；Puckett,Mar-shall&Davis,1999）提醒教育者，有些对大脑研究成果的解释超出了其本意，他们强烈建议，在没有足够关于大脑和教育之关系的研究之前，对这种‘基于大脑研究’课程的时髦之风加以抵制。”

（三）对脑的关键期的思考当今教育中比较流行关键期的说法，所以人们都比较重视关键期的教育。研究表明，3～4月至13月为简单感觉运动发育关键期，6个月以内是人的视觉发育关键期，0～2岁是感觉—运动功能和简单语言能力发育关键期，0～5岁是语言发育关键期。[7]而这些关键期显然都与大脑的发育有密切的关系。但是，大脑的可塑性使大脑发展和神经发育中存在着短暂的关键期的理论变得不大可能。研究者通过对明尼苏达曼卡托市（Mankato）的修女们调查发现，修女们的寿命远比普通人长。而一直以来，这些修女都在参与一项研究，即考察在工作和日常生活中保持积极的心理和身体状态的作用，研究人员将她们的长寿归结为积极生活方式的作用。她们总是不断地刺激和锻炼着自己的脑。另外一些研究比较了疗养院里的人和等待录取的人的智商，发现前者智商明显偏低。通常情况下，人们在疗养院里呆上6个月，智商就会出现可测量的下降。[2]P15这告诉我们，任何阶段的脑刺激都很重要，作为教育者，对于某些在关键期内没有发展某项能力的儿童，我们也不能对他们轻言放弃。