張軍鳳

我們怎樣學(xué)習(xí)：神經(jīng)科學(xué)的視角

張軍鳳

對于神經(jīng)科學(xué)而言，人就是腦。學(xué)習(xí)的內(nèi)部機(jī)制是信息的腦加工過程引起腦內(nèi)結(jié)構(gòu)的改變。我們的心智是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，學(xué)習(xí)即網(wǎng)絡(luò)的形成，知識以網(wǎng)絡(luò)的形式儲(chǔ)存于我們的頭腦中。腦的發(fā)育和成熟及環(huán)境對腦的影響是我們實(shí)現(xiàn)有效學(xué)習(xí)的根本保障。學(xué)習(xí)的個(gè)體差異性從根本上源于腦的個(gè)體差異性。

學(xué)習(xí)；神經(jīng)科學(xué)；腦

農(nóng)業(yè)革命、工業(yè)革命、信息革命給人類社會(huì)帶來了革新式的變化，技術(shù)改變了我們的生活，我們也一次又一次地對一個(gè)嶄新的世界翹首以盼。有人說，我們即將迎來第四次革命，即由神經(jīng)科技引起的革命。隨著神經(jīng)科學(xué)的蓬勃發(fā)展，我們對人體的一個(gè)重要器官——腦有了更為精確的認(rèn)知。利用神經(jīng)科學(xué)的研究成果，采用神經(jīng)科學(xué)的方法對學(xué)習(xí)進(jìn)行研究，既搭起了學(xué)習(xí)科學(xué)與腦科學(xué)的橋梁，也為我們的教學(xué)實(shí)踐提供了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)理論。

一、學(xué)習(xí)的內(nèi)部機(jī)制：信息的腦加工過程引起腦內(nèi)結(jié)構(gòu)的改變

對于神經(jīng)科學(xué)而言，人就是腦。假如A的腦被移植到了B的身體里面，神經(jīng)科學(xué)家不認(rèn)為是B得到了一個(gè)新的腦，而是認(rèn)為A得到了一個(gè)新的身體。神經(jīng)科學(xué)家會(huì)把學(xué)習(xí)看作是腦在學(xué)習(xí)，在他們看來，學(xué)習(xí)就是信息的腦加工過程，包括腦對信息的感知、處理和整合，在這個(gè)過程中會(huì)伴隨發(fā)生腦內(nèi)結(jié)構(gòu)的改變。

腦是由大量神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞組成的，它們構(gòu)成了腦的基本單位。胎兒期是腦發(fā)育最快的時(shí)候，在這個(gè)時(shí)候，腦每分鐘產(chǎn)生大約250000個(gè)神經(jīng)元。到嬰兒出生的時(shí)候，腦已經(jīng)包含了一生之中的大部分神經(jīng)細(xì)胞，有150～320億個(gè)。成人的腦中包含大約1000億個(gè)神經(jīng)元以及10倍于它的膠質(zhì)細(xì)胞。神經(jīng)元之間相互連接，每個(gè)神經(jīng)元通常會(huì)與幾千個(gè)神經(jīng)元相連。神經(jīng)元之間時(shí)而建立連接并得到加強(qiáng)，時(shí)而連接變?nèi)醪⒆罱K消失。腦的學(xué)習(xí)能力不僅受神經(jīng)元的數(shù)量影響，也受神經(jīng)聯(lián)結(jié)的強(qiáng)度及依此形成的相應(yīng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的影響。“腦物理結(jié)構(gòu)的改變是通過強(qiáng)化、減弱和消除原有神經(jīng)聯(lián)結(jié)，產(chǎn)生新的神經(jīng)聯(lián)結(jié)實(shí)現(xiàn)的。結(jié)構(gòu)改變的程度取決于學(xué)習(xí)的類型：學(xué)習(xí)時(shí)間越長，結(jié)構(gòu)改變越顯著”。［1］（34）

神經(jīng)科學(xué)家認(rèn)為學(xué)習(xí)是腦對刺激產(chǎn)生的反應(yīng)。的確，我們的腦會(huì)隨著我們的經(jīng)驗(yàn)而改變，這是學(xué)習(xí)發(fā)生的基本機(jī)制。這里的經(jīng)驗(yàn)主要指的非基因因素，在大多數(shù)情況下指的是環(huán)境。我們把腦適應(yīng)環(huán)境要求的能力稱為可塑性。腦能夠?qū)W習(xí)是因?yàn)槠渚哂锌伤苄??？伤苄缘哪X生理機(jī)制在于，經(jīng)驗(yàn)塑造了神經(jīng)元的連接，連接一旦形成，就將接受功能測試，此后或者不斷得到強(qiáng)化，或者被不可逆轉(zhuǎn)地刪除。神經(jīng)聯(lián)結(jié)的增加或減少說明了腦的可塑性的提升或下降。通常意義上，可塑性可分為兩種：一種是經(jīng)驗(yàn)期待型，指的是遺傳傾向所引起的腦結(jié)構(gòu)改變，發(fā)生于我們?nèi)说妮^早時(shí)期，例如，有研究證實(shí)嬰兒在一個(gè)月大的時(shí)候就能注意到周圍物體的數(shù)量，等到稍大一些的時(shí)候他們就能進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算。經(jīng)驗(yàn)期待型可塑性啟發(fā)我們：教育不是始于一塊“白板”，而是建立在嬰兒對內(nèi)部以及外部環(huán)境的先天知識的基礎(chǔ)之上，這是因?yàn)閶雰旱哪X天生就被賦予了一個(gè)龐大的讓人難以置信的信息寶庫。另一種是經(jīng)驗(yàn)依賴型可塑性，指面對復(fù)雜環(huán)境時(shí)發(fā)生的腦結(jié)構(gòu)的改變，它在一生之中都能發(fā)生。例如，如果讓被試練習(xí)某種特定視覺特征的識別，經(jīng)過一段時(shí)間，他們在這一特定知覺任務(wù)上的成績會(huì)得到提高，這種能力的提高依賴于視覺皮層神經(jīng)元反應(yīng)屬性的改變。經(jīng)驗(yàn)依賴型可塑性啟發(fā)我們：每個(gè)人都有學(xué)習(xí)的潛能，都有終身學(xué)習(xí)的能力，只不過在人的不同階段的學(xué)習(xí)方式可能不同。

二、我們怎樣學(xué)習(xí)：心智的神經(jīng)科學(xué)隱喻

不管我們以何種理論來定義學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)必然體現(xiàn)為一個(gè)過程，在這個(gè)過程中，我們在觀念、思想、潛能乃至行為上有了新的收獲，或者說發(fā)生了改變?！袄碚摼褪且惶子糜诮忉尙F(xiàn)象的科學(xué)原理”。［2］各種學(xué)習(xí)理論都企圖對學(xué)習(xí)過程作出權(quán)威、合理的解釋，以形象地讓我們知曉我們的心智是如何進(jìn)行學(xué)習(xí)的。

行為主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為我們的心智是一個(gè)黑箱。該理論認(rèn)為我們沒有必要用思想、情感之類的內(nèi)部事件來解釋學(xué)習(xí)，雖然這些內(nèi)部事件是客觀存在的，但是我們不能完全知道真正發(fā)生了什么。我們關(guān)注行為，根據(jù)環(huán)境中的事件即可觀察的思想和認(rèn)知的表現(xiàn)來說明學(xué)習(xí)過程。社會(huì)認(rèn)知學(xué)習(xí)理論主張把我們的心智看作一臺錄像機(jī)。我們的學(xué)習(xí)發(fā)生在社會(huì)環(huán)境中，我們通過對他人的觀察、模仿進(jìn)行學(xué)習(xí)。知識成為一種符號表征，引領(lǐng)我們從事各種活動(dòng)。信息加工理論認(rèn)為我們的心智看起來更像是一臺計(jì)算機(jī)。我們接受從環(huán)境中輸入的信息，對其進(jìn)行編碼，并在短時(shí)記憶中對它們進(jìn)行處理，再把它們保存到長時(shí)記憶中，在需要的時(shí)候提取出來。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為我們的心智建構(gòu)我們自己的知識。我們并不自動(dòng)獲得知識，而是通過主動(dòng)接受環(huán)境的影響，并根據(jù)我們自己的理解而主動(dòng)建構(gòu)形成個(gè)體化的知識。

神經(jīng)科學(xué)與上述學(xué)習(xí)理論不同，認(rèn)為我們的心智是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在我們剛剛來到這個(gè)世界的時(shí)候，我們腦內(nèi)的神經(jīng)元就建立起了聯(lián)系，組成了廣泛的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，形成了對外界環(huán)境的先天應(yīng)答機(jī)制，這為我們的學(xué)習(xí)做好了準(zhǔn)備。之后，隨著我們與環(huán)境的互動(dòng)增強(qiáng)，所積累的經(jīng)驗(yàn)不斷豐富，我們會(huì)動(dòng)態(tài)地?cái)U(kuò)張、重塑、修飾、調(diào)整網(wǎng)絡(luò)來反映新環(huán)境和新信息。學(xué)習(xí)即網(wǎng)絡(luò)的形成，知識以網(wǎng)絡(luò)的形式儲(chǔ)存于我們的頭腦中。在整個(gè)的網(wǎng)絡(luò)形成過程中，那些新的知識和常常被使用的知識在網(wǎng)絡(luò)中是活躍和穩(wěn)定的，而那些舊的知識和很少被使用的知識在網(wǎng)絡(luò)中逐漸顯得松散進(jìn)而被清除出去。通過這種機(jī)制，腦不斷適應(yīng)環(huán)境，發(fā)展出最佳的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。

三、實(shí)現(xiàn)有效學(xué)習(xí)：促進(jìn)腦的發(fā)育和成熟

毋庸置疑，我們的學(xué)習(xí)能力取決于我們的腦。腦具有強(qiáng)大的功能。腦由不同的腦區(qū)構(gòu)成，一方面，不同的腦區(qū)高度分化，司職不同的功能；另一方面，每一種功能的實(shí)現(xiàn)都與一個(gè)由多個(gè)腦區(qū)形成的網(wǎng)絡(luò)相關(guān)，而同一個(gè)腦區(qū)又能參與到多個(gè)類似的網(wǎng)絡(luò)中。腦區(qū)之間相互保持協(xié)作，同一腦區(qū)及不同腦區(qū)之間由大量神經(jīng)元相互聯(lián)系，構(gòu)成復(fù)雜的神經(jīng)回路。當(dāng)一個(gè)較為復(fù)雜的學(xué)習(xí)活動(dòng)，例如它涉及認(rèn)知、技能等多種學(xué)習(xí)內(nèi)容時(shí)，若要完成此項(xiàng)活動(dòng)，就需要多個(gè)腦區(qū)相互作用、協(xié)同工作才能實(shí)現(xiàn)，此時(shí)我們的腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就開始活躍起來，專注于學(xué)習(xí)活動(dòng)了。

我們的學(xué)習(xí)是一項(xiàng)系統(tǒng)性任務(wù)，往往需要腦內(nèi)多個(gè)功能區(qū)的協(xié)調(diào)工作，這可能與我們對于腦的認(rèn)識的“常識”不相符合。傳統(tǒng)上我們把腦分成左右兩個(gè)半球，并且認(rèn)為每個(gè)半球都更擅長于某些獨(dú)特的功能，例如左腦被認(rèn)為擅長于理性思維、分析與語言，適合處理與語言、代數(shù)、數(shù)學(xué)問題解決、邏輯運(yùn)算有關(guān)的任務(wù)，右腦被認(rèn)為擅長于直覺的、情緒的、創(chuàng)造性的、非語言思維，適合從事藝術(shù)與創(chuàng)造類的任務(wù)。根據(jù)最近的研究成果，科學(xué)家們認(rèn)為，沒有足夠的科學(xué)證據(jù)可以表明人的創(chuàng)造性水平與腦的右半球活動(dòng)之間存在著相關(guān)性?！半m然腦的兩個(gè)半球的功能存在著不對稱性，但是并不是分開來運(yùn)行的，而是共同完成所有的認(rèn)知任務(wù)。作為一個(gè)高度整合的系統(tǒng)，大腦單獨(dú)的腦區(qū)很少獨(dú)立工作”。［1］（121）這啟發(fā)我們在教育上根據(jù)腦優(yōu)勢半球?qū)W(xué)生進(jìn)行認(rèn)知特點(diǎn)方面的分層或分類，可能是一個(gè)錯(cuò)誤。我們對學(xué)生實(shí)施文理分科教育，其理論和邏輯基礎(chǔ)就是一些人的腦適合于文科類的學(xué)習(xí)，即所謂的左腦思維較為發(fā)達(dá)，另一些人的腦更適合于進(jìn)行理科類的學(xué)習(xí)，即所謂的右腦思維較為發(fā)達(dá)，這種觀點(diǎn)缺乏科學(xué)依據(jù)。

腦的發(fā)育和成熟及環(huán)境對腦的影響是我們實(shí)現(xiàn)有效學(xué)習(xí)的根本保障。通常意義上，一個(gè)健康的腦比一個(gè)有腦功能損傷的腦能夠?qū)W到更多東西；有營養(yǎng)的腦能發(fā)育得更好；青少年的腦比成年人的腦具有更大的可塑性；豐富的視覺環(huán)境有助于腦的發(fā)育和成熟，進(jìn)而提升腦的學(xué)習(xí)能力；腦存在最佳學(xué)習(xí)期，稱之為敏感期，腦在這個(gè)時(shí)期對特定學(xué)習(xí)類型的效果是最好的。例如語言學(xué)習(xí)存在敏感期，嬰兒在最初10個(gè)月的特定語言經(jīng)驗(yàn)會(huì)使大腦對與該種語言有關(guān)的語音很敏感，語言學(xué)習(xí)越早，腦就能越有效地掌握這門語言的語法，同樣，口音的獲得也有敏感期；睡眠有助于腦皮層功能的恢復(fù)，限制睡眠、睡眠時(shí)間過短會(huì)影響人的認(rèn)知功能，最新的研究指出，睡眠剝奪和睡眠困難與學(xué)業(yè)成績不良相關(guān)，睡得越少成績越差。“從非臨床數(shù)據(jù)上來看，大概有20%～30%的兒童和青少年有睡眠困難”。［3］據(jù)英國倫敦大學(xué)一項(xiàng)針對1萬多名7歲兒童的研究發(fā)現(xiàn)，如果沒有相對固定的睡覺時(shí)間，或睡覺時(shí)間晚于21點(diǎn)，兒童在閱讀、算術(shù)等方面的成績會(huì)比較差；［4］處在和諧的社會(huì)氛圍之中，保持良好的人際交往，有助于提升腦的學(xué)習(xí)能力；擁有較高的“情緒智力”，即以合適方式運(yùn)用和控制自己情緒的能力，有利于促進(jìn)腦的發(fā)育和成熟，能夠?qū)ξ覀兊膶W(xué)習(xí)起到積極作用。

四、學(xué)習(xí)的個(gè)體差異性：遺傳和環(huán)境對腦的塑造

學(xué)習(xí)的個(gè)體差異性從根本上源于腦的個(gè)體差異性。首先，盡管所有的腦都具有相同的結(jié)構(gòu)，但每一個(gè)人的腦的遺傳基因組成都是不同的，而且腦的結(jié)構(gòu)、大小也各不相同，這是個(gè)體差異的基礎(chǔ)，這也從根本上決定了我們每個(gè)人都具有不同的能力和天賦。其次，在腦的基因構(gòu)成中始終存在著可改變的空間，這就為經(jīng)驗(yàn)和環(huán)境因素發(fā)揮作用提供了條件。經(jīng)驗(yàn)與環(huán)境因素和腦結(jié)構(gòu)之間表現(xiàn)為一種相互影響的關(guān)系。經(jīng)驗(yàn)與環(huán)境因素能夠引起腦結(jié)構(gòu)的改變，腦結(jié)構(gòu)反過來也會(huì)影響經(jīng)驗(yàn)和環(huán)境因素對腦的作用方式。此外學(xué)習(xí)的個(gè)體差異性還受到學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、社會(huì)交往、學(xué)習(xí)策略等方面的影響。總之，基因因素和經(jīng)驗(yàn)、環(huán)境因素共同完成了對腦的個(gè)性化塑造，造成了學(xué)習(xí)的個(gè)體差異。

在學(xué)校教育中，教師常常根據(jù)認(rèn)知風(fēng)格的分類把學(xué)生們分成若干類型的學(xué)習(xí)者。例如，可以把學(xué)習(xí)者分為聚合型和發(fā)散型、保守型和冒險(xiǎn)型、沖動(dòng)型和沉思型、邏輯型和直覺型、表象型和言語型、視覺、聽覺和運(yùn)動(dòng)知覺類型、分析型和非分析型、場依賴型和場獨(dú)立型，等等。以視覺/聽覺/運(yùn)動(dòng)知覺理論為例，該理論認(rèn)為，所有人都通過這三種感官獲取新信息，但是大多數(shù)人有一個(gè)最常用的感官。當(dāng)我們學(xué)習(xí)一個(gè)新的事物時(shí)，視覺型學(xué)習(xí)者喜歡看圖表，聽覺型學(xué)習(xí)者喜歡傾聽言語上的描述，運(yùn)動(dòng)知覺型學(xué)習(xí)者喜歡通過移動(dòng)自己的身體來學(xué)習(xí)。上述現(xiàn)象涉及學(xué)習(xí)個(gè)體差異性的一個(gè)重要問題，即學(xué)習(xí)風(fēng)格。我們每個(gè)人所具有的不同的認(rèn)知風(fēng)格是否決定了學(xué)習(xí)風(fēng)格的個(gè)體差異性。學(xué)習(xí)風(fēng)格指學(xué)習(xí)者傾向于思考和學(xué)習(xí)的方式。學(xué)習(xí)風(fēng)格作為一種理念提出，認(rèn)為“我們能夠以多種方式學(xué)習(xí)，但是對單個(gè)的學(xué)習(xí)者來說，存在某些特定的個(gè)體條件能夠促進(jìn)學(xué)習(xí)。沒有一種學(xué)習(xí)風(fēng)格比其他的更好，但是在每一個(gè)個(gè)案中有必要找到最為適合學(xué)習(xí)的方式”。［5］那么，每個(gè)人確實(shí)都有自己的學(xué)習(xí)風(fēng)格嗎？我們的回答寧愿是肯定的，即承認(rèn)它存在，但時(shí)至今日人們還沒有確切地找到它們，這其中一個(gè)重要原因在于認(rèn)知并不能代表學(xué)習(xí)的全部，除了認(rèn)知的因素之外，學(xué)習(xí)還受諸如動(dòng)機(jī)、情緒、意志等非智力因素的影響。緊接著一個(gè)問題是，如果我們肯定有學(xué)習(xí)風(fēng)格的存在，那么，教育應(yīng)該秉持什么態(tài)度？教育是要尋找和適應(yīng)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)風(fēng)格呢，還是培養(yǎng)學(xué)習(xí)者在遭遇或面對學(xué)習(xí)挑戰(zhàn)時(shí)自己作出改變？

此外，就男性和女性在學(xué)習(xí)上的性別差異來講，從生理層面上來說，雖然男性腦比女性腦更大，但是由于女孩子總體上比男孩子成熟得更快，這就意味著女孩子能夠比男孩子更早地學(xué)習(xí)很多東西；從腦的功能層面上來說，英國腦科學(xué)研究者西蒙·巴倫-科恩在他的著作《本質(zhì)差異》中，提出了這樣一個(gè)論點(diǎn)：女性大腦是壓倒性地在共情作用方面極為興奮的。男性大腦是壓倒性地在理解和構(gòu)建系統(tǒng)方面極為興奮的；從學(xué)校教育層面上來說，在學(xué)前和中小學(xué)教育中，一般來說，比起男性來，更多的女性在學(xué)校中工作，尤其是在幼兒園、小學(xué)和初中學(xué)校中，女性教師通常比男性教師更多，學(xué)校開始變得“女性化”，教師更為推崇順從、聽話的教育，學(xué)校教育可能更為呼應(yīng)女孩子而不是男孩子的需求，這就使得在學(xué)校中女孩子從整體上來講比男孩子更為優(yōu)秀，由此進(jìn)而也可能產(chǎn)生學(xué)校教育中的性別不平等問題。

［1］經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織，周加仙，等.理解腦——新的學(xué)習(xí)科學(xué)的誕生［M］.北京：教育科學(xué)出版社，2010.

［2］［美］戴爾·H·申克，韋小滿，等.學(xué)習(xí)理論［M］.南京：江蘇教育出版社，2003：3.

［3］［阿根廷］安東尼奧·M·巴特羅，［美］庫爾特·W.費(fèi)希爾，［法］皮埃爾·J·萊納，周加仙，等.受教育的腦——神經(jīng)教育學(xué)的誕生［M］.北京：教育科學(xué)出版社，2009：114.

［4］劉石磊.科普：睡眠習(xí)慣差影響兒童智力發(fā)育［EB/OL］.http:// news.xinhuanet.com/tech/2013-07/10/c_116478034.htm.

［5］［丹］克努茲·伊列雷斯，孫玫璐.我們?nèi)绾螌W(xué)習(xí):全視角學(xué)習(xí)理論［M］.北京：教育科學(xué)出版社，2010：198.

責(zé)任編輯：劉升芳

張軍鳳，天津市教育科學(xué)研究院副研究員，主要從事基礎(chǔ)教育改革發(fā)展研究（天津300191）。

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1671-2277-（2015）02-0012-03

天津市教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃青年專項(xiàng)課題“小學(xué)生數(shù)學(xué)有效學(xué)習(xí)方式研究”（課題批準(zhǔn)號：BEYP5004）