周永迪

腦科學(xué)研究推動(dòng)教育實(shí)踐

近期，清華大學(xué)張丹教授做了一些將腦科學(xué)技術(shù)運(yùn)用到課堂實(shí)踐的初步嘗試，以幫助老師、學(xué)生檢驗(yàn)學(xué)習(xí)情況。張教授對(duì)山東省一所小學(xué)三年級(jí)5個(gè)班級(jí)共35名學(xué)生進(jìn)行了腦電超掃描，記錄課堂教學(xué)中學(xué)生的腦活動(dòng)，并分析這些腦活動(dòng)中可能存在的一些內(nèi)在規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，成績(jī)好的學(xué)生能更好地跟隨教師的教學(xué)過(guò)程。與成績(jī)較差的學(xué)生相比，成績(jī)好的學(xué)生相互間的腦電響應(yīng)模式更加相似。張丹教授將腦電技術(shù)也應(yīng)用到了高中課堂。高中課堂教學(xué)更為復(fù)雜，科目不同時(shí)，學(xué)生的腦活動(dòng)可能隨之有差別。利用腦際耦合分析對(duì)語(yǔ)文課和數(shù)學(xué)課課堂學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)進(jìn)行跟蹤，張丹教授發(fā)現(xiàn)學(xué)業(yè)相關(guān)的腦際耦合指標(biāo)能夠體現(xiàn)學(xué)科差異：在數(shù)學(xué)課堂學(xué)習(xí)中，學(xué)生與班級(jí)平均的腦際耦合程度可以預(yù)測(cè)其數(shù)學(xué)學(xué)業(yè)表現(xiàn);在語(yǔ)文課堂學(xué)習(xí)中，學(xué)生與優(yōu)等生的腦際耦合程度可以預(yù)測(cè)其語(yǔ)文學(xué)業(yè)表現(xiàn)。張丹教授認(rèn)為，數(shù)學(xué)的教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生的思維活動(dòng)比較集中。比如，講到數(shù)學(xué)運(yùn)算時(shí)，所有學(xué)生的思維基本上都集中在一個(gè)興趣點(diǎn)上，班級(jí)整體的腦活動(dòng)趨于相似，因而班級(jí)平均腦活動(dòng)可以作為數(shù)據(jù)分析過(guò)程中的參考點(diǎn)。語(yǔ)文教學(xué)中，介紹一首古詩(shī)或者一篇文章時(shí)，學(xué)生并不一定會(huì)跟著老師的思維走，他們可能會(huì)有自己的理解和看法;而有的學(xué)生對(duì)文學(xué)有興趣，有的則沒(méi)有興趣，學(xué)生有較大的個(gè)體差異，因此語(yǔ)文課堂上學(xué)生思維是發(fā)散的，學(xué)生們的腦活動(dòng)模式差異顯著，班級(jí)平均腦活動(dòng)也就無(wú)法作為數(shù)據(jù)分析的參考點(diǎn)。該研究首次從腦際耦合視角揭示了課堂學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)的學(xué)科差異，提示在不同科目的課堂教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生腦活動(dòng)相應(yīng)表現(xiàn)出的不同變化規(guī)律應(yīng)該予以重視和考慮。張丹教授的研究接地氣，一步就跨到課堂教學(xué)中，將腦科學(xué)研究與教育研究直接結(jié)合，為學(xué)生的學(xué)科學(xué)習(xí)策略提供參考，也為構(gòu)建認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)視角的學(xué)科教學(xué)效果評(píng)價(jià)工具提供實(shí)證支持。

當(dāng)下，腦科學(xué)的研究成果距教育實(shí)踐應(yīng)用還有多遠(yuǎn)？教育有教育的規(guī)律，腦科學(xué)有腦科學(xué)的規(guī)律。一線老師常問(wèn)一個(gè)問(wèn)題，教育本身有兩千多年的歷史，腦科學(xué)研究的歷史只有幾百年甚至更短。實(shí)際上，也就近幾十年，研究者們才真正提出一些腦科學(xué)與教育相結(jié)合的問(wèn)題。教育本身如何與腦科學(xué)結(jié)合？教育為什么一定要與腦科學(xué)結(jié)合？?jī)汕Ф嗄暌詠?lái)，人類(lèi)歷史上出現(xiàn)了很多偉大的科學(xué)家、教育家。在這兩千多年中，腦科學(xué)并沒(méi)有作為一個(gè)重要的參與者加入人類(lèi)的科學(xué)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及教育等的發(fā)展過(guò)程。人們對(duì)腦的結(jié)構(gòu)和功能的研究，從17世紀(jì)開(kāi)始才逐漸系統(tǒng)化。而腦科學(xué)研究真正比較系統(tǒng)地觸及與人類(lèi)高級(jí)認(rèn)知活動(dòng)相關(guān)的實(shí)際問(wèn)題，也就不到一百年。近年來(lái)，通過(guò)對(duì)老鼠、猴子等多種實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的腦功能研究，以及使用多模態(tài)無(wú)創(chuàng)傷影像等技術(shù)開(kāi)展的對(duì)人腦的研究，才真正推動(dòng)了認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展。腦科學(xué)究竟怎樣參與到教育這個(gè)有兩千多年歷史的領(lǐng)域，這個(gè)問(wèn)題值得我們思考。無(wú)論怎么說(shuō)，近幾十年腦科學(xué)的一些研究成果及其基本概念，應(yīng)該可以起到推動(dòng)教育實(shí)踐發(fā)展的作用。如果走得更深一步，腦科學(xué)的一些研究成果真正深入課堂，深入每一位老師、每一位學(xué)生，腦科學(xué)將一定會(huì)推動(dòng)基礎(chǔ)教學(xué)本身的發(fā)展，會(huì)與課堂教學(xué)相輔相成。

大腦的可塑性

當(dāng)前，腦科學(xué)研究者常建議教育工作者們?nèi)チ私饽X科學(xué)的一些基本概念，將這些基本的腦知識(shí)融于教學(xué)實(shí)踐，這對(duì)教學(xué)實(shí)踐顯然是有幫助的。比如，學(xué)習(xí)的生物基礎(chǔ)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的可塑性，或?yàn)榇蟊娝Ｕf(shuō)的大腦可塑性，這就是腦科學(xué)最基本的概念。學(xué)習(xí)和記憶是同一件事的兩種思考方式：兩者都是神經(jīng)可塑性變化的過(guò)程。學(xué)習(xí)應(yīng)對(duì)的是經(jīng)驗(yàn)如何改變大腦;記憶應(yīng)對(duì)的是這些改變?cè)撊绾未鎯?chǔ)，以及將來(lái)如何重新激活。腦中有近千億個(gè)神經(jīng)元，有非常復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，大腦每時(shí)每刻都在變化，只不過(guò)年輕時(shí)可塑性強(qiáng)一些，年紀(jì)大了可塑性弱一些。教育工作者應(yīng)該知道大腦是可塑的，學(xué)習(xí)可以改變大腦，而這種可塑性改變就是學(xué)習(xí)的生物基礎(chǔ)。

兒童青少年大腦發(fā)育時(shí)程

人類(lèi)大腦有發(fā)育發(fā)展的過(guò)程，個(gè)體的大腦不是一出生就能全面完善地工作。腦的高級(jí)皮層發(fā)育有一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)程，個(gè)體的前額葉甚至直到30歲左右才基本發(fā)育完整。這就是為什么兒童必須到一定年齡以后，才能學(xué)習(xí)一些復(fù)雜的知識(shí)技能。此外，腦發(fā)育不是呈線性增長(zhǎng)，會(huì)有一些特別的節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)。新生兒大腦約有300g，三歲時(shí)長(zhǎng)到約1100g，這時(shí)期兒童的語(yǔ)言發(fā)展非?？?。兒童六歲以后腦的大小已經(jīng)很接近成人（成人大腦大概有1350—1400g左右），此后雖然腦體積不再顯著增長(zhǎng)，但各個(gè)腦區(qū)之間的聯(lián)系持續(xù)性地變得更加緊密。同時(shí)，兒童在這個(gè)階段的智力發(fā)展也有很大的飛躍。隨著發(fā)育過(guò)程的推移，個(gè)體大腦的灰質(zhì)密度將逐漸減少。這個(gè)過(guò)程從大腦后部開(kāi)始，如波浪般向大腦前部推進(jìn)。大腦灰質(zhì)密度的變化被認(rèn)為是腦成熟的關(guān)鍵過(guò)程，神經(jīng)元之間不使用和不需要的連接會(huì)逐漸被清除。在個(gè)體神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過(guò)程中，最先成熟的腦區(qū)是那些具有最基本功能的區(qū)域，即處理感覺(jué)和運(yùn)動(dòng)的腦區(qū)等。聯(lián)合皮層，比如與空間定位和很多高級(jí)功能有關(guān)的頂葉皮層，則成熟得較晚。最后成熟的聯(lián)合皮層腦區(qū)是前額葉皮層，一般認(rèn)為它具有更高級(jí)的功能，如整合來(lái)自感官和推理的信息。在兒童的教學(xué)中，分?jǐn)?shù)和有理數(shù)是小學(xué)生學(xué)習(xí)中眾所周知的難點(diǎn)。人類(lèi)大腦的頂葉和前額葉對(duì)數(shù)字的處理至關(guān)重要，如前所述，這些皮層區(qū)域的發(fā)育成熟較晚。從腦功能的角度看，這些皮層的晚熟，可能就是絕大多數(shù)兒童只能在年齡比較大一些時(shí)才能習(xí)得分?jǐn)?shù)和有理數(shù)概念的重要原因之一。腦科學(xué)研究的這些成果證實(shí)，對(duì)兒童的教育要循序漸進(jìn)。人類(lèi)大腦的發(fā)育發(fā)展是漸進(jìn)的這一概念，如果能為廣大教育工作者所了解和接受，相信在腦科學(xué)的研究成果支持下，他們的教學(xué)實(shí)踐會(huì)更為合理。比如，理想的課程設(shè)置和教學(xué)，就應(yīng)該遵循兒童腦發(fā)育的時(shí)程及其特點(diǎn)。

當(dāng)代神經(jīng)科學(xué)研究與教育實(shí)踐的距離

基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)踐與腦科學(xué)研究之間還有很長(zhǎng)的距離，腦科學(xué)的很多研究結(jié)果目前尚不具備直接應(yīng)用到教學(xué)實(shí)踐中去的條件。在商業(yè)廣告中，有些腦科學(xué)的研究成果會(huì)被無(wú)限夸大，其背后顯然有利益的驅(qū)動(dòng)。所以，腦科學(xué)既要深入一線教師的教學(xué)實(shí)踐，但也要防止它的研究成果和作用被夸大。

在基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)踐中，如何適當(dāng)?shù)剡\(yùn)用腦科學(xué)的一些基本概念，也是一個(gè)需要慎重考慮的問(wèn)題。比如，一線教學(xué)的老師一方面需要知道大腦具有可塑性，但另一方面，老師們也需要知道這種可塑性有其自己的神經(jīng)科學(xué)規(guī)律，過(guò)重的學(xué)習(xí)任務(wù)和長(zhǎng)期的壓力可能會(huì)造成孩子大腦的永久性損傷。一個(gè)孩子如果大腦及心理有了永久性損傷，將來(lái)他的一生發(fā)展和生活都會(huì)受到影響。所以，一線教師在實(shí)踐中要多方面考慮孩子的教育問(wèn)題，教學(xué)要循序漸進(jìn)。伴隨著教育者的教學(xué)活動(dòng)，兒童和青少年的大腦、心理、情緒都需要健康、陽(yáng)光的成長(zhǎng)。

因材施教

腦科學(xué)研究的證據(jù)表明，腦發(fā)育在個(gè)體之間有快慢之分，智力在個(gè)體之間也有差別;特別是有一些學(xué)生，他們的智力發(fā)展超于常人。這些都是科學(xué)事實(shí)，人們應(yīng)該客觀地承認(rèn)這些差別。因材施教，所有學(xué)生都應(yīng)該有機(jī)會(huì)接受與其個(gè)人能力需求相適應(yīng)的教育。學(xué)校必須根據(jù)學(xué)生的不同學(xué)習(xí)能力提供差異化的指導(dǎo)，而不是對(duì)所有學(xué)生的指導(dǎo)“一刀切”。只有這樣，才能體現(xiàn)出真正的教育公平。學(xué)校應(yīng)通過(guò)多種手段提供核心課程，包括靈活的分組、加速的內(nèi)容、獨(dú)立的學(xué)習(xí)、分層作業(yè)、興趣中心、學(xué)習(xí)中心、學(xué)生強(qiáng)項(xiàng)的輔導(dǎo)、進(jìn)階課程等。對(duì)那些具有極高水平的抽象思維、動(dòng)機(jī)、興趣、成就的學(xué)生，應(yīng)該提供特殊課程和適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)環(huán)境激勵(lì)他們自由發(fā)展。有天賦的學(xué)生是不典型的學(xué)習(xí)者，他們需要在常規(guī)課程之外的特殊學(xué)習(xí)。隨著科學(xué)的進(jìn)步，腦科學(xué)的發(fā)展，大眾能夠接受這些觀念，相信我們的教育體制機(jī)制亦會(huì)順應(yīng)腦科學(xué)和教育的發(fā)展而有所改變。腦科學(xué)工作者和教育工作者要一起合作，努力逐漸縮短基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)踐與腦科學(xué)研究之間的距離，使得一線老師能欣然接受腦科學(xué)的一些基本概念，推動(dòng)基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)踐的發(fā)展。