周永迪

腦科學研究推動教育實踐

近期，清華大學張丹教授做了一些將腦科學技術(shù)運用到課堂實踐的初步嘗試，以幫助老師、學生檢驗學習情況。張教授對山東省一所小學三年級5個班級共35名學生進行了腦電超掃描，記錄課堂教學中學生的腦活動，并分析這些腦活動中可能存在的一些內(nèi)在規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，成績好的學生能更好地跟隨教師的教學過程。與成績較差的學生相比，成績好的學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。高中課堂教學更為復(fù)雜，科目不同時，學生的腦活動可能隨之有差別。利用腦際耦合分析對語文課和數(shù)學課課堂學習動態(tài)進行跟蹤，張丹教授發(fā)現(xiàn)學業(yè)相關(guān)的腦際耦合指標能夠體現(xiàn)學科差異：在數(shù)學課堂學習中，學生與班級平均的腦際耦合程度可以預(yù)測其數(shù)學學業(yè)表現(xiàn);在語文課堂學習中，學生與優(yōu)等生的腦際耦合程度可以預(yù)測其語文學業(yè)表現(xiàn)。張丹教授認為，數(shù)學的教學過程中，學生的思維活動比較集中。比如，講到數(shù)學運算時，所有學生的思維基本上都集中在一個興趣點上，班級整體的腦活動趨于相似，因而班級平均腦活動可以作為數(shù)據(jù)分析過程中的參考點。語文教學中，介紹一首古詩或者一篇文章時，學生并不一定會跟著老師的思維走，他們可能會有自己的理解和看法;而有的學生對文學有興趣，有的則沒有興趣，學生有較大的個體差異，因此語文課堂上學生思維是發(fā)散的，學生們的腦活動模式差異顯著，班級平均腦活動也就無法作為數(shù)據(jù)分析的參考點。該研究首次從腦際耦合視角揭示了課堂學習動態(tài)的學科差異，提示在不同科目的課堂教學實踐中，學生腦活動相應(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中，將腦科學研究與教育研究直接結(jié)合，為學生的學科學習策略提供參考，也為構(gòu)建認知神經(jīng)科學視角的學科教學效果評價工具提供實證支持。

當下，腦科學的研究成果距教育實踐應(yīng)用還有多遠？教育有教育的規(guī)律，腦科學有腦科學的規(guī)律。一線老師常問一個問題，教育本身有兩千多年的歷史，腦科學研究的歷史只有幾百年甚至更短。實際上，也就近幾十年，研究者們才真正提出一些腦科學與教育相結(jié)合的問題。教育本身如何與腦科學結(jié)合？教育為什么一定要與腦科學結(jié)合？兩千多年以來，人類歷史上出現(xiàn)了很多偉大的科學家、教育家。在這兩千多年中，腦科學并沒有作為一個重要的參與者加入人類的科學、工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及教育等的發(fā)展過程。人們對腦的結(jié)構(gòu)和功能的研究，從17世紀開始才逐漸系統(tǒng)化。而腦科學研究真正比較系統(tǒng)地觸及與人類高級認知活動相關(guān)的實際問題，也就不到一百年。近年來，通過對老鼠、猴子等多種實驗動物的腦功能研究，以及使用多模態(tài)無創(chuàng)傷影像等技術(shù)開展的對人腦的研究，才真正推動了認知神經(jīng)科學的發(fā)展。腦科學究竟怎樣參與到教育這個有兩千多年歷史的領(lǐng)域，這個問題值得我們思考。無論怎么說，近幾十年腦科學的一些研究成果及其基本概念，應(yīng)該可以起到推動教育實踐發(fā)展的作用。如果走得更深一步，腦科學的一些研究成果真正深入課堂，深入每一位老師、每一位學生，腦科學將一定會推動基礎(chǔ)教學本身的發(fā)展，會與課堂教學相輔相成。

大腦的可塑性

當前，腦科學研究者常建議教育工作者們?nèi)チ私饽X科學的一些基本概念，將這些基本的腦知識融于教學實踐，這對教學實踐顯然是有幫助的。比如，學習的生物基礎(chǔ)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的可塑性，或為大眾所常說的大腦可塑性，這就是腦科學最基本的概念。學習和記憶是同一件事的兩種思考方式：兩者都是神經(jīng)可塑性變化的過程。學習應(yīng)對的是經(jīng)驗如何改變大腦;記憶應(yīng)對的是這些改變該如何存儲，以及將來如何重新激活。腦中有近千億個神經(jīng)元，有非常復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，大腦每時每刻都在變化，只不過年輕時可塑性強一些，年紀大了可塑性弱一些。教育工作者應(yīng)該知道大腦是可塑的，學習可以改變大腦，而這種可塑性改變就是學習的生物基礎(chǔ)。

兒童青少年大腦發(fā)育時程

人類大腦有發(fā)育發(fā)展的過程，個體的大腦不是一出生就能全面完善地工作。腦的高級皮層發(fā)育有一個較長的時程，個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，才能學習一些復(fù)雜的知識技能。此外，腦發(fā)育不是呈線性增長，會有一些特別的節(jié)點出現(xiàn)。新生兒大腦約有300g，三歲時長到約1100g，這時期兒童的語言發(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，但各個腦區(qū)之間的聯(lián)系持續(xù)性地變得更加緊密。同時，兒童在這個階段的智力發(fā)展也有很大的飛躍。隨著發(fā)育過程的推移，個體大腦的灰質(zhì)密度將逐漸減少。這個過程從大腦后部開始，如波浪般向大腦前部推進。大腦灰質(zhì)密度的變化被認為是腦成熟的關(guān)鍵過程，神經(jīng)元之間不使用和不需要的連接會逐漸被清除。在個體神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過程中，最先成熟的腦區(qū)是那些具有最基本功能的區(qū)域，即處理感覺和運動的腦區(qū)等。聯(lián)合皮層，比如與空間定位和很多高級功能有關(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，一般認為它具有更高級的功能，如整合來自感官和推理的信息。在兒童的教學中，分數(shù)和有理數(shù)是小學生學習中眾所周知的難點。人類大腦的頂葉和前額葉對數(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才能習得分數(shù)和有理數(shù)概念的重要原因之一。腦科學研究的這些成果證實，對兒童的教育要循序漸進。人類大腦的發(fā)育發(fā)展是漸進的這一概念，如果能為廣大教育工作者所了解和接受，相信在腦科學的研究成果支持下，他們的教學實踐會更為合理。比如，理想的課程設(shè)置和教學，就應(yīng)該遵循兒童腦發(fā)育的時程及其特點。

當代神經(jīng)科學研究與教育實踐的距離

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

在基礎(chǔ)教學實踐中，如何適當?shù)剡\用腦科學的一些基本概念，也是一個需要慎重考慮的問題。比如，一線教學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)科學規(guī)律，過重的學習任務(wù)和長期的壓力可能會造成孩子大腦的永久性損傷。一個孩子如果大腦及心理有了永久性損傷，將來他的一生發(fā)展和生活都會受到影響。所以，一線教師在實踐中要多方面考慮孩子的教育問題，教學要循序漸進。伴隨著教育者的教學活動，兒童和青少年的大腦、心理、情緒都需要健康、陽光的成長。

因材施教

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