從腦科學看兒童成長與教育

堯德中

我不是專門做青少年教育的，但我對教育有很深的感情，我愿意從腦科學的角度來談談對兒童成長與教育的看法。

兒童腦發展

大家可能都清楚，兒童在孕期的后期發展是非常快的，這意味著在他出生前后的時間十分關鍵。動物的“印刻效應”就是一個關鍵期現象，在出生之后的一小段時間，它把運動的對象視為自己的目前母親。與此同時，我們可以看到早產會帶來長遠的影響。有研究顯示，早產兒大腦存在多區域的、長期的差異，且與認知能力相對較低相關。民間的很多說法往往背后反映了一些腦科學現象，比如“三歲看大，七歲看老”，實質上總結了腦發育兩個關鍵期的長遠影響。關鍵期總體的順序是從感知覺能力、運動語言能力，到高級認知功能，因此教育也應該把握不同能力發展的關鍵期，從而實現真正的因材施教。當然，關鍵期的兒童營養也很重要。有研究顯示，50年前的大饑荒，其對大腦發育的影響在50年后仍然十分明顯。此外，兒童的睡眠時間也是保障關鍵期獲得良好發展的基礎。

音樂的魅力

音樂是全世界的共同語言：最近Science（《科學》）刊發了 一篇文章，分析不同文化背景的音樂，研究發現音樂在民族之間的差異并不是那么大。為了說明音樂到底是民族性的還是世界性的，研究者讓美國嬰兒去聽其他國家的搖籃曲或者其他國家的非搖籃曲，發現聽其他國家的搖籃曲比聽非搖籃曲可以更好地降低心率、縮小瞳孔，說明嬰兒天生對搖籃曲有好感，也體現了音樂的世界性。

莫扎特效應。說到音樂的效應，大家可能就會想到莫扎特效應。在20世紀90年代，有人發現聽莫扎特音樂可以讓人的空間記憶能力增強，這個事情的影響非常大，據說美國喬治亞州的一位州長甚至為此建議給每一個新生的小孩都買一張古典音樂 CD。近年來，我們也對此進行了研究。讓兩組人分別聽莫扎特音樂和反向播放的莫扎特音樂，我們原來設想的是反播的音樂應該與不聽差不多，結果發現聽莫扎特音樂確實會增強空間記憶，但聽反向莫扎特音樂會降低空間記憶能力。因此，音樂不一定都是好的，也有可能有副作用。音樂教育的音樂素材選擇應該建立在先行的科學實驗之上，但目前這方面的實驗研究很少。我們進一步研究發現，莫扎特效應主要是其節奏的效應，因此應該叫莫扎特節奏效應，這也從另一個角度反映了音樂的世界性，我們聆聽外國音樂可能更多的是感受其節奏信息。

音樂訓練對學業的影響。對教育工作者來說，我們最關心的是音樂訓練對學生的學業到底有什么影響。國外一項研究發現，選修音樂科的學生，他的各科成績都比不修的好。為了確認這一結果的普遍性，我們前期也做過一項研究。我們找了一所小學，收集了該學校一個年級學生的所有學業成績和他接受音樂教育的信息，然后進行分析。結果發現，在大家最期待的數學和語文學科上沒有發現顯著的差異，但在外語學習上產生了一定的效果。其原因可能是，外語是一種新學習的語言，而母語語文能力在小學前的關鍵期就已經確定了，因此影響不大，說明音樂訓練可能有利于新的語言能力的獲得。

舞蹈的魅力

很多人聽到好的舞曲就想動起來，其中既有運動也有音樂，舞蹈會對我們產生什么影響？舞蹈能夠調動我們的感覺運動系統，促使相關的神經通路改變，舞蹈往往是一個群體活動，還會調動大腦中與情緒相關的一些網絡。因此，舞蹈一定會對大腦產生重要的影響。一項國外的研究發現，舞蹈家的神經系統中與感覺運動相關腦區的灰質體積、白質體積以及白質的各項異性都減少了，說明專業人士在實際運動方面需要調動的資源較少，或者說他的大腦在處理相關事項時更加高效。有研究顯示，舞蹈訓練增加海馬體積，從而可能對記憶等重要功能發揮促進作用。還有研究發現，舞蹈訓練可以增進創造力等。我們的研究則發現，舞蹈訓練可以增強共情能力。此外，有研究發現，即使不跳舞，觀賞舞蹈也有類似的效果，包括增強語意的理解，從而增強語言能力等。

AI的魅力

機器學習的演化。回顧一下AlphaGo的發展，它最初是向老師學習積累的棋譜（監督學習，類似現在的課堂教學），然后自己實踐練習（增強學習）。之后不久推出的AlphaGo Zero 直接取消了監督學習，很快打敗了之前的AlphaGo，這說明自我增強學習比監督學習做得更好。這意味著現行教育中的監督學習，不一定是最好的途徑。

AI對教育的幫助。首先是促進教育資源的公平。以前學習圍棋，我們要去找一位名師，一個好老師可能就決定了你的成績。現在已經有人研發出圍棋系統，你可以借此輕松獲得高段位棋手的指導，從而在一定程度上解決了圍棋愛好者的教育資源公平性問題。另一個是考試中主觀題的評價問題，其結果可能受閱卷老師的個體差異影響。比如音樂考試，一是缺乏大量的專業老師，二是不能避免專業老師之間的個體差異。對此，有研究者推出了基于語音和視頻分析的 AI評價系統，這有可能是促進相對公平的一個途徑。

總的來說，在兒童腦發展方面，我們認為必須更好地遵循關鍵期等生理心理發展規律。在音樂素養培養方面，我們既要看到它對音樂能力及其可能遷移的記憶和語言能力的正面影響，同時也要注意具體音樂的選擇，避免潛在的副作用。第三，舞蹈或許是促進大腦發展的一個更好的選擇。它既能鍛煉身體，但又不是簡單的運動替代，因為它還可能增進共情、記憶、創造等能力，甚至觀看舞蹈都有一定效果。最后，我們要了解和利用好人工智能，使之成為教育發展的重要幫手。