兒童青少年腦發育與基礎教學之思

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在規律。研究發現，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模式更加相似。張丹教授將腦電技術也應用到了高中課堂。高中課堂教學更為復雜，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學課課堂學習動態進行跟蹤，張丹教授發現學業相關的腦際耦合指標能夠體現學科差異：在數學課堂學習中，學生與班級平均的腦際耦合程度可以預測其數學學業表現;在語文課堂學習中，學生與優等生的腦際耦合程度可以預測其語文學業表現。張丹教授認為，數學的教學過程中，學生的思維活動比較集中。比如，講到數學運算時，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據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據分析的參考點。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，學生腦活動相應表現出的不同變化規律應該予以重視和考慮。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合，為學生的學科學習策略提供參考，也為構建認知神經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用還有多遠？教育有教育的規律，腦科學有腦科學的規律。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合的問題。教育本身如何與腦科學結合？教育為什么一定要與腦科學結合？兩千多年以來，人類歷史上出現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、農業以及教育等的發展過程。人們對腦的結構和功能的研究，從17世紀開始才逐漸系統化。而腦科學研究真正比較系統地觸及與人類高級認知活動相關的實際問題，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，以及使用多模態無創傷影像等技術開展的對人腦的研究，才真正推動了認知神經科學的發展。腦科學究竟怎樣參與到教育這個有兩千多年歷史的領域，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，應該可以起到推動教育實踐發展的作用。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教學本身的發展，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去了解腦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，學習的生物基礎是中樞神經系統的可塑性，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：兩者都是神經可塑性變化的過程。學習應對的是經驗如何改變大腦;記憶應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元，有非常復雜的神經網絡，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。

兒童青少年大腦發育時程

人類大腦有發育發展的過程，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，才能學習一些復雜的知識技能。此外，腦發育不是呈線性增長，會有一些特別的節點出現。新生兒大腦約有300g，三歲時長到約1100g，這時期兒童的語言發展非常快。兒童六歲以后腦的大小已經很接近成人（成人大腦大概有1350—1400g左右），此后雖然腦體積不再顯著增長，但各個腦區之間的聯系持續性地變得更加緊密。同時，兒童在這個階段的智力發展也有很大的飛躍。隨著發育過程的推移，個體大腦的灰質密度將逐漸減少。這個過程從大腦后部開始，如波浪般向大腦前部推進。大腦灰質密度的變化被認為是腦成熟的關鍵過程，神經元之間不使用和不需要的連接會逐漸被清除。在個體神經系統發育過程中，最先成熟的腦區是那些具有最基本功能的區域，即處理感覺和運動的腦區等。聯合皮層，比如與空間定位和很多高級功能有關的頂葉皮層，則成熟得較晚。最后成熟的聯合皮層腦區是前額葉皮層，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，分數和有理數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字的處理至關重要，如前所述，這些皮層區域的發育成熟較晚。從腦功能的角度看，這些皮層的晚熟，可能就是絕大多數兒童只能在年齡比較大一些時才能習得分數和有理數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。人類大腦的發育發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，理想的課程設置和教學，就應該遵循兒童腦發育的時程及其特點。

當代神經科學研究與教育實踐的距離

基礎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果目前尚不具備直接應用到教學實踐中去的條件。在商業廣告中，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。

在基礎教學實踐中，如何適當地運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科學規律，過重的學習任務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

腦科學研究的證據表明，腦發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，他們的智力發展超于常人。這些都是科學事實，人們應該客觀地承認這些差別。因材施教，所有學生都應該有機會接受與其個人能力需求相適應的教育。學校必須根據學生的不同學習能力提供差異化的指導，而不是對所有學生的指導“一刀切”。只有這樣，才能體現出真正的教育公平。學校應通過多種手段提供核心課程，包括靈活的分組、加速的內容、獨立的學習、分層作業、興趣中心、學習中心、學生強項的輔導、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，應該提供特殊課程和適當的學習環境激勵他們自由發展。有天賦的學生是不典型的學習者，他們需要在常規課程之外的特殊學習。隨著科學的進步，腦科學的發展，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腦科學和教育的發展而有所改變。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，推動基礎教學實踐的發展。