腦科學視野下的兒童自然教育

楊元魁

編者按：2021年12月9日至10日，由《動漫界·幼教365》雜志編輯部、南京師大文創教育培訓中心共同主辦，今日童心樂生態教育研究中心、北京今日創新教育文化有限公司承辦的“2021年第三屆幼兒園自然生態教育學術研討會”成功舉辦。在全球疫情大環境下，本次會議邀請了國內外多名自然生態教育專家學者進行了線上研討，突破了場域局限，更好地滿足了一線教師在生態教育方面的學習需求，真正實現中國幼兒園生態教育的常態化、專業化、系統化。同時，本次會議繼續秉承第一屆和第二屆研討會的思路，將自然生態教育理念與實踐相融合，更加注重多元化、多領域的融合與共通，為生態教育的開展提供真正實操性的方案展示，深耕自然生態教育理念在中國幼兒園的落地，為園所引燈前行。本期“幼兒園自然生態教育學術研討會”專欄已征得與會專家的允許，將其會議報告采擷成文，以饗廣大幼教同人。

近幾年，自然教育受到了國內外熱烈追捧，無論是幼兒教師還是家長，都非常歡迎。關于自然教育的定義有很多，這里主要引用黃宇教授在《人民教育》雜志上的論述：自然教育是指教育者在自然環境中開展的有計劃、有目的、有組織的體驗活動，使受教育者獲得直接經驗，習得知識和能力，完善心智和品行。自然教育有三個特征：第一，教育活動的開展是在戶外，強調真實的體驗，親近自然，在自然中獲得啟發;第二，教育的內容是關于自然界中的事物、現象及過程的學習和認知，以自然界中的實物為教學素材;第三，教育活動的目的是認識自然、了解自然，最終達到與自然和諧共處。自然教育的關鍵是要為學習者提供一種較少人工干預和影響的學習環境，使之在其中“浸潤”和發展，從而獲得身體、心靈、知識、技能、品德等方面發展。由此可見，自然教育并不僅僅是把孩子放進大自然，還要有一定的教育滲透。

一、與腦有關的問題：神經“神話”

日常生活中有許多與腦有關的神經“神話”。之所以稱之為神經“神話”，是因為這些說法都是錯誤的，是偽科學。

（一）左右腦職責不同

提到腦科學，很多人首先想到的就是左腦開發、右腦開發、全腦開發。從解剖結構上來說，人腦確實有左半腦和右半腦之分。但左半腦真的負責理性、邏輯推理等抽象思維，右半腦負責感性、藝術空間等形象思維嗎？其實不是。人在做任何一件事情的時候都需要左半腦和右半腦高度協同工作，而不是某一個半腦就能完全決定某一項能力發展。即使在人類發展史上有關大腦偏側化的一系列研究，也從未得出哪一種能力完全是哪個半腦所決定的等結論。所以，市面上許多左腦教育、右腦教育、全腦教育等其實都是偽科學。

（二）只開發了10%的腦

很多人都聽說過這樣一個說法：絕大多數人的大腦只開發了10%。這一觀點也是錯誤的。我們每個人從出生到死亡都在100%地用腦。研究表明：人腦在工作時有兩個非常重要的原則，即高效節能原則、用進廢退原則。其中，高效節能原則是人腦工作的首要原則。人腦的高效性體現在很多方面。例如，孩子剛出生時不會說話，只用了短短兩年的時間就能學會聽、說這一復雜的語言功能，甚至能跟成人頂嘴，語言能力得到了高速發展。可見，人腦的工作是非常高效的。研究表明：人腦每天要消耗掉人體所獲取氧氣和養分的25%，算是一個“超級耗能大戶”了。所以，人腦在保持高效的同時還要注意節能，盡量減少能量消耗。此外，人腦為了節能會變得不怎么愛干活。所以，我們在教育幼兒時要盡可能地讓孩子處在一個相對放松的狀態，保持身心放松，獲得愉悅感，而自然教育是非常符合幼兒身心發展規律的一種教育方式。人腦工作還有一個非常重要的原則，叫作用進廢退原則。這一點不僅體現在長期的生物進化過程中，還體現在人的一生當中。如果人真的有90%的大腦還沒用的話，那么長期的生物進化早就將其消磨掉了，根本不會讓這個“耗能大戶”留這么久。另外，一個人如果只知道吃喝拉撒睡，不愿意動腦子進行深度思維的話，人腦就會出現功能衰退，即老年癡呆會來得快一些。因此，要想促進孩子的腦發育，每天就要讓孩子進行一定的深度思維，如在學校學習各種知識或在大自然中進行科學探索，等等。

（三）腦袋大的人更聰明

我們在生活中常常聽到這樣一句話：腦袋大的人更聰明。其實，腦袋大跟聰明沒有任何關系。有的人之所以腦袋大，是因為頭骨比正常人要厚2～3毫米，如此整個腦袋就會大一圈。還有的人額頭看上去比較大，其實是一種視覺效果，原因主要有兩個，一是發際線比較高，二是小時候將頭腦兩邊睡扁了。

（四）學習風格

生活中還有一個說法，就是孩子的學習有所謂的學習風格。例如，有的孩子更喜歡閱讀書本、看電視或圖片，這些孩子的學習就是視覺型;有的孩子更喜歡聽別人講故事，但是不愿意看，這些孩子的學習就是聽覺型;還有的孩子更喜歡動手操作，在實踐中去學習，這些孩子的學習就是動覺型;等等。因此，有的人認為，自然教育更適合動覺型的孩子學習。其實，孩子本身并沒有所謂的學習風格。孩子的學習都是需要在學習過程中綜合利用各種感知覺信息，才能促進自身良好發展，所以我們不太建議根據所謂的學習風格去培養孩子。首先，這些學習風格的評估方法本身就不科學，再根據這些不科學的方法去評估孩子的學習風格、設計專門的教案或教學活動，都沒有意義。我們應該考慮如何通過活動引發幼兒的興趣和好奇心，這才是每個人真正學習的內驅力，也就是學習動機。在此基礎上，成人再把孩子放到自然中，自然環境的多樣性以及材料的豐富性都會激發孩子的好奇心和興趣，促使其長期保持注意力。

（五）莫扎特效應

“莫扎特效應”就是指給孩子聽一聽音樂，尤其是古典音樂，能夠提升孩子的學習和記憶能力。腦科學和心理學層面大量研究表明：“莫扎特效應”根本就不存在。我們之所以能夠觀察到“莫扎特效應”對孩子的學習和記憶有短時間的提升，主要是因為音樂能夠改善人的情緒，對情緒的調節有很大幫助，間接地在短時間內提升人的學習和記憶能力。所以，音樂本身并不能直接提升幼兒的學習和記憶能力，而是有著間接的效應。要想讓音樂能夠真正促進幼兒的學習和記憶，尤其是語言學習，光聽音樂還不夠，還必須學音樂。因為音樂本身也是一種語言，音樂和語言在腦里面的功能網絡有很大一部分是相互重疊的。不管是腦科學還是心理學研究都發現：學習音樂對孩子語言能力發展有著非常大的促進作用。

（六）皮紋測試

皮紋測試，即通過測試孩子的指紋和掌紋，就能知道孩子的大腦發育、皮質層狀態和灰層的分布情況，進而判斷出孩子的“最優發展方向”，了解孩子的發展潛能。研究表明：我們的指紋和掌紋跟腦溝和腦回之間沒有任何關系，并不能反映腦的結構。即使我們清楚人腦的結構，但結構并不等于功能。所以，這一說法也屬于偽科學。

（七）敏感期

腦科學和心理學領域關于敏感期的研究發現，以前人們所理解的幼兒某一能力發展敏感期，有的偏晚了，有的則根本不存在。孩子只有在最基本的感知覺和動作以及情緒能力、語言能力等方面有著比較明確的敏感期，其他能力沒有敏感期。就拿語言來說，孩子的語言敏感期在2～3歲。這是我們在生活中能夠直接觀察到的現象。孩子到2～3歲的時候，語言和詞匯量突飛猛進，所以人們自然認為這一時期是孩子語言能力發展的敏感期。可是，孩子的詞匯量為什么會在這一時期突飛猛進呢？回溯孩子整個語言學習和發展的縱向過程，我們發現：真正的敏感期其實更早。腦科學和心理學研究發現：一歲之前是孩子辨別各種因素之間細微差別的一個非常重要的階段，這個時候孩子會發展出比較好的音素意識，即語感。如果音素意識發展得好，就會對孩子今后的聽說讀寫產生促進作用;反之則會阻礙孩子的語言發展。

二、腦科學視野下開展自然教育的必要性

（一）促進幼兒身心健康成長

孩子在大自然中活動時，往往會接受更多的陽光照射，從而幫助體內合成維生素D3，促進鈣質吸收。人們在戶外環境中曬太陽的時候，腦內還會分泌一種神經遞質——血清素。血清素也是一種快樂分子。當我們心情不好的時候，到大自然中走一走、看一看，在陽光的沐浴之下，聽著樹葉的沙沙聲和蟲鳴鳥叫聲，就能放松心情。另外，大自然中還有很多白噪聲、粉紅噪聲，這兩種聲音能夠使我們的大腦放松下來。從心理健康角度來說，即使孩子什么也不做，就在大自然中走一走，都能改善情緒。這與人腦的工作狀態有著非常大的關系。在人的一生中，由于腦發育不平衡，有些腦區先發育，有些腦區后發育，每個人的能力發展也是不平衡的。對于孩子來說，最重要的就是運動和感知覺。所以，要想發展孩子的運動和感知覺，促進孩子的腦發育，僅僅依靠家庭這一狹小的空間是遠遠不夠的，還需要讓孩子在大自然中自由地奔跑、跳躍。

（二）促進幼兒學習與發展

孩子的發展和學習有兩個非常重要的基石，一個叫作情緒能力，也就是情商;另一個叫作執行能力，就是我們做任何一件事情所涉及的所有能力的集合。對于幼兒來說，執行能力是他們能否做好入學準備的核心。如果孩子執行能力的發展水平跟不上，那就意味著孩子的腦發育，尤其是額葉發育，相對來說較為滯后。這就使得很多孩子在進入小學以后，特別是在小學低年級階段，往往狀況頻出。我們在生活當中經常所說的學習力、注意力、記憶力、專注力、控制力、執行力等，都可以放到廣義的執行功能范疇中。執行功能大體可以分為兩種：冷執行功能、熱執行功能。二者的區別就是我們做某一件事的時候有沒有情緒，有沒有獎賞的參與。例如，“棉花糖實驗”是評估孩子延遲滿足能力的一個實驗范式，就是評估孩子的熱執行功能。因為孩子在參與“棉花糖實驗”的時候是有獎勵的，涉及情感和動機，所以叫作熱執行功能。對于孩子的學習來說，冷執行功能的作用非常重要。冷執行功能有三個核心成分：抑制控制、工作記憶、認知靈活性。研究發現：開展自然教育對孩子執行功能的發展，尤其是抑制控制能力，有著巨大的促進作用。在自然教育過程中，成人不能把孩子放到大自然當中讓他自由地玩耍，還必須有目的、有計劃地開展游戲活動，從而起到良好的教育作用。

三、人腦的工作原理及過程

（一）人腦的基本特征和結構

腦是人類最重要的器官。人之所以獨特，就是因為有獨特的大腦。人腦有一系列基本特征：第一，人腦里面有860億個神經細胞，另外還有8～10倍數量的神經膠質細胞，重約1400克，所以人腦還有另一個說法叫作“三磅重”;第二，大腦皮層厚度為2～3毫米，總面積約2200平方厘米;第三，神經細胞每天要死亡約10萬個，越不用腦，腦細胞死亡得越快、越多;第四，人腦雖占人體體重的2%，但耗氧量達全身耗氧量的25%，血流量占心臟輸出血量的15%，一天內流經大腦的血液約2000升;等等。

人腦里面神經系統最基本的結構單元叫作神經細胞，也稱為神經元。每一個神經元都是由三個部分構成的，分別是樹突、細胞體、軸突。其中，樹突是用來接收信號的，細胞體是用來加工信號的，軸突是用來傳輸信號的。在神經元與神經元之間，或是神經元與非神經細胞之間，有一個特殊的細胞連接——突觸。突觸是神經元之間進行聯系和生理活動的關鍵結構。突觸中間有一條縫隙叫作突觸間隙，其中會生成很多連接蛋白，這些連接蛋白在結構上主要是為了將神經細胞連接在一起，但在功能上主要與記憶有關。人們學習的知識、經驗和技能，其實都是存儲在記憶蛋白中的。

腦里面的神經遞質有很多種，如多巴胺、血清素、內啡肽、催產素等。其中，多巴胺又被稱為成癮分子，血清素又被稱為快樂分子，內啡肽又被稱為腦內嗎啡，催產素又被稱為愛的激素、社交激素。關于神經遞質的研究發現：當孩子身處大自然中的時候，腦內的多巴胺、血清素、內啡肽、催產素等都會高度分泌，所以大自然對孩子的情緒狀態及腦內結構和功能發展都非常有利。

（二）人腦的學習過程

學習的目的是最后形成記憶，自然教育也不例外。我們經常理解的知識，在心理學層面又被稱為陳述性知識，而知識記憶還有另一種說法，叫作非陳述性記憶，如動作記憶、情緒記憶等。幼兒在大自然中學習和活動的時候，能夠潛移默化地形成比較好的情緒記憶。如果我們讓孩子去死記硬背某項知識，效果并不好;但如果我們讓孩子在戶外環境中學習知識或技能經驗，孩子往往會學得比較快，記得也比較牢。這是因為孩子在學習的過程中通過身體感受形成了積極的情緒體驗，這是一種具身認知或具身學習，能夠幫助幼兒取得事半功倍的學習效果。

對于某項知識，如果孩子只學習了一遍，之后一段時間內沒有再接觸，那么孩子的大腦很可能會認為這是一次性的過程，并很快啟動一個過程，叫作神經解除。神經解除是突觸的一個修剪和優化過程，就是我們通常所說的遺忘。腦里面突觸的密度變化是非常快的，尤其是在0～6歲期間，突觸以生成為主、剪除為輔，所以孩子在這一時期的學習能力是非常強的。到了六七歲以后，每個孩子的大腦都會用半年到一年的時間把原來死記硬背的知識刪掉，這就是遺忘。因為長期的生物進化認為，孩子到了六七歲以后要學習更復雜的知識，這個時候大腦就會主動做一次清理和優化，從而導致孩子忘掉很多以前死記硬背的知識。其實，人腦里面的突觸是一個邊生成邊剪除的過程，只不過在不同年齡階段生成和剪除的速度不一樣。到了十三四歲以后，人腦中突觸的密度就非常穩定了，在此之后人腦的學習都是以遺忘為代價的。也就是說，腦里面一邊要生成突觸連接，一邊還要剪除突觸連接。但是，在孩子六七歲的時候，人腦在快速優化和剪除的過程中有許多記憶是去不掉的，如動作記憶、情緒記憶。這就是人腦的可塑性。人腦是終身可塑的，所以我們需要終身學習。但是，不同年齡階段的可塑性不一樣，人腦可塑性的黃金期是0～6歲和青春期。所以，學習的生物基礎就是神經系統的可塑性。學習是我們所有察覺到的和處理過的信息的整合，這種發生在體內的整合過程引起了腦結構和功能的變化。從根本上來說，學習就是連接狀態的變化，或是生成了新的突觸連接，抑或是強化、剪除了突觸連接。我們的教育教學實際上就是通過改變孩子大腦中的連接狀況而影響腦結構。

（三）情緒的產生過程

人腦中有一個非常重要的系統，叫作邊緣系統。從腦科學的角度來說，邊緣系統就是幫助我們產生情緒的地方，促使我們啟動和激活情緒。邊緣系統里面有很多結構，包括海馬體和杏仁核。其中，海馬體主要跟記憶有關，負責生成新的記憶和提取已有記憶。所以，如果海馬體受損或者發育受到影響的話，孩子學習和記憶的效率自然不會好，即使是以前學過或背過的知識在提取時也可能出現問題。杏仁核最主要的生物學功能是幫助我們判斷周圍環境有沒有出現對自己有威脅的改變。所以，杏仁核也被認為是腦的預警系統、人腦情緒的發動機。杏仁核的敏感性跟每個人的情緒啟動有著非常大的關系。杏仁核越敏感的人，相對來說越容易動感情，情緒方面更為敏感。但是，如果杏仁核太敏感了，人往往就容易鉆牛角尖，性格方面也比較內向，行為方面容易退縮，情緒比較消極。心理上的敏感性往往和生理上的敏感性有著很大關系。所以，有的孩子在生理節律方面，如感知覺方面，感覺閾限相對來說比較低。

腦中還有另一個系統負責控制情緒——額葉。額葉和杏仁核之間有直接的神經連接。一個人是不是容易發脾氣，取決于他的杏仁核是不是很敏感，很容易被激活。有的人情緒來得快、去得也快，是因為他有足夠發達的額葉功能，可以抑制住邊緣系統被激活，尤其是杏仁核被激活。這就是情緒調節的基礎。如果額葉有足夠的能力可以控制好杏仁核被激活的話，那么相對來說人能更好地控制和調節自己的情緒。

四、堅持“五育并舉”

中共中央、國務院《關于深化教育教學改革全面提高義務教育質量的意見》中明確提出，堅持五育并舉，全面發展素質教育。對于學前教育領域來說，就是要注重幼兒的德、智、體、美、勞全面發展。陶行知提出了“教學做合一”“生活即教育，社會即學校”“勞動即生活”“知行合一”等教育理論。近幾年，勞動教育又被提到了一個非常高的位置，這是因為勞動教育是促進孩子全面發展非常重要的一種教育形式。那么，從腦科學的角度來說，怎樣理解“知行合一”呢？其實，“知”前面還有一個“感”，感覺和知覺是不一樣的。許多人都聽過一個詞——感覺統合失調。感覺統合失調不是病，是很多問題的綜合，如本體覺問題、前庭覺問題、注意力問題、觸覺問題等。造成感覺統合失調最主要的原因在于缺乏運動。也就是說，要想改善孩子的感覺統合失調問題，最有效的方法就是加強運動。而在自然界中運動對孩子來說更為合適，也更加有效。在幼兒教育領域，我們經常強調要符合孩子的天性。喜歡到處跑跑跳跳就是幼兒的天性。為什么這是幼兒的天性呢？因為孩子的腦發育和身體發育需要大量氧氣來供應，從而保證其新陳代謝，尤其是腦還是一個“超級耗能大戶”。孩子在大自然中活動的時候，氧氣供應相對來說更為充足。

在人腦中，海馬體和杏仁核是長在一起的，這就意味著我們的情緒和記憶之間有著非常密切的聯系，很容易形成比較強烈且穩定的情緒記憶。如果我們讓孩子在學習過程中產生積極的情緒體驗，那么孩子就能夠形成比較穩定的、良好的情緒記憶。同時，身體的感受對大腦的學習有著非常重要的耦合關系。所以，我們強調具身學習和具身認知的過程。

從腦科學的角度來理解“知行合一”，實際上就是在從“感”到“知”再到“行”的過程中，必須經歷實踐，也就是“動”。在中小學和幼兒園教育中，“動”有三種表現形式：勞動、運動、活動。正所謂：“紙上得來終覺淺，絕知此事須躬行。”我們不僅要多看，還要多做，尤其是在自然環境中，讓孩子多實踐，多勞動、運動和活動。在自然環境中，孩子的身體感受和腦學習，包括與環境之間的互動，本身就形成了一個非常好的大腦、身體和環境的耦合關系。所以，自然教育確實是一個非常好的具身學習過程。

五、自然教育對兒童腦智發育的積極作用

提到自然教育，人們往往會說可以培養幼兒熱愛自然、關愛自然、尊重生命、熱愛生命等能力。但是，從腦科學及心理學角度來說，自然教育對孩子腦智發育也有非常重要的促進作用，主要表現在情緒狀態、壓力水平、睡眠質量、執行功能、社交能力、注意力水平等方面。第一，自然教育可以幫助孩子改善情緒狀態，這主要跟血清素的分泌有關。第二，自然教育可以幫助孩子降低或緩解壓力水平。第三，自然教育可以改善孩子的睡眠質量，睡眠質量越好，學習能力相對來說也更好。第四，自然教育可以提升孩子的執行功能。第五，自然教育可以提升孩子的社會交往能力。第六，自然教育可以提升孩子的注意力水平，讓幼兒真正全身心地沉浸在游戲中，進入一種隨意后注意的狀態，進而提高腦功能、學習能力及心理健康水平。此外，開展自然教育對改善孩子的多動癥也有較大幫助。因為多動癥的孩子是腦內神經細胞不夠興奮引起的，要想有效激活腦內神經細胞，可以通過開展自然教育來幫助人體獲取大量氧氣供應，再通過身體活動來提升腦內神經細胞的興奮性，進而改善、提升幼兒注意力水平，控制身體的活躍性。