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脑科学知识(与)教育
文章来源:网络         发布日期:2017-05-12 15:21:39        浏览次数:271
      近三年来,我为《现代特殊教育》(优才版)的脑科学知识栏目共举办了18次讲座,本文是最后一讲。现将脑科学知识与教育实践的关系作一次尝试性的小结,简述以下三个问题。
    一、教育革命面临的挑战
    邓小平同志早就指出:“教育要面向现代化,面向世界,面向未来。”中国教育部副部长韦钰院士于2000年12月在香港做了一次讲演,题为“以教育跨越式发展迎接挑战”,她提出:人类社会正经历一次由信息科学技术驱动的深刻变革,在这场变革中必须坚决贯彻落实“科教兴国”的战略方针,教育必须发生革命性变革。1998年教育部制定的《面向21世纪中国教育振兴行动计划》和1999年国务院颁发的《关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》都是实现我国教育革命的战略举措。人才是生产力诸要素中最有活力的要素,在未来的激烈竞争中人才是关键,人的创新才能起着决定性作用。为了使中华民族在国际竞争中立于不败之地.必须充分认识教育革命面临的挑战。
    创新是一个民族的灵魂、创新型人才是真正的强国之本。创新型人才培养要靠教育,但任何一种教育方式都必须通过人脑的活动才产生效果,不论是学校教育或家庭教育,绝不可忽视:我们的教育对象是活生生的人!其中还包括天真活泼的儿童。因此,充分利用脑活动规律或脑科学知识来提高教育效果是必要的。让脑科学、认知科学、心理学等学科与教育紧密结合也是当前教育革命的重要内容。
    二、学科交叉与综合是科学发展的必然
    脑科学等学科与教育相结合似乎是一件新鲜事,其实是科学发展的必然。随着科学不断发展,学科门类也随之变化、学科专业数统经常有消长起伏,这是时代前进与社会需求所决定的。每一个学科有自己特定的研究目标 研究范畴、知识体系以及一整套相关的科学概念与科学理论,每一个学科的发展与变化,既是人类对某一领域认识深化的表现,也是与社会生产力发展水平相适应的。各学科之间本来就不是彼此孤立的,而是有着各种各样的相互联系,在学科分化以后又有学科之间的综合。通过相互交叉或彼此渗透常常形成一些边缘学科及综合学科。在分化的基础上综合,又在综合的前提下再分化,这是科学个断运动发展的轨迹,学科交叉与综合是科学发展的必然。当前科学发展的一个重要特点是,自然科学与社会科学或人文科学之间出现交叉渗透现象,科学概念和科学理论以及科学方法与技术在学科之间彼此引用和相互移植是屡见不鲜的。例如,随着社会人口老龄化,首先出现老年生物学、老年医学、老年社会学等专业学科,继而又形成综合性学科老年学,其学科范畴包括老年人袁老的生命规律与防衰抗衰措施、老年病的防治、老年人文化、生活、福利等等。与此类似的情况是:为了深化教育革命和推进素质教育,必须促进教育学与脑科学、认知科学、心理学等学科走向综合,形成一门真正的“科学教育学”。韦钰副部长在演讲中提出,教育创新的跨越式学习科学有丰富的内涵.它包括使学习过程置于有关科学的指导之下,要科学地进行学习,学习的科学(science oflearning)是一个跨学科的,新的研究领域。因此,教育观念要转变教学思想与教学方式也必须变革。
    将脑科学知识的有关准则融入教育实践中,或按照脑发育规律及脑神经活动特点组织安排教学活动,这需要一段实践过程,需要在教育实践中探索前进。目前出现的“主动式学习(active  learning)、“动手做”(hands on)、“做中学”(learning by doing)等多种新的教学形式正是教育改革深入化、模式
化、科学化的表现。但是,如何在脑科学与教育学之间架起真正通畅有由而又稳定可靠的桥梁?还有人量工作要做。
    三、重温脑发育及脑活动的一些重要方面
    韦钰副部长在“总序””中已经提出脑神经科学为学习提供了许多原则,并强调在儿童早期发展中应注意的四方面问题。在《脑活动的内幕》这本科普丛书中从十五个方面对脑科学的基础知识进行了简要的介绍,其中包括脑的基本功能(感知功能、运动调控功能等)和脑的高级功能(语言、学习与记忆、情绪与情感等〕,同时还特别介绍了“脑蕴藏着巨大的智力潜能”、“脑发育的主要阶段”、“脑有很大的可塑性”以及“怎样保护脑”等问题。该书的读者对象主要是基础教育第一线的老师和少儿家长。但是,止如杨雄里院士在一次报告中指出的那样:“在脑科学与儿童教育实践之间还存在相当大的跨度……”,在基础教育实践中如何应用现有的(基本定论的)脑科学知识,从而逐步消除脑科学知识与教育实践之间的鸿沟,这是当前教育改革中个紧迫要解决的实际问题。为此,本文试图初步列出几条原则提供给教育实践上参考应用。
    1.适宜的环境刺激
    人体或生物体是一个极端复杂的生命体系。是一个开放性的系统,它不能离开周围的生活环境。因此,人体总是不断地接受周围各种各样的刺激(声、光、电、磁、振动、冷热、化学物质等等)。从生理学角度来说,环境刺激有两大类:一类是适宜的刺激,即生理性刺激;另一类是伤害性刺激或非生理性刺激。如果刺激强度、刺激频率、刺激作用的时间超过一定的限度就会对人体有伤害作用,特别对幼年危害性更大、因为幼年抵御外界伤害的能力更弱,对伤害性刺激更敏感。伤害性的刺激因素入噪声、电离辐射、过冷、过热、缺氧 农药污染、服药不当等等。但是,并个是说人体接受各种刺激越少越好。许多实验证明:适宜的生理性刺激对脑不仅无害,而且有良好的影响。动物实验结果充分说明丰富多彩的环境比贫乏单调的环境对脑发育要有利得多。有人将几窝同窝出生的白鼠断奶后分成两组分开饲养,一组是群居一个大笼内,经常更换多种玩具;第二组除食物和饮水与敌一级相同以外,不仅没有各种玩具,而且单个白鼠分别关在小笼里,每日接受的环境刺激显然少得多。等到白鼠成年以后检测发现:第一组大脑的平均重量、大脑皮层厚度、神经细胞及其树突分支数量、突触数量、学习记忆能力、对新环境的适应速度等诸多指标都比第二组高得多。总之,适宜的生理性刺激对脑结构与功能都是很有利的。
    2.脑的可塑性
    所谓脑的可塑性,就是说脑的结构(特别是脑内的微细结构)和功能都可以被环境因素修饰、学习训练、经验积累、习惯性行为等都可能使脑发生变化,换句话说,脑的结构和功能有很强的适应能力和重组能力。脑的可塑性变化在不同的脑区。不同的神经细胞之间有差异。可塑性具体表现在很多方面:宏观上表现为脑功能(如学习记忆能力、思维能力、语言能力等等)的变化、行为改变以及精神状态或心理状态的变化;在微观层次上有神经环路的装饰,神经细胞形态结构(尤其是树突及侧棘)与功能的改变、突触传递功能及微细结构的变化等等;在分子水平上的变化更是频繁,神经递质、神经调质、受体、离子通道以及有关的酶分子等等都经常发生可塑性变化。总之,脑可塑性表现在诸多方面:从结构到功能,从神经电活动到化学物质,从早期发育到成年直到老年等等。换句话说,脑可塑性有广泛的内涵。
    3.脑发育的关键期
    所谓关键期又叫敏感期,在这期间脑对外界刺激最敏感,可塑性最强,这时脑结构与功能最有重组能力,最易受外界环境的影响。但是,关键期并不是绝对的。对胚胎发育来说,妊娠头3个月如果母体受到严重侵害(如病毒、毒物等),胎儿的脑就有可能产中难以恢复的损害,因为胚胎头3个月是脑分化最重要的阶段。对出生以后来说,婴幼儿的脑继续发育。神经元树突增加分支,突触连接数目继续增多以及突触连接通路逐渐调整、神经元轴突的髓鞘仍在形成,连接大脑两半球的神经纤维束(并胝体)持续发育等等,出生以后的脑发育关键期也不是绝时的,对不同的指标可能不同,脑的各种功能的发展都有其最佳时期、例如视觉发育的关键期与语言习得的关键期就不一样,一般而言,出生后1年以内最重要,5-6岁乃至7—8岁以前脑的可塑性都很强;但与成年个人相比,少年时代的脑仍有较强的可塑性,若与老年人相比,成年人脑的可塑性又比老年人大得多。总之,脑的可塑性是一种潜在的适应能力,是人体终生具备的特性。
    4.神经活动类型的差异
    兽名的生理学家巴甫洛夫认为,个体之间的差异主要取决于大脑两半球的活动状况或神经类型,神经活动的强度、均衡性、灵活性等特征决定了神经类型。巴甫洛夫根据大量的实验观察将狗的神经型划分为4种基本类型,即兴奋型、抑制型(弱型)、活泼型、安静型,此外还有一些中间类型或过渡类型。对于人类来说,常见的有3种类型,即思想型、艺术型、中间型。神经型显然与教育实践有关,尤其对体育及艺术训练,可以根根教育对象的神经类型特点来制定和安排训练计划,以求最佳效果。
    5.均衡的营养条件
    新陈代谢是生命现象的最基本、最重要的特征,人的一生总是不断地进行物质代谢与能量代谢,因此必须随时供应营养物质,保证身体的需要。似乎人人都注意营养,父母更是重视孩子的营养条件,但在实际生活中,我们每天摄取的营养物质是否全面?是否均衡?是否适量?营养搭配是否合理?这些问题与脑的保护密切相关。经过漫长的进化发展历程,人类的食物习性是典型的杂食者,既不同于草食动物又不同于肉食动物。人体的新陈代谢类型需要均衡搭配的各种营养物质,挑食或偏食对健康肯定不利。
    所谓营养物质是一种笼统的说法,具体地说,营养物质包括糖类、脂类 蛋白质类、维生素类、矿物质类等,此外还有饮水及空气也可以列入营养条件,饮水质量及空气质量也影响健康。必须过意的是,摄取某些营养物质出像吃药那样.有“最适剂量”的问题,补充营养物质绝不是越多越好。例如.脑组织消耗的能量来自糖代谢,脑功能对血糖水平有很大依赖性,低血糖显然对脑功能有不良影响,但血糖过高也有害。总之,营养物质必须全面、均衡、合理、适量。    上述五点是脑发育及脑活动的重要方面、在少儿阶段的基础教育实践中可以考虑应用。当然,脑的许多奥秘还有待进一步揭示,许多问题还没有研究清楚,脑科学本身还在继续发展。脑科学知识究竟如何与教育实践相结合?脑活动规律的有关知识或理论怎样应用于教育策略或教育措施中?这类问题的解决显然还有一个探索过程。值得记住的话是:脑既有刚性又有柔性,既有功能的相对稳定性又有可塑性和多样性!脑功能既受遗传因素的制约,又是脑与环境(包括教育)相互作用的结果。
    (吴馥梅,南京大学生物科学与技术系210093;郑元林;徐州师范大学生物学系221009)



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  • 这是时代前进与社会需求所决定的。每一个学科有自己特定的研究目标研究范畴、知识体系以及一整套相关的科学概念与科学理论,每一个学科的发展与变化,既是人类对某一领域认识深化的表现,也是与社会生产力发展水平相适应的。各学科之间本来就不是彼此孤立的,而是有着各种各样的相互联系,在学科分化以后又有学科之间的综合。通过相互交叉或彼此渗透常常形成一些边缘学科及综合学科。在分化的基础上综合,又在综合的前提下再分化,这是科学个断运动发展的轨迹,学科交叉与综合是科学发展的必然。当前科学发展的一个重要特点是,自然科学与社会科学或人文科学之间出现交叉渗透现象,科学概念和科学理论以及科学方法与技术在学科之间彼此引用和相互移植是屡见不鲜的。例如,随着社会人口老龄化,首先出现老年生物学、老年医学、老年社会学等专业学科,继而又形成综合性学科老年学,其学科范畴包括老年人袁老的生命规律与防衰抗衰措施、老年病的防治、老年人文化、生活、福利等等。与此类似的情况是:为了深化教育革命和推进素质教育,必须促进教育学与脑科学、认知科学、心理学等学科走向综合,形成一门真正的“科学教育学”。韦钰副部长在演讲中提出,教育创新的跨越式学习科学有丰富的内涵.它包括使学习过程置于有关科学的指导之下,要科学地进行学习,学习的科学(scienceoflearning)是一个跨学科的,新的研究领域。因此,教育观念要转变教学思想与教学方式也必须变革。    将脑科学知识的有关准则融入教育实践中,或按照脑发育规律及脑神经活动特点组织安排教学活动,这需要一段实践过程,需要在教育实践中探索前进。目前出现的“主动式学习(active  learning)、“动手做”(handson)、“做中学”(learningbydoing)等多种新的教学形式正是教育改革深入化、模式化、科学化的表现。但是
  • ,如何在脑科学与教育学之间架起真正通畅有由而又稳定可靠的桥梁?还有人量工作要做。    三、重温脑发育及脑活动的一些重要方面    韦钰副部长在“总序””中已经提出脑神经科学为学习提供了许多原则,并强调在儿童早期发展中应注意的四方面问题。在《脑活动的内幕》这本科普丛书中从十五个方面对脑科学的基础知识进行了简要的介绍,其中包括脑的基本功能(感知功能、运动调控功能等)和脑的高级功能(语言、学习与记忆、情绪与情感等〕,同时还特别介绍了“脑蕴藏着巨大的智力潜能”、“脑发育的主要阶段”、“脑有很大的可塑性”以及“怎样保护脑”等问题。该书的读者对象主要是基础教育第一线的老师和少儿家长。但是,止如杨雄里院士在一次报告中指出的那样:“在脑科学与儿童教育实践之间还存在相当大的跨度……”,在基础教育实践中如何应用现有的(基本定论的)脑科学知识,从而逐步消除脑科学知识与教育实践之间的鸿沟,这是当前教育改革中个紧迫要解决的实际问题。为此,本文试图初步列出几条原则提供给教育实践上参考应用。    1.适宜的环境刺激    人体或生物体是一个极端复杂的生命体系。是一个开放性的系统,它不能离开周围的生活环境。因此,人体总是不断地接受周围各种各样的刺激(声、光、电、磁、振动、冷热、化学物质等等)。从生理学角度来说,环境刺激有两大类:一类是适宜的刺激,即生理性刺激;另一类是伤害性刺激或非生理性刺激。如果刺激强度、刺激频率、刺激作用的时间超过一定的限度就会对人体有伤害作用,特别对幼年危害性更大、因为幼年抵御外界伤害的能力更弱,对伤害性刺激更敏感。伤害性的刺激因素入噪声、电离辐射、过冷、过热、缺氧农药污染、服药不当等等。但是,并个是说人体接受各种刺激越少
  • 越好。许多实验证明:适宜的生理性刺激对脑不仅无害,而且有良好的影响。动物实验结果充分说明丰富多彩的环境比贫乏单调的环境对脑发育要有利得多。有人将几窝同窝出生的白鼠断奶后分成两组分开饲养,一组是群居一个大笼内,经常更换多种玩具;第二组除食物和饮水与敌一级相同以外,不仅没有各种玩具,而且单个白鼠分别关在小笼里,每日接受的环境刺激显然少得多。等到白鼠成年以后检测发现:第一组大脑的平均重量、大脑皮层厚度、神经细胞及其树突分支数量、突触数量、学习记忆能力、对新环境的适应速度等诸多指标都比第二组高得多。总之,适宜的生理性刺激对脑结构与功能都是很有利的。    2.脑的可塑性    所谓脑的可塑性,就是说脑的结构(特别是脑内的微细结构)和功能都可以被环境因素修饰、学习训练、经验积累、习惯性行为等都可能使脑发生变化,换句话说,脑的结构和功能有很强的适应能力和重组能力。脑的可塑性变化在不同的脑区。不同的神经细胞之间有差异。可塑性具体表现在很多方面:宏观上表现为脑功能(如学习记忆能力、思维能力、语言能力等等)的变化、行为改变以及精神状态或心理状态的变化;在微观层次上有神经环路的装饰,神经细胞形态结构(尤其是树突及侧棘)与功能的改变、突触传递功能及微细结构的变化等等;在分子水平上的变化更是频繁,神经递质、神经调质、受体、离子通道以及有关的酶分子等等都经常发生可塑性变化。总之,脑可塑性表现在诸多方面:从结构到功能,从神经电活动到化学物质,从早期发育到成年直到老年等等。换句话说,脑可塑性有广泛的内涵。    3.脑发育的关键期    所谓关键期又叫敏感期,在这期间脑对外界刺激最敏感,可塑性最强,这时脑结构与功能最有重组能力,最易受外界环境的影
  • 响。但是,关键期并不是绝对的。对胚胎发育来说,妊娠头3个月如果母体受到严重侵害(如病毒、毒物等),胎儿的脑就有可能产中难以恢复的损害,因为胚胎头3个月是脑分化最重要的阶段。对出生以后来说,婴幼儿的脑继续发育。神经元树突增加分支,突触连接数目继续增多以及突触连接通路逐渐调整、神经元轴突的髓鞘仍在形成,连接大脑两半球的神经纤维束(并胝体)持续发育等等,出生以后的脑发育关键期也不是绝时的,对不同的指标可能不同,脑的各种功能的发展都有其最佳时期、例如视觉发育的关键期与语言习得的关键期就不一样,一般而言,出生后1年以内最重要,5-6岁乃至7—8岁以前脑的可塑性都很强;但与成年个人相比,少年时代的脑仍有较强的可塑性,若与老年人相比,成年人脑的可塑性又比老年人大得多。总之,脑的可塑性是一种潜在的适应能力,是人体终生具备的特性。    4.神经活动类型的差异    兽名的生理学家巴甫洛夫认为,个体之间的差异主要取决于大脑两半球的活动状况或神经类型,神经活动的强度、均衡性、灵活性等特征决定了神经类型。巴甫洛夫根据大量的实验观察将狗的神经型划分为4种基本类型,即兴奋型、抑制型(弱型)、活泼型、安静型,此外还有一些中间类型或过渡类型。对于人类来说,常见的有3种类型,即思想型、艺术型、中间型。神经型显然与教育实践有关,尤其对体育及艺术训练,可以根根教育对象的神经类型特点来制定和安排训练计划,以求最佳效果。    5.均衡的营养条件    新陈代谢是生命现象的最基本、最重要的特征,人的一生总是不断地进行物质代谢与能量代谢,因此必须随时供应营养物质,保证身体的需要。似乎人人都注意营养,父母更是重视孩子的营养条件,但在实际生活中,我们每天摄取的营
  • 养物质是否全面?是否均衡?是否适量?营养搭配是否合理?这些问题与脑的保护密切相关。经过漫长的进化发展历程,人类的食物习性是典型的杂食者,既不同于草食动物又不同于肉食动物。人体的新陈代谢类型需要均衡搭配的各种营养物质,挑食或偏食对健康肯定不利。    所谓营养物质是一种笼统的说法,具体地说,营养物质包括糖类、脂类蛋白质类、维生素类、矿物质类等,此外还有饮水及空气也可以列入营养条件,饮水质量及空气质量也影响健康。必须过意的是,摄取某些营养物质出像吃药那样.有“最适剂量”的问题,补充营养物质绝不是越多越好。例如.脑组织消耗的能量来自糖代谢,脑功能对血糖水平有很大依赖性,低血糖显然对脑功能有不良影响,但血糖过高也有害。总之,营养物质必须全面、均衡、合理、适量。    上述五点是脑发育及脑活动的重要方面、在少儿阶段的基础教育实践中可以考虑应用。当然,脑的许多奥秘还有待进一步揭示,许多问题还没有研究清楚,脑科学本身还在继续发展。脑科学知识究竟如何与教育实践相结合?脑活动规律的有关知识或理论怎样应用于教育策略或教育措施中?这类问题的解决显然还有一个探索过程。值得记住的话是:脑既有刚性又有柔性,既有功能的相对稳定性又有可塑性和多样性!脑功能既受遗传因素的制约,又是脑与环境(包括教育)相互作用的结果。    (吴馥梅,南京大学生物科学与技术系210093;郑元林;徐州师范大学生物学系221009)