从脑科学看儿童成长与教育

尧德中

我不是专门做青少年教育的，但我对教育有很深的感情，我愿意从脑科学的角度来谈谈对儿童成长与教育的看法。

儿童脑发展

大家可能都清楚，儿童在孕期的后期发展是非常快的，这意味着在他出生前后的时间十分关键。动物的“印刻效应”就是一个关键期现象，在出生之后的一小段时间，它把运动的对象视为自己的目前母亲。与此同时，我们可以看到早产会带来长远的影响。有研究显示，早产儿大脑存在多区域的、长期的差异，且与认知能力相对较低相关。民间的很多说法往往背后反映了一些脑科学现象，比如“三岁看大，七岁看老”，实质上总结了脑发育两个关键期的长远影响。关键期总体的顺序是从感知觉能力、运动语言能力，到高级认知功能，因此教育也应该把握不同能力发展的关键期，从而实现真正的因材施教。当然，关键期的儿童营养也很重要。有研究显示，50年前的大饥荒，其对大脑发育的影响在50年后仍然十分明显。此外，儿童的睡眠时间也是保障关键期获得良好发展的基础。

音乐的魅力

音乐是全世界的共同语言：最近Science（《科学》）刊发了 一篇文章，分析不同文化背景的音乐，研究发现音乐在民族之间的差异并不是那么大。为了说明音乐到底是民族性的还是世界性的，研究者让美国婴儿去听其他国家的摇篮曲或者其他国家的非摇篮曲，发现听其他国家的摇篮曲比听非摇篮曲可以更好地降低心率、缩小瞳孔，说明婴儿天生对摇篮曲有好感，也体现了音乐的世界性。

莫扎特效应。说到音乐的效应，大家可能就会想到莫扎特效应。在20世纪90年代，有人发现听莫扎特音乐可以让人的空间记忆能力增强，这个事情的影响非常大，据说美国乔治亚州的一位州长甚至为此建议给每一个新生的小孩都买一张古典音乐 CD。近年来，我们也对此进行了研究。让两组人分别听莫扎特音乐和反向播放的莫扎特音乐，我们原来设想的是反播的音乐应该与不听差不多，结果发现听莫扎特音乐确实会增强空间记忆，但听反向莫扎特音乐会降低空间记忆能力。因此，音乐不一定都是好的，也有可能有副作用。音乐教育的音乐素材选择应该建立在先行的科学实验之上，但目前这方面的实验研究很少。我们进一步研究发现，莫扎特效应主要是其节奏的效应，因此应该叫莫扎特节奏效应，这也从另一个角度反映了音乐的世界性，我们聆听外国音乐可能更多的是感受其节奏信息。

音樂训练对学业的影响。对教育工作者来说，我们最关心的是音乐训练对学生的学业到底有什么影响。国外一项研究发现，选修音乐科的学生，他的各科成绩都比不修的好。为了确认这一结果的普遍性，我们前期也做过一项研究。我们找了一所小学，收集了该学校一个年级学生的所有学业成绩和他接受音乐教育的信息，然后进行分析。结果发现，在大家最期待的数学和语文学科上没有发现显著的差异，但在外语学习上产生了一定的效果。其原因可能是，外语是一种新学习的语言，而母语语文能力在小学前的关键期就已经确定了，因此影响不大，说明音乐训练可能有利于新的语言能力的获得。

舞蹈的魅力

很多人听到好的舞曲就想动起来，其中既有运动也有音乐，舞蹈会对我们产生什么影响？舞蹈能够调动我们的感觉运动系统，促使相关的神经通路改变，舞蹈往往是一个群体活动，还会调动大脑中与情绪相关的一些网络。因此，舞蹈一定会对大脑产生重要的影响。一项国外的研究发现，舞蹈家的神经系统中与感觉运动相关脑区的灰质体积、白质体积以及白质的各项异性都减少了，说明专业人士在实际运动方面需要调动的资源较少，或者说他的大脑在处理相关事项时更加高效。有研究显示，舞蹈训练增加海马体积，从而可能对记忆等重要功能发挥促进作用。还有研究发现，舞蹈训练可以增进创造力等。我们的研究则发现，舞蹈训练可以增强共情能力。此外，有研究发现，即使不跳舞，观赏舞蹈也有类似的效果，包括增强语意的理解，从而增强语言能力等。

AI的魅力

机器学习的演化。回顾一下AlphaGo的发展，它最初是向老师学习积累的棋谱（监督学习，类似现在的课堂教学），然后自己实践练习（增强学习）。之后不久推出的AlphaGo Zero 直接取消了监督学习，很快打败了之前的AlphaGo，这说明自我增强学习比监督学习做得更好。这意味着现行教育中的监督学习，不一定是最好的途径。

AI对教育的帮助。首先是促进教育资源的公平。以前学习围棋，我们要去找一位名师，一个好老师可能就决定了你的成绩。现在已经有人研发出围棋系统，你可以借此轻松获得高段位棋手的指导，从而在一定程度上解决了围棋爱好者的教育资源公平性问题。另一个是考试中主观题的评价问题，其结果可能受阅卷老师的个体差异影响。比如音乐考试，一是缺乏大量的专业老师，二是不能避免专业老师之间的个体差异。对此，有研究者推出了基于语音和视频分析的 AI评价系统，这有可能是促进相对公平的一个途径。

总的来说，在儿童脑发展方面，我们认为必须更好地遵循关键期等生理心理发展规律。在音乐素养培养方面，我们既要看到它对音乐能力及其可能迁移的记忆和语言能力的正面影响，同时也要注意具体音乐的选择，避免潜在的副作用。第三，舞蹈或许是促进大脑发展的一个更好的选择。它既能锻炼身体，但又不是简单的运动替代，因为它还可能增进共情、记忆、创造等能力，甚至观看舞蹈都有一定效果。最后，我们要了解和利用好人工智能，使之成为教育发展的重要帮手。