儿童青少年脑发育与基础教学之思

周永迪

脑科学研究推动教育实践

近期，清华大学张丹教授做了一些将脑科学技术运用到课堂实践的初步尝试，以帮助老师、学生检验学习情况。张教授对山东省一所小学三年级5个班级共35名学生进行了脑电超扫描，记录课堂教学中学生的脑活动，并分析这些脑活动中可能存在的一些内在规律。研究发现，成绩好的学生能更好地跟随教师的教学过程。与成绩较差的学生相比，成绩好的学生相互间的脑电响应模式更加相似。张丹教授将脑电技术也应用到了高中课堂。高中课堂教学更为复杂，科目不同时，学生的脑活动可能随之有差别。利用脑际耦合分析对语文课和数学课课堂学习动态进行跟踪，张丹教授发现学业相关的脑际耦合指标能够体现学科差异：在数学课堂学习中，学生与班级平均的脑际耦合程度可以预测其数学学业表现;在语文课堂学习中，学生与优等生的脑际耦合程度可以预测其语文学业表现。张丹教授认为，数学的教学过程中，学生的思维活动比较集中。比如，讲到数学运算时，所有学生的思维基本上都集中在一个兴趣点上，班级整体的脑活动趋于相似，因而班级平均脑活动可以作为数据分析过程中的参考点。语文教学中，介绍一首古诗或者一篇文章时，学生并不一定会跟着老师的思维走，他们可能会有自己的理解和看法;而有的学生对文学有兴趣，有的则没有兴趣，学生有较大的个体差异，因此语文课堂上学生思维是发散的，学生们的脑活动模式差异显著，班级平均脑活动也就无法作为数据分析的参考点。该研究首次从脑际耦合视角揭示了课堂学习动态的学科差异，提示在不同科目的课堂教学实践中，学生脑活动相应表现出的不同变化规律应该予以重视和考虑。张丹教授的研究接地气，一步就跨到课堂教学中，将脑科学研究与教育研究直接结合，为学生的学科学习策略提供参考，也为构建认知神经科学视角的学科教学效果评价工具提供实证支持。

当下，脑科学的研究成果距教育实践应用还有多远？教育有教育的规律，脑科学有脑科学的规律。一线老师常问一个问题，教育本身有两千多年的历史，脑科学研究的历史只有几百年甚至更短。实际上，也就近几十年，研究者们才真正提出一些脑科学与教育相结合的问题。教育本身如何与脑科学结合？教育为什么一定要与脑科学结合？两千多年以来，人类历史上出现了很多伟大的科学家、教育家。在这两千多年中，脑科学并没有作为一个重要的参与者加入人类的科学、工业、农业以及教育等的发展过程。人们对脑的结构和功能的研究，从17世纪开始才逐渐系统化。而脑科学研究真正比较系统地触及与人类高级认知活动相关的实际问题，也就不到一百年。近年来，通过对老鼠、猴子等多种实验动物的脑功能研究，以及使用多模态无创伤影像等技术开展的对人脑的研究，才真正推动了认知神经科学的发展。脑科学究竟怎样参与到教育这个有两千多年历史的领域，这个问题值得我们思考。无论怎么说，近几十年脑科学的一些研究成果及其基本概念，应该可以起到推动教育实践发展的作用。如果走得更深一步，脑科学的一些研究成果真正深入课堂，深入每一位老师、每一位学生，脑科学将一定会推动基础教学本身的发展，会与课堂教学相辅相成。

大脑的可塑性

当前，脑科学研究者常建议教育工作者们去了解脑科学的一些基本概念，将这些基本的脑知识融于教学实践，这对教学实践显然是有帮助的。比如，学习的生物基础是中枢神经系统的可塑性，或为大众所常说的大脑可塑性，这就是脑科学最基本的概念。学习和记忆是同一件事的两种思考方式：两者都是神经可塑性变化的过程。学习应对的是经验如何改变大脑;记忆应对的是这些改变该如何存储，以及将来如何重新激活。脑中有近千亿个神经元，有非常复杂的神经网络，大脑每时每刻都在变化，只不过年轻时可塑性强一些，年纪大了可塑性弱一些。教育工作者应该知道大脑是可塑的，学习可以改变大脑，而这种可塑性改变就是学习的生物基础。

儿童青少年大脑发育时程

人类大脑有发育发展的过程，个体的大脑不是一出生就能全面完善地工作。脑的高级皮层发育有一个较长的时程，个体的前额叶甚至直到30岁左右才基本发育完整。这就是为什么儿童必须到一定年龄以后，才能学习一些复杂的知识技能。此外，脑发育不是呈线性增长，会有一些特别的节点出现。新生儿大脑约有300g，三岁时长到约1100g，这时期儿童的语言发展非常快。儿童六岁以后脑的大小已经很接近成人（成人大脑大概有1350—1400g左右），此后虽然脑体积不再显著增长，但各个脑区之间的联系持续性地变得更加紧密。同时，儿童在这个阶段的智力发展也有很大的飞跃。随着发育过程的推移，个体大脑的灰质密度将逐渐减少。这个过程从大脑后部开始，如波浪般向大脑前部推进。大脑灰质密度的变化被认为是脑成熟的关键过程，神经元之间不使用和不需要的连接会逐渐被清除。在个体神经系统发育过程中，最先成熟的脑区是那些具有最基本功能的区域，即处理感觉和运动的脑区等。联合皮层，比如与空间定位和很多高级功能有关的顶叶皮层，则成熟得较晚。最后成熟的联合皮层脑区是前额叶皮层，一般认为它具有更高级的功能，如整合来自感官和推理的信息。在儿童的教学中，分数和有理数是小学生学习中众所周知的难点。人类大脑的顶叶和前额叶对数字的处理至关重要，如前所述，这些皮层区域的发育成熟较晚。从脑功能的角度看，这些皮层的晚熟，可能就是绝大多数儿童只能在年龄比较大一些时才能习得分数和有理数概念的重要原因之一。脑科学研究的这些成果证实，对儿童的教育要循序渐进。人类大脑的发育发展是渐进的这一概念，如果能为广大教育工作者所了解和接受，相信在脑科学的研究成果支持下，他们的教学实践会更为合理。比如，理想的课程设置和教学，就应该遵循儿童脑发育的时程及其特点。

当代神经科学研究与教育实践的距离

基础教学实践与脑科学研究之间还有很长的距离，脑科学的很多研究结果目前尚不具备直接应用到教学实践中去的条件。在商业广告中，有些脑科学的研究成果会被无限夸大，其背后显然有利益的驱动。所以，脑科学既要深入一线教师的教学实践，但也要防止它的研究成果和作用被夸大。

在基础教学实践中，如何适当地运用脑科学的一些基本概念，也是一个需要慎重考虑的问题。比如，一线教学的老师一方面需要知道大脑具有可塑性，但另一方面，老师们也需要知道这种可塑性有其自己的神经科学规律，过重的学习任务和长期的压力可能会造成孩子大脑的永久性损伤。一个孩子如果大脑及心理有了永久性损伤，将来他的一生发展和生活都会受到影响。所以，一线教师在实践中要多方面考虑孩子的教育问题，教学要循序渐进。伴随着教育者的教学活动，儿童和青少年的大脑、心理、情绪都需要健康、阳光的成长。

因材施教

腦科学研究的证据表明，脑发育在个体之间有快慢之分，智力在个体之间也有差别;特别是有一些学生，他们的智力发展超于常人。这些都是科学事实，人们应该客观地承认这些差别。因材施教，所有学生都应该有机会接受与其个人能力需求相适应的教育。学校必须根据学生的不同学习能力提供差异化的指导，而不是对所有学生的指导“一刀切”。只有这样，才能体现出真正的教育公平。学校应通过多种手段提供核心课程，包括灵活的分组、加速的内容、独立的学习、分层作业、兴趣中心、学习中心、学生强项的辅导、进阶课程等。对那些具有极高水平的抽象思维、动机、兴趣、成就的学生，应该提供特殊课程和适当的学习环境激励他们自由发展。有天赋的学生是不典型的学习者，他们需要在常规课程之外的特殊学习。随着科学的进步，脑科学的发展，大众能够接受这些观念，相信我们的教育体制机制亦会顺应脑科学和教育的发展而有所改变。脑科学工作者和教育工作者要一起合作，努力逐渐缩短基础教学实践与脑科学研究之间的距离，使得一线老师能欣然接受脑科学的一些基本概念，推动基础教学实践的发展。