兒(ér)童青少年的大腦發育過程是怎樣的？

面對不同學科，學生(shēng)的腦活動會否表現(xiàn)出不同？

教育工作(zuò)者應該知道的腦科學基本概念有哪些(xiē)？

腦科學的研究成果距離教育實踐應用還有多遠(yuǎn)？

當前，腦科學研究者常建議(yì)教育工作(zuò)者們去了(le)解腦科學的一(yī)些(xiē)基本概念，并将這(zhè)些(xiē)基礎腦知識融于教學實踐。深圳大學心理(lǐ)學院院長、教授周永迪在本文中，從一(yī)次腦科學技術的課堂實踐出發，探討(tǎo)了(le)青少年腦發育與基礎教學之思。

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周永迪

深圳大學心理(lǐ)學院院長、教授

腦科學研究推動教育實踐

近期，清華大學張丹教授做了(le)一(yī)些(xiē)将腦科學技術運用到課堂實踐的初步嘗試，以幫助老師、學生(shēng)檢驗學習情況。張教授對山東省一(yī)所小學三年級5個(gè)班級共35名學生(shēng)進行了(le)腦電超掃描，記錄課堂教學中學生(shēng)的腦活動，并分(fēn)析這(zhè)些(xiē)腦活動中可能(néng)存在的一(yī)些(xiē)内在規律。研究發現(xiàn)，成績好(hǎo)(hǎo)的學生(shēng)能(néng)更好(hǎo)(hǎo)地跟随教師的教學過程。與成績較差的學生(shēng)相比，成績好(hǎo)(hǎo)的學生(shēng)相互間(jiān)的腦電響應模式更加相似。張丹教授将腦電技術也(yě)應用到了(le)高中課堂。高中課堂教學更為(wèi)複雜，科目不同時(shí)，學生(shēng)的腦活動可能(néng)随之有差别。利用腦際耦合分(fēn)析對語文課和數學課課堂學習動态進行跟蹤，張丹教授發現(xiàn)學業相關(guān)的腦際耦合指标能(néng)夠體(tǐ)現(xiàn)學科差異：在數學課堂學習中，學生(shēng)與班級平均的腦際耦合程度可以預測其數學學業表現(xiàn)；在語文課堂學習中，學生(shēng)與優等生(shēng)的腦際耦合程度可以預測其語文學業表現(xiàn)。

張丹教授認為(wèi)，數學的教學過程中，學生(shēng)的思維活動比較集中。比如(rú)，講到數學運算(suàn)時(shí)，所有學生(shēng)的思維基本上(shàng)都集中在一(yī)個(gè)興趣點上(shàng)，班級整體(tǐ)的腦活動趨于相似，因而班級平均腦活動可以作(zuò)為(wèi)數據分(fēn)析過程中的參考點。語文教學中，介紹一(yī)首古詩或者一(yī)篇文章時(shí)，學生(shēng)并不一(yī)定會跟着老師的思維走，他們可能(néng)會有自己的理(lǐ)解和看法；而有的學生(shēng)對文學有興趣，有的則沒有興趣，學生(shēng)有較大的個(gè)體(tǐ)差異，因此語文課堂上(shàng)學生(shēng)思維是發散的，學生(shēng)們的腦活動模式差異顯著，班級平均腦活動也(yě)就(jiù)無法作(zuò)為(wèi)數據分(fēn)析的參考點。

該研究首次從腦際耦合視(shì)角揭示了(le)課堂學習動态的學科差異，提示在不同科目的課堂教學實踐中，學生(shēng)腦活動相應表現(xiàn)出的不同變化(huà)規律應該予以重視(shì)和考慮。張丹教授的研究接地氣，一(yī)步就(jiù)跨到課堂教學中，将腦科學研究與教育研究直接結合，為(wèi)學生(shēng)的學科學習策略提供參考，也(yě)為(wèi)構建認知神經科學視(shì)角的學科教學效果評價工具提供實證支持。

當下(xià)，腦科學的研究成果距教育實踐應用還有多遠(yuǎn)？教育有教育的規律，腦科學有腦科學的規律。一(yī)線老師常問一(yī)個(gè)問題，教育本身(shēn)有兩千多年的曆史，腦科學研究的曆史隻有幾百年甚至更短。實際上(shàng)，也(yě)就(jiù)近幾十年，研究者們才真正提出一(yī)些(xiē)腦科學與教育相結合的問題。教育本身(shēn)如(rú)何與腦科學結合？教育為(wèi)什(shén)麽一(yī)定要與腦科學結合？兩千多年以來(lái)，人(rén)類曆史上(shàng)出現(xiàn)了(le)很多偉大的科學家、教育家。在這(zhè)兩千多年中，腦科學并沒有作(zuò)為(wèi)一(yī)個(gè)重要的參與者加入人(rén)類的科學、工業、農(nóng)業以及教育等的發展過程。人(rén)們對腦的結構和功能(néng)的研究，從17世紀開始才逐漸系統化(huà)。而腦科學研究真正比較系統地觸及與人(rén)類高級認知活動相關(guān)的實際問題，也(yě)就(jiù)不到一(yī)百年。近年來(lái)，通過對老鼠、猴子(zǐ)等多種實驗動物的腦功能(néng)研究，以及使用多模态無創傷影像等技術開展的對人(rén)腦的研究，才真正推動了(le)認知神經科學的發展。腦科學究竟怎樣參與到教育這(zhè)個(gè)有兩千多年曆史的領域，這(zhè)個(gè)問題值得我們思考。

無論怎麽說(shuō)，近幾十年腦科學的一(yī)些(xiē)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(zuò)用。如(rú)果走得更深一(yī)步，腦科學的一(yī)些(xiē)研究成果真正深入課堂，深入每一(yī)位老師、每一(yī)位學生(shēng)，腦科學将一(yī)定會推動基礎教學本身(shēn)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(yì)教育工作(zuò)者們去了(le)解腦科學的一(yī)些(xiē)基本概念，将這(zhè)些(xiē)基本的腦知識融于教學實踐，這(zhè)對教學實踐顯然是有幫助的。比如(rú)，學習的生(shēng)物基礎是中樞神經系統的可塑性，或為(wèi)大衆所常說(shuō)的大腦可塑性，這(zhè)就(jiù)是腦科學最基本的概念。學習和記憶是同一(yī)件事(shì)的兩種思考方式：兩者都是神經可塑性變化(huà)的過程。學習應對的是經驗如(rú)何改變大腦；記憶應對的是這(zhè)些(xiē)改變該如(rú)何存儲，以及将來(lái)如(rú)何重新(xīn)激活。腦中有近千億個(gè)神經元，有非常複雜的神經網絡，大腦每時(shí)每刻都在變化(huà)，隻不過年輕時(shí)可塑性強一(yī)些(xiē)，年紀大了(le)可塑性弱一(yī)些(xiē)。教育工作(zuò)者應該知道大腦是可塑的，學習可以改變大腦，而這(zhè)種可塑性改變就(jiù)是學習的生(shēng)物基礎。

兒(ér)童青少年大腦發育時(shí)程

人(rén)類大腦有發育發展的過程，個(gè)體(tǐ)的大腦不是一(yī)出生(shēng)就(jiù)能(néng)全面完善地工作(zuò)。腦的高級皮層發育有一(yī)個(gè)較長的時(shí)程，個(gè)體(tǐ)的前額葉甚至直到30歲左右才基本發育完整。這(zhè)就(jiù)是為(wèi)什(shén)麽兒(ér)童必須到一(yī)定年齡以後，才能(néng)學習一(yī)些(xiē)複雜的知識技能(néng)。此外，腦發育不是呈線性增長，會有一(yī)些(xiē)特别的節點出現(xiàn)。新(xīn)生(shēng)兒(ér)大腦約有300g，三歲時(shí)長到約1100g，這(zhè)時(shí)期兒(ér)童的語言發展非常快(kuài)。兒(ér)童六歲以後腦的大小已經很接近成人(rén)（成人(rén)大腦大概有1350—1400g左右），此後雖然腦體(tǐ)積不再顯著增長，但(dàn)各個(gè)腦區之間(jiān)的聯系持續性地變得更加緊密。同時(shí)，兒(ér)童在這(zhè)個(gè)階段的智力發展也(yě)有很大的飛躍。随着發育過程的推移，個(gè)體(tǐ)大腦的灰質密度将逐漸減少。這(zhè)個(gè)過程從大腦後部開始，如(rú)波浪般向大腦前部推進。大腦灰質密度的變化(huà)被認為(wèi)是腦成熟的關(guān)鍵過程，神經元之間(jiān)不使用和不需要的連接會逐漸被清除。在個(gè)體(tǐ)神經系統發育過程中，最先成熟的腦區是那些(xiē)具有最基本功能(néng)的區域，即處理(lǐ)感覺和運動的腦區等。聯合皮層，比如(rú)與空間(jiān)定位和很多高級功能(néng)有關(guān)的頂葉皮層，則成熟得較晚。最後成熟的聯合皮層腦區是前額葉皮層，一(yī)般認為(wèi)它具有更高級的功能(néng)，如(rú)整合來(lái)自感官和推理(lǐ)的信息。

在兒(ér)童的教學中，分(fēn)數和有理(lǐ)數是小學生(shēng)學習中衆所周知的難點。人(rén)類大腦的頂葉和前額葉對數字的處理(lǐ)至關(guān)重要，如(rú)前所述，這(zhè)些(xiē)皮層區域的發育成熟較晚。從腦功能(néng)的角度看，這(zhè)些(xiē)皮層的晚熟，可能(néng)就(jiù)是絕大多數兒(ér)童隻能(néng)在年齡比較大一(yī)些(xiē)時(shí)才能(néng)習得分(fēn)數和有理(lǐ)數概念的重要原因之一(yī)。腦科學研究的這(zhè)些(xiē)成果證實，對兒(ér)童的教育要循序漸進。人(rén)類大腦的發育發展是漸進的這(zhè)一(yī)概念，如(rú)果能(néng)為(wèi)廣大教育工作(zuò)者所了(le)解和接受，相信在腦科學的研究成果支持下(xià)，他們的教學實踐會更為(wèi)合理(lǐ)。比如(rú)，理(lǐ)想的課程設置和教學，就(jiù)應該遵循兒(ér)童腦發育的時(shí)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(jiān)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(shāng)業廣告中，有些(xiē)腦科學的研究成果會被無限誇大，其背後顯然有利益的驅動。所以，腦科學既要深入一(yī)線教師的教學實踐，但(dàn)也(yě)要防止它的研究成果和作(zuò)用被誇大。

在基礎教學實踐中，如(rú)何适當地運用腦科學的一(yī)些(xiē)基本概念，也(yě)是一(yī)個(gè)需要慎重考慮的問題。比如(rú)，一(yī)線教學的老師一(yī)方面需要知道大腦具有可塑性，但(dàn)另一(yī)方面，老師們也(yě)需要知道這(zhè)種可塑性有其自己的神經科學規律，過重的學習任務(wù)和長期的壓力可能(néng)會造成孩子(zǐ)大腦的永久性損傷。一(yī)個(gè)孩子(zǐ)如(rú)果大腦及心理(lǐ)有了(le)永久性損傷，将來(lái)他的一(yī)生(shēng)發展和生(shēng)活都會受到影響。所以，一(yī)線教師在實踐中要多方面考慮孩子(zǐ)的教育問題，教學要循序漸進。伴随着教育者的教學活動，兒(ér)童和青少年的大腦、心理(lǐ)、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(gè)體(tǐ)之間(jiān)有快(kuài)慢(màn)之分(fēn)，智力在個(gè)體(tǐ)之間(jiān)也(yě)有差别；特别是有一(yī)些(xiē)學生(shēng)，他們的智力發展超于常人(rén)。這(zhè)些(xiē)都是科學事(shì)實，人(rén)們應該客觀地承認這(zhè)些(xiē)差别。因材施教，所有學生(shēng)都應該有機會接受與其個(gè)人(rén)能(néng)力需求相适應的教育。學校(xiào)必須根據學生(shēng)的不同學習能(néng)力提供差異化(huà)的指導，而不是對所有學生(shēng)的指導“一(yī)刀切”。隻有這(zhè)樣，才能(néng)體(tǐ)現(xiàn)出真正的教育公平。學校(xiào)應通過多種手段提供核心課程，包括靈活的分(fēn)組、加速的内容、獨立的學習、分(fēn)層作(zuò)業、興趣中心、學習中心、學生(shēng)強項的輔導、進階課程等。對那些(xiē)具有極高水平的抽象思維、動機、興趣、成就(jiù)的學生(shēng)，應該提供特殊課程和适當的學習環境激勵他們自由發展。有天賦的學生(shēng)是不典型的學習者，他們需要在常規課程之外的特殊學習。随着科學的進步，腦科學的發展，大衆能(néng)夠接受這(zhè)些(xiē)觀念，相信我們的教育體(tǐ)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(zuò)者和教育工作(zuò)者要一(yī)起合作(zuò)，努力逐漸縮短基礎教學實踐與腦科學研究之間(jiān)的距離，使得一(yī)線老師能(néng)欣然接受腦科學的一(yī)些(xiē)基本概念，推動基礎教學實踐的發展。

來(lái)源 | 微信公衆号“光明社教育家”（本文原刊于《教育家》11月(yuè)(yuè)刊第4期，原标題《兒(ér)童青少年腦發育與基礎教學之思》）

作(zuò)者 | 周永迪 深圳大學心理(lǐ)學院院長、教授