基于脑的教育_神经科学研究对教育的启示

2010年第11期（总第370期）

No.11，2010 General，No.

370

基于脑的教育：神经科学研究对教育的启示*

王亚鹏董奇

［摘要］教育应该重视儿童大脑发展的敏感期和可塑性。对于教育者而言，一方面要为学习者提供适宜的刺激和材料，促进他们的大脑发生可塑性的变化，但同时又要防止在大脑发生可塑性变化的过程中付出不必要的代价。大脑发展过程中出现的认知障碍往往有其对应的神经机制，要使神经科学研究真正对教育有所贡献，真正“大面积”地进入教育教学实践，无论是教育决策部门、还是相关的研究机构及其学者都需要进行必要的思路调整。

[关键词]神经科学；敏感期；可塑性；认知障碍

[作者简介]王亚鹏，北京师范大学教育学部助理研究员；董奇，北京师范大学副校长，认知神经科学与学习国家重点实验室教授、博士生导师（北京100875）

近年来，随着各种神经影像技术的发展，神经科学研究取得了丰硕的成果。运用正电子断层发射扫描（PET）、功能磁共振（fMRI）、脑磁图（MEG）、光学成像（optical topography，OT）等各种脑成像技术，许多研究者对学习与记忆的神经机制以及人类毕生发展过程中大脑的发育和变化进行了大量的研究。尽管有些研究者认为神经科学研究与教育之间还有一条很长的路要走，当前神经科学的研究也没有很好地与教育实践结合起来，但是毋庸置疑，神经科学研究对教育实践具有重要的启示。系统地分析和整理神经科学的研究成果，并将其自觉地应用于教育教学实践，对于促进教育教学质量的提高，帮助教师、家长和学生树立科学的学习观和发展观具有重要的意义。

一、大脑发育的“敏感期”与早期教育

“敏感期”这一概念是在“关键期”（critical

period）概念的基础上提出来的，“关键期”概念的提出最初原自于动物研究。早期对动物视觉发展的研究发现，如果在动物出生不久就蒙上其一只眼睛，那么这种早期的视觉剥夺会严重影响动物视觉皮层的神经联结，甚至在未来一段时间内遭受视觉剥夺的眼睛都无法像正常眼睛一样发挥其功能。相反，这种视觉剥夺对成年动物的视觉似乎并没有影响。也正是因为此，有些研究者提出了“关键期”的概念。按照“关键期”假说，大脑及其功能的发展存在“关键期”。如果错过“关键期”，将会对相应的认知发展造成难以弥补的后果。

但是，近些年来神经科学的研究却发现，尽管在某些特定的时间大脑对某些刺激比较敏感，但并不是像“关键期”假说所假设的那样，错过了“关键期”相应的认知功能就无法得到正常的发展，只不过在所谓的“关键期”大脑对某些刺激比较敏感，也就是说大脑发展存在敏感期（sensitive period），在“敏感期”大脑对某些类型的刺激比较

——————————

*本文得到美国自然科学基金会LIFE中心（项目编号：SLC-0354453）的资助。

敏感。

当前神经科学的研究发现，语言学习和运动技能（比如器乐学习、运动技能的获得等）的发展都可能存在“敏感期”，在“敏感期”，大脑可以非常容易获得这些技能，而错过了“敏感期”，尽管也可以获得这些技能，但是相对比较困难。

比如对于年龄不到一岁的日本幼儿而言，他们可以区分英语中R与L之间的语音差异，但是由于日语中缺乏类似的语音对比，因而对于超过一岁以上的日本人而言，他们就无法区分英语中/ R/与/L/之间的语音差异，即使到了成年他们也无法区分二者之间的语音差异。

大脑发展“敏感期”的研究表明，教育应该重视儿童大脑发展的“敏感期”。“敏感期”是大脑某些认知功能发展的“机会之窗”（window of opportunity）。错过“敏感期”并不意味着机会的完全丧失，但是，可能需要付出很多的努力来弥补因错过“敏感期”而造成的认知发展滞后。在此期间，应该为儿童提供适应的环境和学习条件，让其认知功能得到适宜的发展。比如，在语言发展的“敏感期”就应该为婴幼儿或儿童提供大量的语言刺激，在音乐技能发展的“敏感期”就要为其提供大量的音乐刺激和训练。在进入正规的学校教育以前，儿童的学习主要是通过其与父母、同伴的日常交往和活动实现的。因而，在早期教育的过程中，父母应该提供充裕的机会让儿童与其他同伴进行交流和社会互动。封闭式的家庭管理就像环境剥夺一样，会影响儿童认知与社会性的发展，会影响其大脑神经元之间联结的形成。

二、大脑发展的可塑性与终身教育

大脑是一个复杂的系统，也是一个动态的系统。受学习、训练以及经验的影响，大脑皮层会出现结构的变化和功能的重组，即出现所谓的可塑性。[1]当前认知神经科学的研究发现，不但幼儿大脑的发展存在可塑性，而且成人甚至老年人的大脑也存在可塑性。换言之，在毕生发展的过程中，大脑皮层都具有一定的可塑性。只不过在个体发展的不同阶段大脑不同区域的可塑性有所不同罢了。

同样以日本人为例，尽管成年日本人无法区分英语中R与L之间的语音差异，但是通过训练他们不但可以区分二者的差异，而且大脑的激活模式也会出现可塑性的变化。有人曾对9位日本成人进行了为期一个月的R与L的反馈式语音辨别训练，并对其训练前后大脑进行语音辨别任务时的激活模式进行了评估。结果发现，被试在训练结束后不但行为表现（反应的正确率）有了很大的提高，而且在训练结束后被试在区分R与L时不仅其听觉语音皮层出现了重组，而且训练前与听觉语言加工无关的双侧脑区及一些皮下组织也出现了激活。[2]

此外，对于某些长期从事特定职业的成人的研究发现，受经验的影响，他们的大脑也会出现可塑性的变化。对于长期从事器乐演奏的音乐家而言，他们的听觉皮层比从来没有器乐弹奏经历的人扩大了25％，而且他们听觉皮层的扩大程度与其开始器乐演奏的年龄具有相关性。[3]此外，还有研究者以不同琴龄的钢琴演奏家为被试，研究了钢琴演奏对大脑皮层白质的影响。结果发现，钢琴弹奏的时间长短与其大脑白质纤维束的组织具有相关性。[4]这表明在大脑发展的“敏感期”所进行长期的钢琴训练可能会加速特异脑区鞘化的进程，引起大脑白质结构的可塑性变化。

神经科学的研究表明，海马在空间定位和空间记忆的过程中扮演着一个非常重要的角色。有研究者对伦敦出租车司机进行研究发现，出租车司机海马的后部比一般人的更大，而且其大小与司机的驾龄存在相关。[5]这表明受长期的驾车经验的影响，出租车司机负责空间记忆和定位的脑区的结构出现了可塑性的变化。

所有这些研究都表明，不仅儿童的大脑存在可塑性，而且即使大脑发育成熟以后仍然存在可塑性。只要提供适宜的刺激和经验，大脑就会产生可塑性的变化，而且这种可塑性不会因为年龄的增长而丧失。

遗憾的是，有些人随着年龄的增长往往会对自己的学习能力产生怀疑，失去信心。比如，就语言学习而言，随着年龄的增长，有些人会对自己的语言学习能力失去信心，尤其在语音（听力）学习上更是采取放弃的态度。但是脑科学的研究则表明，即使短短几天高强度的语音训练不仅能提高被训练者的行为表现，而且能引起其大脑产生可