脑与教育学习札记(2)-学一点有关脑的基本知识

     在我们了解脑科学揭示的儿童的发育过程以前,需要简要的介绍有关脑的最基本的知识。实际上,在美国前总统老布什提出把上世纪最后十年定为“脑的十年”的计划中,当时主要提出的口号不是研究,而是让公众了解脑科学研究的重要性和分享脑科学研究的成果。随之,日本提出了“认识脑,保护脑,创造脑”的计划,该计划也不是只着眼于研究工作,而是向公众普及脑的知识。我国的教育界和家长学习一点有关脑的基本知识是会很有益处的,至少可以有助于你对一些教育方式的了解和辨别。

     人被誉为“万物之灵”、“大地之秀”,这是因为人有脑。有人问什么是复杂系统?简单的举例是:包含人的系统总是复杂系统,其原因也是因为人有一个世界上最复杂的、最有威力的脑。教育过程包括教和学两个方面。至今为止,脑科学对“教”的过程研究甚少。主要研究集中在学习的过程中。

     认识脑(注意不只是大脑,大脑只是脑的一个重要组成部分)的结构、回路、系统,以及它的工作过程是科学研究内容上对人类最大的挑战。只是到了近几十年,特别是近十几年,对脑的研究才取得了较大的进展。这应该归功于科学和技术的进展,像功能核磁共振CT和正电子CT的问世,基因技术的发展,都为我们研究脑,研究脑中发生的一些高级功能,如认知、情绪、决策和行为,包括语言和学习,提供了可能。人类离最终揭开脑的秘密,如果最终可能的话,还有很长的路要走,但是鉴于教育的重要性,我们应该努力去吸取人类对脑研究的新成果,结合我们的教育实际,去促进我们的教育改革,使其沿着尽可能科学的方向前进,至少尽可能避免做违背科学规律的事。

    人的脑在长期的进化中形成。成熟的人脑重量平均在1.3千克左右,占身体质量的2.33%。黑猩猩脑的重量约为345克。象的脑重8千克,仅占其身体重量的0.2%。鼩鼱的脑占其身体重量的3.33%,它的脑占这样大的比例不是为了装更多的智慧,而是为了吃,它每天要吃的昆虫重量和自己的重量相当。

     大鼠的脑皮层面积相当于一张邮票,黑猩猩的相当于一张标准打印纸,而人脑的皮层比黑猩猩的大4倍。在哺乳动物进化过程中,前额叶皮层猫增加了3%,黑猩猩增加了17%,人则增加了29%。显然,前额叶皮层的细胞结构区如此扩大和分化是人类特有的。

     神经细胞,也就是我们常称之为神经元的,是构成大脑的基本单元。人脑内神经元的总数估计为一千亿以上,和银河系里的星星一样多。胶质细胞与它共同存在于大脑之中,数目较它多出10-15倍。神经元的类型和形状差别很大,但都具有胞体(其内包含了细胞核)、轴突、树突、和树突上带有的突触四个部分。轴突用于传出信号,树突接受信号输入,信号传输经过树突和轴突之间形成的突触来进行,每个神经元所具有的突触数不等,可以多到数千个左右。

     在轴突上信号以数字信号的形式传输,而在轴突和与它相应的突触后膜之间是化学性的信号传递。突触间隙里发生的过程十分复杂,包括电信号到化学信息、化学到化学、化学信息到电信号的转化。在突触间隙中产生化学过程的经典的小分子化合物-神经递质有10多种,还有一些神经肽参与突触传递,被称为调制物质或神经调质,其数量已达数百种,并且还在被不断发现。每一个突触间隙中并不一定只含一种神经递质,相反地,绝大多数间隙中含有多种递质。脑的正常工作需要在突触间隙中存在的神经递质,在一定的时间进程中保持一定合适的浓度。突触间化学过程的存在使人脑神经网络异常复杂。

     我们的心智(Mind)与脑(Brain)不是分离的,人不同的心智功能,如感知、认知、语言、情感、决策等,都有相应的回路和脑区与其对应,但是这种分区不是绝对的。脑的活动与脑中神经元的组织结构、树突结构、突触的树突棘等的形态有关,和神经递质有关。

     例如像我们常常对有些事件和人物只是短时间记住了,过了就忘了,有的会长期记住,这种长期记忆就是基于神经元间存在的突触的生长、加固,即在突触处形成了新的蛋白质。

    几年前,我们研究了不少国外有关脑科学基本知识的科普网站,认为位于美国西雅图华盛顿大学的一个网站Neuroscience for kids最适宜一般教师和家长阅读,因而请东南大学学习科学研究中心的毛彩风老师把它译成中文。经华盛顿大学校核后,确认译文质量达到专业水平,后即请汕头大学出版社出版,没想到,因种种出版质量的问题,历时两年多,这个月才正式出版,我还没有拿到样书,希望这次能最终完成出版过程。有兴趣者不妨购一套看看,相信会很有益处。

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发布于7月31日 10:07 | 评论数(8) 阅读数(11824) | 脑与教育

脑与教育学习札记(1)-“做中学”和社会建构理论

  出于对推动“做中学”科学教育的热心和学术研究的兴趣,近几年来我重拾过去的研究基础,阅读了一批有关的书籍和文献,写了一些心得札记,愿在此和大家交流和切磋。


    教育是人类和社会持续发展必不可少的一种重要的社会活动,它向新一代传授知识、技能、培育他们的性格和价值观。现代的教育又是一种实现国家意志的有组织、有目的的过程。社会中的绝大部分人将通过获取一份职业来实现个人和社会的生存和发展,因而教育和就业,和人力资本的构成与质量,和社会进步与经济发展密切相关。教育是在为个人、家庭、民族、国家和世界准备未来。

教育作为一种重要的社会活动,在人类历史上长期依靠经验的总结,依靠哲学思想的引导。中国古代以孔子为代表的儒家的教育思想,不仅对中国,而且对世界的教育都发生了重要的影响。至今在我国,教育仍然主要属于人文学科的范畴。  

十九世纪七十年代以后,以德国心理学家冯特(W.Wundt)开创性的工作为标志,以研究人类心理活动为内容的心理学作为一门独立的学科从哲学中分离出来,与心理学密切相关的教育活动中也开始有了一些科学研究的内容。心理学的不同流派对教育产生着不同的影响,如二十世纪曾经在心理学中占主导地位的行为主义学派和在二十世纪下半叶逐渐发展壮大的认知心理学等都对教育产生过和正在产生着重大的影响。

研究儿童发展的科学,包括发展心理学的研究,与教育的关系最大。儿童认知发育规律是我们制定教育政策的基础。从皮亚杰J. Piaget)开始,近代心理学对儿童进行了基于经验的系统观察,总结了儿童认知的发展规律。皮亚杰的研究工作具有开创性,对教育的影响也很大,但是他认为儿童生而具有某种认知结构,它们在儿童发展的过程中依次出现,儿童的认知能力的发展和环境刺激的关系不大,在预定的时间以前不会出现。

   和皮亚杰同时期的维果茨基(L.S.Vygotsky,1896-1934)是前苏联的一位教育心理学家。他强调社会活动对学习的作用。他的社会建构理论在他逝世以后才被人重视,成为支持探究式学习的基本教育理论。他的理论对教育的影响可以归结为:

1. 课程设计:由于儿童有效地学习要通过一定社会环境下的互动来实现,所以在课程设计中要强调学习者和学习任务之间的互动。

2. 学习指导:在成人适当地帮助下,儿童常常可以完成他独自无法完成的任务,所以要经常根据儿童的水平提供灵活的“脚手架(scaffolding)来帮助儿童。“脚手架”并不仅仅是为了产生直接的效果,更是为了慢慢地培养儿童未来独立解决问题的能力。

3. 评价:评价要考虑“最邻近发展区(the zone of proximal development)”的概念,即考虑儿童实际具有的发展水平和在帮助下可能获得的发展水平。两个儿童可能具有同样的发展水平,但在同样的帮助下,可能解决的问题水平不一样,评价时应考虑这个因素。

无论是皮亚杰还是维果茨基在二十世纪的大部分时间里,特别是二十世纪的上半叶以前,都未成为影响教育的主流心理学学派。当时流行的是佛洛伊德(S.Freud)学派的精神分析理论和行为主义心理学家,例如像史金纳(B.F.Skinner)。这两派学者虽然对儿童的发展也提出了许多看法和观点,但是缺乏对儿童发展过程系统的试验观察。佛洛伊德的理论主要来自于对成人精神病患者的精神分析,认为儿童是生而具有欲望和渴望驱动的生物,因而他们对世界的看法是扭曲的幻想;而行为主义心理学家则基于对老鼠的实验,认为婴儿生下来是一张白纸,被动的等待成人以强化训练来塑造成型。这两派的理论没有给教育带来正面的推动。

五、六十年代以后。西方国家在科学教育中一度受到皮亚杰理论的影响,强调了儿童自发的主动探究过程,有的学者也把它称为发现式科学教育。七十年代以来,美、加教育界发现这样的教育效果并不好,而且儿童的发展过程并不是不能变化的,和儿童遇到的环境与教育方式有关,于是逐渐靠近了考虑儿童和社会文化环境相互作用的发展与学习建构过程,接受了维果茨基的理论。

在上世纪后几十年,认知科学发展很快,进一步揭示了某些有关人是如何学习的规律。例如发现优秀的国际象棋选手和一般的人一起看一盘棋,如果棋子是按棋谱安放的,棋子取走后,选手比普通人记住的棋子明显要多。但是,如果棋子安放是杂乱无章的,选手和普通人记住棋子的数目差别并不大。所以认知科学的进展告诉我们:专家们所以能较好的学习和解决问题是因为在他们的脑中建立了一些概念和模型。概念是建构儿童认知的基石,幼儿园和小学的学生已经有能力建立一些认知结构,在科学教育中教师搭建一些“脚手架”,帮助学生建立一些概念和认知模型会提高学生科学探究学习的效率。但是,儿童往往会已经具有一些原有的甚至是错误的概念,改善这些概念和认知结构,或建立新的概念和认知结构需要从儿童原有的概念出发,通过做中学(动手、动脑)来进行《1》。

无论是提出精神分析法的佛洛伊德,还是持自然发展观点的皮亚杰,到杰出的神经心理学家,维果茨基的学生鲁瑞亚(A.Luria),以及在美国六十年代以后教育改革中起重要作用的布鲁纳(J.S.Bruner都认为早期儿童的发展是分阶段的,大致可以分成三到四个阶段,我把他们的观点简要归结如下:

佛洛伊德认为人的发展可按性的发展过程分成三个阶段:第一阶段,从出生到三岁左右,称为前俄底浦斯情结(Oedipus Complex)阶段,包括口欲期、肛欲期和阳具欲期等;第二阶段从三岁左右到五、六岁,称为俄底浦斯情结阶段,这阶段中男孩出现恋母情结,女孩出现恋父情结;第三阶段从六岁到十八岁,称为后俄底浦斯情结阶段,包括潜伏期、生殖欲期和青年期等。

皮亚杰认为儿童0-2岁为感觉动作期、2-7岁为运思前期、7-11岁为具体运思期、11,12岁以后为形式运思期。他认为逻辑推理是生物适应性的最高形式出现在青春期14-15岁时。

鲁西亚提出的儿童的脑发育可以分成三段,即脑边缘皮层区发育的情感功能期(Emotional function),后脑皮层发育的认知功能期(Cognition function ),前脑皮层发育的执行控制功能期(Executive control mechanism),这种从后部到前部的脑的发育过程,最后导致的脑形成抑制控制功能,可能是人类抽象思维的神经基础。

布鲁纳也将儿童发展三段,即5岁以前的动作表征阶段(enactive representation),6-10岁之间的映像表征阶段(ikonic representation),11岁以后的符号表征阶段(symbolic representation)。
 

总之,不同的学者虽然基于不同的研究方法,持有不同的理论观点,在儿童发展分阶段,以及主张儿童动作、情感、语言、具体的思维发展在前,符号和逻辑思维发展在后等方面的观点是一致的,在按年龄分段上也十分相近,但是对于在儿童发展是自然发生的过程,还是教育和家庭提供的社会文化环境可以有所影响和改变的进程;儿童脑中形成的概念是否客观世界的反映等基本哲学思想上是有根本分歧的。前一问题的争论可以归结为自然和教养(Nature vs. Nurture)的问题;后一问题涉及唯物主义认识论和唯心主义认识论的问题。

 

二十世纪科学的发展如此的神速,二十世纪的上半世纪被誉为物理的黄金时期,下半叶可以称为是生物科学发展的黄金时期,特别是二十世纪最后的十年被称为“脑的十年”,这期间所积累的有关脑的知识超过了这以前人类历史上的总和,神经科学和分子生物学的发展揭示儿童发育的许多新的规律。一门新的学科——学习科学(又称神经教育学,Neuro-education)正在形成。学习科学是一门新出现的交叉学科,它研究心智、脑和教育的关系。现在,脑科学可以从实验研究中提供有关数据,以证实许多有关学习机理的假设和发现,揭示更具本质意义的儿童发展的生物基础。从这些众多的研究进展中,我们可以得到一些对教育的重要启示。和上述研究不同,基于脑科学的研究更强调实证的研究,不再只是把脑看成一个“黑匣子”,从外部来加以研究,而是可以借助于新发展起来的脑成像技术,如核磁共振成像技术和正电子成像技术来观看活体人脑中发生的某些过程,包括认知、情感、决策等高级思维过程。基因工程的发展为研究自然和环境对儿童发展的影响提供了更科学的手段(待续)。

 

发布于7月28日 18:56 | 评论数(34) 阅读数(6755) | 脑与教育

关于教育广告中的科学问题

我记得几年前我曾就加强教育广告的管理问题,在全国政协会议上提过提案,答复是什么也忘了,但这几年似乎情况没有好转。

教育是不是科学?现在大家的意见并不一致,我认为这并不要紧,可以讨论,也可以不同情况分别对待。但是,如果你把教育作为科学来对待,你就必须要谈的是科学的内容,不要以科学作为幌子,让家长和公众以为你说的一套有科学根据。

去年我到军事博物馆去参观一个展览,看见军事博物馆的大厅里在办教育讲座,很有兴趣,走进去听了一会儿,刚好演讲的专家在讲脑科学,而且说脑科学证明儿童13岁以前背诵经典著作最重要,有很多好处,对孩子成长很关键。我对背诵经典著作没有研究,但可以判断他讲的脑科学的知识是没有科学根据的。我走出来看见大厅门外正在配套发售他们推荐的经典书,300多元一套。他们说是清华大学文化学院下的一家公司。当时,我就告诉他们,那位学者所谈论的脑科学的内容是不正确的,下次不要再这样做了。一位中途退场的家长告诉我,他们来是因为海淀区学校发的票。事后,我曾想问问清华大学校办,是不是有这么一个公司,事情一忙,也就把这事给忘了。

两周前,邻居给我送来一份资料,说是西城区某小学老师发的,让我给看看。这份材料是北京育灵儿童教育研究中心通过学校老师发的,也是在军事博物馆会议厅举办“经典教育与儿童潜能开发”专家报告会,也有一套权威经典版的图书配合出售,举办时间是6月18日和6月19日,共举办八场。育灵童儿童研究中心主任是北京师范大学教育系胡长乐博士。发的资料上有不少专家的题词和照片,头版头条是北京师范大学教育系博士生导师郭齐家教授的讲话——经典诵读 塑造面向二十一世纪的成功人生,还配有郭教授的照片,想必是郭教授自己的讲话了。

讲话较长,许多问题倒也讲得明明白白。例如像郭教授说,既然西方人从小就念“圣经”,伊斯兰人从小就念“可兰经”,以色列人从小就念他们民族的“经典”,那么为什么我们中华民族那么多“经典”不让孩子从小去念呢?既然西方有这样一个教育理念,叫“与柏拉图同在,与亚里士多德同在,与真理同在”,那么我们为什么不能建立这样的理念呢:“与孔子同在,与老子同在,与真理同在”?

虽然我对西方的教育情况有所了解,也知道那些“圣经”、“可兰经”等和柏拉图、亚里士多德不是一回事,但就算各人教育理念不同,暂且不作争论。

郭教授又讲到脑科学了,他说,靠背诵,人类发展了自己的脑神经、大脑,发展了我们人类的智慧,所以背诵是非常重要的。他又说,大家知道,十三岁以前是人类记忆力的高峰,十五岁以后人的理解力慢慢上升,记忆力慢慢下退,这是生理、心理学家们讲的。所以我们就利用十三岁以前,他记忆最好的时候,你就把人类文化的精华让他背诵,这个时候他的背诵能力非常强,非常强。郭教授又强调了一下,大家知道脑力及(?恐怕应是“即”)国力,孩子脑子的发展就是将来国家的发展,这个非常重要。

既然讲到科学,我就想向郭教授请教,他引证的是那些生理、心理学家的研究成果?讲到科学的结论,应该出示可靠的科学文献。不知这些生理、心理学家怎么连脑神经、大脑、和脑的基本概念都不清楚,提出的结论都不符合脑科学的常识,也不知道那来的“脑力”这个名词。  

如果这份资料是在街上随便发的小广告,倒也罢了,它是我们学校的老师发给学生的,讲座是在国家级的博物馆举行的,举办者和专家又是我国著名的一流师范大学的博士生导师和博士生。我就想认真一下,问个究竟。

现在虚假的医药广告有人管了,最近假冒伪劣食品也引起了重视,也有人管了,不知虚假的教育广告该谁管?我不过是因为正在学习和研究一点有关脑与学习的课题,特别是12岁以前儿童认知和情感的发展,看到了这则实例,出于科学工作者的责任,想提出来,让大家至少认真地思索一下。

发布于7月6日 17:01 | 评论数(56) 阅读数(6793) | 脑与教育

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