白月橋
中央教育科學(xué)研究所
[摘要]腦的結(jié)構(gòu)與功能是極為復(fù)雜的，腦干、邊緣系統(tǒng)和新皮層是腦的主要結(jié)構(gòu)。細(xì)胞是腦組織的最小單位，可分為神經(jīng)細(xì)胞和膠質(zhì)細(xì)胞兩種。可塑性、關(guān)鍵期、髓鞘化、神經(jīng)元修剪，是腦的根本特性，現(xiàn)代腦成像技術(shù)揭示，不同教學(xué)科目反映在不同的腦區(qū)。課程教學(xué)可以進(jìn)行腦區(qū)定位。我們要把腦科學(xué)的研究成果作為課程教學(xué)偏訂和實(shí)施的主要理論根據(jù)。
[關(guān)鍵詞]腦的結(jié)構(gòu)，腦的功能，腦細(xì)胞可塑性，關(guān)鍵期，腦功能定位，教學(xué)科目腦區(qū)定位。
2006年2月我國(guó)國(guó)務(wù)院頒布的《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006——2020年）》指出：腦科學(xué)與認(rèn)知科學(xué)是8大科學(xué)前沿問(wèn)題之一。腦發(fā)育、可塑性與人類(lèi)智力的關(guān)系，學(xué)習(xí)記憶和思維等腦高級(jí)認(rèn)知功能的過(guò)程及其神經(jīng)基礎(chǔ)，腦信息表達(dá)與腦式信息處理系統(tǒng)等，是腦與認(rèn)知科學(xué)的主要研究方向?！兑?guī)劃綱要》頒布意義重大，社會(huì)各有關(guān)方面要行動(dòng)起來(lái)，為實(shí)現(xiàn)綱要確定的宏偉目標(biāo)不懈努力奮斗。
上世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著各種無(wú)創(chuàng)性腦成像技術(shù)的運(yùn)用，腦科學(xué)已成為當(dāng)今世界科研領(lǐng)域最前沿、最重要、最活躍和科研成果最豐碩的學(xué)科之一。世界發(fā)達(dá)國(guó)家都將腦科學(xué)研究納入國(guó)家發(fā)展的戰(zhàn)略科技規(guī)劃。繼頗有影響的美國(guó)“腦的十年”和歐共體“歐洲腦十年”計(jì)劃之后，日本推出了名為“腦科學(xué)時(shí)代”為期20年的腦科學(xué)計(jì)劃綱要，并于2003年又啟動(dòng)了“腦科學(xué)與教育”科研項(xiàng)目。人腦這個(gè)奧妙的“黑匣子”已被現(xiàn)代高科技逐步打開(kāi)。把腦科學(xué)和教育結(jié)合起來(lái)，根據(jù)腦發(fā)育規(guī)律和認(rèn)識(shí)規(guī)律編制課程，設(shè)計(jì)教學(xué)，是當(dāng)前教育科研領(lǐng)域最前沿的科研課題，該科研課題正在世界范圍內(nèi)日益廣泛興起。本文先介紹腦的結(jié)構(gòu)和功能，揭示人腦的秘密，在這個(gè)基礎(chǔ)上，再就腦科學(xué)取得的科研成果，和課程教學(xué)相結(jié)合的問(wèn)題作些探討。
一、腦的基本結(jié)構(gòu)及其功能
人腦的結(jié)構(gòu)及其功能是極其奧妙和復(fù)雜的，古今中外的哲學(xué)家和學(xué)科專(zhuān)家曾對(duì)人腦這個(gè)奧妙的“黑匣子”作過(guò)各種不同的巧妙比喻或隱喻。如人腦是“世界上最大的處女地”“宇宙問(wèn)最復(fù)雜的機(jī)械零件”“生物學(xué)上的超級(jí)電腦”“沉睡的巨人”“尚未開(kāi)采的金礦”等。人腦的結(jié)構(gòu)雖如此奧妙，但卻不是人體最大的器官，其重量約1350克，大小如柚子，形狀如胡桃，只有身體的2%，不過(guò)耗熱量卻是人體的20%，腦遺傳基因占全身的1/3。
科學(xué)家考察了地球的歷史，揭示了一切生物和人類(lèi)進(jìn)化的連續(xù)性，揭示了人腦的演化進(jìn)程。約38億年前，地球上誕生了最初的生命，這種生命是原生的單細(xì)胞生物。后來(lái)便有了軟體動(dòng)物、兩棲動(dòng)物和爬行動(dòng)物。人類(lèi)起源于動(dòng)物界，森林古猿是人類(lèi)和現(xiàn)在大猩猩及黑猩猩的共同祖先。大約550萬(wàn)年，由猿類(lèi)開(kāi)始轉(zhuǎn)化為人類(lèi)。把人類(lèi)和黑猩猩進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，其DNA的排列差別很小，大約相差僅1%左右。不過(guò)人腦的重量卻比今天的猩猩大得多，大猩猩腦重約1磅（450克），而成人的腦重約3磅（1350克），這是因?yàn)槿四X的前額葉腦區(qū)極大的進(jìn)化了，因此有了語(yǔ)言能力、思維能力、高級(jí)性感能力和創(chuàng)新能力。
人腦是地球上生命誕生后，通過(guò)億萬(wàn)年的歷史演化，經(jīng)過(guò)爬蟲(chóng)類(lèi)動(dòng)物的腦和哺乳類(lèi)動(dòng)物的腦，發(fā)展到今天人類(lèi)特有的創(chuàng)新性腦。因此，人腦是由爬蟲(chóng)類(lèi)腦，哺乳類(lèi)腦和創(chuàng)新性腦構(gòu)成的“三合一腦”，腦科學(xué)著作往往又分別稱(chēng)其為“古皮層”、“舊皮層”和“新皮層”。不過(guò)腦科學(xué)家根據(jù)解剖生理學(xué)和腦部功能的不同，大都把腦分為腦干、邊緣系統(tǒng)和新皮層三大結(jié)構(gòu)。
1、腦干（或稱(chēng)爬蟲(chóng)類(lèi)腦部）
腦干由脊椎延伸而出，位于頭盧的底部，是腦內(nèi)最古老和最深層的區(qū)域，該部分進(jìn)行了約五億年。因?yàn)樗团佬袆?dòng)物的整個(gè)腦非常相似，人們經(jīng)常稱(chēng)其為爬蟲(chóng)腦，如鱷魚(yú)、晰蜴、鳥(niǎo)類(lèi)的腦都如此。腦干又細(xì)分為延髓、腦橋和中腦三個(gè)構(gòu)成部分。在進(jìn)入腦的12對(duì)神經(jīng)中就有11對(duì)止于腦干，只有嗅覺(jué)神經(jīng)直接進(jìn)入邊緣系統(tǒng)，這是進(jìn)化的原因。腦干是“生命中樞”，它控制著心跳、血壓、呼吸、消化、體溫等。腦干是大腦半球與脊髓之間的聯(lián)絡(luò)通路，腦干中的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)還負(fù)責(zé)司管大腦皮質(zhì)的覺(jué)醒和睡眠等功能。
2、邊緣系統(tǒng)（哺乳動(dòng)物腦部）
邊緣系統(tǒng)介于大腦皮層和腦干之間，人和其他哺乳類(lèi)動(dòng)物的腦都有類(lèi)似的部位，因此又被稱(chēng)為“狗貓腦”。在兩個(gè)腦半球內(nèi)，邊緣系統(tǒng)的生理結(jié)構(gòu)是對(duì)稱(chēng)的和一致的。就腦演化的過(guò)程來(lái)看，邊緣系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)在人類(lèi)具有邏輯思維之前，該系統(tǒng)控制著荷爾蒙的分泌、口渴、饑餓、快感以及新陳代謝功能、免疫功能和長(zhǎng)期記憶功能等，在學(xué)習(xí)和記憶中具有重要作用。它包括丘腦、海馬和杏仁核三個(gè)部分。
丘腦。丘腦是腦的中轉(zhuǎn)站，所有來(lái)自外界的感覺(jué)信息，除了味覺(jué)外，都首先要通過(guò)丘腦進(jìn)行初級(jí)加工和整合，然后再由此轉(zhuǎn)送到其他腦區(qū)進(jìn)行處理。
海馬。海馬一詞來(lái)自于希臘語(yǔ)，因其外形像海馬而得名。在鞏固學(xué)習(xí)和記憶儲(chǔ)存方面，海馬具有重要作用。電刺激海馬能喚起人原有的某種記憶，兩側(cè)性切除海馬的人會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的識(shí)記障礙。可見(jiàn)海馬\u001F同記憶關(guān)系極為密切。研究表明，海馬在由短時(shí)記憶向長(zhǎng)時(shí)記 憶的轉(zhuǎn)變中扮演著重要角色，它可把外界接受的信息不僅能作為短時(shí)記憶暫時(shí)保存，而且能發(fā)送到大腦皮層相關(guān)腦區(qū)被全部偏碼永久儲(chǔ)存，變?yōu)殚L(zhǎng)期記憶。海馬嚴(yán)重受損的人不僅喪失了長(zhǎng)時(shí)記憶，而且不能回憶剛剛發(fā)生的事情。海馬的腦波型和新皮質(zhì)層的有著明顯不同，覺(jué)醒時(shí)顯示出高振幅的幔波，昏迷時(shí)出現(xiàn)快波，熟睡時(shí)則常發(fā)生峰型波，無(wú)創(chuàng)性腦成像技術(shù)證實(shí)了海馬在學(xué)習(xí)和記憶中的作用。
杏仁核。杏仁核附著在海馬的末端，在情緒行為中扮演著重要角色，與恐懼反應(yīng)的關(guān)系尤為密切。電刺激杏仁核可以引起憤怒，或者產(chǎn)生恐懼感或快樂(lè)感，狂怒的精神病人在手術(shù)摘除杏仁核后，性格變得比較溫順。由于杏仁核靠近具有記憶功能的海馬區(qū)，所以研究者認(rèn)為，杏仁核能產(chǎn)生情緒把信息進(jìn)行編碼轉(zhuǎn)入長(zhǎng)時(shí)記憶中。同時(shí)，杏仁核還司管為維系機(jī)體生存而需要作的一些行為，比如面對(duì)威脅是選擇作戰(zhàn)還是逃避，因饑餓四處覓食，為延續(xù)后代進(jìn)行交配等，這些行為都有杏仁核決擇。如果杏仁核認(rèn)為環(huán)境形勢(shì)有潛在危險(xiǎn)，它就會(huì)刺激下丘腦向機(jī)體發(fā)出信號(hào)，當(dāng)即逃跑。因此杏仁核被稱(chēng)作腦的警衛(wèi)哨兵。大家知道，在教學(xué)實(shí)踐中，通常采用的角色扮演、合作互動(dòng)、娛樂(lè)游戲的教學(xué)策略，這種教學(xué)策略之所以能夠取得好的教學(xué)效果，達(dá)到了長(zhǎng)時(shí)記憶的目的，就是由于杏仁核的參與，因?yàn)樾尤屎送ㄟ^(guò)其控制的情緒能把接受的信息變?yōu)殚L(zhǎng)期記憶，這是杏仁核功能的特點(diǎn)。
3、新皮層（或稱(chēng)思維腦部）
三位一體的腦是神經(jīng)科學(xué)家PaulMaclea從進(jìn)化論的角度提出的。為了更形象的說(shuō)明腦的結(jié)構(gòu)，有人作了這樣一個(gè)比喻：把手握成拳，再用另一只手握住這一個(gè)拳頭，如果第一只手的腕部代表“爬蟲(chóng)類(lèi)腦部”，那么拳頭則代表“哺乳類(lèi)腦部”，而第二只手握住拳頭的部分則代表思維性腦部，即新皮層。新皮層負(fù)責(zé)所有高級(jí)思維功能，人的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、思想、語(yǔ)言、計(jì)劃、分析、決定、創(chuàng)意等活動(dòng)都在這個(gè)腦區(qū)進(jìn)行。新皮層的出現(xiàn)使人類(lèi)和所有其他哺乳動(dòng)物最終區(qū)別開(kāi)來(lái)。
腦葉。從腦外側(cè)部分結(jié)構(gòu)來(lái)看，新皮層可分為額葉、顳葉、枕葉、頂葉和運(yùn)動(dòng)皮層等。這些不同的腦區(qū)各有特殊的功能：額葉位于大腦最前部，為執(zhí)行控制中樞，約占大腦半球容積的50%，具有規(guī)劃、思維、解決問(wèn)題和調(diào)控情緒的功能；顳葉位于耳朵內(nèi)上方，負(fù)責(zé)處理聲音和語(yǔ)言；枕葉在腦后部，進(jìn)行視覺(jué)加工；頂葉位于腦的頂部，主要負(fù)責(zé)定位、計(jì)算和識(shí)別等功能。在頂葉和額葉之間，從左耳到右耳的頂部有一條帶狀區(qū)，這就是運(yùn)動(dòng)皮層，主要控制軀體運(yùn)動(dòng)，它與小腦協(xié)同，完成動(dòng)作技巧的學(xué)習(xí)。
腦半球。新皮層又以胼胝體為準(zhǔn)，把大腦分為左右兩個(gè)半球。上個(gè)世紀(jì)60年代，美國(guó)神經(jīng)學(xué)家斯佩瑞和他的助手通過(guò)“裂腦人”的研究，對(duì)大腦左右半球的功能區(qū)別有極大影響。斯佩瑞研究的結(jié)論認(rèn)為，每個(gè)半球擁有各自獨(dú)立的分割的感覺(jué)和知覺(jué)，各自保持不同的和不可相互轉(zhuǎn)換的功能，并且各自接受不同的刺激。今天的研究結(jié)果證明，左右腦半球的功能是有區(qū)別的，但又是相互協(xié)作的并有可塑性?？傮w來(lái)看，來(lái)自身體左側(cè)的神經(jīng)交叉到右半球，來(lái)自軀體右側(cè)的神經(jīng)交叉到左半球；左半球負(fù)責(zé)言語(yǔ)、分析、邏輯、推理、數(shù)學(xué)、順序等方面的言語(yǔ)類(lèi)信息加工；右半球負(fù)責(zé)韻律、節(jié)奏、繪畫(huà)、視覺(jué)、空間等非言語(yǔ)類(lèi)信息的加工。顯意識(shí)思維在左腦，潛意識(shí)思維在右腦。雖然這個(gè)科研結(jié)論是正確的，但是如果把腦半球功能的區(qū)分絕對(duì)化則是不對(duì)的。
胼胝體。兩個(gè)大腦半球是腦的最大組成部分，約占整個(gè)腦重的85%。從結(jié)構(gòu)和功能上看，左右半球雖有不同，但胼胝體把二者聯(lián)系起來(lái)，形成一個(gè)整體。胼胝體是聯(lián)系大腦左右兩半球皮層的巨大纖維束，是架在兩半球間的超高速公路，約有兩億五千萬(wàn)條神經(jīng)纖維組成。通過(guò)這條超高速公路，左右半球可自由地瞬間反復(fù)往來(lái)交換信息，協(xié)調(diào)命令。比較神經(jīng)學(xué)家的研究表明，胼胝體的演化與大腦皮層的演化是一致的，現(xiàn)代人的胼胝體遠(yuǎn)比古代人的胼胝體更發(fā)達(dá)。裂腦人的實(shí)驗(yàn)證明，如果切斷胼胝體則左右腦的信息不能交流。這也說(shuō)明，課程教學(xué)的設(shè)計(jì)和實(shí)施應(yīng)是全腦教育，前些年一度興起的片面強(qiáng)調(diào)開(kāi)發(fā)右腦作法是不實(shí)際的。
4、腦細(xì)胞
前面講了腦干、邊緣系統(tǒng)和新皮層及其功能。如果說(shuō)這是腦的宏觀結(jié)構(gòu)，那么腦細(xì)胞則是腦的微觀結(jié)構(gòu)。腦是細(xì)胞的王國(guó)。腦細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能是相當(dāng)復(fù)雜的。和人體其他部位的細(xì)胞不同，腦細(xì)胞有自己的特點(diǎn)。腦細(xì)胞的類(lèi)型主要有兩種：膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞。神經(jīng)細(xì)胞通常稱(chēng)神經(jīng)元。人腦內(nèi)兩種細(xì)胞共計(jì)約1萬(wàn)億，其中膠質(zhì)細(xì)胞9000萬(wàn)億，神經(jīng)細(xì)胞1000萬(wàn)億，二種細(xì)胞的比例為10：1。
膠質(zhì)細(xì)胞。膠質(zhì)細(xì)胞因其質(zhì)地類(lèi)似膠水而得名，其形狀是多種多樣的。這種細(xì)胞沒(méi)有細(xì)胞體。在胚胎腦發(fā)育的過(guò)程中，神經(jīng)細(xì)胞處于游漓狀態(tài)，不能到達(dá)應(yīng)到的腦區(qū)定位。膠質(zhì)細(xì)胞則幫助神經(jīng)細(xì)胞遷移到位并加以固定。神經(jīng)細(xì)胞每天耗費(fèi)大量養(yǎng)料并產(chǎn)生廢棄物或死亡。膠質(zhì)細(xì)胞擔(dān)任著繁重的運(yùn)輸任務(wù)，它不僅運(yùn)送養(yǎng)料，清理廢棄物，還具有調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)的功能。這一點(diǎn)，科學(xué)家解剖愛(ài)因斯坦的大腦得到有力的證據(jù)。很久以來(lái)，人們都猜測(cè)大科學(xué)家愛(ài)因斯坦的大腦整個(gè)結(jié)構(gòu)可能和常人不一樣。但通過(guò)解剖發(fā)現(xiàn)，愛(ài)因斯坦的大腦構(gòu)造沒(méi)有特殊的地方，不過(guò)在一個(gè)特定腦區(qū)膠質(zhì)細(xì)胞的數(shù)量大大超過(guò)常人。有的解釋說(shuō)，這是因?yàn)閻?ài)因斯坦由于繁重的腦力勞動(dòng)，神經(jīng)細(xì)胞需要大量營(yíng)養(yǎng)并產(chǎn)生更多的廢棄物，這就加大了膠質(zhì)細(xì)胞的運(yùn)輸任務(wù)，因而也使膠質(zhì)細(xì)胞更加發(fā)達(dá)。一般認(rèn)為，神經(jīng)細(xì)胞是不能再生的，但膠質(zhì)細(xì)胞可以再生。此外，據(jù)邁阿密第29屆神經(jīng)科學(xué)年會(huì)1999年的報(bào)導(dǎo)，在形狀各異的膠質(zhì)細(xì)胞中，有一種“星形膠質(zhì)細(xì)胞”，還具有加速神經(jīng)信號(hào)傳遞速度的作用。
神經(jīng)細(xì)胞。是控制腦和全部神經(jīng)系統(tǒng)的最小單位。人腦神經(jīng)元為1000億，猴子有100億，老鼠為500萬(wàn)。1個(gè)神經(jīng)元有多大，有的比喻說(shuō)30000個(gè)神經(jīng)元僅相當(dāng)于針頭那么大。神經(jīng)元是由胞體、樹(shù)突、軸實(shí)構(gòu)成的。如果把神經(jīng)元比作人的手和前臂，那么胞體好比人的手掌，樹(shù)突好比人的手指，手腕和手臂好比軸突。不過(guò)細(xì)胞體所生出的樹(shù)突遠(yuǎn)比手指數(shù)多，一個(gè)胞體能長(zhǎng)出成千上萬(wàn)的大小樹(shù)突。軸突僅有一個(gè)。短軸突約一厘，最長(zhǎng)的可達(dá)一米。軸突外面包裹以特殊的物質(zhì)即髓磷脂。髓磷脂具有絕緣作用，能保障電信號(hào)的傳遞暢通，避免干擾，這種現(xiàn)象稱(chēng)作“髓鞘化”。
大腦內(nèi)的每個(gè)神經(jīng)元都是獨(dú)立的，神經(jīng)元間的信息傳遞要通過(guò)突觸。所謂突觸就是一個(gè)神經(jīng)元的樹(shù)突和另一個(gè)神經(jīng)元的軸突終端，二者之間的極其微小的聯(lián)絡(luò)處。當(dāng)一個(gè)神經(jīng)元通過(guò)樹(shù)突接受到外界刺激的信息之后，它就通過(guò)髓鞘化的軸突電信號(hào)傳遞到軸突未端的突觸小泡，突觸小泡就釋放出神經(jīng)遞質(zhì)，并穿過(guò)微小的突觸間隙，到達(dá)另一個(gè)神經(jīng)元受體。神經(jīng)遞質(zhì)是一種化學(xué)物質(zhì)，其分子結(jié)構(gòu)上和藥物的類(lèi)似。不過(guò)在腦內(nèi)合成的化學(xué)物質(zhì)稱(chēng)神經(jīng)遞質(zhì)，而在實(shí)驗(yàn)室合成的則叫作藥品?，F(xiàn)在科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)100多種神經(jīng)遞質(zhì)，如多巴胺、內(nèi)啡肽、谷氨酸等。各種不同的神經(jīng)遞質(zhì)對(duì)人的思想情緒、學(xué)習(xí)記憶、動(dòng)作行為等有著不同的刺激作用，有的使人興奮，有的使人抑郁或抑制。同時(shí)，神經(jīng)遞質(zhì)產(chǎn)生的類(lèi)型還和一定的教學(xué)活動(dòng)方式密切相關(guān)，例如使人產(chǎn)生快樂(lè)體驗(yàn)感的多巴胺就是在扮演角色的教學(xué)方式中產(chǎn)生的。
神經(jīng)元還能產(chǎn)生生物電。每個(gè)神經(jīng)元都是一臺(tái)小小的發(fā)電機(jī)，如果把腦細(xì)胞產(chǎn)生的生物電收集起來(lái)可以點(diǎn)亮一盞25瓦的燈泡。當(dāng)人們處于高度專(zhuān)注思考、閑暇放松自由、朦朧似睡非睡或沉睡無(wú)夢(mèng)各狀態(tài)時(shí)，腦電產(chǎn)生的頻率是不同的?？茖W(xué)家把腦電分為α腦波、β腦波、θ腦波與δ腦波四種。當(dāng)我們專(zhuān)注邏輯思維時(shí)大腦就放出β腦波，當(dāng)放松遐思時(shí)就放出入α腦波，腦波和人工作學(xué)習(xí)和休閑睡眠等各種狀態(tài)有關(guān)。
由此我們就可聯(lián)想到這樣一個(gè)問(wèn)題：什么是課程教學(xué)，它如何在腦中發(fā)生的？了解了神經(jīng)元和神經(jīng)遞質(zhì)之后，我們就可以這樣說(shuō)，課程教學(xué)就是無(wú)數(shù)神經(jīng)元在腦電的幫助下通過(guò)神經(jīng)遞質(zhì)建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系的過(guò)程。這種網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系涉及不同的腦區(qū)，穿過(guò)各種的神經(jīng)通道，反復(fù)多次，掃除了障礙，達(dá)到暢通的地步，從而也就熟練地掌握了知識(shí)和技能，培養(yǎng)了能力，形成了情感態(tài)度和價(jià)值觀。這樣神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系鞏固后，就達(dá)到了課程教學(xué)的預(yù)期目標(biāo)，完成了課程教學(xué)任務(wù)。
二、課程教學(xué)的腦理根據(jù)
人腦是地球上出現(xiàn)生命后經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年演化來(lái)的，其結(jié)構(gòu)、機(jī)能和發(fā)展程度，受基因、環(huán)境和教育因素的制約和影響。在胚胎期的腦有發(fā)育的規(guī)律性，在出生后的腦有成長(zhǎng)的規(guī)律性。腦是自然界特殊的客觀對(duì)象，它和自然界一切客觀對(duì)象一樣，有一定發(fā)展變化的客觀規(guī)律。我國(guó)唯物主義哲學(xué)把各種客體變化的規(guī)律性統(tǒng)稱(chēng)為“理”。因此本文這里所說(shuō)的“腦理”，就是人出生前后腦在遺傳·環(huán)境和教育刺激下發(fā)展變化的規(guī)律性。常期來(lái)大家都說(shuō)要把心理學(xué)作為課程教學(xué)改革的理論基礎(chǔ)。今天面對(duì)腦的時(shí)代，課程教學(xué)改革要把“腦理”作為堅(jiān)實(shí)的理論根據(jù)。在此我們僅論述幾種和課程教學(xué)密切相關(guān)的腦理。這就是腦的可塑性、關(guān)鍵期、髓鞘化和突觸剪修的規(guī)律性問(wèn)題。
1、腦的可塑性
自然界一切生物體的結(jié)構(gòu)、形態(tài)和功能都是在外界環(huán)境的刺激下形成的，并且在環(huán)境影響下都會(huì)產(chǎn)生變化。這種變化是生物體的自然屬性。腦是大自然的產(chǎn)物。在外界環(huán)境和教育的刺激下，腦的結(jié)構(gòu)和功能也會(huì)發(fā)生改變，這種改變就是腦的可塑性。腦的可塑性是由樹(shù)突、軸突、細(xì)胞體和神經(jīng)遞質(zhì)的變化以及整個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)的變化決定的。在上個(gè)世紀(jì)60年代，神經(jīng)解剖學(xué)家就發(fā)現(xiàn)，加大并豐富外界的環(huán)境刺激，可使大腦皮層加厚，細(xì)胞體增大，樹(shù)突增多。近十年來(lái)的腦科學(xué)證明，樹(shù)突和突觸的變化與人使用腦的活動(dòng)方式和次數(shù)密切相關(guān)。以前人們認(rèn)為，腦的可塑性主要體現(xiàn)在兒童的腦，成年人的腦則不然。但實(shí)際則不然，裂腦人的訓(xùn)練證明了這一點(diǎn)。大家知道，左腦負(fù)責(zé)右半身的運(yùn)動(dòng)和感覺(jué)，側(cè)重語(yǔ)言和邏輯思維；右腦負(fù)責(zé)左半身的運(yùn)動(dòng)和感覺(jué)，側(cè)重于形象認(rèn)知。但臨床手術(shù)后的一些腦半球切除的患者，經(jīng)過(guò)訓(xùn)練仍然有相當(dāng)程度的正常人的認(rèn)知或活動(dòng)能力，其根本原因在于腦的可塑性。當(dāng)然青少年腦的可塑性最大，因此這要成為我們?cè)O(shè)計(jì)和實(shí)施課程教學(xué)的最重要的腦理根據(jù)之一。平常我們所說(shuō)的“人的可教育性”、“腦的巨大潛能”、“腦的記憶容量無(wú)限”、“腦如同肌肉決定于鍛煉”等，這些都是基于腦的可塑性本質(zhì)。
2、腦的關(guān)鍵期
關(guān)鍵期和可塑性是腦的兩個(gè)密切相關(guān)的屬性。如果說(shuō)腦的可塑性是指，人腦先天的結(jié)構(gòu)和功能在后天環(huán)境和教育刺激下具有一定的可變性，那么關(guān)鍵期則是指大腦某種結(jié)構(gòu)和功能的迅速發(fā)展大都屬于一定的年齡段，而處于關(guān)鍵期的大腦其結(jié)構(gòu)和功能的可塑性最大。否則，如果錯(cuò)過(guò)關(guān)鍵期超前或錯(cuò)后，腦的某種結(jié)構(gòu)和功能就根本不能形成或者很難順利形成。例如事實(shí)證明，即使兒童的腦是正常的，如果在兩歲之前沒(méi)有接受視覺(jué)刺激，那就會(huì)永久性失明；如果在10歲之前沒(méi)有聽(tīng)到字詞語(yǔ)句，那就將很難學(xué)習(xí)語(yǔ)言。腦科研成里已取得了很多不同類(lèi)別的關(guān)鍵期。例如2~3歲的兒童是學(xué)習(xí)口頭語(yǔ)的關(guān)鍵期；4~5歲是開(kāi)始學(xué)習(xí)書(shū)面語(yǔ)的關(guān)鍵期；某些音樂(lè)和運(yùn)動(dòng)技巧在6歲前后是掌握的關(guān)鍵期。同時(shí)，根據(jù)我國(guó)心理學(xué)家的研究成果，小學(xué)中年級(jí)學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)正處于從具體思維向軸象思維過(guò)度的關(guān)鍵期，初三的學(xué)生正處于由形式思維向辯證邏輯思維過(guò)度的關(guān)鍵期。
其實(shí)腦發(fā)育的關(guān)鍵期不僅表現(xiàn)于人類(lèi)，而禽獸的腦也有這種現(xiàn)象，但使用的名詞不同。人腦的關(guān)鍵期又稱(chēng)為“最佳期”、“敏感期”、“轉(zhuǎn)變期”或“臨界期”，禽獸腦的類(lèi)似現(xiàn)象稱(chēng)為“印刻現(xiàn)象”。例如，剛剛孵化出的小鴨很容易跟隨第一次見(jiàn)到的運(yùn)動(dòng)物走，它誤認(rèn)為是自己的母親；白冠雀的雄雛鳥(niǎo)如果在孵出后40~50天內(nèi)聽(tīng)不到成年雄雀的叫聲，此后再聽(tīng)也不能學(xué)會(huì)。在人腦發(fā)育的不同關(guān)鍵期，一方面必須保障充分的營(yíng)養(yǎng)，同時(shí)要有特定類(lèi)型的信息刺激，以便形成或鞏固神經(jīng)元間的聯(lián)系。腦的關(guān)鍵期理論，是我們選擇教育內(nèi)容、設(shè)計(jì)課程、制訂教學(xué)策略、發(fā)展學(xué)生個(gè)性、培養(yǎng)特定創(chuàng)新人才的再一個(gè)重要的腦理根據(jù)。
3、神經(jīng)元軸突的髓鞘化
神經(jīng)系統(tǒng)是由大量神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞構(gòu)成的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。每個(gè)神經(jīng)元都有一個(gè)用以傳導(dǎo)處部刺激的電信號(hào)通路，即軸突。最長(zhǎng)的軸突可達(dá)一米。為防止漏電，細(xì)胞本身產(chǎn)生一種脂狀的物質(zhì)—髓磷脂，其包裹在軸突的表面，保障通路的暢通，這就是軸突的髓鞘化。髓鞘化形成后，由于絕繃體的作用可使信息傳導(dǎo)速度提高100倍。
神經(jīng)軸突的髓鞘化是有規(guī)律和有順序的。由于髓磷脂釋放的多少和時(shí)間于個(gè)體發(fā)育的年齡段和環(huán)境教育的刺激有關(guān)，所以各腦區(qū)神經(jīng)軸突的髓鞘化是有先后順序的和逐步發(fā)展的。關(guān)于髓鞘化的先后順序早在100年前（1898年）就被發(fā)現(xiàn)，到上世紀(jì)60年代腦科學(xué)家又進(jìn)一步繪制出人腦傳導(dǎo)系統(tǒng)的髓鞘化“年齡坐標(biāo)體系表”。在嬰幼兒年齡段，其脊髓、腦干、小腦諸區(qū)域的神經(jīng)元軸突已經(jīng)或開(kāi)始髓鞘化，并日益成熟，但大腦前額區(qū)的神經(jīng)元軸突還遠(yuǎn)沒(méi)有髓靴化。而到青少年年齡階，大腦高智能腦區(qū)如顳葉、頂葉和額葉的神經(jīng)元軸突開(kāi)始髓鞘化并日益成熟。髓鞘化不是整個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)同步起始和終結(jié)的，而是有一定的年齡牲和個(gè)性特點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，到20歲以后，額葉神經(jīng)元軸突的髓鞘化成熟。大家知道，皮亞杰曾把兒童心理發(fā)展分為“感知運(yùn)算、前運(yùn)算、具體運(yùn)算和形式運(yùn)算”四個(gè)階段，今天的腦科學(xué)工作者認(rèn)為，皮亞述的這一理論和髓磷脂的釋放及軸突的髓鞘化是一致的。
髓磷脂的釋放量和軸突髓鞘的腦區(qū)范圍，與人的各種心理問(wèn)題如情感態(tài)度、思維、興趣愛(ài)好、性格特點(diǎn)等緊密相聯(lián)。心理現(xiàn)象和髓磷脂釋放的多少以及神經(jīng)元軸突髓鞘化先后順序有關(guān)，髓鞘現(xiàn)象是解釋心理現(xiàn)象的根據(jù)。課程教學(xué)脫離學(xué)生的實(shí)際，其本質(zhì)就是課程教學(xué)的內(nèi)容和方法大大超前或值后強(qiáng)加于尚未出現(xiàn)髓鞘化或早已結(jié)束髓鞘化的腦區(qū)。當(dāng)然，髓鞘化和課程教學(xué)的關(guān)系是辯證統(tǒng)一的，一方面在尚未出現(xiàn)髓鞘化的腦區(qū)提前實(shí)施課程教學(xué)肯定效果不良，但另一方面課程教學(xué)的開(kāi)展又能加速髓鞘化的出現(xiàn)和早熟，關(guān)于髓鞘化的腦理，今天的腦科學(xué)工作者已用無(wú)創(chuàng)性腦成象技所驗(yàn)證。我們不但要用髓鞘化的理論解釋課程教學(xué)問(wèn)題，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)象日本的腦科學(xué)家小泉英明說(shuō)的那樣：“應(yīng)該按照這方面的研究成果徹底修改現(xiàn)在的教學(xué)計(jì)劃”。
4、神經(jīng)元的修剪。
無(wú)損傷測(cè)定方法證明，在腦胚胎發(fā)生和發(fā)育過(guò)程中神經(jīng)細(xì)胞數(shù)量的變化是由客觀規(guī)律的。胎兒的腦細(xì)胞發(fā)展極快，受遺傳基因的影響，胎兒在出生前腦細(xì)胞總量超過(guò)成年人的一倍。不過(guò)這時(shí)的腦細(xì)胞體積小，樹(shù)突分枝少，軸突裸露，除運(yùn)動(dòng)腦區(qū)的神經(jīng)元軸突外，其余腦區(qū)軸突均未出現(xiàn)髓鞘化。所以人從出生到青春期前，受外界環(huán)境和教育的刺激，不僅髓鞘化加速，而且胞體增大，樹(shù)突繁衍，突觸大量生長(zhǎng)。4——6歲兒童的突觸總量達(dá)到成人的150%。這種超量的繁衍為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)的提供了選擇余地，為開(kāi)展豐富多樣的課程學(xué)創(chuàng)造了前提條件。隨著外界刺激類(lèi)型的確定和刺激二次數(shù)的多少，一些細(xì)胞和突觸被選用固定，而沒(méi)有被選用多余的則凋亡并被清除。這就是神經(jīng)元的修剪。斯普倫格在《腦的學(xué)習(xí)與記憶》一書(shū)中說(shuō)：“在腦發(fā)育的過(guò)程中，如果神經(jīng)元沒(méi)有在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候得到利用，它們產(chǎn)生聯(lián)結(jié)的能力就會(huì)消失。神經(jīng)科學(xué)家們把這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為‘神經(jīng)修剪’。因此，我們都在不斷丟失智慧”。為了使我們的青少年不丟失智慧，我們應(yīng)當(dāng)如何編訂課程和實(shí)施教學(xué)，這是擺在我們廣大課程教學(xué)工作者面前的一個(gè)重大科研課題。
白月橋
中央教育科學(xué)研究所
[摘要]腦的結(jié)構(gòu)與功能是極為復(fù)雜的，腦干、邊緣系統(tǒng)和新皮層是腦的主要結(jié)構(gòu)。細(xì)胞是腦組織的最小單位，可分為神經(jīng)細(xì)胞和膠質(zhì)細(xì)胞兩種。可塑性、關(guān)鍵期、髓鞘化、神經(jīng)元修剪，是腦的根本特性，現(xiàn)代腦成像技術(shù)揭示，不同教學(xué)科目反映在不同的腦區(qū)。課程教學(xué)可以進(jìn)行腦區(qū)定位。我們要把腦科學(xué)的研究成果作為課程教學(xué)偏訂和實(shí)施的主要理論根據(jù)。
[關(guān)鍵詞]腦的結(jié)構(gòu)，腦的功能，腦細(xì)胞可塑性，關(guān)鍵期，腦功能定位，教學(xué)科目腦區(qū)定位。
三、課程教學(xué)的腦區(qū)定位
課程教學(xué)的腦區(qū)定是個(gè)復(fù)雜問(wèn)題，它即與腦的結(jié)構(gòu)和功能密切相關(guān)，又與學(xué)科內(nèi)容和教學(xué)方式緊密相連，并涉及及心學(xué)理學(xué)和腦科學(xué)的不同學(xué)派。課程教學(xué)的腦區(qū)定位，是指不同的教學(xué)科目，在奧妙復(fù)雜的腦海中各處哪一個(gè)區(qū)域。要對(duì)教學(xué)科目進(jìn)行腦區(qū)定位，首先要用辯證唯物主義科學(xué)發(fā)展觀研究腦結(jié)構(gòu)與功能的歷史演化，其次要用辯證的觀點(diǎn)分析腦科學(xué)和認(rèn)知科學(xué)的各種學(xué)派。
統(tǒng)觀中外認(rèn)知科學(xué)和腦科學(xué)的研究理論可知，大腦功能定位說(shuō)和大腦功能統(tǒng)一說(shuō)，是兩個(gè)相互對(duì)立的學(xué)派。“功能定位說(shuō)”學(xué)派認(rèn)為，腦的結(jié)構(gòu)具極為復(fù)雜，從腦的表層宏觀來(lái)看可分為若干腦葉和小腦等，從其縱向解剖來(lái)看可分為新皮層、舊皮層、腦干和脊髓等，腦的這些不同結(jié)構(gòu)都有各自特定的獨(dú)立機(jī)能。功能定位學(xué)派的主要代表人物有法國(guó)的布洛卡、德國(guó)的威爾尼克和我國(guó)清代劉知等。美國(guó)斯佩理大腦左右半球的理論，以及和斯佩理合作的學(xué)者以后所提出的腦功能“模塊”的理論，原則上都屬于大腦功能定位說(shuō)。與大腦功能定位說(shuō)相反，“能功統(tǒng)一說(shuō)”學(xué)派認(rèn)為，從解剖學(xué)上看大腦雖有生理結(jié)構(gòu)上的不同，但整個(gè)大腦在機(jī)能上沒(méi)有部位差異，而是作為一個(gè)整體發(fā)揮統(tǒng)一的功能。這一派代表人物有法國(guó)生理學(xué)家弗盧龍和美國(guó)心理學(xué)家拉什里等人。
我們認(rèn)為，大腦功能有定位說(shuō)和大腦功能統(tǒng)一說(shuō)都有科學(xué)全理的一面，同時(shí)又都有片面性絕對(duì)化的一面。辯證唯物主義的科學(xué)發(fā)展觀是我們研究腦科學(xué)并分析各學(xué)派的基本哲學(xué)觀點(diǎn)?？陀^的講，人腦的各不同結(jié)構(gòu)和功能即有相對(duì)的獨(dú)立性，同時(shí)又是相互協(xié)作和相互制約的。例如大腦左右兩半球，隨著人類(lèi)的發(fā)展和腦的演化，腦的左半球側(cè)重于語(yǔ)言、言語(yǔ)、計(jì)算和邏輯等機(jī)能，而右腦側(cè)重于人面、物體、圖象及環(huán)境、空間等機(jī)能，但是左右腦又是相互協(xié)作的和不可分割的，擁有巨大纖維束的胼胝體，在其間架起了交流信息的超高速公路。
課程教學(xué)科目的腦區(qū)定位，和腦結(jié)構(gòu)與功能的區(qū)域定位，是兩種不同性質(zhì)的定位。兩種定位雖有性質(zhì)的不同，但又密不可分。辯證唯物主義的腦結(jié)構(gòu)及其功能的定位，為課程教學(xué)科目的腦區(qū)定位提供了理論基礎(chǔ)；而課程教學(xué)科目的腦區(qū)定位，是腦結(jié)構(gòu)及其功能定位的具體表征。最新的研究腦結(jié)構(gòu)與功能成像技術(shù)的運(yùn)用，能使我們直接觀察到基礎(chǔ)教育的不同科目在學(xué)生頭腦中不同區(qū)域的反映，觀察到運(yùn)用不同教學(xué)方式時(shí)在學(xué)生腦神經(jīng)系統(tǒng)所引起的變化。下面著重研究幾個(gè)主要學(xué)科的腦區(qū)定位，不過(guò)需要說(shuō)明的是，我們所說(shuō)的腦區(qū)定位是以辯證唯物主義哲學(xué)為基礎(chǔ)的。
1、語(yǔ)文科的腦區(qū)定位。
語(yǔ)文學(xué)科和語(yǔ)文、語(yǔ)言和言語(yǔ)都是些密切相關(guān)而又不盡相同的概念。語(yǔ)文科即語(yǔ)文學(xué)科，是培養(yǎng)理解和運(yùn)用本族。本國(guó)和外國(guó)語(yǔ)言文學(xué)能力的學(xué)科，以聽(tīng)、說(shuō)、讀、寫(xiě)能力的培養(yǎng)為主要目標(biāo)。語(yǔ)言是隨著人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展而產(chǎn)生的人們交際和思維的工具，可分為外部語(yǔ)言和內(nèi)部語(yǔ)言，言語(yǔ)是指語(yǔ)言在交際過(guò)程中的實(shí)際運(yùn)用。這些基本概念雖有嚴(yán)格區(qū)別，但總體來(lái)看大都屬語(yǔ)文科的研究范圍，它涉及的腦區(qū)是有共性的。語(yǔ)言是隨著人腦新皮質(zhì)層的出現(xiàn)而產(chǎn)生的，人類(lèi)的聲音可以發(fā)出200個(gè)元音和600個(gè)輔音。當(dāng)今世界除方言外大約有6500種語(yǔ)言。人類(lèi)之所以具有高超的語(yǔ)言能力，并借助言語(yǔ)進(jìn)行交流，這是因?yàn)槿四X的結(jié)構(gòu)與功能具有其他哺乳類(lèi)動(dòng)物腦所沒(méi)有的特定腦區(qū)及其神經(jīng)系統(tǒng)。
人的智能的發(fā)展受先天遺傳和后天環(huán)境教育的制約，特別是后天的因素更具有決定性。其實(shí)語(yǔ)言也是如此。在語(yǔ)言中，音素是構(gòu)成聲音的最小單位，不同音素合起來(lái)便構(gòu)成音節(jié)，由音節(jié)構(gòu)成單詞，最后再由單詞構(gòu)成句子，從而進(jìn)行言語(yǔ)交流。在上個(gè)世紀(jì)50年代，就有一位美國(guó)語(yǔ)言學(xué)家提出，小孩子之所以能模仿成人的語(yǔ)言學(xué)會(huì)說(shuō)話的語(yǔ)法和句法，這是因?yàn)槿祟?lèi)生來(lái)在頭腦中就有一個(gè)遺傳“模板”，這個(gè)模板就像小老虎天生就會(huì)追逐獵物一樣。嬰兒學(xué)習(xí)語(yǔ)言就是把他所聽(tīng)到的語(yǔ)言添加到母語(yǔ)的模板上。雖然人們對(duì)于語(yǔ)言模板說(shuō)有很大爭(zhēng)議，但語(yǔ)言學(xué)家對(duì)嬰幼兒的口語(yǔ)發(fā)展規(guī)律，對(duì)大腦掌握語(yǔ)言的區(qū)域和機(jī)制，的確有了更深刻的研究和了解。
嬰幼兒口語(yǔ)發(fā)展的一般規(guī)律是：6個(gè)月前后能辨別音素；12個(gè)月前后能將字詞與其意義聯(lián)系起來(lái)；1歲半能區(qū)別名詞和動(dòng)詞；2歲能了解語(yǔ)法功能；2歲半到3歲大部分語(yǔ)言和言語(yǔ)活動(dòng)規(guī)律轉(zhuǎn)移到大腦左半球腦區(qū)定位。腦科學(xué)證明，嬰兒腦中的神經(jīng)元可以對(duì)地球上6500種語(yǔ)言中任何一種語(yǔ)言的聲音均能作出反應(yīng)這就是說(shuō)嬰幼兒語(yǔ)言的潛力是無(wú)窮的，但是有一個(gè)關(guān)鍵期。一般來(lái)說(shuō)，兒童學(xué)習(xí)第二語(yǔ)言的關(guān)鍵期是從3歲到10歲。在這期間能學(xué)到非常標(biāo)準(zhǔn)的外語(yǔ)，不受母語(yǔ)的干擾，否則將是困難的?，F(xiàn)代腦成像技術(shù)找到了困難的根源。這是因?yàn)?，如果在學(xué)習(xí)第二語(yǔ)言的關(guān)鍵期學(xué)習(xí)外語(yǔ)，負(fù)責(zé)語(yǔ)言的腦區(qū)對(duì)二種語(yǔ)言的語(yǔ)音同等對(duì)待，均有反應(yīng)，而且母親和第二語(yǔ)言的表證部都在額葉的布洛卡區(qū)。如果錯(cuò)過(guò)關(guān)鍵期到青春期過(guò)后再學(xué)外語(yǔ)，一是負(fù)責(zé)語(yǔ)言的腦區(qū)不再對(duì)其他語(yǔ)種的語(yǔ)言有所反應(yīng)，二是司管第二語(yǔ)言的腦區(qū)和原先司管母親的腦區(qū)不同。腦科學(xué)告訴我們，嬰幼兒的腦神經(jīng)元具有同時(shí)學(xué)習(xí)幾種語(yǔ)言的屬性?？梢?jiàn)第二語(yǔ)言精通的程度不在于學(xué)習(xí)時(shí)間的長(zhǎng)短，而取決于是否在語(yǔ)言發(fā)展的關(guān)鍵期學(xué)習(xí)。
負(fù)責(zé)語(yǔ)言的腦區(qū)存在于大腦左半球的皮質(zhì)層。這一點(diǎn)在運(yùn)用現(xiàn)代腦成像技術(shù)之前人們就有所了解。1861年，法國(guó)外科醫(yī)生布洛卡注意到，大腦左額葉受損可導(dǎo)致語(yǔ)言產(chǎn)生困難，甚至完全喪失語(yǔ)言表達(dá)能力，患者只能發(fā)啞音。后來(lái)人們把這一腦區(qū)命名為布洛卡區(qū)。布洛卡區(qū)位于左額葉后部，其大小如同一枚銀元。1871年，德國(guó)神經(jīng)病學(xué)家威爾尼克發(fā)現(xiàn)，左額葉受傷的患者雖然能說(shuō)話，但言語(yǔ)混亂，語(yǔ)無(wú)倫次，語(yǔ)義不清，后來(lái)人們把這一腦區(qū)命名為威爾尼克區(qū)。威爾尼克區(qū)位于左耳上方，其大小如同一枚銀元。布洛卡區(qū)和威爾尼克區(qū)是大腦左右球的兩個(gè)主要語(yǔ)言加工中心。如果說(shuō)這兩個(gè)腦區(qū)有更細(xì)的語(yǔ)言功能分工的話，這就是布洛卡區(qū)負(fù)責(zé)儲(chǔ)存單字、詞匯、語(yǔ)法或母語(yǔ)句法，而威爾尼克區(qū)則負(fù)責(zé)語(yǔ)言感知和語(yǔ)言意義。不過(guò)現(xiàn)代腦成像技術(shù)研究證明，語(yǔ)言和言語(yǔ)的發(fā)展及運(yùn)用遠(yuǎn)比這個(gè)要復(fù)雜得多。例如，在產(chǎn)生一個(gè)口語(yǔ)句子的過(guò)程中，不僅要調(diào)動(dòng)布洛卡和威爾尼英兩個(gè)腦區(qū)，而且還要有分布在左半球的其他腦腦和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參與。名詞通過(guò)一種神經(jīng)類(lèi)來(lái)的加工處理；動(dòng)詞則需要另一種神經(jīng)類(lèi)型加工處理；句子結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，甚至需要?jiǎng)佑酶嗟哪X區(qū)參與，語(yǔ)言的形象性還要由右半球完成。這就是我們以上說(shuō)的，在腦區(qū)功能定位問(wèn)題上，要用全面辯證的哲學(xué)理論為指導(dǎo)，不能孤立片面地看待腦區(qū)功能分工。
今天腦科學(xué)關(guān)于大腦的語(yǔ)言區(qū)域，有了更深的研究。據(jù)2005年日本《讀賣(mài)新聞》報(bào)導(dǎo)，日本東京大學(xué)語(yǔ)言腦科學(xué)家酒井邦嘉發(fā)現(xiàn)，大腦在邏輯思維、理解文章、掌握單詞、區(qū)分語(yǔ)調(diào)時(shí)，不同的腦區(qū)具有不同的功能，思考語(yǔ)法時(shí)前額葉下部活躍，區(qū)分語(yǔ)調(diào)時(shí)側(cè)額葉上部活躍，在處理語(yǔ)法、文章、單詞和語(yǔ)調(diào)各方面，各有不同的腦區(qū)擔(dān)任。據(jù)此，他繪制出一幅有關(guān)語(yǔ)言的腦功能“地圖”，稱(chēng)為“大腦語(yǔ)言地圖”。語(yǔ)文學(xué)科是學(xué)校教育的重點(diǎn)學(xué)科，我們應(yīng)當(dāng)把腦科學(xué)研究的最新成果作為指導(dǎo)和解釋語(yǔ)文科建構(gòu)和實(shí)施的理論基礎(chǔ)。
2、數(shù)學(xué)科的腦區(qū)定位
數(shù)學(xué)是學(xué)校教育的基礎(chǔ)學(xué)科。一提數(shù)學(xué)我們往往想到的是天才或天賦，即先天遺傳問(wèn)題。因此我們研究數(shù)學(xué)腦區(qū)定位首先要回答一個(gè)問(wèn)題，即數(shù)學(xué)才能到底有沒(méi)有先天因素在內(nèi)。從理論上講，心理學(xué)家、腦科學(xué)家和哲學(xué)家都承認(rèn)，智力主要是后天環(huán)境教育養(yǎng)成的，但有遺傳因素。對(duì)此腦科學(xué)工作者認(rèn)為，從歷史演化的觀點(diǎn)看，原始人類(lèi)為了躲避群獸，獵取食物，求生存，必須對(duì)獵物作數(shù)量估計(jì)和算數(shù)運(yùn)算，這樣數(shù)感和計(jì)算智力因素就被偏碼在遺傳基因中，這就是數(shù)學(xué)天賦。同時(shí)從實(shí)際調(diào)查來(lái)看，數(shù)學(xué)遺傳因素也的確存在。例 如，來(lái)自高數(shù)學(xué)才能家庭的孩子和來(lái)自數(shù)學(xué)能力差的家庭的孩子，他們的數(shù)學(xué)能力各自體現(xiàn)了家庭的特點(diǎn)；同時(shí)對(duì)雙胞胎的研究也顯示，他們的數(shù)學(xué)能力和成績(jī)也非常近似。這些例子說(shuō)明，個(gè)人的數(shù)感作為先天遺傳被預(yù)置于每個(gè)人的頭腦中，因此不同人有不同的數(shù)學(xué)能力。這就是數(shù)學(xué)的遺傳基因。
數(shù)學(xué)在腦區(qū)的定位，醫(yī)務(wù)工作者臨床病證診斷早就有發(fā)現(xiàn)。如果一個(gè)人的左腦頂葉受損，將會(huì)造成數(shù)學(xué)困難；視覺(jué)加工不良的人，難于學(xué)好幾何，這是因?yàn)樽鰩缀晤}需要把直覺(jué)觀察轉(zhuǎn)化為可用語(yǔ)言表示的邏輯，這要求不同腦區(qū)的協(xié)同活動(dòng)。近10年來(lái)，腦成像技術(shù)的運(yùn)用進(jìn)一步揭示了數(shù)學(xué)問(wèn)題在大腦活動(dòng)的規(guī)律。首先，簡(jiǎn)單的算術(shù)問(wèn)題例如加法和乘法的小數(shù)字運(yùn)算，這要由左腦頂葉皮層區(qū)承擔(dān)，如果該腦區(qū)受損，就喪失了加法和乘法的簡(jiǎn)單運(yùn)算能力。如果不是簡(jiǎn)單加法、乘法運(yùn)算，而是較為復(fù)雜的數(shù)字加工問(wèn)題，這要根據(jù)數(shù)字加工方式的特點(diǎn)，不僅會(huì)涉及左腦頂葉，還會(huì)涉及左腦語(yǔ)言區(qū)和右腦頂葉。當(dāng)進(jìn)行數(shù)字比較時(shí)，不需要語(yǔ)言參考與表達(dá)，因腦圖像顯示右腦頂葉皮層最為活躍；當(dāng)進(jìn)行數(shù)學(xué)乘法運(yùn)算時(shí)，腦圖像顯示左頂葉最活躍，并且該頂葉還和左顳葉下的布洛卡以及威爾尼克兩個(gè)語(yǔ)言區(qū)相聯(lián)系；當(dāng)進(jìn)行減法運(yùn)算時(shí)，左右半球頂葉都活躍，這時(shí)胼胝體就發(fā)揮了橋梁作用；把兩個(gè)頂葉聯(lián)系起來(lái)。同時(shí)，還有的科學(xué)工作者利用腦成像技術(shù)觀察發(fā)現(xiàn)，復(fù)雜的數(shù)學(xué)精算和估算所激活的腦區(qū)不同：精算過(guò)程使用的主要是大腦左額葉和左側(cè)角回；估算過(guò)程中使用了左右腦頂葉和部分右枕葉，因?yàn)榫闩c口語(yǔ)技能有關(guān)，而估算與視覺(jué)——空間技能相聯(lián)?？傊?，數(shù)學(xué)科的各種不同內(nèi)容和活動(dòng)方式，都在特定的腦區(qū)呈現(xiàn)?？傮w來(lái)看，不是左前腦就是右前腦。
3、體育科的腦區(qū)定位
由于體育科目涉及的內(nèi)容廣泛不一，我們這里所說(shuō)的體育科是以運(yùn)動(dòng)技能教學(xué)為主要內(nèi)容的體育，不包括藝術(shù)類(lèi)內(nèi)容如音樂(lè)和游戲等。腦成像技術(shù)顯示，體育運(yùn)動(dòng)科目涉及多個(gè)腦區(qū)，但以小腦和大腦額葉以及運(yùn)動(dòng)皮層為主。小腦占整個(gè)腦體積的十分之一，但卻包含了大腦中幾乎一半的神經(jīng)元，它有神經(jīng)纖維約4000萬(wàn)個(gè)。這些纖維把不同腦區(qū)聯(lián)系起來(lái)，致使大腦額葉、運(yùn)動(dòng)皮層和小腦間信息的往返傳遞暢通無(wú)阻，以保持身體姿勢(shì)的平衡和運(yùn)動(dòng)技巧的學(xué)習(xí)。小腦和記憶、空間知覺(jué)、語(yǔ)言、情緒甚至決策等都有著密切聯(lián)系。復(fù)雜的體育運(yùn)動(dòng)如擲球、翻滾、搖擺、爬行、倒立和翻跟斗等，除小腦外還要調(diào)動(dòng)前額葉參與。體育運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)了很多神經(jīng)元的聯(lián)系，加大了腦對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需求量，因而增強(qiáng)了毛細(xì)血管的運(yùn)輸能力。神經(jīng)科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，體育運(yùn)動(dòng)能使腦釋放一種特殊的神經(jīng)遞質(zhì)。這種激素分泌物不僅使人能盡快恢復(fù)體力，加快神經(jīng)元間的相互聯(lián)系，當(dāng)進(jìn)行數(shù)字比較時(shí)，而且使人思維敏捷，記憶力強(qiáng)。
運(yùn)動(dòng)技藝的學(xué)習(xí)掌握，這即與額葉和運(yùn)動(dòng)質(zhì)層高知能腦區(qū)有關(guān)，更與小腦這一較底智能腦區(qū)密不可分。當(dāng)開(kāi)始學(xué)習(xí)新的活動(dòng)技能時(shí)，這時(shí)是有意識(shí)的和注意力集中的，這種學(xué)習(xí)調(diào)動(dòng)了大腦額葉區(qū)和運(yùn)動(dòng)皮層；一旦技藝熟練掌握，便轉(zhuǎn)入小腦編碼貯存，轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)期記憶。當(dāng)以后再使用這一技藝時(shí)，就不需要再由高智能腦區(qū)下達(dá)命令，而是由小腦直接調(diào)控，這就是心理學(xué)所說(shuō)的技巧的無(wú)意識(shí)和自動(dòng)化的運(yùn)用。例如，駕駛員一面駕駛汽車(chē)，一面和人談話，就是由于小腦在指揮駕駛。同時(shí)，運(yùn)動(dòng)技巧的學(xué)習(xí)和年齡密切相關(guān)，這也就是關(guān)鍵期問(wèn)題。據(jù)說(shuō)喬丹從8歲就開(kāi)始了籃球生涯。
尤其令人高興的是，腦科學(xué)的最新成果，為我們重視并加強(qiáng)了體育課提供了腦理根據(jù)。長(zhǎng)期以來(lái)，人們都認(rèn)人腦不能再生新的神經(jīng)細(xì)胞。但美國(guó)加利福尼亞的一個(gè)腦科研機(jī)構(gòu)于1999年公布的研究成果說(shuō)，跑步能使老鼠的腦再生新神經(jīng)元。如果的確是這樣的話，那就是說(shuō)開(kāi)展體育鍛煉，提倡跑步運(yùn)動(dòng)，也能使人腦神經(jīng)元再生，因此我們還有什么理由輕視體育課。
4、音樂(lè)科的腦區(qū)定位
前面我們講到數(shù)學(xué)腦區(qū)，大道知道左腦頂葉是數(shù)學(xué)腦區(qū)的主要腦區(qū)。研究證明，音樂(lè)腦區(qū)和數(shù)學(xué)腦區(qū)是有某些重疊的。特別令人興奮的是，研究發(fā)現(xiàn)音樂(lè)竟然能改變腦的功能。小腦是與節(jié)拍和節(jié)奏有緊密關(guān)系的一個(gè)腦區(qū)。腦科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，音樂(lè)家小腦的體積比非音樂(lè)家小腦的體積平均大5%，胼胝體更明鮮，平均大15%。這大概與音樂(lè)家長(zhǎng)期從事各種樂(lè)器的演奏以及形象思維和邏輯思維高頻率地交替，有著直接關(guān)系。
關(guān)于課程教學(xué)的腦區(qū)定位在此僅舉四個(gè)科目為例 ，無(wú)需逐一闡述?？傊?，基礎(chǔ)教育的各不同學(xué)科在奧妙的腦海中，各居特定的位置，我們可以對(duì)教學(xué)科目實(shí)行辯證唯物主義的腦區(qū)定位。當(dāng)然有些科目在某些腦區(qū)是重疊的。課程教學(xué)的腦區(qū)定位具有雙重涵義，其一是說(shuō)不同教學(xué)科目在不同腦區(qū)各有所表征，其二是說(shuō)各教學(xué)科目都有開(kāi)發(fā)腦潛能和培訓(xùn)腦功能的積極作用。俗話說(shuō)“數(shù)學(xué)是訓(xùn)練思維的體操”就是這個(gè)道理。這一理論已被今天的腦成像技術(shù)所揭示，不容值疑。
辯證物主義的哲學(xué)原理告訴我們，任何兩個(gè)客體都可以從一定的角度找到它們的共性，任何一個(gè)客體都有多種不同的屬性。人腦也是如此。一方面，從生物學(xué)的角度看，人腦和爬蟲(chóng)腦及其他哺乳動(dòng)物的腦，都是大自然的產(chǎn)物，有著生物學(xué)的共性；另一方面人腦和其他動(dòng)物的腦又有區(qū)別，它可以進(jìn)行抽象邏輯思維。但是在腦科學(xué)衍生之前，人們無(wú)法了解腦活動(dòng)的內(nèi)幕，只有朦朧感知人腦的個(gè)性，不認(rèn)識(shí)其生態(tài)性。因此對(duì)教育或教學(xué)概念的理解也是狹義的。今天，我們已觀察到人腦的生物態(tài)的一面，從而可以對(duì)課程教學(xué)從生態(tài)腦的角度進(jìn)行新的界定和解釋。
那么什么是課程教學(xué)？什么是學(xué)習(xí)？什么是教育？從腦科學(xué)的角度如何界定？日本的腦科學(xué)家小泉英明解釋說(shuō)：“人類(lèi)已經(jīng)可以觀察生物態(tài)人腦的功能，可以把學(xué)習(xí)、教育與腦科學(xué)緊緊聯(lián)系起來(lái)，從而將學(xué)習(xí)、教育作為貫穿于從生到死的整個(gè)人生總括的進(jìn)行生物學(xué)意義上的重新定義：學(xué)習(xí)是通過(guò)外部環(huán)境刺激而建構(gòu)中樞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程，教育是控制和完善外部束激的過(guò)程。”他還解釋說(shuō)，學(xué)習(xí)和教育的這一新的定義，也是以“髓鞘化”的理論為根據(jù)的。②不僅日本的小泉英明主張了對(duì)學(xué)習(xí)或教育重新界定，美國(guó)的斯普倫格也是如此。她說(shuō)：“什么是學(xué)習(xí)，它在腦中如何發(fā)生的？神經(jīng)科學(xué)家將學(xué)習(xí)定義為兩個(gè)神經(jīng)元彼此產(chǎn)生聯(lián)系的過(guò)程。他們聲稱(chēng)，當(dāng)一個(gè)神經(jīng)元向另一個(gè)神經(jīng)元傳遞信息時(shí)，神經(jīng)元就發(fā)生了‘學(xué)習(xí)’。讓我們來(lái)了解一下這個(gè)過(guò)程。”
①[美]Eric Jensen著：《藝術(shù)教育與腦的開(kāi)發(fā)》，譯叢主編董奇，中國(guó)輕工業(yè)出版，第27頁(yè)
②[日]小泉英明：《腦科學(xué)與教育——尖端研究與未來(lái)展望》，見(jiàn)《教育研究》2006.2.。
那么，對(duì)課程教學(xué)從腦科學(xué)的角度又如何進(jìn)行解釋界定呢？如果說(shuō)中樞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)過(guò)程或神經(jīng)元傳遞信息的過(guò)程就是學(xué)習(xí)，不過(guò)這種學(xué)習(xí)是一切哺乳動(dòng)物都有的并由自然環(huán)境刺激產(chǎn)生的學(xué)習(xí)，它是沒(méi)有計(jì)劃的和沒(méi)有預(yù)期目標(biāo)的。然而在教育指導(dǎo)的課程教學(xué)則是有明確目的的，從腦科學(xué)的角度我們可以對(duì)課程教學(xué)這樣界定：課程教學(xué)是有計(jì)劃和有目的的加速神經(jīng)元信息傳遞、促使軸突髓鞘化、構(gòu)筑神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通道的過(guò)程。課程教學(xué)是教育的核心。教育刺激所建構(gòu)的人的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，和環(huán)境刺激所建構(gòu)的哺乳動(dòng)物的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，二者是有區(qū)別的，其最根本區(qū)別在于是否有預(yù)期的目的或目標(biāo)。
本文從幾個(gè)方面論述了腦科學(xué)和課程教學(xué)的關(guān)系。腦科學(xué)和課科程教學(xué)的關(guān)系是個(gè)很大的問(wèn)題，也可以說(shuō)是我國(guó)現(xiàn)階段的基礎(chǔ)教育最前沿、最復(fù)雜、最重的科研課題之一，它不是一篇文章所能講清楚的。特別是本人不是腦科學(xué)專(zhuān)家，只是個(gè)課程教學(xué)工作者，因此所引用了資料及其闡釋也未必正確無(wú)誤和全面。但是有一點(diǎn)卻非常堅(jiān)信，這就是：腦科學(xué)是當(dāng)今世界最活躍和最有突破性成就的學(xué)科之一。人的生理現(xiàn)象和心理現(xiàn)象都是由腦理決定的。課程教學(xué)必須與腦科學(xué)相結(jié)合。我們要把腦科學(xué)研究取得的共識(shí)性的定論性的基礎(chǔ)成果，用以指導(dǎo)或解釋課程教學(xué)的設(shè)計(jì)和實(shí)施。腦科學(xué)工作者和教育工作者需要相互協(xié)作，聯(lián)合互動(dòng)，只有這樣才能把腦科研成果用于教育，使我國(guó)基礎(chǔ)教育課程教學(xué)的改革，取得突破性進(jìn)展。希望腦科學(xué)研究成果，能走進(jìn)教育陣線，走進(jìn)教師隊(duì)伍，走進(jìn)課堂教學(xué)實(shí)踐。讓我們攜起手來(lái)，為創(chuàng)建“基于腦、適于腦、培育腦、開(kāi)發(fā)腦”的新一代課程教學(xué)而共同努力。這就是本人撰寫(xiě)的宗旨。歡迎批評(píng)指教。
參考論著
1、沈政：《腦科學(xué)與素質(zhì)教育》，《教育研究》1999.8.；
2、張愛(ài)華：《全腦教育與創(chuàng)造性思維能力的培養(yǎng)》，《教育研究》1999.8.；
3、劉力：《腦科學(xué)與教育值得關(guān)注和拓展的研究領(lǐng)域》，《教育研究》1999.8.；
4、沈德立主編：《腦功能開(kāi)發(fā)的理論與實(shí)踐》教育科學(xué)出版社2001.6.；
5、蔣志峰、伊文剛、白月橋著：《腦功能開(kāi)發(fā)綜合實(shí)踐活動(dòng)理論指導(dǎo)》，南方出版社2001.5.；
6、蔣志峰、吳蘭亭著：《腦與教育》，人民教育出版199.4.；
7、吳馥梅著：《腦活動(dòng)的內(nèi)幕》，江蘇科學(xué)技術(shù)出版2000.12.；
8、白月橋蔣志峰著：《素質(zhì)教育與腦功能開(kāi)發(fā)》，河北教育出版社2000.3.；
9、林崇德主編：《發(fā)展心理學(xué)》，人民教育出版社1995.11.；
10、[日]春山茂雄：《腦內(nèi)革命》，鄭民飲譯，中國(guó)對(duì)外翻譯公司1997.5.；
11、[美]David A·sousa著：《腦與學(xué)習(xí)》，譯叢主編董奇，中國(guó)輕工業(yè)出版社2005.2.
12、[美]Marilee Sprenger著：《腦的學(xué)習(xí)與記憶》，譯叢主編 董奇，中國(guó)輕工業(yè)出版社2005.6.；
13、[美]Sheryl Feinstein著：《探索青少年腦的奧秘》，譯從主編 董奇，中國(guó)輕工業(yè)出版社2006.3.；
14、[美]David A·Sousq著：《適于腦的教學(xué)》，譯叢主編董奇，中國(guó)輕工業(yè)出版社2005.6.；
15、[美]David A·Sousq著：《天才腦與學(xué)習(xí)》，譯從主編 董奇，中國(guó)輕工業(yè)出版社2005.2.；
16、[美]Pqtricia WoIFE著：《腦的功能——將研究結(jié)果應(yīng)用于課堂實(shí)踐》譯叢主編 董奇，中國(guó)工工業(yè)出版社2005.6.；
17、[美]柯林·羅斯/麥爾孔·尼可著：《學(xué)習(xí)地圖》，戴保羅譯，中國(guó)城市出版社1999.11.。
聯(lián)系客服
