淺談腦科學與課程教學

1、淺談腦科學與課程教學課程教學的腦區(qū)定位是個復雜問題，它既與腦的結構和功能密切相關，又與學科內容和教學方式緊密相連，并涉及心理學和腦科學的不同學派。課程教學的腦區(qū)定位，是指不同的教學科目在奧妙復雜的腦海中各處哪一個區(qū)域。要對教學科目進行腦區(qū)定位，首先要用辯證唯物主義科學發(fā)展觀研究腦結構與功能的歷史演化，其次要用辯證的觀點分析腦科學和認知科學的各種學派。統(tǒng)觀中外認知科學和腦科學的研究理論可知，大腦功能定位說和大腦功能統(tǒng)一說是兩個相互對立的學派。“功能定位說”學派認為，腦的結構極為復雜，從腦的表層整體來看可分為若干腦葉和小腦等，從其縱向解剖來看可分為新皮層、舊皮層、腦干和脊髓等，腦的這些不同結構都有

2、各自特定的獨立機能。功能定位學派的主要代表人物有法國的布洛卡、德國的威爾尼克和我國清代劉知等。美國斯佩瑞大腦左右半球的理論以及和斯佩瑞合作的學者以后提出的腦功能“模塊”的理論，原則上都屬于大腦功能定位說。與大腦功能定位說相反，“功能統(tǒng)一說”學派認為，從解剖學上看大腦雖有生理結構上的不同，但整個大腦在機能上沒有部位差異，而是作為一個整體發(fā)揮統(tǒng)一的功能。這一派代表人物有法國生理學家弗盧龍和美國心理學家拉什里等人。我們認為，大腦功能定位說和大腦功能統(tǒng)一說都有科學合理的一面，同時又都有片面性絕對化的一面。辯證唯物主義的科學發(fā)展觀是我們研究腦科學并分析各學派的基本哲學觀點?？陀^的講，人腦的各不同結構和功

3、能既有相對的獨立性，同時又是相互協(xié)作和相互制約的。例如大腦左右兩半球，隨著人類的發(fā)展和腦的演化，腦的左半球側重于語言、言語、計算和邏輯等機能，而右腦側重于人面、物體、圖像及環(huán)境、空間等機能，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。課程教學科目的腦區(qū)定位和腦結構與功能的區(qū)域定位，是兩種不同性質的定位。兩種定位雖有性質的不同，但又密不可分。辯證唯物主義的腦結構及其功能的定位，為課程教學科目的腦區(qū)定位提供了理論基礎；而課程教學科目的腦區(qū)定位，是腦結構及其功能定位的具體表征。最新的研究腦結構與功能成像技術的運用，能使我們直接觀察到基礎教育的不同科

4、目在學生頭腦中不同區(qū)域的反映，觀察到運用不同教學方式時在學生腦神經系統(tǒng)所引起的變化。下面著重研究幾個主要學科的腦區(qū)定位，不過需要說明的是，我們所說的腦區(qū)定位是以辯證唯物主義哲學為基礎的。1.語文科的腦區(qū)定位。語文學科和語文、語言和言語都是些密切相關而又不盡相同的概念。語文科即語文學科，是培養(yǎng)理解和運用本族、本國和外國語言文學能力的學科，以聽、說、讀、寫能力的培養(yǎng)為主要目標。語言是隨著人類社會的發(fā)展而產生的人們交際和思維的工具，可分為外部語言和內部語言，言語是指語言在交際過程中的實際運用。這些基本概念雖有嚴格區(qū)別，但總體來看大都屬語文科的研究范圍，它涉及的腦區(qū)是有共性的。語言是隨著人腦新皮質層的

5、出現(xiàn)而產生的，人類的聲音可以發(fā)出200個元音和600個輔音。當今世界除方言外大約有6500種語言。人類之所以具有高超的語言能力，并借助言語進行交流，這是因為人腦的結構與功能具有其他哺乳類動物腦所沒有的特定腦區(qū)及其神經系統(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。其實語言也是如此。在語言中，音素是構成聲音的最小單位，不同音素合起來便構成音節(jié)，由音節(jié)構成單詞，最后再由單詞構成句子，從而進行言語交流。在20世紀50年代，就有一位美國語言學家提出，小孩子之所以能模仿成人的語言學會說話的語法和句法，這是因為人類生來在頭腦中就有一個遺傳“模板”，這個模板就像小老虎天生就

6、會追逐獵物一樣。嬰兒學習語言就是把他所聽到的語言添加到母語的模板上。雖然人們對于語言模板說有很大爭議，但語言學家對嬰幼兒的口語發(fā)展規(guī)律，對大腦掌握語言的區(qū)域和機制，的確有了更深刻的研究和了解。嬰幼兒口語發(fā)展的一般規(guī)律是：6個月前后能辨別音素；12個月前后能將字詞與其意義聯(lián)系起來；1歲半能區(qū)別名詞和動詞；2歲能了解語法功能；2歲半到3歲大部分語言和言語活動規(guī)律轉移到大腦左半球腦區(qū)定位。腦科學證明，嬰兒腦中的神經元可以對地球上6500種語言中任何一種語言的聲音均能作出反應，這就是說嬰幼兒語言的潛力是無窮的，但是有一個關鍵期。一般來說，兒童學習第二語言的關鍵期是從3歲到10歲。在這期間能學到非常標準

7、的外語，不受母語的干擾，否則將是困難的?，F(xiàn)代腦成像技術找到了困難的根源，這是因為，如果在學習第二語言的關鍵期學習外語，負責語言的腦區(qū)對兩種語言的語音同等對待，均有反應，而且母語和第二語言的表征部都在額葉的布洛卡區(qū)。如果錯過關鍵期到青春期過后再學外語，一是負責語言的腦區(qū)不再對其他語種的語言有所反應，二是司管第二語言的腦區(qū)和原先司管母語的腦區(qū)不同。腦科學告訴我們，嬰幼兒的腦神經元具有同時學習幾種語言的屬性。可見第二語言精通的程度不在于學習時間的長短，而取決于是否在語言發(fā)展的關鍵期學習。負責語言的腦區(qū)存在于大腦左半球的皮質層。這一點在運用現(xiàn)代腦成像技術之前人們就有所了解。1861年，法國外科醫(yī)生布洛

8、卡注意到，大腦左額葉受損可導致語言產生困難，甚至完全喪失語言表達能力，患者只能發(fā)啞音。后來人們把這一腦區(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，德國神經病學家威爾尼克發(fā)現(xiàn)，左額葉受傷的患者雖然能說話，但言語混亂，語無倫次，語義不清，后來人們把這一腦區(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)是大腦左右半球的兩個主要語言加工中心。如果說這兩個腦區(qū)有更細的語言功能分工的話，這就是布洛卡區(qū)負責儲存單字、詞匯、語法或母語句法，而威爾尼克區(qū)則負責語言感知和語言意義。不過現(xiàn)代腦成像技術研究證明，語言和言語的發(fā)展及運用遠比這個要復雜得多

9、。例如，在產生一個口語句子的過程中，不僅要調動布洛卡和威爾尼英兩個腦區(qū)，而且還要有分布在左半球的其他腦區(qū)和神經網絡參與。名詞通過一種神經類型的加工處理；動詞則需要另一種神經類型加工處理；句子結構更復雜，甚至需要動用更多的腦區(qū)參與，語言的形象性還要由右半球完成。這就是我們以上說的，在腦區(qū)功能定位問題上，要用全面辯證的哲學理論為指導，不能孤立片面地看待腦區(qū)功能分工。今天腦科學關于大腦的語言區(qū)域，有了更深的研究。據(jù)2005年日本讀賣新聞報道，日本東京大學語言腦科學家酒井邦嘉發(fā)現(xiàn)，大腦在邏輯思維、理解文章、掌握單詞、區(qū)分語調時，不同的腦區(qū)具有不同的功能，思考語法時前額葉下部活躍，區(qū)分語調時側額葉上部活

10、躍，在處理語法、文章、單詞和語調各方面，各有不同的腦區(qū)擔任。據(jù)此，他繪制出一幅有關語言的腦功能“地圖”，稱為“大腦語言地圖”。語文學科是學校教育的重點學科，我們應當把腦科學研究的最新成果作為指導和解釋語文科建構和實施的理論基礎。2.數(shù)學科的腦區(qū)定位。數(shù)學是學校教育的基礎學科。一提數(shù)學我們往往想到的是天才或天賦，即先天遺傳問題。因此我們研究數(shù)學腦區(qū)定位首先要回答一個問題，即數(shù)學才能到底有沒有先天因素在內。從理論上講，心理學家、腦科學家和哲學家都承認，智力主要是后天環(huán)境教育養(yǎng)成的，但有遺傳因素。對此腦科學工作者認為，從歷史演化的觀點看，原始人類為了躲避群獸，獵取食物，求生存，必須對獵物做數(shù)量估計和

11、算數(shù)運算，這樣數(shù)感和計算智力因素就被編碼在遺傳基因中，這就是數(shù)學天賦。同時從實際調查來看，數(shù)學遺傳因素也的確存在。例如，來自高數(shù)學才能家庭的孩子和來自數(shù)學能力差的家庭的孩子，他們的數(shù)學能力各自體現(xiàn)了家庭的特點；同時對雙胞胎的研究也顯示，他們的數(shù)學能力和成績也非常近似。這些例子說明，個人的數(shù)感作為先天遺傳被預置于每個人的頭腦中，因此不同人有不同的數(shù)學能力。這就是數(shù)學的遺傳基因。數(shù)學在腦區(qū)的定位，醫(yī)務工作者臨床病癥診斷早就有發(fā)現(xiàn)。如果一個人的左腦頂葉受損，將會造成數(shù)學困難；視覺加工不良的人，難于學好幾何，這是因為做幾何題需要把直覺觀察轉化為可用語言表示的邏輯，這要求不同腦區(qū)的協(xié)同活動。近10年來，

12、腦成像技術的運用進一步揭示了數(shù)學問題在大腦活動的規(guī)律。首先，簡單的算術問題例如加法和乘法的小數(shù)字運算，這要由左腦頂葉皮層區(qū)承擔，如果該腦區(qū)受損，就喪失了加法和乘法的簡單運算能力。如果不是簡單加法、乘法運算，而是較為復雜的數(shù)字加工問題，這要根據(jù)數(shù)字加工方式的特點，不僅會涉及左腦頂葉，還會涉及左腦語言區(qū)和右腦頂葉。當進行數(shù)字比較時，不需要語言參考與表達，因腦圖像顯示右腦頂葉皮層最為活躍；當進行數(shù)學乘法運算時，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語言區(qū)相聯(lián)系；當進行減法運算時，左右半球頂葉都活躍，這時胼胝體就發(fā)揮了橋梁作用；把兩個頂葉聯(lián)系起來。同時，還有的科學工作者

13、利用腦成像技術觀察發(fā)現(xiàn)，復雜的數(shù)學精算和估算所激活的腦區(qū)不同：精算過程使用的主要是大腦左額葉和左側角回；估算過程中使用了左右腦頂葉和部分右枕葉，因為精算與口語技能有關，而估算與視覺與空間技能相聯(lián)?？傊?，數(shù)學科的各種不同內容和活動方式，都在特定的腦區(qū)呈現(xiàn)?？傮w來看，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容廣泛不一，我們這里所說的體育科是以運動技能教學為主要內容的體育，不包括藝術類內容如音樂和游戲等。腦成像技術顯示，體育運動科目涉及多個腦區(qū)，但以小腦和大腦額葉以及運動皮層為主。小腦占整個腦體積的十分之一，但卻包含了大腦中幾乎一半的神經元，它有神經纖維約4000萬個。這些纖

14、維把不同腦區(qū)聯(lián)系起來，致使大腦額葉、運動皮層和小腦間信息的往返傳遞暢通無阻，以保持身體姿勢的平衡和運動技巧的學習。小腦和記憶、空間知覺、語言、情緒甚至決策等都有著密切聯(lián)系。復雜的體育運動如擲球、翻滾、搖擺、爬行、倒立和翻跟斗等，除小腦外還要調動前額葉參與。體育運動加強了很多神經元的聯(lián)系，加大了腦對營養(yǎng)物質的需求量，因而增強了毛細血管的運輸能力。神經科學家還發(fā)現(xiàn)，體育運動能使腦釋放一種特殊的神經遞質。這種激素分泌物不僅使人能盡快恢復體力，加快神經元間的相互聯(lián)系，當進行數(shù)字比較時，而且使人思維敏捷，記憶力強。運動技藝的學習掌握，與額葉和運動質層高知能腦區(qū)有關，更與小腦這一較低智能腦區(qū)密不可分。當開

15、始學習新的活動技能時，這時是有意識的和注意力集中的，這種學習調動了大腦額葉區(qū)和運動皮層；一旦技藝熟練掌握，便轉入小腦編碼貯存，轉化為長期記憶。當以后再使用這一技藝時，就不需要再由高智能腦區(qū)下達命令，而是由小腦直接調控，這就是心理學所說的技巧的無意識和自動化的運用。例如，駕駛員一面駕駛汽車，一面和人談話，就是由于小腦在指揮駕駛。同時，運動技巧的學習和年齡密切相關，這也就是關鍵期問題。據(jù)說喬丹從8歲就開始了籃球生涯。尤其令人高興的是，腦科學的最新成果，為我們重視并加強了體育課提供了理論根據(jù)。長期以來，人們都認為人腦不能再生新的神經細胞。但美國加利福尼亞的一個腦科研機構于1999年公布的研究成果說，

16、跑步能使老鼠的腦再生新神經元。如果的確是這樣的話，那就是說開展體育鍛煉，提倡跑步運動，也能使人腦神經元再生，因此我們還有什么理由輕視體育課。對課程教學從腦科學的角度又如何進行解釋界定呢？如果說中樞神經網絡建構過程或神經元傳遞信息的過程就是學習，不過這種學習是一切哺乳動物都有的并由自然環(huán)境刺激產生的學習，它是沒有計劃的和沒有預期目標的。然而在教育指導的課程教學則是有明確目的的，從腦科學的角度我們可以對課程教學這樣界定：課程教學是有計劃和有目的的加速神經元信息傳遞、促使軸突髓鞘化、構筑神經網絡通道的過程。課程教學是教育的核心。教育刺激所建構的人的神經網絡，和環(huán)境刺激所建構的哺乳動物的神經網絡，二者是有區(qū)別的，其最根本區(qū)別在于