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北京师范大学教育与心理学院副院长、发展心理研究所副所长、教授、博士生导师 　 董奇
北京师范大学发展心理研究所讲师、博士　 陶沙
　　　 近二十年来，随着多种无创性脑研究技术的问世与更新，人们对人脑的认识取得了长足的进步。尽管迄今为止人们对人脑的认识尚不足以解答所有关于人脑奥秘的疑问，但是，不论是有关人脑物质构成与运动的认识，还是关于人脑精神活动(心理活动)的认识，均为人们进一步科学地认识脑、保护脑、使用脑、开发脑与创造脑(开发人口智能)提供了极为有益的启示。全面认识脑的多层面研究，正确理解已有研究对教育的启示并自觉应用于教育实践中，对于推进教育的科学化、提高人力资源开发和人才培养的效率具有重要价值。本文拟就脑的多层面研究特点及各主要层面研究对教育的启示进行讨论，以期有助于教育工作者正确认识、利用有关人脑的多层面研究成果。
一、人脑的复杂性决定了从多个层面进行研究的必然性
　　　 人脑是自然界最复杂的系统。当个体出生时，便有大约1千亿个神经元，1万亿个神经胶质细胞，10万亿个神经元间的连接。人脑不仅在结构上相当复杂，而且具有记忆、思维、学习、语言、情绪、社会交往等高级功能。人脑的结构与功能的关系并非一一对应，它具有多区域协同活动、动态可变的特性。经过长期的进化，人脑在结构与功能上的高度完备性确保了人类在自然界的竞争中居于显著的优势地位。人类对自身脑的研究不仅可以增进对人脑奥秘的认识，而且还可能通过掌握脑的活动与发展变化规律，实现科学地保护脑、使用脑、开发脑和创造脑。就教育而言，对脑的深入研究还可以帮助人们认识如何通过恰当的教育培养来开发脑的潜力。
　　　 正由于人脑结构与功能具有高度的复杂性，并且具有多方面的理论与应用研究价值，因此，对脑的科学研究必然有多个层面、具有综合性。对脑的生物结构、神经活动或心理活动的任何单一层面研究均无法全面回答人脑是如何构成、发育和工作的等众多重要问题。为揭示人脑的奥秘，实现科学地认识脑、保护脑、使用脑、开发脑和创造脑的多重研究目的，研究者必须从神经生物科学、心理科学、教育科学以及不同学科交叉的角度，对人脑的物质构成与发展变化，人脑的物质活动规律，人脑高级功能(精神或心理活动)的活动规律与发展变化，人脑物质构成与物质活动同人脑高级功能的特点及其发展变化的关系等一系列重要问题进行系统的多层面、综合研究。
　　　 对人脑奥秘的多层面探索可谓源远流长。从公元前几个世纪开始，我国古代哲学家孔子、孟子与古希腊哲学家亚里士多德等便依据日常观察与感性经验，对人脑的物质与心理特性进行了推测。18世纪胪相学的出现反映了人们力图揭示人脑物质构成与其高级功能的关系的努力。19世纪，Broca和Wernick等人根据对脑损伤病人的个案研究发现了脑的特定区域与言语功能障碍的关系，开始了对脑与行为关系的科学研究。此后，随着研究的推进，虽然人们在脑的神经活动实质、脑高级功能定位、大脑两半球功能的分化与协同、心理活动的机制与规律等重要问题上的认识不断深化，然而，由于研究方法与技术的局限，人们长期以来难以直接研究人脑的物质与心理特性的关系，难以实现对人脑物质与心理特性的整合研究。
　　　 近二十年来，特别是近十年来，随着正电子发射断层扫描(PET)、磁共振成像(MRI)、功能性磁共振成像(fMRI)等多种无创性脑研究技术的发展，人们开始能够结合人脑的物质构成、物质活动与心理活动进行相对整合的研究。综观近年来的研究可以看到，神经生物科学、心理科学、教育科学等不同学科、不同研究领域的界限正日趋模糊，认知神经科学、发展神经科学等新学科的出现反映了对脑的科学研究领域中不同学科日趋综合的发展方向，有关人脑的物质构成、物质活动与心理行为关系的基础与应用研究成为当前对脑的多层面科学研究的重要生长点。通过进一步深入、系统地揭示人脑结构与功能的特点、发展变化规律以及潜力开发等重要问题，人们有可能在对人脑的认识上取得新的突破，从而对个人与社会的生存和发展产生多方面的重要影响。
　　　 总之，从神经生物科学、心理科学、教育科学等多个层面入手，对脑进行系统、综合的研究是极为必要的。对脑的不同层面的研究各具重点，它们不但对增进人类对人脑奥秘的认识具有各自的独特贡献，而且与教育实践的关系及其可能提供的启示也存在各自的特点。客观地认识对肋的不同层面研究的特点、重要成果，认识它们在教育实践中应用的可能性具有重要价值。这不仅有助于消除目前在认识与传播脑的科学研究成果对教育的应用价值中存在的一些偏差，更科学、准确地介绍脑科学不同层面研究成果对教育的应用价值，而且还有助于更好地确定研究重点与突破口，更有效地服务于素质教育改革，为减轻学生负担、提高教育与学习的效益提供科学依据。
二、对脑的神经生物科学层面的研究及其对教育的启示
　　　 神经生物科学包括了神经生理学、神经解剖学、神经组织化学、神经细胞学、神经外科学、神经病理学、发育神经学等许多学科，着重探讨脑的结构、神经活动的生化与物理特性、脑活动的能量代谢规律、脑病变与治疗的生物机理等问题，可以分为分子水平、细胞水平与整体水平。该层面的研究具有基础性的特点，对于人们认识脑的物质特性是相当重要的。由于神经生物科学的研究方法与技术相对成熟，因此在过去相当长的时期内，对脑的科学研究主要是从神经生物科学的层面进行的。
　　　 目前，从神经生物科学层面入手对脑进行研究的主要发展趋势表现在两个方面。一方面，研究继续深入到细胞与分子水平上，对神经活动的机制进行研究。神经生物科学家正努力采用微电极细胞内记录和染色技术、膜片钳位技术、重组DNA技术等新的电生理和分子生物学研究技术，探讨神经元、突触、神经元回路的结构、信息传递、功能特性及活动方式，对脑的功能及其病变进行基因定位，力图揭示脑的结构与功能特性的神经活动本质。另一方面，整体水平的研究受到重视。通过建立神经网络的方法，研究者正试图在整合水平上揭示神经系统的工作原理；借助于多导电极，研究者可以采用事件相关的脑电方法，观察脑活动的快速变化；而近年来新出现的无创伤脑成像技术(如PET、fMRI等)则使人们有可能在无创伤的条件下，分析人脑的功能特性、区域性相关及神经化学的变化。
　　　 迄今为止，神经生物科学家对脑的研究已取得了相当丰富的成果，其中许多研究成果对教育实践和学生素质培养具有重要的启示。例如，对脑发育规律的揭示可以为诊断脑发育状况、及早发现脑的疾病提供科学依据。在儿童期，脑的体积增长、灰白质比例的变化、髓鞘化等是脑发育的重要指标。美国等发达国家的发育神经学研究采用磁共振成像技术初步揭示了0-3岁儿童髓鞘发育的时间进程。另一些研究发现，在青春期前，特别是在0-3岁，个体的脑在物质构成上的发展极为迅速。作为神经活动的基本功能单位，皮层突触的密度在出生后迅速增加，至4岁时，个体大脑皮层的突触密度达到成人的150%。通过解剖意外死亡的婴幼儿的脑，科学家发现，一个视皮层上每个神经元所形成的突触数目，在个体出生时约为0．25万个，而在6个月后，就达到1．8万个。尽管突触在人的一生中均在不断形成，但在大约2岁时，突触的数目达到较高水平，并持续到10-11岁。类似上述有关脑发育规律的揭示为早期脑发育的评价与发育异常的临床诊断奠定了科学的基础。
　　　 不仅如此，对脑功能定位、神经电生理活动、神经递质作用、神经代谢过程及基因定位与作用等脑的物质活动过程进行研究，同样可以为脑疾病的药物康复和功能康复提供科学基础。以检出率在3%一10%的注意障碍与多动症为例，研究表明，患者右前额叶等区域的脑电活动异常，五羟色胺(5一HT)系统功能降低，采用脑电生物反馈技术，并辅以改善5--HT系统功能的药物治疗，可以有效控制患者神经生理活动与神经递质代谢的异常。
　　　 脑发育过程的关键期与可塑性的问题是神经生物科学研究的两个重要问题。对它们的研究有助于理解适宜教育的时机、内容、方式等问题。一些以动物和特殊个案为主要对象的研究指出，在脑发育的关键期内，某些脑功能的形成与发展比其他时期更容易，而且受损伤的脑也表现出更强的康复或补偿能力。如果在该时期内机体获得了适宜的经验，那么脑的功能可以正常发展。但是，如果在这一时期内机体不能获得适宜的刺激与经验，那么脑的功能将难以正常发展。关于脑发育的关键期现象主要在视觉领域得到了证明。例如将刚出世的猴或猫的一只眼进行手术缝合，一段时间后，被缝合的眼睛将发生终生弱视或失明。如果人类个体在0-3岁间被剥夺精细刺激，那么也会引起相应神经元的萎缩或功能转移而导致失明。脑发育关键期现象的揭示促使人们思考教育培养的最佳时机问题，特别是促使人们重视如何在个体神经系统发育最为迅速的早期提供适宜的环境与经验。
　　　 脑发育的关键期现象实际上表明了脑在外界刺激的作用下发生结构与功能重组的巨大可能性，也即脑的可塑性问题。神经生物科学对脑的可塑性的研究表明，脑的结构与功能在出生后并非一成不变，而会因外界刺激的影响发生改变。一方面，在良好适宜的环境刺激下，脑的神经元回路的建立、神经元条件活动的建立以及皮层的功能代表区都将沿着更有效地适应外界环境、更有效地实现与环境积极互动的方向发展。例如，研究人员发现，在有玩具的笼子中生长的幼鼠与在贫瘠环境中生长的幼鼠相比，脑中每个神经元的突触数前者比后者多25%。通过训练猴的某一手指运动，其在皮层的代表区显著增大。另一方面，在刺激过度、刺激不足或在消极的情绪刺激环境中，脑的结构与功能的正常发育将受到严重阻碍。研究发现，过强、过量的刺激会使大鼠海马的突触功能降低，神经回路的形成发生困难。很少活动或很少进行社会性互动的幼儿，他们的脑比正常同龄人小20%到30%。处于焦虑或压力情景中的个体，其脑内谷氨酸、可的松等的过度分泌可导致脑细胞的死亡与神经连接的减少。有关脑的关键期与可塑性的神经生物科学研究启示人们重视脑发育的关键期，注意在关键期中提供适宜的环境；同时，更要充分重视提供数量适宜的刺激，重视为个体脑的正常发展提供稳定的情绪支持。
　　　 概括而言，神经生物科学的研究对于认识脑的发育、适宜的教育培养具有重要的启示。然而，由于其主要关注生物层面的问题，研究对象也以动物及特殊个体为主，因此，神经生物科学研究难以直接说明人类脑高级功能的活动特点与发展规律，其对个体发展与教育培养的价值主要在于为研究脑高级功能提供认识与方法论基础，并从脑的硬件构成等角度提供及早诊断、治疗脑疾病的科学依据。在认识神经生物科学层面的研究成果时，应当注意避免将这些有关脑的物质构成与物质活动方面的研究成果、有关动物的研究成果、有关人类特殊个体的研究成果不加限制地推论、应用于心理活动、人类的脑活动以及正常群体脑活动中去的倾向。
三、脑的心理科学层面的研究及其对教育的启示
　　　 心理科学对脑的研究主要集中于对脑的记忆、思维、语言、学习、情绪、社会性等高级功能上，与脑的研究密切相关的心理科学主要包括认知心理学、发展心理学、普通心理学、心理测量与评价等学科，目的在于通过多种科学手段与方法从不同角度探讨认知活动、情绪与社会性等脑的高级功能的实质、特点及其活动规律。心理科学层面的研究为认识、使用、开发与保护脑的高级功能提供了相对直接的理论与方法基础，对于脑科学研究成果的实际应用具有重要的价值。下面，我们以早期能力发展、脑高级功能发展的敏感期及儿童内隐学习等方面的成果为例进行说明。
　　　 自本世纪60年代以来，随着习惯化去习惯化技术、注视技术、偏爱技术等一系列研究方法与技术的创新，大量研究揭示了个体早期认知能力的惊人发展。人们发现，在个体发展的早期，个体不仅具有了基本的感知觉能力，而且还具备从多个通道获取信息并加以整合的能力，具备即时模仿、延迟模仿的能力以及借助于他人的情绪信号调控行为的社会参照能力和初步的问题解决能力等。特别值得指出的是，儿童具有惊人的语言学习能力，出生不久便对语言刺激表现出偏好，而且可以区分语音的差异，一般到3岁时就可掌握本民族的口头语言。早期心理能力的惊人发展这一事实启示人们重视儿童的学习能力与发展潜力，充分认识儿童从多种途径获得直接或问接经验的可能性，并通过提供丰富的学习、尝试与锻炼机会，促进其心理能力的发展。
　　　 心理学的研究发现，在人类脑高级功能的语言、社会性情感以及音乐、运动技能等方面的发展中存在关键期(也称敏感期)。就第一语言的获得而言，一般认为如果在青春期前，个体由于某种原因失去语言习得的机会，那么该个体的语言能力将受到永久的损害。对第二语言而言，研究发现，儿童分辨外来语语音的能力在8-12个月间持续下降，至12个月时，与4岁儿童接近；7岁前接触第二语言环境，则其语法水平与母语接近，而在青春期后才接触第二语言，那么其语法学习将费时、费力，且语法错误增多。脑高级功能发展的关键期现象充分表明了在适宜的时间提供适宜教育的必要性与可行性，重视在适宜的时间提供适宜的环境与教育，抓住儿童发展与教育的最佳期，对于促进儿童发展的优化与教育效益的提高具有重要的价值。
　　　 值得注意的是，由于人类脑高级功能的高度复杂性，儿童发展与教育的关键期有别于动物或人类视觉系统等领域表现出的关键期现象，它们一般不具备不可逆与精确的时间表，在关键期外，个体的心理能力仍然可能获得发展，因此称其为敏感期更为妥当。儿童发展与教育敏感期问题的研究还是初步的，尚有待于进一步探讨。为此，既应重视儿童发展与教育的敏感期，及时提供适宜的环境与教育刺激，同时也要注意避免过分夸大敏感期的作用，误以为在敏感期外，个体的心理能力便失去可塑性。
　　　 此外，心理科学对内隐学习的揭示对教学方法的改进具有重要启示。只要思考儿童如何从出生时的孱弱状态经历短短的几年就转变为具备相当的认知与社会性能力的个体，我们便不能不惊叹儿童惊人的学习能力。长期以来，儿童学习的过程、途径与机制问题受到研究者的重视。近年来的研究指出，儿童的学习随时随地、大量地发生在日常生活中，而且其学习具有内隐学习的重要特点。这就是说，在非注意状态下，儿童也可能对环境信息保持敏感，并逐步习得大量的知识、规则与行为方式、技能。通过内隐方式进行的学习活动，不仅占用的认知资源较少，而且所获的知识与技能通常可以保持较长的时间。儿童在自然状态下的语言获得便是内隐学习的典型事例。事实上，在母语获得过程中，儿童极少进行专门的发音训练、语法学习和词汇背诵，然而却在大量的社会性交往中、在阅读活动中掌握了复杂的语言系统。以词汇增长为例，研究发现，仅有不到10%的词汇是通过正式的课堂教学获得的，而词汇增长的主要途径是通过阅读内隐地获得。可见，在重视常规的有意注意学习的同时，还应当充分发挥脑的自动加工能力，提供大量直接的活动经验，引导儿童通过内隐学习获得发展。注意利用儿童的内隐学习能力，对于提高儿童的学习效率、减轻学习负担具有重要的价值。
　　　 勿庸质疑，心理科学对于脑的研究可以为教育实践提供相对直接的指导。然而，单纯心理学层面的研究还不能充分说明心理行为的特点与脑的结构、神经活动具有怎样的联系，也无法说明行为背后的物质基础问题。因此，心理学的研究迫切需要与神经生物科学等多个学科相结合，从而对脑与行为的关系作出解释。
四、对脑的教育科学层面的研究及其对教育的启示
　　　 教育科学层面的研究对于探讨人脑高级功能发展的条件及潜力开发问题具有不可替代的独特价值。该层面的研究工作不仅可以将脑科学研究的已有成果应用到教育实践中，通过调整和改革教育环境、教育资源的配置、课程与评价体系、教育观念、教育方法，实现使用脑、开发脑的目标，而且可以检验、修正、完善心理层面的研究成果，提出进一步研究的课题，促进对脑的科学研究。更重要的是，教育科学层面的研究还可以从独特的角度探讨与人脑高级功能潜力开发有关的一些重要问题。教育科学对脑高级功能的研究主要侧重于探讨两方面的问题：一是借助于环境丰富方法或自然剥夺方法，探讨环境经验对个体脑高级功能发展的影响，也即脑高级功能可塑性与发展潜力的问题；二是通过教育实验的方法，探讨如何提供适宜的环境，促进个体脑高级功能的发展。
　　　 教育科学的研究成果表明，脑高级功能发展的可塑性主要包括三个方面：一是正常脑高级功能的表现心理能力具有可促进性；二是脑高级功能障碍具有可改善性；三是不良的环境刺激可能导致儿童脑高级功能受到损害。
　　　 首先，大脑发育正常的儿童，在丰富、适宜的环境中，通过特殊的教育训练，其心理能力的发展可以得到明显的促进。例如，在多语环境中成长的儿童可自然地习得多种语言。最近的研究还表明，智力并不是人们以前认为的那样是固定不变的，而是可以在一定的干预下提高。一项对6周到4个月婴儿的早期干预研究表明，这些婴儿的智力测验得分提高了15%-30%。70年代以来，国内外大量有关儿童记忆策略训练、阅读能力培养、思维品质训练、创造性培养等多方面的研究均表明，儿童认知活动的过程与结果都可以通过训练得到显著改善。多项国内外实验研究指出，训练儿童对认知活动过程进行自我监控与调整，可以有效提高其阅读理解的水平；在提示儿童使用有效记忆策略的情况下，儿童的记忆成绩会显著提高。
　　　 其次，患有认知功能障碍的儿童在积极的功能性康复训练下，其认知功能可以得到不同程度的改善。例如在国内外检出率均较高的注意障碍及多动症儿童，他们在右额叶等注意调控区域存在发育异常，难以实现注意的有意控制以及抑制冲动行为、无关行为，因而影响其认知活动的进行。通过训练这些儿童的元认知与自我监控能力、进行脑电的生物反馈训练等途径，可使他们的注意功能得到改善。其中，在药物的辅助下，脑电的生物反馈训练不仅可以使这些儿童的注意控制与冲动行为抑制能力提高，而且可以使他们的脑电活动趋于正常。
　　　 最后，儿童脑高级功能发展的可塑性还表现在其可能由于不良的环境刺激而受到损害。例如，在持续性的压力环境下，个体的认知效率会明显降低。而且大量研究表明，愉快的情绪有助于个体认知问题的解决，而悲伤、害怕等消极情绪则不利于个体认知问题的解决。
　　　 上述教育科学对脑高级功能可塑性的研究表明了环境、经验对个体脑高级功能的多方面影响，指出适宜的环境与教育在个体发展中的广泛、深远作用。深入认识不同环境经验对个体脑高级功能影响的性质、程度与机制，对于科学地开展素质教育具有十分重要的价值。目前，在脑高级功能发展的可塑性方面尚有许多问题值得研究，进一步探讨儿童认知能力可塑性的程度与范围、所需要的环境与教育条件等问题是极为必要的。
　　　 在探讨人脑高级功能发展可塑性问题的基础上，教育科学研究还对适宜的环境与教育问题进行了考察。已有研究表明，环境的复杂、丰富程度与儿童的发展并非一一对应的线性关系。事实上，评价环境、教育质量的优劣应当结合丰富程度、适宜性、有序性等多个维度进行综合考虑。适合儿童的发展是良好环境、教育条件的核心要素。以儿童的语言学习为例，在语言获得的初期，音调较高、情感积极、指向于儿童当前的活动、伴随一定动作的儿化语言对儿童的语言发展具有重要的促进作用，而语法复杂、语句概括抽象、语调正常的语言则与儿童早期语言发展负相关；然而在语言获得的较后时期，儿化语则不能促进儿童语言的进一步发展，相反，语法较复杂、语句较为概括的语言却对其具有促进作用。
　　　 教育科学研究在适宜教育刺激的性质与特点方面也获得了一些重要发现。例如，研究表明，信息输入的途径不同，则个体进行加工的特点也不同。视觉信息输入具有加工容量大、速度较快的特点，而听觉信息输入则具有加工程度相对较深的特点。不仅如此，与单一通道的输入相比，多通道的信息输入可以使认知加工更为高效。在教学活动的组织上，教育科学的研究发现，个体自身进行主动操作和活动的程度与学习效果正相关。在一系列有关儿童自生运动经验对早期认知发展影响的研究中，研究音发现婴儿爬行动作的获得改变了其与物理环境、社会环境的互动模式，促使婴儿对外界环境变化保持敏感，促使其活动手段目的的分化与协调，增强了其对无效行为的抑制以及认知操作的序列化，因而促进了儿童深度恐惧、延迟搜寻、客体永久性概念、迂回行为、空间定向、共同注意等方面的发展。对失去双臂、胯骨脱落、脊柱裂等特殊儿童的研究进一步证实了个体能动活动对认知操作的影响。有关儿童学习活动的实验也发现，学生参与认知活动的主动程度越高、亲手操作物体和认知材料的机会越多，其记忆成绩和其他方面的认知成绩也相对较高。这些研究发现为人们深入认识个体自身能动活动在认知能力发展中的重要作用提供了启示，提示人们重视为儿童提供通过自身的主动活动进行建构性学习的机会。
　　　 此外，一些研究还指出，音乐与我国特有的汉语资源也对个体脑高级功能的发展具有积极的促进作用。例如，特定的音乐背景可以促进出生仅3个月的婴儿提取信息的活动。美国学者最近的研究表明，钢琴演奏训练有助于小学生分数、百分比运算以及空间、时间推理能力的提高。此外，有研究表明，音乐训练可促进小学生的阅读理解，其机理之一在于音调识别能力与语音识别能力具有密切关系。在利用汉语资源促进个体脑高级功能发展方面，研究初步发现，由于汉字是一种表意文字，具有许多不同于拼音文字的特点，在认知加工过程中存在整体知觉、语义提取快于拼音文字等一些优势。汉语不仅可用于矫正拼音文字的阅读障碍，而且其特有的书法活动还可以增强个体的注意控制能力，提高知觉的准确性和视觉动觉的协调性。通过半视野方法考察小学儿童进行书法活动前后的汉字命名任务成绩，发现书法(中文毛笔)活动有助于大脑左视野(由右半球控制)的汉字命名任务，而中文硬笔书写，英文毛笔、硬笔书写任务对左、右视野的汉字命名任务均无显著影响。这表明传统的书法活动有助于大脑右半球的认知加工活动。
　　　 总之，教育科学研究表明，在个体脑高级功能的发展中存在相当大的可塑性。要充分利用发展的巨大可塑性，促进个体的最佳发展，关键在于为儿童的发展提供适宜的环境与教育。目前，有关适宜环境与教育问题的研究已经受到国际教育科学界的高度重视。
五、从学科交叉层面对脑进行综合研究，推动素质教育
　　　 除上述对脑的神经生物科学层面、心理科学层面与教育科学层面的研究外，还存在着特别引入注目的交叉领域的研究。认知神经生物科学、神经心理学、生理心理学等均是交叉领域的学科。随着无创性脑成像技术，特别是功能性磁共振技术和事件相关的功能性磁共振技术的应用，使我们可以结合脑的内在神经活动与外在行为表现对脑的高级功能进行综合探讨，有可能更深入、准确地认识脑与行为的关系，探讨不同环境与教育对神经活动、心理功能的可能影响，从而为教育改革提供综合神经生物与心理特性的多层面依据。目前，结合多个学科，对脑进行交叉层面前综合研究已成为理论与应用研究发展的新的生长点。
　　　 交叉层面的综合研究有助于从多个方面认识、解释脑高级功能活动与发展的规律。例如，心理科学的研究从行为层面上揭示了语言习得具有敏感期现象，但是不能说明这一现象的物质基础是什么。而神经生物科学与心理科学的结合则可以在一定程度上回答这一问题。近期一项功能性磁共振成像的研究表明，较晚开始第二语言学习者在加工第一与第二语言时，其Broca区的激活点明显分离，而较早开始第二语言学习者则无此分离现象。这提示开始学习第二语言时问的早晚可能导致形成不同类型的语言加工系统。又如，神经生物科学的研究揭示了脑的功能具有一定的分化和可改变性，但是难以提供人脑功能定位可塑性的直接证据。结合教育训练或疾病康复的研究，人们便可清楚地认识这一问题。例如，最近一些研究表明，脑高级功能定位的特点可能因特殊的经验而有所不同。与普通人不同，优秀音乐家在听和声时，左脑血流量明显上升，而右脑血流量几乎不变，表明其音乐加工的中枢主要在左脑；另一方面，虽然左脑具有语言习得的优势，但是左脑损伤或错过语言发展关键期的儿童则可能发展出以右脑为优势中枢的语言功能。这些研究成果表明，较之任何单一层面的研究而言，交叉层面的研究可以更为清楚地表明人类个体脑的物质活动层面与心理、教育层面的关系。
　　　 通过揭示脑的物质构成、神经活动特点与个体心理行为的关系，交叉层面的综合研究还可以为客观、科学地认识个体脑高级功能发展的差异提供科学依据。目前，发展神经生物科学与心理科学的交叉研究在寻找预测个体差异的稳定神经指标方面取得了一定的进展。研究表明，个体心理行为的差异有其神经活动的基础，因而有可能依据个体神经活动的特点对其心理行为进行预测。研究者发现，2岁时测定的儿童左右脑额叶的平衡性与活动性的特点是预测儿童4岁时社会性行为的有效指标。在2岁时，具有右脑优势且额叶活动性较弱的儿童在4岁时更容易出现社交退缩的行为；而在2岁时具有左脑优势且额叶活动性较强的儿童在4岁时更容易出现攻击行为。特别需要指出的是，儿童左右额叶活动性与平衡特点对其后来社会性行为的预测作用还高于其早期社会性行为对后期社会性行为的预测作用。对个体脑高级功能差异的发展神经科学研究不仅有助于我们充分认识个体差异的神经生物基础，而且对于发展客观评估个体脑高级功能差异的科学工具也具有重要价值。
　　　 在教育应用的基础研究方面，结合神经生物科学、心理科学、教育科学的多层面研究有可能更加客观、深入地分析当前教育实践的优势与不足，为建立有利于个体素质全面发展的教育提供直接的科学依据。尽管该方面的研究刚刚起步，但是它为教育改革建立在科学的基础上提供了进一步的可能性。为数不多的已有研究指出，在儿童可接受的范围内，多感觉通道与多类型刺激、多样化的活动有助于儿童积极调动脑的不同区域进行协同加工。最近一项功能性磁共振成像的研究指出，对于同一学习任务而言，单一感觉通道与多感觉通道信息输入导致脑激活区域的数量与面积不同，后者通常可引起更多与更大面积区域的活动，表明其可以调动更多的功能区域与神经元参与学习。近年来，一些功能性磁共振成像、正电子发射断层扫描与脑电研究表明，文字刺激与图形刺激分别较多地激活左脑与右脑的活动；在进行内隐学习时，个体脑的左运动前区血流量增加，而进行外显学习时，个体的前额叶与海马的血流量上升。这些研究结果提示，综合运用多种类型的教育刺激，注意调动儿童多个感觉通道的参与，并引导儿童进行多种类型的学习活动有利于儿童不同脑区域的协调活动，有利于儿童全脑的开发。
　　　 目前，在世界范围内，脑的研究与应用出现了一个重要趋势，即在对脑进行多层面研究的基础上，高度重视概括并应用该方面的研究成果改进教育实践、提高教育质量。1997年4月，美国白宫会议聚集了神经生物科学家、认知科学家，心理学家、教育家等多学科专家，探讨脑科学研究对早期教育的启示，用以推动全美早期教育质量的提高。这突出地反映了政府、科学界与教育界重视积极概括有关脑的科学研究成果，用以推动教育改进的发展趋势。
　　　 在我国，重视对脑进行多层面的研究，并将研究与教育应用密切结合具有权为重要的现实意义。众所周知，我国庞大的人口与较低的教育效益造成资源紧张、高素质人才缺乏的严峻问题，已成为制约我国科技、经济与社会发展的瓶颈。为提高国民素质，培养跨世纪人才，我国政府通过了一系列规定和决议，在全国范围内开展素质教育。前不久召开的全国教育工作会议进一步明确了素质教育的改革方向。目前，亟待解决的重要问题是如何科学地开展素质教育、更好地开发儿童青少年的潜能以及培养创新精神。对脑的多层面科学研究无疑是科学地推进素质教育的重要基础之一。如果将对脑的多层面科学研究与教育密切结合起来，为素质教育实践提供科学依据，将极大地推动我国人脑潜力的开发与人口素质的提高，促使我国庞大的人口负担转化为巨大的人力资源，实现向人才大国、科技强国的飞跃。为此，全面认识脑科学，重视正确地概括、应用脑科学研究的已有成果，并围绕教育科学化的问题积极开展研究，是十分必要和迫切的。
　　　 我国政府、科学界与教育界正密切关注应用脑科学研究的成果推进素质教育和教育科学化的问题。然而，与此同时，人们也注意到，在解释、应用有关脑科学研究成果的过程中出现了一些片面化、绝对化和主观化的不恰当做法，例如对发展关键期作用的不正确理解、将左右脑的功能分化绝对化、将动物研究的成果不加限制地直接推演到人类身上等等。这在一定程度上对教育实践起了误导作用，不仅不利于教育的科学化，反而使教育陷入新的误区。这些问题应当引起高度重视。因此，为了促进对脑科学研究成果的正确概括与应用，广大教育工作者非常有必要从宏观上认识对人脑的科学研究所具有的多学科性质、了解各学科层面研究的特点、客观看待不同层面的科学研究与教育的关系，并科学分析已有成果对教育的启示。
　　　 总之，随着脑科学研究的扩展与研究技术的进步，对脑的多层面研究已经为素质教育提供了多方面的有益启示，并可能为科学地开展素质教育、促进儿童素质的全面发展提供坚实的基础。积极开展多学科的研究，并及时概括国内外脑科学研究的成果、特别是与教育密切相关层面的成果，同时重视通过大众传播媒体、教师培训、家长培训广泛普及有关成果，使全社会认识并高度关注建立适于脑、促进脑的教育，这对于我国儿童潜力的开发、人口素质的提高将具有深远的影响。
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　　　 [15]Posner，M．I.， Peterson，S．E.， Fox，P.T.， & Raichle，M.E．(1998). Localization of cognitive functions in the human brain．Science，240：1627-1631．

脑科学与教育　 　　 　 　　
脑科学是21世纪若干国际重大的前沿研究领域之一，目前已经在世界各国形成了生物脑、意识脑、非常脑和人工脑的一些研究热点。新技术和新事物的不断涌现使脑高级功能的基本理论发生了巨大变革，动摇了百余年来脑高级功能的传统观念，使之获得了新的科学含义。21世纪世界经济发展的竞争，归根到底是知识、人才和教育的竞争。10年前，时任美国总统的布什就曾大声呼吁，应竭尽全力使公众充分意识到脑研究给人类带来的益处。美国国会也于1989年通过了公共法101-58，（Public Law 101-58），宣布90年代为“脑的十年”。据了解，美国报道最新大脑研究的大众媒体先前只限于少数几家科学杂志，现在则是每一家大型新闻及商业杂志，都会刊载有关大脑的报道，积极倡导从“脑的十年”迈向“教育的十年”。在我国，由国家科委发起，在国家科委和中国科学院的支持下于1993年正式创办的面向全国科技界的常设性高层次学术会议组织“香山科学会议”，这几年也先后举办过“跨世纪的脑科学：脑功能研究、跨世纪的脑科学、脑的复杂性”和“脑高级功能与智力潜能的开发”等专题讨论会，为脑科学家、心里学家和教育学专家提供一个跨学科交流的机会，意在研究大脑是如何工作的，探讨“学习”和“推理”的高级大脑功能，沟通脑科学研究与教育的研究与实践，推行素质教育，提高民族创新能力。 　　
当今人们对脑科学与教育之间关系的认识，已经取得了不少进展。专家学者们根据多年的教育教学经验，在吸收国内外脑科学最新研究成果的基础上，提出了跨学科的研究设想，力图使大脑研究走进学校、走进课堂、走进教学实践。1998年11月美国教育科学杂志第56卷以“How the BRAIN Learns”为专辑介绍了这方面最新的研究进展，这有助于我们拓展教育科学研究领域。 　　
对教育的研究与实践起重要作用的脑科学新概念，归纳起来至少有5个。 　　
1、第一个脑科学新概念是大脑神经突触生长呈倒U状的模型假说。大脑的秘密主要在于神经细胞，而脑科学研究发现，早期大脑神经突触联系形成最为迅速。有这样一个脑科学事实，人在出生生20年里神经突触密度的变化呈倒U型，即刚出生时低，童年期达到高峰，而成年后则又降低下来。那么这个事实对儿童的学习和教育的科学含义是什么呢？让我们先来了解一下神经突触的作用。突触是电信号从一个神经细胞传递到下一个神经细脆的地方。举个通俗的例子，你想移动你的大拇指，在大脑运动皮层中会产生一个兴奋，兴奋沿脊髓神经传递到运动神经元，最终传递到手臂的肌肉细胞中。突触间有一条狭长的裂缝，化学物质可以通过这条裂缝进行扩散，而电刺激则无法穿越这条裂缝，所以信号的传递是由化学物质来完成的。离子流穿过裂缝，从而产生了细胞膜电势的变化，换而言之，传递了“动一动大拇指”的指令。由此可以想见，产生学习行为的原因是突触传递方式的改变，而细胞释放出传输体个数的不同，又会导致突触传输方式的变化，这一点似乎与学习行为有关。如果我们同意突触的增多是学习过程的细胞机理，那么回过头来从脑科学角度看，突触密度变化的倒U型现象就不是一个简单的事实，它表明神经突触密度与智力水平是直接关联的。从出生到10岁，随着突触联系和密度迅速增加，与此相关的技能和能力也随之迅速发展，一直持续到成年后才逐渐衰退。假定这个倒U状模型是存在的话，似乎可以得出这样一个结论，突触生长高峰期的童年是学习收获最多和智力发展最充分的时期。这项研究发现对开展早期教育提供了科学依据，尽管还没有完全证实，但值得进一步探讨。 　　
2、第二个脑科学新概念是大脑发育的关键期假说。脑科学研究的另一项发现是关于大脑发展的关键期问题。大脑发展的关键期概念是英国学者戴维.休伯尔等人在60年代提出来的。他们的研究发现，将出生后的小猫或小猴子用外科手术缝上眼皮，数月后打开，这些动物就无法获得视觉信息，尽管它们的眼生理机制是正常的。而且这些早期剥夺了视觉经验的动物在视皮层上的结构也有异于正常的动物。休伯尔等人由此提出了一个视觉机能发展的关键期概念。最近这30多年来，数以百计的脑科学专家对“关键期”作了大量研究并已取得相当的进展。其科学结论简要说来就是，脑的不同功能的发展有不同的关键期，某些能力在大脑发展的某一敏感时期最容易获得，如人的视觉功能发展的关键期大约在幼年期；对语言学习来说，音韵学习的关键期在幼年，而语法学习的关键期则大约在16岁以前。此时相应的神经系统可塑性大，发展速度特别快，过了这段关键期，则可塑性与发展速度都要受到很大的影响。此外，对不同的人来说，脑的不同功能发展的关键期也并不完全一致，存在着一定的个体差异，在脑的不同发展上有着不平衡性。所以在教育中要抓住关键期，让诸如视觉、听觉、语言等能力都应适时打开“机会之窗”("windows of opportunity")，使脑的不同功能得到及时的发展。如果我们教育工作者在适时的关键期给予儿童适当的学习机会，则不但学得快，还可以促进生理发展，进而更能促进相应能力的发展。为此，有必要深入研究大脑发展关键期的起始时间、持续时间、表现形式、所需学习经验的性质和作用，以及教育与关键期的匹配问题，这对于在儿童的教育中如何发展脑的最大潜能而不导致认知障碍有着重要意义。 　　
3、第三个脑科学新概念是大脑的变化、学习和记忆及脑内神经元的联结程度决定于环境对大脑的刺激。脑科学研究发现，多姿多彩的环境刺激对早期大脑发展具有显著的影响。科学材料证实，大脑的生理变化是经验的结果，而大脑功能的水平在很大程度上取决于其工作时所处的环境状态，服从“用进废退”的规则，不能缺乏足够的刺激。要知道，人并不是生来就拥有一个功能完备、高效运转的大脑，大脑的逐渐成熟是一个人的遗传特征与外部经验交互作用的结果，也就是基因与环境交互作用的结果。以语言功能为例，语言是人和其他动物区别的重要标志，也是大脑成熟的重要标志。从脑的进化和关于语言机制研究中我们可以了解到，语言的产生的确具有重要的脑科学基础，这就是为什么人有语言而其他动物没有语言。美国麻省理工学院语言家乔姆斯基由此只强调语言与遗传特征的关系，希望找到语言基因，但这一预测并未得到科学的证实。因为脑的进化是自然选择的结果，它肯定离不开环境的影响。所以从根本上讲，语言功能是大脑和环境交互作用的产物。遗传特征在语言发展中固然起着重要作用，但正常的语言发展仍需要儿童期语言环境，也仍需要语言教育的配合。总之，环境影响基因的变化，基因决定环境的作用，这是脑科学研究得出的一个新的见解，而这里的关键因素是对脑的刺激。人们在研究中已经认识到，引起脑内巨大变化的主要是有学习和记忆参与的活动而不只是体力活动，像课外愉快的交谈，有意义的交往，填字游戏和勤奋的阅读，都可以不拘一格地使人脑得到刺激。对于我们教育工作者来说，由于丰富的环境能影响大脑的发育和学习，并且在关键期更显得重要，因此有必要为儿童创设一个多姿多彩的环境。为此，美国加利福尼亚大学伯克利分校脑科学专家担蒙德教授相应提出了一整套建议，要求教育工作者：（1）给予儿童一个稳定的积极的情感支持；（2）提供一份营养食谱，充分满足儿童对蛋白质、维他命、矿物质、卡路里的需求；（3）刺激所有的感官，但未必都要同时进行；（4）创设一个宽松的氛围，消除过度的压力和焦虑，使之充满欢乐；（5）在儿童发展的不同阶段，向他们提出难度适中的一系列新奇的挑战；（6）大幅度地加强儿童活动的社会交往；（7）促进儿童在智力、身体、审美、社会性和情感领域的兴趣和能力得到全面发展；（8）为儿童提供自主选择和调整努力方向的机会；（9）营造一个快乐有趣的学习气氛，使儿童感受到学习的乐趣；（10）要让儿童成为主动的参与者而不是被动的观察者。这些建议涉及到教育管理学、学校卫生学、教育心理学、教育社会学、教学论和教材教法研究等诸多领域的理论和实践，富有启迪。  
4、第四个脑科学新概念是脑高级功能的生理基础主要是后天形成并终生可变，不存在先天预成的智力，也不存在单一性的智力，心智的结构是多元的。脑科学研究的这一项发现与上述发现有着密切的联系，即智商不是生来固定不变的。美国亚拉巴马大学心理学家拉迈耶在1996年从事了一项对贫困儿童进行早期教育干预的研究，证实了对贫困儿童的教育干预方案能够有效防止他们智力发展上的延缓，并能提高 IQ分数。该项研究中还有一个重要的发现是，智商测试或许是一个有用的工具，但智力实际上是多元或者说多重的。因为每个大脑表现出来的个体特征不尽相同，在情感、行为和认知能力上存在着差别。在这方面美国哈佛大学心理学教授加德纳曾花数年时间分析了大脑和大脑对教育的影响，他的结论是简单但极其重要的。他在《心智的结构》（Frames of mind）(1993)一书中指出，我们每个人的大脑至少由8种智力构成，且脑外科和脑科学研究表明，每一智力或能力都在大脑中有相应的位置，存在着脑功能的不同定位，若严重损伤某个部位，你就会失去特定能力的危险。加德纳提出的这8种智力如下。（1）“语言智力”，这是指人们读、写和灵活运用词语进行交流的能力。显然，这种能力在作家、诗人、记者、演说家、政治家、说书人的身上得到了高度发展。（2）“逻辑数理智力”，指人们的推理和计算能力。这在科学家、数学家、统计学家和法官、律师身上得到充分体现。（3）“空间或视觉智力”，在雕塑家、画家、建筑师、航海家、驾驶员和发明家身上有明显的表现。（4）“音乐智力”，在作曲家、演奏家、指挥家、音乐家和音乐爱好者身上高度发展。（5）“身体运动智力”，表现在演员、舞蹈家、运动员、机械师、外科医生和手工艺师身上。（6）“人际智力”，指与他人相处的能力，是教师、政治鼓动家、销售人员、谈判专家应有的那种能力。（7）“内省智力”，洞察、了解自己和自我调节的能力，如社会工作者、心理医生。（8）“自然智力”，是对自然界的认识（如识别方向）和适应野外生活的能力，如水手、旅行家和猎人。在加德纳看来，传统上大多数所谓智商测试都集中在语言智力和逻辑数理智力上，全世界很多学校教育也片面集中在这两种能力上，致使我们对大脑学习潜力产生了一种不正常的、有局限的看法。而他所提出的这一“多元智力理论”，拓宽了人们对智力的认识，既向传统的智商测试提出了挑战，又为教学策略的研究提供了脑科学依据。按照大脑“多元智力理论”的要求，教师应拓展教学方法，采用多样化的教学策略。在传统的课堂中，教师以在讲台上讲解课文、板书、提问为主，而在注重多元智力的课堂中，教师改变以讲解为主的方法为多种方法并用，如空间的、音乐的等方法，创造性地结合多元智力的策略。比如，教师除适当地讲解外，还可利用图示、录象、音乐等形式教学，或让学生离开座位进行活动，以加深对抽象内容的理解，并通过学生之间的同桌、小组、大组活动等人际交往方式和自学、讨论等学习方式提高教学效果。在应用多元智力理论及相关的教学策略时，教育工作者还应注意，学生在多元智力方面各有所长，所以对一些学生行之有效的策略对另一些学生却未必有效。例如乐感差的学生对说唱教学策略可能收效甚微；同样地图画和想象教学策略对想象思维较强的学生很奏效，但对语言智力和身体运动智力较强的学生则效果不明显。因此，教育工作者应当吸收脑科学成果，经常变化教学策略，这样才能使每个学生所擅长的智力都充分运用到学习之中，收到最佳的教学效果。 　　
5、第五个脑科学新概念突出了杏仁核在情绪反应乃至大脑整体结构中的关键作用，并强调大脑神经系统和行为系统的整合机能，进而提出“情感智力”和“情商”（EQ）概念，向那种狭隘的经典智力和智商（IQ）概念提出了挑战。脑科学研究越来越多的证据表明：情感在人类学习中起着不可低估的作用，情感与认知并不是对立的两个过程，而应当理解为两个并行的过程，它们以特殊的方式联系在一起，对有机体有不同的意义或价值，都是脑神经整体功能的体现，反映出神经活动的效率。美国哈佛大学的行为与脑科学专家戈尔曼教授近年相继推出了两部力作，即《情感智力》[（Emotional Intelligence）,1995]和《情绪脑》[（The Emotional Brain）,1996]，对经典的智力概念提出了挑战。他认为我们具有两个大脑、两个中枢、两种不同的智力形式：理性的或情感的。人生成功与否，取决于这二者，不仅仅是智商（IQ），还有情感智商（EQ）与之并驾齐驱。在人类的精神生活中，大脑边缘系统、新皮质、杏仁核及前额叶既相对独立，又彼此互补；其协调合作的优劣，既决定了智力，也决定了情感智力的高下。在此之前，另一位美国纽约大学神经科学中心的脑科学专家勒杜已经发现情绪的神经通路在新皮质之外，专司情绪事务的杏仁核在大脑整体结构中作为情感中枢起关键作用，作为情绪前哨，杏仁核占据着优势，有能力造成大脑神经中枢“短路”。它对脑的功能，包括思维有着重要影响。戈尔曼和勒杜的研究都揭示了“情感智力”在学习和推理中以及个性发展上举足轻重的作用。这一新概念把情感教育带入了学校，对学校功能重新定位，扩大了学校的教育使命，使情感与社会生活本身成为了学校教育的重要主题。戈尔曼说的好，情感教育课程的内容着眼于儿童的实际生活，看似琐琐碎碎，而我们未来的教育——健康健全的下一代——正有赖于此。 　　
脑科学研究已被证实是当前教育发展的重要方面，许多学者都预言其到21世纪将会得到更加长足的进展，为在脑科学与教育科学之间建立新的研究领域和学科门类提供方法和理论的资源。“脑科学与教育”是一个大课题，不是一篇文章所能讲清楚的。这里只是想把问题提出来，希望能引起重视，并期待不同学科专家学者的交叉研究和联合攻关。根据笔者在参加香山科学会议第111次学术讨论会上得到的消息，在今后的几年里，国家科技部和教育部也将组织力量重点资助脑科学研究与包括教育在内的相关领域的研究，对脑功能开发和人的全面发展问题进行多学科综合性的探讨，提供解决问题的理论依据和科学基础。因此，面向即将到来的21世纪，我们教育工作者应该更多地关注和吸收脑科学研究成果，及时把握脑科学的最新进展，着力开拓这一新的研究领域，努力推动教育科学和教育实践的不断创新。这就是草成本文的用意所在。

尊敬的女士：

    您好！我们---天津（国际）儿童心理卫生诊疗中心，作为美国ABC孤独症康复学校，中国天津分校。最近刚刚从美国引进一批综合诊疗训练康复的先进设备，以弥补国内这方面的不足。并且与国际非常有影响的美国加州大学心理学教授 Dr. Joseph E. Morrow 创办的ABC学校（孤独症儿童康复学校）建立合作关系，这将是我国第一所与美国建立正式合作的孤独症康复中心。

2002年10月7日至10月13日，ABC学校校长将亲率数名行为分析专家赴天津讲学并现场培训和演示 ABA 训练法（全场中文翻译），同时我们多种不同功能的先进仪器也将会在大会进行示范演示。值此难得的机会，我们希望你能够光临，并将我们大会的信息传播给你所知道的其它患童家长。详细情况请与我们联系。
E-mai:aba_china@hotmail.com    联系电话：（022）23345796
                  
                                                                      陈洪斐