脑科学与青少年学习方法的新探索

脑科学与青少年学习方法的新探索朱汉林脑科学研究对青少年心理发展的启示．*刘岩张帆王益文2人脑概观与左右脑功能差异问题（1）人脑概观人脑是一个复杂的物质巨系统。人脑容量约在1200〜1500mi之间，体积约600cm3,表面积约有2200cmz,因而形成了众多的“沟”和“回”（图1）。人脑重量约在1350—15009之间，大约占体重的1／50—1／40（猿脑重量只占体重约1／500）。整个人脑可区分为以下几个主要部分：大脑两半球、小脑两半球间脑、中脑、脑桥（或桥脑）、延脑（或延髓）。中脑、脑桥和延脑又称为脑干。再往下是脊髓。所谓脑神经系统即是指脑的各部分和脊髓组成的中枢神经系统，以及遍布全身的外周神经系统。统帅整个脑神经系统的便是在外观几乎覆盖全部人脑的发达的大脑两半球。球。大脑两半球的主要组成部分是大脑两半球皮质。形态结构上大脑皮质又区分为额叶、顶叶、颢叶（左右两侧）和枕叶。大脑皮质乃是脑神经元（图2）大量积聚的地方。总厚度只不过2-5ram的大脑皮质所拥有的神经元，占大脑两半球约200亿神经元的70％，即140亿左右。而整个人脑的神经元数高达1011（1000亿）数量级（±10）。此外还有对神经思维的神经元起支持和营养作用的胶质细胞，其数目比神经元还要大得多，故而脑表面巨大而形成沟回。大脑皮质中神经元太量积聚却并非杂乱元章堆积在一起，而是按不同形状（主要有椎形、梭形和星形三种细胞，椎形细胞数量最大）有序地一般分6层排列。由此已足见脑组织，主要是大脑皮质结构的特殊复杂情况。但更复杂的还在于人脑中神经元和神经元之间的联系和信息沟通。首先，人脑上千亿神经元间有着错综复杂的神经联结，其结点称为“突触”。研究表明，平均每一个神经元大约有数千个突触联结，因此人脑的全部突触数目约达1015数量级。神经元间的信息传递即通过如此巨大数目的突触联结来

胞注神经纤维末楷分械游严突學紅、神经歼维图2神经元（箭头示神经冲动运动方向）实现人脑结构如此复杂，其功能潜力也必定巨大。但巨大的人脑潜力，特别是有可能形成人的才能的创造潜力，在实际生活中却往往未能得到相应发挥。因此，了解人脑，尽可能熟悉人脑活动规律，对于人们自觉并有效地开发自己的创造力将会大有助益。中枢，它主管人们的视-空知觉、形象记忆、模式识别、身体感受、情绪反应（．觉醒或梦境），具有不连续性、弥散性、整体性、操作性和空间依赖性等特点。而如果将右脑的这些功能特点进一步加以概括，则无外乎三方面，即非言语、形象化和直觉化思维的神经中枢，它主管人们的视-空知觉、形象记忆、模式识别、身体感受、情绪反应（．觉醒或梦境胞注神经纤维末楷分械游严突學紅、神经歼维图2神经元（箭头示神经冲动运动方向）（图3）。这里我们将看到，右脑功能或右脑意识的这三大特点正适于人们在创造性的活动中实现思维创新。科学与教育、青少年学习方法的新探索当代认知科学的研究表明：发明创造力=知识量X发散思维能力。科学家研究表明：左右脑协调运用，可提高学习效率5—10倍。教学中注意引导学生常用右脑，提高他们的形象思维能力，进而可提高发散思维能力。“他山之石，可以攻玉”，美国《数学杂志》（《MathematicsMagazine）））近些年来有一个新的栏目，名为：ProofwithoutWords（没有文字的证明），其内容在教学中适当运用，笔者认为可提高学生对某些定理的较形象地理解与记忆，从而提高他们的形象思维能力。应当提及的是，当前国内外数学教学改革中，之所以比较重视“数形结合”的教学方法，就是因为这种方法符合当代认知科学的原理，能有效地开发学生的右脑，提高形象思维能力，进而促进与抽象思维协调发展，提高数学教学质量。与儿童相比，青少年的心理发展独具特色。一方面，认知发展突飞猛进：记忆力不断提高，辨证思维出现，抽象思维进一步完善；另一方面，青少年的情绪情感特点鲜明：极端性和波动性、冲动性和爆发性并存。那么，在促进青少年心理健康发展的教育实践中，如何有效利用脑科学研究的成果呢?一、 掌握大脑可塑性原则，积极推动智力发展青春期大脑发育的特点主要表现在以下方面：首先是脑重量和容量的增长。到青春发育前期（约12岁），大脑的平均重量和容量已经接近成人水平；其次是大脑结构和机能的变化。到青春发育前期，大脑皮质的沟回组合已经完善、分明。再次，神经细胞不断复杂和完善。10岁左右枕颞叶皮层的神经元基本完成了髓鞘化，11一17岁完成大脑联络皮层的神经髓鞘化，以确保信息传递畅通、互不干扰；然而，18—26岁大脑前额叶新皮质的神经髓鞘化才能够完成，至i」20—25岁以后，大脑才完全成熟uj。青少年的大脑正处于从不成熟到成熟的过渡阶段，其结构和功能的可塑性非常强。所谓可塑性，是指先天神经结构或功能具有一定的学习能力，能够随环境而改变。研究发现大脑的成熟是基因与环境交互作用的结果，大脑的结构和功能在经过了关键期以后，甚至在完全发育成熟后，仍然保持着相当程度的可塑性，这种可塑性可以保持终生。由此可见，即使是成人的大脑也有可塑性。这就为教育提供了充分的可能性。因此，在青少年阶段强调并促进大脑潜能的开发非常必要。二、 利用大脑活动特点，有效促进记忆1．记忆的脑机制记忆过程开始于识记。识记是大脑接受来自各种感官输入的信息，在大脑皮层上建立暂时神经联系并留下迹的过程。保持是记忆过程的第二个环节。保持是大脑皮层上验痕迹不断变化和巩固的过程。大脑皮层具有动力定型的活动特点。当外部或内部的刺激按照一定的顺序重复多次后，大脑皮层上的兴奋和抑制过程在空间和时间上的关系就固定下来，因而条件反射的出现就会愈来愈恒定和精确，即形成了动力定型。也就是我们通常所说的”习惯”。习惯形成后，一些活动无需大脑皮层细胞过多的工作就能进行，这样，神经细胞就能以最低的消耗收到最高的工竹-效率。因此，在青少年个体大脑发育日趋成熟之际，有意识地培养他们形成有规律的学习、生活习惯，对减少神经细胞的负担，避免大脑过劳具有积极作用。2．掌握规律，促进记忆已有研究表明，不同类型的刺激材料由不同的脑区加工完成。例如，对词语和空间信息的加工就分别具有左右半球的单化效应jj。这提示教育者要指导青少年注意用脑的艺术，特别养成讲求效率的好习惯。个体在学习过程中可以采取交替学习的方法，将不同性质的功课交叉进行，让参与认知加工的脑区轮班工作或休息，充分提高学习效率。刺激的多通道输入也是提高记忆效率的一个好方法。记忆同一内容，如果只有视觉输入，可接受20%；只用听觉可接受15%；视听并用，可接受50%MJ。可见，多种感官共同参与，可明显提高记忆效率。三、 重视情绪情感教育，激励认知过程I， 为大脑发展提供丰富多彩的环境刺激情绪是瞬息万变的心理与生理现象，反映了机体对不断变化的环境所采取的适应模式。研究表明，下丘脑、大脑边缘系统、大脑皮层在情绪中起着不同的作用。对情绪刺激的认识首先产生在大脑皮层的相应区域，然后大脑皮层将冲动传给下丘脑和边缘系统，导致植物性神经系统的生理反应并产生某种情绪行为；与此同时，在大脑皮层上产生对自己情绪状态的感受。杏仁核在情绪反应中起关键作用。它作为情绪前哨，有能力造成大脑神经中枢“短路”，对脑的整体功能的发挥有重要影响。所谓神经中枢“短路”，就是指大脑对强烈而冲动的突发性情绪的加工抑制了理性思考，从而产生不计后果的行为。研究还表明，积极和消极情绪在大脑加工中存在分离，前者在左半球引起更多的脑电活动，而后者的激活区域却在右半球嘣J。2．情绪在认知过程中的作用情绪在人类学习中起着不可低估的作用，情绪与认知并不是对立的两个过程，而是两个并行的过程，它们以特殊的方式联系在一起，都是脑神经整体功能的体现。研究表明，一方面，情绪情感在认知过程中发挥调节作用。良好的情绪状态有利于促进学习成绩，消极的情绪状态则对学习等认知活动起抑制作用。这是因为心情平静的时候比较容易集中注意力，而注意力是记忆的必要条件，学习时注意力集中，大脑中能形成特别优势的兴奋中心，对事物的印象深刻，就容易记忆。否则，当人焦躁不安时，会感到坐也不是，站也不是，思想难以集中，在这种情况下，很难达到良好的学习效果。另一方面，情绪情感在认知过程中具有信号功能。情绪、情感的信号功能是指个体以经验方式表达出自己对周围事物的认知，并对他人施加一定的影响。人的情绪情感一旦和有关事物结合起来，就会在头脑中形成该事物的具有情感色彩的记忆映象。另外，心理学的研究还给我们提供了这样一个公式：信息的总效果=7％的文字+38％的音调+55％的面部表情一］。由此可见，面部表情在信息的传达过程中作用重大。因此，教育者在对于重点内容的讲述中适当采用积极的动作表情，将有助于丰富学生情绪记忆的经验，强化记忆效果，促进认知发展。3．培养积极情绪，激励认知过程脑科学研究强调大脑神经系统和行为系统的整合机能。Coleman在此基础上提出了“情感智力”，即识别和理解自己和他人的情绪状态，并利用这些信息来解决问题和调节行为的能力。130leman认为真正决定一个人成功与否的关键是情商而不一28一是智商。人类的情绪情感过程是由意识和无意识两个侧面组成的。日常生活中，我们常常会体验到持续性的无名烦恼和焦虑，这就是一种无意识的情绪状态。无意识的心境是一种较为持久的情绪状态，它会直接影响司职情绪的大脑相关组织激素蛋白质的分泌，进而影响人的学习和生活。有研究发现，快乐情绪背景F长时记忆不但容易形成两且维持长久J刚。由此可见，正性情绪能有效激发学习热情，激励认知过程，促进认知活动顺利进行。因此，学校应该改变过去只开发智力而忽视情感的做法，合理引导学生发展积极的情绪情感，培养美好情操，促进情感活动对认知过程的激励作用以及认知过程对情感的调节作用，以便实现青少年身心健康发展。教育者首先要为青少年创建一个民主的、开放的、宽容而温暖的情感氛围；其次要帮助青少年掌握相关的情感知识，提高认识、控制、疏导、协调情绪情感的能力，并指导青少年正确处理情感危机，管理好自己的情绪。四、为大脑的可塑性发展创造条件I,为大脑发展提供丰富多彩的环境刺激人类大脑的潜能无限，但是人类个体平常只发挥了大脑功能的极小部分。大脑具有可塑性的科学事实已经相当充分，如何最大限度地开发和利用大脑的潜能呢?大量研究证明，引起大脑可塑性变化的一个必要条件是环境中的适宜刺激。毫无疑问，学校教育将为这一条件的满足提供最有力的支持。教育者要努力创造有助于学生大脑潜能全面开发的良好环境。课堂上基本知识的传授无疑是最重要的，但这仅是大脑潜能开发的〜部分；需要通过其他手段、方法，以形象、生动的方式，对脑的功能和结构进行塑造。在长期的教育实践中，教育者已经积累了多种行之有效的方法，如组织知识竞赛、多媒体教学等，但仍需要进一步加强科学和系统的总结探讨。2．为大脑发育提供充足的营养给大脑提供必需的营养与能量是促进大脑发育的另一个必要条件。一方面，要及时提供大脑所需营养，特别强调青少年早餐的重要性。不吃早餐或者吃不好早餐会使大脑内氧化葡萄糖供应下降，这是引起中学生脑__功能衰退的重要原因。中学生（下转第45页）万方数据点吸收和消化，可以活跃校园的学术气氛，激活创造灵感，开启创新思维，进一步推动学校各项事业健康持续地向前发展。2．从目前签署的国内高校校际合作框架协议情况看，各校都有自己的办学特色、学科优势和历史文化传统。立足于校际合作平台，通过互利互惠的合作形式，各高校之间完全有可能实现资源共享、优势互补。特别是随着研究生培养和导师互聘，国家重点实验室、教育部重点实验室、教育部人文社会科学研究基地相互向对方开放，图书馆馆际合作等项目的推进实施，各校都将从资源共享和优势互补中获益，将在友好合作过程中找到合作的切入点或路径。因此，需要彼此之间在沟通交流中寻求共同兴趣，探讨合作领域，理顺合作机制，拓展合作空间，提升合作效益与水平。3．国内各高校之间既是竞争对手，更是合作伙伴。特别是在共同面临经济全球化的国际背景和承担中国大学肩负的历史使命的历史条件下，国内大学更应该强调合作，突出合作的主题，其中最重要的是校际高效顺畅的沟通渠道和沟通方式，关键在于高层