幼儿教育 教育科学版 脑科学的基本发现与幼儿园课程

　　 【摘要】脑科学研究在脑的结构、功能、作用机制等方面的基本发现，对我们正确理解幼儿的学习与发展，建构适合幼儿发展需要的、能促进幼儿大脑发展的幼儿园课程具有重要的指导意义。
　　【关键词】脑科学；幼儿发展；幼儿园课程
　　
　　脑科学研究已经被公认是21世纪生命科学研究的重要课题。众所周知，脑科学研究的风潮起源于美国。1989年，美国老布什政府提出了“脑的十年”计划，并在国会参众两院中获得通过。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、理学家、教育学家等多个学科的专家，共同探讨脑科学研究对早期教育的启示，用以推动美国早期教育质量的提高。〔1〕到目前为止，美国神经科学学会的成员已有2～3万人。1991年，欧洲出台了“欧洲脑十年”计划，该计划兼顾保护脑和了解脑两个方面。1996年，日本制定了为期十年的“脑科学时代计划”，计划在20年内每年投入1000亿日元用以开展脑科学研究工作，预计总投资将达2万亿日元，是日本“超级钢材料开发计划”的10倍。该计划还把创造脑提到和了解脑、保护脑并重的地位，使之成为日本脑科学研究的三大目标之一。此后，其他国家也开始启动不同程度的脑科学研究计划。我国政府和学术界对脑科学研究给予了高度的关注。一批与脑科学相关的研究课题和计划相继设立。1992年“脑功能及其细胞和分子基础”正式列入国家科委重大基础研究项目。中科院、自然科学基金会和卫生部也把脑科学列为重点发展领域。
　　脑科学主要是研究脑的结构和功能的科学。目前世界上的脑科学研究已不局限于神经生物学界，分子生物学、细胞生物学、解剖学、组织学、发育生物学、生理学、生物化学、生物物理学、遗传学、药理学、免疫学、病理学、神经病学、精神病学、影象学、计算机网络、控制论、心理学、认知科学等多门学科都从不同的角度为脑科学研究作出了贡献。与此同时，脑科学又可以带动相关的众多学科的发展。与脑科学的形成和发展需要多种学科的支持一样，很多学科又转而向脑科学研究寻求科学的证明。从这个意义上说，脑科学已经成为人类知识史上涉及学科众多、关切领域众多、与人类切身利益关系最为紧密的学科之一。比如，在学前教育领域，20世纪90年代中期以来的儿童发展与教育论著几乎都会在不同程度上关注脑科学，甚至连一些儿童数学、音乐、语言发展等方面的研究著述也开始关注脑科学。
　　脑科学研究有两个最基本的关注点。一个是心物之间的关系，尤其是大脑的生理物质与从它而来的心智历程之间的关系，这是认知神经科学最核心的问题。第二个是有组织的生物结构的起源，例如人类大脑的复杂结构如何得来，这是发展学的核心问题。〔2〕从与幼儿园课程研究的相关性出发，本文着重关注脑科学的几个基本的也是重要的发现。
　　
　　一、脑科学的基本发现
　　
　　1．大脑对环境刺激的要求
　　人是一个极端复杂的生命体系，也是一个开放性的系统，它不能离开周围的生活环境独自存在，它总是需要不断地从周围环境中接收各种各样的刺激（声、光、电、磁、振动、冷、热、化学物质等）。从生理学角度来说，环境刺激有两类：一类是适宜的刺激，即生理性刺激；另一类是伤害性刺激或非生理性刺激。如果刺激强度、刺激频率、刺激作用的时间超过一定的限度，就会对人体造成伤害。对儿童来说，伤害性刺激的危害更大，因为儿童抵御外界伤害的能力更弱，对伤害性刺激更敏感。但是，这并不是说人体接受各种刺激越少越好。许多实验证明，适宜的生理性刺激对脑的发展不仅无害，而且有良好的促进作用。有研究者将同窝出生的白鼠断奶后分成两组分开饲养。一组白鼠群居在一个大笼子里，经常接触各种玩具。另一组白鼠除了食物和饮水与第一组相同之外，不仅没有玩具，而且还被分别关在一个个小笼子里。显然，第二组白鼠每日接受的环境刺激比第一组少得多。等到白鼠成年以后检测发现：第一组白鼠在大脑平均重量、大脑皮层厚度、神经细胞及其树突分支数量、突触数量、学习记忆能力、对新环境的适应速度等诸多指标上的测验得分都比第二组高得多。也就是说，适宜的生理性刺激对大脑结构与功能的发展是很有利的。〔3〕
　　
　　
　　2．大脑突触的修剪
　　最新脑部发展的研究证明，生命早期的经验对于脑细胞与脑细胞之间的联结――突触间形成的神经传导网络的建立具有重要意义。早期经验除了能加强这种神经联系外，也能选择和修剪这种联系。婴儿出生时约有一百亿个神经元，每个神经元产生大量的神经突触，几乎足够维持一生的需要。一生中的头三年是突触大量形成的时期，3～4岁时突触以惊人的速度增加，4岁时达到高峰，然后开始缓慢下降。幼儿期的脑是超高密度的，拥有的突触数量是实际需要量的两倍。十年后，大部分未被用到的突触会被大脑淘汰，也即被大脑修剪掉。这也是为什么早期经验如此重要的原因，那些受到早期经验反复刺激而不断得到活动机会的突触才能得以永久保留。〔4〕应该说，对儿童来说，联结的增加和联结的修剪具有同等重要的意义，大量的、没有得到实际应用的联结并不能使智慧得到与之相应的提升，相反，适当的修剪才有利于提升智慧水平，保证部分联结的活性和弹性。
　　
　　3．大脑的可塑性
　　所谓脑的可塑性，是说脑的结构（特别是脑内的微细结构）和功能都可以被环境因素修饰，学习训练、经验积累、习惯性行为等都可能使脑发生变化。换句话说，脑的结构和功能具有很强的适应能力和重组能力。脑的可塑性变化在宏观上表现为脑功能（如学习记忆能力、思维能力、语言能力等）的变化、行为的改变以及精神状态或心理状态的变化；在微观层面上表现为神经环路的装饰、神经细胞形态结构（尤其是树突及侧棘）与功能的改变、突触传递的功能及微细结构的变化等；在分子水平上的变化更频繁，神经递质、神经调质、受体、离子通道以及有关的酶分子等都经常发生可塑性变化。
　　脑的可塑性很重要的一个表现就是大脑皮质的可塑性。实验证明：〔5〕
　　(1)如果在生命初期减少视丘对大脑的输入，
　　会影响视丘区域的面积。
　　(2)假如把视丘的区域重新装配，使它投射到皮质上的新区域，这时新皮质上的新接受区就会表现出原来目标区细胞组织的特性。
　　(3)假如把一块皮质移植到新的地点，它的投射就会有新地方的特质，而不再是原来地方的特质。
　　(4)假如在小猴的婴儿期就把它的高层皮质
　　功能区的两边全部切除，那么比较远的区域会延伸过来替代这个被切除区域的功能。
　　以往，人们认为人的大脑到了青春期就定型了，无法改变了，这多少让人感到一些悲凉和无望。幸好，最近的研究表明，人脑的海马齿状回神经细胞死了之后是可以再生的，从而证明人的大脑有很大的可塑性，尤其是在高层次的认知功能方面，这种可塑性甚至可以一直维持到生命的结束。
　　
　　4．大脑发育的关键期
　　在关键期里，大脑对外界的刺激最敏感，可塑性最强，脑的结构与功能最有重组能力，最易受外界环境的影响。对胚胎发育来说，妊娠头三个月如果母体遭受严重侵害（如病毒、毒物等），胎儿的脑就有可能受到难以恢复的损害，因为胚胎头三个月是脑分化最重要的阶段。出生以后婴幼儿的脑继续发育，神经元树突增加分支，突触连接数目继续增多，突触连接通路逐渐调整，神经元轴突的髓鞘仍在形成，连接大脑两半球被称为胼胝体的纤维束持续发育，等等。出生以后脑的各种功能的发展都有其最佳时期，例如视觉发育的关键期与语言习得的关键期就不一样。一般而言，出生后一年以内是大脑发育最活跃的时期，5～6岁乃至7～8岁以前脑的可塑性也都很强。但是，关键期并不是绝对的。与成年个体相比，少年个体的脑仍有较强的可塑性；若与老年人相比，成年人脑的可塑性又比老年人大得多。总之，脑的可塑性是一种潜在的适应能力，是人体终身具备的特性。〔6〕
　　
　　5．大脑功能定位
　　脑功能定位问题一直与脑的可塑性联系在一起。功能定位上的基本问题是研究脑的功能区是固定的还是可变的。以前，我们看到的脑功能图上标明了脑的各个区域，在各个区域的边上又标明了大脑的身体器官和脏器，说明这些区域是与那些器官和脏器有关的。例如，1861年布罗卡发现左脑前区运动皮质下方与语言有关，这个区域就是著名的布罗卡区；1874年威尼基发现左脑后区听觉皮质附近也与语言有关，若遭到损伤就会引发失语症，这个区域被称为威尼基区。20世纪50年代，这种有关大脑固定功能区的研究达到巅峰。但到了20世纪70年代莫增尼契的研究发表后，人们对脑功能定位的思考开始发生变化。莫增尼契将猕猴的一只手的感觉神经切断，过一阵子后再接回去，结果发现，刚开始时食指的感觉由皮质上的数个不同区域共同负责，而不像以前一样由相邻的整片皮质负责，但是食指使用了一段时间后，皮质会对先前的错误进行矫正，又回到原先整片皮质负责某一个手指的状态。也就是说，当大脑发现它老是从两个不同的地点同时接受到信息时，它就会推论出这两个皮质地点的信息应该来自同一个刺激源，因此把它们调整到一起，这就是由动作造成的皮质功能重组现象。〔7〕
　　美国加州大学圣地亚哥校区的神经学家拉马钱得朗报告了第一个由活人叙述自己脑部重组的实验。他报告说，用棉花棒轻拂截肢病人的面颊，病人失去手臂的位置就会痒起来。用脑成像技术分析得知，被截部位的感觉皮质区神经元已经向下延伸到管理脸部的区域了，因此用棉花棒拂脸时，截肢的位置就会痒起来。这是因为大脑原来有很多神经元在负责各个手指的动作，一旦手臂被截肢，这些神经元就处于失业状态，但又“不甘寂寞”，于是它们就往下延伸到脸的领域去管脸的事，这就意味着这些神经元的功能根据需要发生了改变，也说明原有的功能区划分在这时发生了变化。
　　值得关注的是，左右脑分管理性和感性的说法现在已经过时了，“最近的研究发现：右脑对新奇的东西敏感，当一个东西已经熟悉后，就转到左脑去处理。”〔8〕其实，我们更应该相信，正常儿童的左右脑是一个相互联系的整体，两者是相通的，当儿童处于积极的活动状态时，一定是他的整个大脑被激活，不可能是一边“热火朝天”，一边“沉睡不醒”。生物学、分子生物学、化学物理学等领域的很多研究成果都揭示出左右脑之间从不间断地进行着各种交流，开展着多种多样的协作。
　　
　　二、脑科学对幼儿园课程的指引
　　
　　脑科学的研究成果对学前教育具有重要的理论指引作用，一些学前教育研究人员已经开始关注脑科学对学前教育可能产生的影响，得出了一些很有启发意义的结论。〔9〕
　　1．最快的智力发展时期是在8岁以前，儿童将要达到的聪明程度在很多儿童进入小学之前的很长时间里已经定型。这意味着学前阶段的儿童会从有助于学习的环境中得到好处，特别是对那些来自没有充分发挥潜能的环境中的儿童而言，好处更大。
　　2．儿童出生时没有固定的智力水平，但他具有学习及适应变化的巨大能力，其智力水平处于变化之中。个人智力发展的程度依赖于很多因素，如已有经验、教养过程、经济因素、营养及出生前后的环境质量等。遗传因素只是决定了智力发展的基础，环境因素则决定了智力发展的实际水平。
　　3．生活在未得到很好的智力刺激的家庭中的儿童，在发展过程中也许会落后于生活在更为有利的环境中的儿童。
　　4．大脑研究结果显示，良好的父母养育、温暖而充满爱意的依附关系，以及从出生就开始提供的适应年龄的积极刺激，对儿童一生的全面发展具有重要作用。
　　5．与负责照管的成人保持积极的相互作用，这对刺激儿童大脑的发展具有十分深远的意义。这种纽带关系能刺激儿童的“大脑连接”，也就是神经联系的发展。
　　6．关键期里的早期经验和各种机会非常重要，它们甚至能够完全改变一个人的成长发育方式。
　　我们坚信，在学前教育领域，脑科学可以告诉我们一些其他学科不能告诉我们的，也是我们以往的直觉一直无法感悟到的知识。这些知识对学前教育领域的研究和实践意义重大，有助于我们思考和实践真正能够促进每个儿童在原有基础上得到发展的幼儿园课程。我们倡导在脑科学指引下的科学的幼儿园课程研究，除了试图提升幼儿园课程研究和实践的质量外，还试图引起幼儿教育工作者和家长对脑科学的关注。“事实上，我们对思维发展的认识大大多于对大脑发展的认识。”〔10〕教师较少将幼儿园课程与幼儿的大脑联系在一起，但家长却很在意幼儿的大脑，虽然这种关注经常只是“食物学”和“日常偏见”的。我们提倡关注脑科学还意味着要向真正科学利用脑科学的道路迈进，深刻揭露对脑科学的庸俗化和篡改性的利用，尤其是看清利用所谓脑科学从事伪科学的、商业化的、有害儿童身心健康的脑力开发和课程开发的真面目。当然，我们也期待通过对脑科学的关注，政府有关学前教育和幼儿园课程的公共政策更为科学和合理。我们坚信，课程是对幼儿的大脑产生影响的重要源泉。一种课程，尤其是为大脑正处于迅速发展时期的幼儿准备的课程，如果不能在学习者的头脑中留下有价值的印记，那就不是有效的和成功的课程。因此，“留下有效的痕迹”应该是幼儿园课程规划的重要指导原则。只有让幼儿园课程在学前儿童的大脑中留下有效的痕迹――建立更多有价值的大脑神经连接，幼儿园课程才能真正促进幼儿心智的成长。幼儿园课程作为一种有组织的学习经验，幼儿园及班级作为具有丰富刺激的环境，一定会对幼儿的大脑产生影响，这是很多研究都加以说明了的。〔11〕 我们认为，教学要促进大脑的发展，或者说促进大脑发展的教育应该关注作为学习者的儿童，关注他的需要，关注他的兴趣，关注他的发展，要让儿童真正展现天性，真正投入他们感兴趣的活动。
　　幼儿是自然之子，他们对环境充满好奇，环境就是他们的重要课程。环境的影响是综合的，整体的，不是分门别类的。我们要鼓励幼儿积极探究，因为探究是幼儿重要的学习，也是幼儿突出的天性。陈鹤琴先生早就指出，儿童是好动的。让幼儿动起来，幼儿的大脑就可能活起来。我们如果一味关注纪律，过度关注幼儿受伤的可能，过度关注幼儿达成成人目的的可能，那幼儿就可能会被捆住，会僵化。就像有的专家说的：“停泊在港湾中的船是安全的，但那不是造船的目的。”幼儿只有从事与其身心发展相适宜的活动，才能丰富和完善神经联系，才能有灵活的大脑，才能促进身心的和谐发展。展现幼儿的天性还意味着不给幼儿强加与他们的身心发展需要不相符合的要求。无穷尽的“兴趣”在一定程度上就是成人向往的一种儿童“工作”状态，当儿童处于这种状态，在为某种学科性的甚至是准职业性的“工作”忙碌时，成人就安心了。其实，这对儿童并不一定是有益的，有时甚至会让儿童感到恐惧，体验到学习的无奈。如果这种恐惧和无奈也成为儿童大脑中的连接的话，那一定会干扰很多真正有价值的连接的形成。
　　有一个研究发现，如果母亲一直打断孩子的游戏，经常说“球玩够了，现在来玩积木”，或者“不要再玩积木，去玩机器人”，试图让孩子每样东西每天都玩一段时间，这样反而会使孩子做事情没有专注力，容易分心，在各项指标的成熟上都比别人晚。〔12〕 这个研究说明，不是只要幼儿在做就一定能“留下有效的痕迹”。如果不断改变幼儿的活动内容，就会导致幼儿经常处于一种心手不一的不专注状态，不利于在幼儿的大脑中建立真正的连接。这就是为什么在幼儿园课程实施中要强调幼儿充分活动、持续活动的原因。我们认为应该鼓励幼儿自发探究，放手让幼儿适度冒险。当然，我们不主张无谓的冒险，相反，我们主张适度的保护，主张在幼儿身心条件允许的情况下，在环境准备充分的条件下，才放手让幼儿自发探究，适度冒险。幼儿这种充满热情的、努力印刻在自己大脑中的印记，对他的一生都将颇有助益。
　　值得一提的是，大脑的发展不只与知识相关联，还要注重个性品质的养成，尤其是要关注幼儿的坚持性、合作精神和创造能力的发展。这些也需要切实落实在幼儿园课程之中。因此，我们认为，在脑科学关照下的幼儿园课程不只是为了脑的发展，也是以脑的发展为前提的，一些违背脑的发展规律和特点的课程都有损于幼儿的发展。
　　1．幼儿园课程应该基于脑的发展。
　　2．幼儿园课程是为了促进脑的发展。
　　3．幼儿园课程是活动的、多感官并用的，应该给予幼儿多方面的刺激。
　　4．幼儿园课程是有助于展现幼儿天性的，是与生活相关联的，是一种对幼儿的持续的影响。
　　5．幼儿园课程是有选择性的，要保留对幼儿积极和有益的影响，消除对幼儿消极和不利的影响。
　　6．幼儿园课程的内容和安排要符合脑的发展规律，应该为大脑提供系统、有序和生动的刺激。
　　
　　参考文献：
　　〔1〕朱法良．全面开发人脑问题的提出．教育研究，2001，1
　　〔2〕〔5〕Mark, H. Johnson.发展的认知神经科学．洪兰译．台湾：信谊基金出版社，2001．18，72～73
　　〔3〕〔6〕吴馥梅，郑元林．脑科学知识与教育．中国特殊教育网
　　〔4〕Doris Bergen等．教保小小孩．庄享静译．台湾：心理出版社，2004．6
　　〔7〕洪兰，柯华葳．婴幼儿大脑和认知发展的奥秘．台湾：信谊基金出版社，2004．44
　　〔8〕〔12〕洪兰．让孩子的大脑动起来．台湾：信谊基金出版社，2004．128，73
　　〔9〕George，S. Morrison．当代美国儿童早期教育．王全志等译．北京：北京大学出版社，2004．44～45
　　〔10〕艾利森・戈波尼克等．摇篮里的科学家――心智、大脑和儿童学习．袁爱玲等译．上海：华东师范大学出版社，2004．114
　　〔11〕约翰.D.布兰思福特等．人是怎样学习的――大脑、心理、经验与学校．程可拉等译．上海：华东师范大学出版社，2002．133～140
　　
　　Basic Discoveries in Brain Science and Curriculum in Kindergarten
　　YU Yongping
　　(College of Educational Science, Nanjing Normal University, Nanjing, 210097)
　　【Abstract】Basic discoveries of brain science in the structure, function and workings of the brain is very significant for obtaining a correct understanding of children’s learning and development, to construct a curriculum that suits children’s development and stimulates children’s brain development in kindergarten.
　　【Keywords】brain science; children’s development; kindergarten curriculum

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