周加仙

最近几十年来，认知科学、神经科学和教育学等相关学科的长足进步以及全球化社会中频繁的信息交流，大大促进了不同学科之间的沟通与融合。在这种形势下，整合心智、脑与教育（MBE）的研究已经成为国际研究界的一道亮丽的学术风景线。在心智、脑与教育的整合中，有两个不同的名称：“神经教育学”强调以教育学为核心的跨学科整合，而“教育神经科学”的核心是整合教育学的神经科学。本书运用“神经教育学”一词来指代这个新兴的领域。本书的出版标志着神经教育学的诞生！

神经教育学这一新兴的研究领域不仅纳入了与人类文化一样博大精深的教育学，而且还包括了现代神经科学的各个层面的研究：从分子到基因，从突触到人工神经网络，从反射到行为，从动物研究到人类脑成像研究。但是神经教育学这一新兴领域的研究并不是一个包罗万象的新范型，也不是对这些领域中毫不相关的研究成果进行简单的拼接，而是在完全不同的学科之间进行整合，最终形成一个全新的知识网络系统。这个知识网络系统内外的各有机成分之间相互链接，其功能日渐强大，最终出现一个良性循环的知识生产有机体。这个知识生产的有机体将随着脑科学、认知科学与教育等各个独立学科以及由于整合而产生的新兴学科的发展而不断成长壮大。目前，神经教育学的新发现与新进展激发了全社会的热情与期待。虽然有时这种极大的热情与期待往往有些不切实际，却反映了教育的发展亟待科学的指导，来应对21世纪复杂多变的新形势与新环境。在全球化的进程下，不同的文化、语言和观点的不断交织与融合，不仅使得神经教育学这一领域显得更加复杂多样，而且也呈现出一派生机勃发、欣欣向荣的景象。

本书的主要内容侧重这样几个方面：

1.神经教育学的新观点为教育理论研究奠定坚实的科学基础

神经教育学除了关注脑与认知科学的实证研究技术与证据，同时也关注对人脑的哲学思考。在历史上，对大脑的哲学思考经历了从将大脑当作“灵魂的所在地”到“自我的器官”的历史性转变。本书运用“脑格”(brainhood) 一词说明“大脑存在的条件”以及 “人和大脑共存亡”（“human being as brain”）的事实，强调大脑是自我的唯一重要器官。尽管在历史上，哲学家对脑与心智的关系进行了深入的思考，但是直到最近几十年来，才有为数不多的教育者、脑与认知科学研究者运用神经生物学和遗传学的知识来解释学生的学习和思维的问题。现在，大批的脑与认知科学研究者利用神经生物学中的研究工具来追踪知识的产生，同时分析种系发展和个体发育之间以及学习和记忆在整个人生中的变化情况。人类大脑结构功能的发展与变化不仅取决于基因，还依赖于后天的影响。研究从不同的角度证明，婴儿的大脑天生就被赋予了一个异常庞大的信息库。因此，教育不是始于一块“白板”，而是建立在婴儿对自身内部以及外部环境的先天知识的基础之上。神经生物学研究中的这些研究成果为我们描述了人类知识的神经表征方式。对知识加工的脑机制所进行的不断深入的探索也带来了认识论上的变化：“搜寻知识的来源，等同于搜寻大脑功能建构的修饰和完善过程。”

从神经科学的角度来理解，教育是一种神经元的再利用过程。根据著名认知神经科学家迪昂(Stanislas Dehaene)的观点，在算术和阅读习得方面的研究中，书写单词和数字是近代文化发展的产物。基于人脑特有的能力，人类构建了阅读和数学文化系统。研究发现，灵长类动物和人类大脑中有特定的皮层区，用于探测数量特征及与书写符号的形状有关的特征。很多物种，包括人类婴儿，天生就具有对数量的意识，数量意识与大脑顶叶（左右顶内沟）的加工有关。在猴子的试验中也发现，顶叶附近的特定神经元群负责1到5个客体数量的识别（与数字1到5相联系）。对人类来说，大脑中的这种功能定位是稳定的，该区域的损伤会形成失算症（不会做算术）。而阅读字母和单词则会激活大脑左腹侧视觉区的一个非常稳定的区域（枕颞沟）。不管阅读者是使用拼音文字还是表意文字，都会在该区域激活。而这一区域的损伤会造成失读症（不能读）。对猴子的研究也表明，具有某个字母特征的形状也会激活猴子特定的枕颞神经元。根据这些证据，迪昂提出“只有当新文化客体适合大脑结构（此结构限定了一个可习得的客体空间）的已有限制时，人类才有可能习得它。”人类之所以能够获得阅读与计算能力是因为人类的大脑具有对已有的神经通路进行重组的非凡能力。人类大脑在发育过程中智力发生变化的实质并不是大脑中产生了新的结构，而是因为具有这种非凡的重组能力。

阅读是神经教育学研究中积淀最深的一个领域。人们对拼音文字的阅读规律进行了大量的研究。在拼音文字中，儿童必须学会字形—音素这一对应规则才能学会阅读。音素是发音的最小单位，是获得拼音文字阅读能力的重要成分。儿童学习阅读时可以通过字母来学会音素。在学习阅读之前，儿童就对单词中的音节及 “首音”和“韵脚”非常敏感。如，在单词“seat”、“sweet”和“street”中，“首音”对应于前面的辅音音节，如s，sw和str；“韵脚”对应于后面的元音与辅音组合，如s-eat，sw-eet，str-eet。但是，“首音”和“韵脚”是语音流中较大的单位，而字母则是语音流中表征“音素”的较小的单位。对这些小的语音单位或音素的意识一般在学习阅读和书写后才能形成。因此，没有学会阅读的人在音素意识上都表现不佳，但是相对而言，却较容易辨别音节。研究还表明，音素意识的习得比率和技能水平取决于所学语言的正字法。在读和写中，儿童必须将语音系统与正字法对应起来，但不同的语言中语音系统与正字法的对应类型却迥然不同。对儿童来说，正字法一致的语言如，西班牙语的阅读要容易得多。在这类语言中，一个字母固定对应一个独特的音素，且“首音-韵脚”的分割直接对应于音素的分割。而正字法复杂、不一致的语言，比如英语，则会减慢和阻碍音素意识的习得。正字法难度上的差异似乎能解释，为什么西班牙语学校比英语学校中患阅读障碍的儿童少。

2、神经教育学的新发现为教育政策与实践提供科学的依据

科学中的重大挑战之一，就是在基础研究和人类的社会与文化生活之间建立联系。整合认知科学与神经科学的神经教育学也同样面临着这种挑战。本书剖析了国际上教育实践和政策的制定中出现的、错误运用认知神经科学研究成果的方式，这为我国发展神经教育学提供了前车之鉴。例如，视觉皮层区的大量研究证明：在发展的早期会出现机会窗，此时的视觉剥夺将使视觉皮层回路无法得到及时的巩固，视觉功能就会永久丧失。上个世纪90年代，美国的许多政策制定者和教育研究者运用这类视觉系统的关键期研究来解释认知发展和终身学习，认为加快大脑新陈代谢、提高突触密度可以促进新概念和技能的习得等。本书对这种观点进行了深入的批判。

感觉剥夺会严重损害记忆以及很多技能的学习。同时，个体的情绪和认知能力也会严重受损。同样许多城市的喧闹环境剥夺了很多人的睡眠，现代社会二十四小时连续工作的生活方式也严重地威胁了人类的健康行为。这种作息模式不符合人体内部几百万年的生物适应所形成的生物钟和生物节律。尤其对于青少年而言，由于在学校期间睡眠（由于工作或娱乐）较晚而上课较早，造成了他们的睡眠严重不足，同时也改变了青少年的作息习惯，致使他们一天中的最佳的时间通常在晚上。这就是为什么他们早上感觉困觉，快放学时又变得非常清醒的原因。有关生物钟和生物节律的研究，为学校的决策提供了科学的依据。学校可以根据这些研究制定科学的学校作息时间表，从而提高学生学习的效率。因此，神经科学的研究有助于提高儿童和青少年的学业成绩。

另外，神经教育学的研究对于学习困难儿童的矫治具有重要的理论价值与实践意义。例如在阅读困难的研究中发现，语音层面上的任何缺陷都会导致特殊形式的阅读障碍。研究发现，阅读障碍者难以表征母语单词的发音形式，是由于其在音律计时上存在缺陷。而这是由于阅读障碍儿童的听觉系统不够成熟造成的，而不是听觉系统的异常引起的。根据语音层面阅读障碍的科学研究成果，我们在对大多数这类阅读障碍学生的矫治中都取得了成功。但是有些形式的阅读障碍却不能单纯用语音缺陷来解释。比如，阅读需要对命名速度有影响的、独立于语音系统的快速自动加工。这种加工上的缺陷就需要采用不同的矫治方法。沃尔福（Maryanne Wolf）的双缺陷假设（Double Deficit Hypothesis）将阅读障碍分为三种类型：语音损伤的孩子、快速自动加工有缺陷的孩子及同时具有上述两种缺陷的孩子。第三组孩子在阅读流畅性和理解上都有深度缺陷，需要进行全面的干预。语言的正字法、语音、语义、句法等成分之间相互作用会影响阅读的流畅性水平。根据这一认识， Wolf和同事们开发的RAVE-O项目（这个缩写取自这些单词：Retrieval提取， Automaticity自动性、Vocabulary词汇量、Engagement with Language语言的运用和正字法Orthography）对矫治流畅性上有缺陷的儿童产生了较好的效果。这一项目的最终目标“不是儿童能读多快，而是他们能多好地理解和欣赏所读的内容。”这种干预的成功说明，有关阅读的认知机制和大脑机制方面的科学知识可以促进阅读教学效益的提高。

3、神经教育学的研究实现了研究方法与技术的创新

神经教育学的诞生对传统的教育思维方式以及研究技术与手段进行了彻底的变革，大大拓宽脑科学、认知和教育学的研究视野。在神经教育学的研究中，对课堂中学生学习的行为实验研究与实验室中严格控制的研究同等重要。在神经教育学研究领域正在涌现的形形色色的研究方法中，动态系统研究与光学成像研究分别成为课堂与实验室研究中的两大热点。众所周知，大脑是世界上最复杂的器官，传统的线性分析方法无法捕捉大脑发展中的复杂性。而动态系统理论可以描绘出大脑中认知技能发展的动态变化，因此成为神经教育学中备受推崇的一种研究方法。在研究的技术手段中，功能磁共振（fMRI）、事件相关电位（ERP）、正电子发射断层成像（PET）等各种脑成像技术对于揭示儿童学习的大脑机制具有重要的作用，但是这些技术只能在实验室或医院严格控制的情境中进行，而无法在学校中进行现场的研究。对于教育的运用而言，自然情景下的课堂研究才更有教育的应用价值。光学成像技术运用近红外线来测量大脑中各种活动时皮层的血液变化。与其他脑成像技术相比，这种成像仪精巧便携，并允许被试有较大的移动空间。而且，与其它工具相比，光学成像仪还具有无创性、低成本、易于维护、易于操作等特点。因此，光学成像仪在真实的课堂情境中研究儿童学习活动的脑机制方面具有很大的优势。这项技术已经运用于儿童的阅读、计算、思考、想象以及脑损伤和痴呆的神经康复等方面的研究，在神经教育学的研究中显示出其巨大的发展潜力。在本书中，著名神经教育家帕迪透（Laura-Ann Petitto）教授运用该技术揭示出，还不会说话的婴儿在知觉语音刺激时就已经开始使用大脑中特异性的语言区。理解语言皮层区在语言获得中的作用，能加深我们对语言发展的理解，也能对阅读障碍一类的语言学习困难进行早期预测。

4、神经教育学的发展呼唤新型的研究共同体与跨学科的研究人才

神经生物学的研究并不直接导致对教育学的更好的理解，但是神经生物学可以通过阐明有关学与教的认知科学机制来与教育学建立联系，在两者之间需要建立双向互惠的关系。在认知神经科学的基础研究和教育实践之间建立起更多的互动交流才能促进神经教育学的发展。而有效的互动交流有赖于不同领域的研究者和实践者之间形成一个新型的研究共同体，共同体成员之间竭诚合作，运用实验室的研究证据来启发教育实践，同时根据课堂中的教育观察来为科学研究提出有实践价值的问题。这种新型的研究共同体的形成可以避免错误认识的形成。同时，在这种研究共同体的研究与交流过程中，会逐渐产生出一批对心智、大脑和教育这三个领域都熟悉的研究者和实践者，这样才能更好地将神经科学的研究与教育实践结合起来。拥有这样的知识体系，才能在认知发展模式和大脑发展模式之间发现明确的对应关系。例如，技能理论表明，从出生到二十五六岁，每隔一个特定的年龄段，儿童和青少年的最佳认知表现总会有一个明显的突增，表现出发展的非连续性，与认知发展相对应的大脑皮层活动也在多种参数上出现激增和其他形式的非连续性，甚至皮层解剖特征也表现出相应的变化。这些趋于一致的证据形成了一个发展性的量表，研究者可以用它在同一个尺度下评估教师的教学、学生的学习以及教学材料的设计。

综上所述，生物学、认知科学与教育学的结合不仅为我们提供了更深广、更精确的有关人类自身与人类文化的知识，而且也为我们带来了更科学、更有效的学习和教学工具。随着“心智、脑与教育”这一全球性运动的蓬勃展开，一个庞大的科学家和教育者相互合作的研究网络正在形成；一个探索由生物学、认知科学和教育学整合而形成的新兴知识体系的新时代已经到来；一场改革教育研究的革命正在酝酿之中！我们期待着这一新兴的研究领域对21世纪学校的学习和教学方式带来深刻的变革！