试论脑科学的环境研究对教学的启示，本文主要内容关键词为：脑科学论文,试论论文,启示论文,环境论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
近年来，脑科学获得了大量的研究成果，在与教育直接相关的研究如学习、记忆、环境等方面，对教育教学的理论和实践都具有非常重要的意义。脑科学的研究表明，适宜的环境可以通过改变脑神经元的数量、突触联系、大脑皮层的厚度，延长脑细胞的生命、让大脑细胞再生，从而使脑功能发生改变，更加有效地适应环境，促进人的学习，而不良的环境则会损伤大脑和阻碍学习。从某种程度上讲，课堂教学也是一种环境刺激，一种更加有计划、有意识、有目的、专门化的环境刺激。因此，教师在课堂教学中可以经过精心设计，为学习者创设丰富、轻松的学习环境，从而更好地以外部刺激诱发内部动机，提高学习者的学习能力。
脑科学关于环境的研究
(一)环境与人脑物理结构变化研究
大脑是在与环境不断相互作用、相互影响下发育而成的。没有环境刺激，大脑就不可能发育，大脑皮层的沟、回和神经元的数量会很少。关于这方面的研究，已经获得大量的实验证实。1964年加利福尼—克利大学的伯奈特(Bennett)、戴蒙德(Diamond)、克瑞茨(Krech)和罗森茨威格(Rosenzweig)所做的研究是一个典型。研究者发现生活在丰富环境中的老鼠比生活在贫瘠环境中的老鼠的大脑要重。在随后的研究中，研究者积累的大量数据显示，如果通过与环境的相互作用进行刺激，大脑会在生理上生长。研究表明，两者在感觉整合区、一般感觉区、大脑外层净重、处理神经冲动传递的酶、胶质细胞的总数等方面，丰富环境中生活的老鼠都要比在贫瘠环境中生活的老鼠发育好。特别是胶质细胞，它对大脑功能十分关键，其给传递信号的神经元或大脑细胞提供所需要的营养。丰富环境中生长的老鼠的大脑也显示出大脑血管外周有所增加，它是大脑营养中的另一个重要因素。放在丰富环境中之前生活了3/4寿命的动物在体觉、前皮质和视觉空间区显示出积极的变化。同时，“狼孩”“猪孩”的发现，也说明了环境对人脑物理结构的重要影响。
(二)环境与大脑发育关系研究
大脑是在与环境不断相互作用、相互影响下发育而成的。脑科学研究证实，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。没有环境刺激，大脑就不可能发育，大脑皮层的沟、回和神经元的数量会很少。人出生时，大脑并不是白板一块。早在胎儿期，大脑的神经细胞就在发育和增长。脑神经细胞的增殖，在胎儿形成后的第二个半月至四个半月内是第一次高峰，出生后的第三个月出现第二个增殖高峰，到两岁左右，就停止增殖了。也就是说，在两岁左右，幼儿的脑细胞已可达到成人的数量——约有100亿～140亿个。虽然他们的脑细胞在数量上接近成人，但是脑细胞并没有停止发展，在以后的成长岁月里，由于接触周围环境并接受外部刺激，脑细胞也在不断地发生着变化。
(三)环境与学习发生关系研究
学习是人类适应环境和改造环境的一种方式。中枢神经系统主要是大脑。大脑是机体最重要的调节体系，它在使机体不断适应内外环境的变化时，自身的结构和功能也不断地修正和重组，保持着可调节或可塑的状态。正因为大脑存在可塑性，才使学习成为可能。心理学实验和大量日常经验早已证实，人脑不仅能保存来自外部世界的信息，还能存储人的活动技能，人体验过的情绪、情感以及思维策略、方法策略等。神经系统在发育、学习和记忆、损伤后的修复中，在整体、细胞和分子水平上表现出结构和机能的可塑性。这种可塑性反映了外界因素对机体的影响以及后者对前者的适应。大脑神经可塑性的必要条件是环境刺激，没有环境刺激就谈不上变化，有机体就不可能生存和发展。神经系统的可塑性决定了机体对内外环境刺激的适应能力和行为。因此，大脑的可塑性是学习的前提，环境是学习发生的必要条件。学习是个体接受环境刺激引起大脑发生变化，促进个体发展的过程。
(四)环境对人心理和生理作用研究
脑是一种极其复杂的生理器官，其功能的运行首先遵循生理规律。在环境中，人的不同情感体验会对脑产生不同影响，压力、威胁、厌倦对脑产生消极影响，平和、挑战、欢乐、满意对脑产生积极影响。位于大脑边缘系统的海马负责向其他部位传递信息，它感到威胁时功能会变得低下，阻碍信息的正常传递，从而抑制大脑的信息加工，缩小感知领域。心理负担过重使学生在学习过程中心理压抑，体验不到学习本身固有的乐趣，扭曲了天生的求知欲望，使学习成了苦差事。痛苦的体验通过神经——体液调节机制，会直接导致内分泌功能的紊乱，出现心慌、气短、恶心、呕吐、厌食、脑鸣、失眠、健忘等心因性生理症，严重影响人的身体正常发育和身心健康。
利用脑科学的环境研究开展有效教学
从某种程度上讲，教师的教学就是如何组织环境因素，诱发学习者的学习动机，进而引导学习者的学习行为。环绕在学习者周围的各种环境因素都会影响学习者的学习，包括有意识和无意识的影响。同时，学习者集中注意力的能力是有限的，人往往间接地感知在整个环境中所发生的事件，在潜意识里加工和记忆大部分信息，然后再做出反应。因而，丰富教学过程、创设教学情境就不应该仅仅局限在某一空间的某些部分，而应从整体的角度来营造一种氛围。但是，丰富多彩的环境并不是无意识的、无选择的环境，还要注意把握环境刺激的“度”，正如美国著名教育家杜威所说：“有意识的教育就是一种特别选择的环境。这种选择所根据的材料和方法都特别能朝着令人满意的方向来促进生长。”
(一)改变课堂物理环境设计，丰富教学内容
学习受到课堂物理环境因素的影响。这里的物理环境包含的内容比较多，如灯光、墙壁、门窗、教学设备、课桌椅等以及它们的颜色和摆设。一般教师比较注意营造轻松愉快的心理环境，而很少注意到课堂教学的物理环境所起的潜在的、微妙的、复杂的作用。课桌椅的摆放、教学设备的样式、教学辅助材料的新颖性等因素都会对学生的学习有一些微妙的影响。因此，可以通过改变课堂的物理环境设计，营造一种温馨的环境氛围，提高学生的学习效果。
改变以往一成不变的教室设计，让教室的布置随着教学内容和教学方法的不同而改变。每个人都有这样的感受，在家的时候人会全身心放松，而且有种亲切感和安全感。因而，课堂也不妨仿照家庭的方式来设计，因为一间教室至少是学习者三年的“家”，他们一定有兴趣来打扮他们自己的家，主动性和积极性也一定会很高，可以让他们根据自己的喜好来布置。教室的布局、颜色、艺术品、课桌椅的摆设等都可以由学生来决定。同时，教师可以根据讲课的需要，在教室中挂图、摆放艺术品(如雕像、名画复制品、手工作品)，来强调某一方面的教学内容，帮助教学。也可以适当改变一下教室的布置，如课桌椅的摆放形式，以使整个物理环境利于自己所讲的内容。学习者可能经常用自己喜欢的挂图、绘画或其他一些小物品点缀某一个地方，使某一处具有“生命力”。当然，学习环境要具有稳定性和熟悉性，这是常规课堂行为和课程的部分作用。同时，设备必须有利于满足学习者的好奇心和有利于他们猎取新鲜刺激、发现和挑战。
(二)灵活采取各种教学方法，调动学习者的多种感官
学习需要人的整个生理系统的参与。充分运用人的各种感官，对于学习者进行学习和记忆具有重要意义。近年的研究表明，人的大脑受到外界的刺激越多，就越具有灵活性。教学过程中各种各样的设备和辅助材料的参与，也影响着学习者的学习。大脑的“用进废退”规则，需要给予学习者足够的刺激。同时，学习需要整个生理系统的参与，充分运用人的各种感官，对于学习者进行学习和记忆具有重要意义。近年的研究表明，人的大脑受到外界的刺激越多，就越具有灵活性。每个人都有五种天赋的感觉能力——视、听、嗅、味、触觉，给予均衡合理的刺激和综合利用，就会使每个人获得多元智力的发展。在电视和个人电脑日益普及的情况下，现代人过于依赖视觉，导致听觉、味觉、嗅觉、触觉等原始感觉得不到充分利用。每个人的感觉偏爱是不同的，因此，通过调动起人的多种感觉器官，也是为了适应每个学习者的学习风格的需要。教学应该是多面的，以允许所有学习者表达视觉的、触觉的、情感的和听觉的偏好。
从认识论的角度来讲，认识是从感性认识上升到理性认识过程，也就是说，人的认识最初是从对事物和现象的感性知觉开始的。而正是因为有了感觉器官，人才可能有感性直觉，人们才能与外部世界建立联系。1969年，美国南加州大学心理学家艾瑞斯博士(Dr.Jean Aryes)最早提出感觉统合(Sensory Integration)观点。所谓感觉统合，是指人的大脑将从各种感觉器官传来的感觉信息(视觉、听觉、味觉、嗅觉、触觉、前庭觉和本体觉等)进行多次分析、综合处理，并做出正确的应答，使个体在外界环境的刺激中和谐有效地运作。从一定意义上讲，与感觉统合理论相应的教学措施是多重感觉呈现，即教学内容的呈现，要调动起多种感觉的参与。由于各人兴趣和感觉偏爱的不同，所以强调尽量激发学生的所有感觉。
在教学中，教师可以使用多媒体教学设备，如投影、幻灯、电视、电脑等等，这不仅为教师的教学提供了方便，也遵循了学习者学习和记忆的特点，为学习者的学习打开了各种有效途径。同时，教师可以根据学习的内容和学习者的特点，通过各种各样的教学策略，如身体活动、表演、团体活动、艺术活动和音乐来呈现学习内容，使学习者的各种感觉活跃起来，让他们在参与的过程中，调动起各种感官，激发学习的兴趣和积极性。从20世纪60年代中期开始，保加利亚的心理学家乔治·拉扎诺夫(Lozanov)在实验的基础上创立了一种新的学习方法——超级学习法(Super learning)。他改变了传统的教学方式，把音乐引入学习过程，让学习者边听音乐边学习，使人的记忆力大幅度提高。
(三)营造轻松的心理环境，放松学习者的紧张情绪
创设轻松的环境，是从情绪的角度而言的，目的是让学习者感到安全、愉悦，把握学习者体验的压力和紧张的“度”，过于紧张，会使人处于警觉状态。研究表明，情绪和认知同时存在于大脑之中，涉及不同的脑区。情绪和认知两个过程之间发生的相互作用决定了每个人的行为。从心理学角度讲，情绪影响学习者的学习。而我们以往的教育和教学往往强调发展人的认知等智力因素，而忽视情绪等非智力因素。随着对情绪研究的深入，人们逐渐认识到情绪在人的身心发展中的重要性。
脑研究发现，遭受创伤的心灵和长期处于警觉状态会使大脑过多分泌焦虑荷尔蒙，例如可的松，这种荷尔蒙会流遍整个大脑，导致脑部皮层(负责情感)和边缘系统区域受损。进一步的研究表明，受虐待儿童的脑部皮层和边缘系统比正常儿童的小20％至 30％。这些区域内的突触数目偏低。和人的学习和记忆密切相关的海马组织对激素可的松很敏感。如果在年幼的时候就经常体验恐惧、紧张或焦虑或受到虐待，那么成年后，负责记忆的海马区域比正常童年的成年人要小。这可能是长期受到可的松侵蚀的结果。而且这样的孩子在成长过程中也比较敏感和警觉，即使很轻微的压力和恐惧都会刺激脑部释放更多的焦虑荷尔蒙，结果会出现多动、焦虑和冲动的行为。压力和紧张状态，会引起人的生理上的变化，如出汗、血压上升、心跳加快、行动迟缓等，也会出现认知范围变窄、反应迟钝的情况。长期处于精神紧张状况下的儿童学习能力就会下降。
教师可以采取幽默、赞赏、微笑等方式，营造一种轻松的氛围，让学习者处于放松状态。当然，并不是不让学习者体验压力和紧张，而是主张学习者体验适量的压力和紧张，让他们感到学习有挑战。只有具有挑战性的学习，才可能最大地激发他们学习的积极性，使他们解决问题的能力和创造力得到发展。因此，在适当控制条件的情况下，让学习者处于紧张状态，使大脑的神经细胞间迅速建立联系，对增强记忆效能有一定的促进作用。
(四)有效组织教学内容，提高学习效果
一般认为大脑是不会疲倦的，往往是身体的某些部位有疲惫现象。但是在较短的时间里记大量信息，大脑也会出现暂时的“不合作”现象——脑疲劳。脑疲劳是由于过度用脑，大脑内的营养物质消耗及动作中产生的杂质和毒素在血管内积淀，造成血管通道受阻，大脑缺氧，脑细胞失去活力而引起。一般表现为头昏脑涨，记忆力下降，反应迟钝，注意力无法集中等。
因而，教师要注意教学内容的组织，不要把很多内容一下子都灌输给学习者，而不顾他们的接受能力。教师在创设使学习者处于“紧张状态”的教学情境时，一定要保持“度”，防止信息负担过重，使学习者过于疲劳。单位时间内信息量过大，超过了学习者的接受能力，反而会降低学习效果。同时，课业负担过重也会导致学生生理和心理的过度疲劳。一般而言，过多的课业会导致学生心理过度紧张，学生因怕完成不了作业而心理上有压力；过多的课业也使学生身体过度疲劳，没有充分的休息时间，导致学生每天头脑不清醒，记忆力、注意力和反应灵敏性都会下降，影响学习的效果。
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