開(kāi)發(fā)教育的腦科學(xué)理論基礎(chǔ)

吳江濱，吳祖仁，陳培杰，張?jiān)龀?/p>

(1.河北大學(xué) 科技園辦公室，河北 保定 071000；2.中國(guó)創(chuàng)造學(xué)會(huì)大腦開(kāi)發(fā)研究會(huì)，河北 保定 071000；3.湖北文理學(xué)院 物理與電子工程學(xué)院，湖北 襄陽(yáng) 441053)

開(kāi)發(fā)教育的腦科學(xué)理論基礎(chǔ)

吳江濱1，吳祖仁2，陳培杰3，張?jiān)龀?

(1.河北大學(xué) 科技園辦公室，河北 保定 071000；2.中國(guó)創(chuàng)造學(xué)會(huì)大腦開(kāi)發(fā)研究會(huì)，河北 保定 071000；3.湖北文理學(xué)院 物理與電子工程學(xué)院，湖北 襄陽(yáng) 441053)

為了讓一線教師在短時(shí)間內(nèi)對(duì)“開(kāi)發(fā)腦”相關(guān)的腦科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)形成總體認(rèn)識(shí)，文章以唐孝威院士的一系列腦科學(xué)著作為基本依據(jù)，結(jié)合多年的“全腦開(kāi)發(fā)教育”研究和實(shí)踐，提出了“開(kāi)發(fā)教育的腦科學(xué)理論基礎(chǔ)”，并從腦是自然界最復(fù)雜的系統(tǒng)、腦存在兩種結(jié)構(gòu)及其轉(zhuǎn)變、腦遵循特殊的三維度耗散結(jié)構(gòu)、腦功能有四個(gè)系統(tǒng)、腦內(nèi)存在五種心理相互作用及其統(tǒng)一性、基于腦科學(xué)的智能理論等六個(gè)方面進(jìn)行了闡述.

開(kāi)發(fā)教育；腦科學(xué)；復(fù)雜性；耗散結(jié)構(gòu)；心智；智能

1 引言

腦科學(xué)是一個(gè)20世紀(jì)發(fā)展起來(lái)的新興學(xué)科，涉及學(xué)科領(lǐng)域眾多，在充分認(rèn)識(shí)大腦結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)上利用腦科學(xué)的成果來(lái)引導(dǎo)教育和教學(xué)創(chuàng)新，是教育領(lǐng)域的一個(gè)新的研究課題. 隨著腦科學(xué)的發(fā)展，在認(rèn)識(shí)腦、保護(hù)腦和模擬腦的領(lǐng)域取得了非常多的成果，但開(kāi)發(fā)腦使大腦功能得到更多應(yīng)用這方面的研究還處于較低水平. 提到腦科學(xué)，大多數(shù)人的認(rèn)識(shí)還停留在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)角度，但不可否認(rèn)的是，對(duì)于從事教育的各級(jí)各類學(xué)校及教師來(lái)說(shuō)，教育更離不開(kāi)對(duì)受教育者大腦的認(rèn)識(shí)和開(kāi)發(fā). 教育的目標(biāo)不僅僅是傳承、教化，而更應(yīng)該是“開(kāi)發(fā)”. 所謂開(kāi)發(fā)教育，也即從認(rèn)知心理學(xué)和神經(jīng)科學(xué)等角度進(jìn)一步開(kāi)發(fā)大腦的功能，使受教育者在掌握自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的基本概念和規(guī)律的基礎(chǔ)上不斷提升應(yīng)用能力、創(chuàng)造能力和創(chuàng)造水平，從而用人類自己創(chuàng)造的科學(xué)、智慧去教育自己，不斷創(chuàng)新人類自身，創(chuàng)造新的時(shí)代[1].

在各級(jí)學(xué)校教育中至今并沒(méi)有關(guān)于腦科學(xué)的基礎(chǔ)課程，廣大教師缺乏腦科學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，因此更談不上開(kāi)發(fā)教育了. 本文在總結(jié)全國(guó)教育科學(xué)“十一五”“十二五”課題平臺(tái)上開(kāi)展的“全腦開(kāi)發(fā)教育實(shí)驗(yàn)”成果及對(duì)唐孝威院士的一系列腦科學(xué)著作的反復(fù)研究基礎(chǔ)上，提出了“開(kāi)發(fā)教育腦科學(xué)基礎(chǔ)”的簡(jiǎn)明速成教程. 多年來(lái)的實(shí)踐表明，通過(guò)學(xué)習(xí)該教程，一線教師能用較少的時(shí)間掌握與教育相關(guān)的腦科學(xué)知識(shí)，對(duì)“開(kāi)發(fā)腦”相關(guān)的腦科學(xué)知識(shí)有一個(gè)總體的認(rèn)識(shí)，能夠較好地理解基于腦科學(xué)的“學(xué)習(xí)論”“教育論”和“課程論”的基本思想，從而順利地參與“全腦開(kāi)發(fā)教育實(shí)驗(yàn)研究”.

2 開(kāi)發(fā)教育的腦科學(xué)基礎(chǔ)

“開(kāi)發(fā)教育的腦科學(xué)基礎(chǔ)”主要包括下幾個(gè)方面：(1)腦是自然界最復(fù)雜的系統(tǒng)；(2)腦存在兩種結(jié)構(gòu)及其轉(zhuǎn)變；(3)腦遵循特殊的三個(gè)維度的耗散結(jié)構(gòu)；(4)腦功能有四個(gè)系統(tǒng)；(5)腦內(nèi)存在五種心理相互作用及其統(tǒng)一性；(6)基于腦科學(xué)的智能理論. 下面對(duì)這六個(gè)方面做一簡(jiǎn)要介紹.

2.1 腦是自然界最復(fù)雜的系統(tǒng)

腦是自然界最復(fù)雜的系統(tǒng)，主要是指腦具有復(fù)雜的生理結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)，而且腦功能發(fā)育發(fā)展的過(guò)程非常復(fù)雜.

2.1.1 復(fù)雜性系統(tǒng)的主要特征

對(duì)于一般的復(fù)雜性系統(tǒng)，具有不確定性、自組織性、涌現(xiàn)性、初值的敏感性、非線性等主要特征.

不確定性是針對(duì)確定性而言的，是復(fù)雜性系統(tǒng)的一個(gè)重要特性. 復(fù)雜性系統(tǒng)是由大量的子系統(tǒng)集成的，人們對(duì)系統(tǒng)的特征雖然可以進(jìn)行一定的科學(xué)預(yù)測(cè)，但總會(huì)存在不可預(yù)測(cè)結(jié)果. 所謂“不確定性”不是絕對(duì)不能確定，而是不能確定在一個(gè)確定“軌道”上，但是可以控制在一個(gè)“管道”內(nèi)，即可以控制在一定的空間范圍. 人在不同環(huán)境下，接受不同教育，會(huì)獲得不同的成長(zhǎng).

自組織理論是20世紀(jì)60年代末期開(kāi)始建立并發(fā)展起來(lái)的一種系統(tǒng)理論. 它的研究對(duì)象主要是復(fù)雜自組織系統(tǒng)(如生命系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng))的形成和發(fā)展機(jī)制問(wèn)題，即在一定條件下，系統(tǒng)是如何自發(fā)地由無(wú)序走向有序、由低級(jí)有序走向高級(jí)有序的. 神經(jīng)系統(tǒng)和腦的歷史演化和發(fā)展是最神奇的自組織過(guò)程. 每個(gè)人的大腦伴隨人的一生都在不斷地經(jīng)歷自組織過(guò)程，腦科學(xué)中稱“終身大腦重塑”.

涌現(xiàn)性是指系統(tǒng)整體具有而部分或者部分之和所不具有的屬性、特征、行為、功能等特性，突發(fā)性是一種特殊的涌現(xiàn)性. 自然界惡劣的氣象現(xiàn)象是涌現(xiàn)性；當(dāng)前社會(huì)中某些地區(qū)突發(fā)性事件，如1998、2008兩次金融風(fēng)暴，都屬于復(fù)雜社會(huì)的涌現(xiàn)性；一個(gè)人突然閃出奇思妙想就屬于大腦功能涌現(xiàn)性.

科學(xué)家用“蝴蝶效應(yīng)”來(lái)比喻復(fù)雜性系統(tǒng)的初值敏感性. “差之毫厘，謬以千里”是我們祖先對(duì)復(fù)雜性系統(tǒng)初值敏感性的精辟經(jīng)驗(yàn)總結(jié). 比如幾百萬(wàn)年前我們的祖先類人猿和今天的黑猩猩是同類，但由于某種原因，類人猿從樹(shù)上下來(lái)，手腳分工，使用并制造工具，走勞動(dòng)謀生存的道路. 今天，人類發(fā)展成具有高度智慧和理性的群體，創(chuàng)造了高度文明的社會(huì)，而黑猩猩還在叢林中一代又一代地重復(fù)著幾百萬(wàn)年前祖先的故事.

非線性是復(fù)雜性系統(tǒng)的基本性質(zhì). 非線性反映系統(tǒng)內(nèi)部的作用機(jī)制，復(fù)雜性是系統(tǒng)內(nèi)部非線性相互作用演化發(fā)展的結(jié)果，所以認(rèn)識(shí)復(fù)雜性必須知道非線性. 復(fù)雜性系統(tǒng)內(nèi)的非線性相互作用是系統(tǒng)演化發(fā)展的基本動(dòng)力，是復(fù)雜性系統(tǒng)形成無(wú)限多樣性，具有不可預(yù)測(cè)性和差異性的根本原因.

腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，腦內(nèi)存在復(fù)雜的非線性相互作用(有意識(shí)活動(dòng)和無(wú)意識(shí)活動(dòng)). 由于歷史文化和教育課程的原因，線性思維在當(dāng)今人們的思維中往往占主導(dǎo)地位. 但是現(xiàn)實(shí)世界中，一切實(shí)際現(xiàn)象往往都是非線性的，都難以用線性理論直接解決. 所以，在面對(duì)實(shí)際問(wèn)題時(shí)，尤其研究大腦特性，應(yīng)當(dāng)高度重視腦的非線性特性，將有利于理解腦功能的復(fù)雜性，大腦重塑、創(chuàng)造性等，也有利于理解基于腦科學(xué)提出的“學(xué)習(xí)論”“教育”和“課程論”等.

2.1.2 腦具有復(fù)雜的生理結(jié)構(gòu)

一百多年前，從解剖生理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)人的大腦不僅存在左右兩個(gè)半球狀結(jié)構(gòu)，分成“四葉”，即額葉、頂葉、枕葉和顳葉，并發(fā)現(xiàn)大腦功能存在分區(qū)結(jié)構(gòu). 最早發(fā)現(xiàn)腦具有十一個(gè)功能分區(qū)，如圖1所示：

圖1 大腦功能分區(qū)

后來(lái)發(fā)現(xiàn)的52個(gè)腦區(qū)，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)腦有更復(fù)雜的分區(qū)結(jié)構(gòu). 現(xiàn)代腦科學(xué)研究表明，人的大腦存在有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組成的精細(xì)空間分區(qū)結(jié)構(gòu)，每一個(gè)功能都定位于解剖學(xué)上一個(gè)專一性腦區(qū). 而一個(gè)專一性腦區(qū)包含幾百到幾千個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞，其空間尺寸大約才幾十到幾百微米，即不足1毫米[2]11.

大腦另外一個(gè)復(fù)雜的生理結(jié)構(gòu)是神經(jīng)元系統(tǒng). 人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)大約有1011個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞，每個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞又有數(shù)以千計(jì)的突觸. 大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就是通過(guò)不同神經(jīng)元突觸之間的相互作用聯(lián)結(jié)起來(lái)的.

2.1.3 腦具有非常巨大的復(fù)雜的潛在功能結(jié)構(gòu)

腦的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)是大腦功能結(jié)構(gòu)的物質(zhì)基礎(chǔ). 人腦的復(fù)雜生理結(jié)構(gòu)決定它具有神奇的復(fù)雜的潛在功能. 人們感覺(jué)到的是有意識(shí)活動(dòng)，僅僅是冰山一角，感覺(jué)不到的則是更多的復(fù)雜的無(wú)意識(shí)活動(dòng)[3]. 有學(xué)者估算，全球的電話網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的復(fù)雜程度僅占大腦網(wǎng)絡(luò)的一小部分，而且大腦的運(yùn)行速度也是任何電腦所無(wú)法比擬的，每秒鐘運(yùn)行4億次的電腦工作100年，才能完成人腦1分鐘之內(nèi)做的事情[4].

2.1.4 腦功能發(fā)育發(fā)展具有復(fù)雜過(guò)程

人腦功能是自然演化與社會(huì)演化的結(jié)合，是神經(jīng)元系統(tǒng)由生理結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成功能鏈接一步步建立起來(lái)的. 這個(gè)過(guò)程是非常緩慢、復(fù)雜的，需要一個(gè)神經(jīng)通道一個(gè)神經(jīng)通道地連接、一個(gè)回路一個(gè)回路地形成、一個(gè)專一性腦區(qū)一個(gè)專一性腦區(qū)地建立.

中國(guó)人在走上工作崗位之前從中小學(xué)到大學(xué)要接受近20年的教育和學(xué)習(xí). 從腦科學(xué)的角度看，這二十年就是在進(jìn)行大腦功能開(kāi)發(fā). 從神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)的角度看，就是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建構(gòu)和發(fā)展過(guò)程，也就是由一群功能及定位都比較接近或相關(guān)的神經(jīng)元構(gòu)成神經(jīng)元簇，再逐漸形成神經(jīng)元簇回路，進(jìn)而由完成同一種功能的、包括大量神經(jīng)元族回路的有關(guān)腦區(qū)及其連接組成的一個(gè)功能子系統(tǒng). 大腦整體網(wǎng)絡(luò)就是由這樣許多具有不同功能的、相對(duì)獨(dú)立而又相互連接和相互作用的功能子系統(tǒng)組成.[2]9-10

腦科學(xué)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明，聽(tīng)、讀、說(shuō)、寫(xiě)同一個(gè)字，都對(duì)應(yīng)不同的腦區(qū). 如“媽”字，就需要有幾百個(gè)神經(jīng)元組成的專一性腦區(qū)才能支持這一功能. 而文字、語(yǔ)言、自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)、人文學(xué)科、各種行為、習(xí)慣、意識(shí)、道德、品質(zhì)等都對(duì)應(yīng)完全不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或腦區(qū)結(jié)構(gòu)，因此大腦功能的腦區(qū)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜.

需要強(qiáng)調(diào)的是人腦的功能是不斷發(fā)展的，大腦具有終生可塑性，是一個(gè)生態(tài)系統(tǒng).

2.1.5 腦的早期發(fā)育敏感性

復(fù)雜性系統(tǒng)的一個(gè)重要特點(diǎn)是初值敏感性. 世界上沒(méi)有兩個(gè)完全相同的腦，加上人出生后的家庭和社會(huì)環(huán)境千差萬(wàn)別，孩子在早期生活的種種微小差別導(dǎo)致以后的人生道路各不相同.

由上可以看出，人腦不但有復(fù)雜的生理結(jié)構(gòu)、神奇的功能結(jié)構(gòu)，而且是一個(gè)不斷變化的生態(tài)系統(tǒng). 所以，腦是自然界最復(fù)雜的系統(tǒng).

2.2 腦內(nèi)的兩種結(jié)構(gòu)及其轉(zhuǎn)變

腦內(nèi)有兩種基本結(jié)構(gòu)，一是生理結(jié)構(gòu)，二是功能結(jié)構(gòu). 這里說(shuō)的功能結(jié)構(gòu)，是指信息功能結(jié)構(gòu)，是人在后天學(xué)習(xí)過(guò)程中逐漸形成的，它不僅是腦區(qū)別于其它一切器官特有的結(jié)構(gòu)，更是人類區(qū)別于一切動(dòng)物的器官特性.

大腦的生理結(jié)構(gòu)主要由神經(jīng)元細(xì)胞和10倍于神經(jīng)元細(xì)胞的膠質(zhì)細(xì)胞構(gòu)成. 人腦的信息功能是在生理結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)感覺(jué)器官?gòu)耐饨绔@取信息，輸入大腦，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成記憶. 在外界信息的不斷作用下，隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的發(fā)展，腦的信息功能也逐漸發(fā)育、發(fā)展起來(lái).

大腦功能的發(fā)展主要有兩個(gè)過(guò)程.

首先是通過(guò)眼、耳等感官，將周?chē)男畔魅氪竽X，在某些位置的神經(jīng)元的突觸之間發(fā)生耦合，有蛋白質(zhì)生成，形成記憶，并形成神經(jīng)元通路. 類似的現(xiàn)象不斷發(fā)生，逐漸將這種學(xué)習(xí)和記憶的過(guò)程在同類神經(jīng)元中傳遞，形成神經(jīng)元簇，進(jìn)一步擴(kuò)大形成專一性腦區(qū)，這時(shí)孩子就具有某種大腦功能. 比如，認(rèn)識(shí)媽媽，學(xué)會(huì)叫“媽媽”；認(rèn)識(shí)蘋(píng)果，認(rèn)識(shí)喝水的杯子等；學(xué)會(huì)拿東西、會(huì)搖鈴等動(dòng)作. 在這個(gè)過(guò)程中，能看到的是孩子一點(diǎn)一點(diǎn)地學(xué)會(huì)了本領(lǐng)，看不見(jiàn)的是發(fā)生在孩子腦內(nèi)的神經(jīng)結(jié)構(gòu)的形成和發(fā)展及一個(gè)個(gè)專一性腦區(qū)的形成.

第二，在形成一個(gè)個(gè)專一性腦區(qū)基礎(chǔ)上，相關(guān)腦區(qū)形成連接，然后形成具有復(fù)雜功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu). 這樣，就在生理結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上逐漸形成了腦的功能結(jié)構(gòu).

腦的生理結(jié)構(gòu)是先天的，靠遺傳獲得的. 腦的功能結(jié)構(gòu)是不能靠遺傳直接獲得的，是在后天的環(huán)境和教育作用下，通過(guò)每個(gè)人自身的努力才能逐漸形成的. 從這個(gè)意義上說(shuō)，腦的功能結(jié)構(gòu)具有社會(huì)屬性.

腦的功能與先天的遺傳有關(guān)系，雖然至今未見(jiàn)有深入、具體的研究和結(jié)論，但通過(guò)簡(jiǎn)單的實(shí)例可以說(shuō)明. 如：眼睛和耳朵決定人的基本感知能力，對(duì)大腦功能的發(fā)展有重要關(guān)系. 漢語(yǔ)的聰字造得很好，左邊是耳朵，右邊上面兩點(diǎn)表示眼睛，而后下面才是口和心，可以理解成為有了耳朵、眼睛，才能發(fā)揮嘴的作用，才能有心里活動(dòng). 聰耳明目，一個(gè)人如果眼睛耳朵敏銳、接受的信息多而準(zhǔn)確，一定比較聰明. 眼睛、耳朵是生理特征，是遺傳決定的. 人們的眼力、聽(tīng)覺(jué)存在差別，這是由遺傳因素確定的，它們會(huì)直接影響信息的接受. 眼睛和耳朵的生理差別會(huì)導(dǎo)致大腦功能的差別，這就從一個(gè)側(cè)面回答了聰明與遺傳的關(guān)系.

2.3 腦是三個(gè)維度的特殊耗散結(jié)構(gòu)

大腦系統(tǒng)遵循的是包括“信息、能量、物質(zhì)”三個(gè)維度的耗散結(jié)構(gòu)，稱之為“三維耗散結(jié)構(gòu)”系統(tǒng).

2.3.1 耗散結(jié)構(gòu)的概念

耗散結(jié)構(gòu)理論是四十多年前由比利時(shí)科學(xué)家普利高津提出，它描繪了自然界一類具有以下基本特點(diǎn)的系統(tǒng)：系統(tǒng)必須是開(kāi)放的，與周?chē)h(huán)境存在不斷的能量、物質(zhì)交換；必須處于遠(yuǎn)離平衡的非線性區(qū)；系統(tǒng)中必須有某些非線性動(dòng)力學(xué)過(guò)程，系統(tǒng)內(nèi)各要素之間具有協(xié)同動(dòng)作和相干效應(yīng)，從而使得系統(tǒng)能從雜亂無(wú)章變?yōu)榫挥行虻淖越M織系統(tǒng). 耗散結(jié)構(gòu)理論對(duì)認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的演化，尤其是生命物質(zhì)的演化和發(fā)展具有普遍的指導(dǎo)意義，是20世紀(jì)最偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一.

2.3.2 腦的耗散結(jié)構(gòu)的特殊性

腦作為一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)，與外界不僅需要進(jìn)行物質(zhì)能量的交換，而且必須進(jìn)行信息的交流；腦功能的發(fā)育發(fā)展過(guò)程與一般生命組織不同，腦的生命活動(dòng)不是僅僅靠能量、物質(zhì)的代謝就可以正常實(shí)現(xiàn)的，還必須有信息的不斷輸入. 腦是一個(gè)在一般生命物質(zhì)基礎(chǔ)上形成的更高級(jí)的自組織系統(tǒng)，腦不僅具有十分精致的生理結(jié)構(gòu)，還是一個(gè)能夠具有高度的意識(shí)、復(fù)雜的情感、高級(jí)的智慧和創(chuàng)造力的最復(fù)雜、最神奇的自組織系統(tǒng)，腦是比一般生命物質(zhì)更高一級(jí)的物質(zhì)，稱其為智慧物質(zhì). 因此，普利高津的耗散結(jié)構(gòu)理論并不能反映大腦系統(tǒng)的根本特征.

腦是動(dòng)物世界在數(shù)億年的漫長(zhǎng)演化過(guò)程中逐漸形成的，是自然界物質(zhì)演化進(jìn)程中出現(xiàn)的比普通生命物質(zhì)更高一級(jí)的物質(zhì)形態(tài)，是超越普利高津耗散結(jié)構(gòu)規(guī)范的一種新的物質(zhì)結(jié)構(gòu)形態(tài). 如果說(shuō)普通生命物質(zhì)是物質(zhì)、能量?jī)蓚€(gè)維度的耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，那么，大腦系統(tǒng)遵循的應(yīng)該是包括“信息、能量、物質(zhì)”的“三維耗散結(jié)構(gòu)”系統(tǒng)[5]. 在對(duì)腦功能發(fā)育發(fā)展的動(dòng)力學(xué)機(jī)制的研究中，發(fā)現(xiàn)普利高津的耗散結(jié)構(gòu)理論解釋不了大腦功能的發(fā)育發(fā)展問(wèn)題，腦功能是在信息主導(dǎo)下的“信息、能量、物質(zhì)”的代謝過(guò)程，正是在這種三維耗散結(jié)構(gòu)過(guò)程中形成的.

2.3.3 認(rèn)識(shí)腦的特殊耗散結(jié)構(gòu)的重要意義

首先，腦存在兩個(gè)不同的發(fā)展階段：生理階段和心智發(fā)展階段. 而后者是在學(xué)習(xí)和教育中，使神經(jīng)元系統(tǒng)逐漸從無(wú)序到有序的過(guò)程，逐漸建構(gòu)起神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程. 學(xué)習(xí)是大腦的本能，是腦健康發(fā)育發(fā)展的基本動(dòng)力，是大腦正常生命的天然需要. 所以，人人都需要學(xué)習(xí)，說(shuō)“某某孩子不愛(ài)學(xué)習(xí)！”是一種偏見(jiàn).

其次，腦從生理結(jié)構(gòu)到網(wǎng)絡(luò)功能結(jié)構(gòu)是一個(gè)信息、能量、物質(zhì)的緩慢過(guò)程. 所以教育和課程需要遵循大腦功能發(fā)展規(guī)律.

第三，基礎(chǔ)教育應(yīng)該轉(zhuǎn)移到以全面開(kāi)發(fā)大腦功能為基本目標(biāo)，教育和課程必須堅(jiān)持“以人為本”原則，必須開(kāi)創(chuàng)適合腦發(fā)展的教育和課程.

第四，腦的出現(xiàn)使物質(zhì)世界演化呈現(xiàn)一種全新的形態(tài)，從生命的起源和演化飛躍到智慧的起源和創(chuàng)造. 超耗散結(jié)構(gòu)可以回答”智慧之謎”，智慧是腦的復(fù)雜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)支撐下的五種基本心理相互作用機(jī)制的創(chuàng)造. 腦對(duì)外部信息有存儲(chǔ)、記憶，就會(huì)有認(rèn)知，對(duì)外界有記憶、認(rèn)知，就會(huì)有感情. 隨著腦功能的發(fā)展出現(xiàn)復(fù)雜的記憶，復(fù)雜的感情和行為，這個(gè)過(guò)程就是腦的一個(gè)不斷自主創(chuàng)造的過(guò)程. 人類的演化史已經(jīng)證明了這一點(diǎn).

第五，腦的信息特征更多的反映是外部世界的特征——時(shí)代特征(所受的環(huán)境和教育積累)和歷史文化特征——民族特征(人類歷史文明積累)，而不是個(gè)體特征. 但是卻通過(guò)個(gè)體的文化素養(yǎng)反映出來(lái)，因而才帶有個(gè)體特征.

信息能量物質(zhì)的代謝是腦功發(fā)展的動(dòng)力機(jī)制，使腦從生理結(jié)構(gòu)向功能結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的動(dòng)力. 只有通過(guò)學(xué)習(xí)才能獲得信息，才能實(shí)現(xiàn)大腦重塑. 所以要堅(jiān)信，學(xué)習(xí)是人的天然需要，人人都愛(ài)學(xué)習(xí)，關(guān)鍵是為學(xué)生創(chuàng)造適合學(xué)生的課程.

2.4 腦功能的四個(gè)系統(tǒng)

1973年前蘇聯(lián)科學(xué)家luria在《神經(jīng)心理學(xué)原理》中闡明腦功能有三個(gè)系統(tǒng)：即保證、調(diào)節(jié)緊張度和覺(jué)醒狀態(tài)的功能系統(tǒng)、接受、加工和儲(chǔ)存信息的功能系統(tǒng)和制定程序、調(diào)節(jié)和控制心理活動(dòng)與行為的功能系統(tǒng)[6]16. 腦的三個(gè)功能系統(tǒng)的學(xué)說(shuō)對(duì)了解腦的整體功能有重要意義.

我國(guó)著名科學(xué)家唐孝威院士，通過(guò)對(duì)國(guó)際上腦科學(xué)研究的成果的綜合分析研究，提出了腦功能的第四個(gè)系統(tǒng)——評(píng)估與情感系統(tǒng). 唐先生注意到，Edelman等人提出，“評(píng)估功能是在許多心理活動(dòng)中普遍存在的”，進(jìn)一步注意到，“腦內(nèi)對(duì)外界信息進(jìn)行評(píng)估的結(jié)果，還會(huì)引起個(gè)體的情緒體驗(yàn)：符合個(gè)體需要或愿望的信息，有肯定性的評(píng)估結(jié)果，并可能產(chǎn)生正的情緒體驗(yàn)；不符合個(gè)體需要或愿望的信息，有否定性的評(píng)估結(jié)果，并可能產(chǎn)生負(fù)的情緒體驗(yàn)”

唐先生還注意到評(píng)估和情緒心理活動(dòng)的相關(guān)腦區(qū)的研究成果：“腦杏仁核對(duì)獎(jiǎng)懲相關(guān)事件的記憶起重要作用，所以杏仁核是與評(píng)估功能相關(guān)的腦區(qū). 中腦側(cè)背蓋區(qū)、黑質(zhì)等區(qū)的多巴胺神經(jīng)元能對(duì)預(yù)測(cè)的獎(jiǎng)勵(lì)與實(shí)際獎(jiǎng)勵(lì)的誤差做出反應(yīng)，這也可能是評(píng)估系統(tǒng)的部分. 邊緣系統(tǒng)等與情緒功能有關(guān)的腦區(qū)也是評(píng)估—情緒功能系統(tǒng)的一部分. 此外，前額葉的一部分可能是評(píng)估—情緒功能系統(tǒng)的高級(jí)部位[7].

綜合上述研究，唐先生提出了腦功能的第四個(gè)系統(tǒng)：評(píng)估—情緒功能系統(tǒng)，這樣組成了腦功能四個(gè)系統(tǒng).

筆者認(rèn)真研究腦功能四個(gè)系統(tǒng)論后，認(rèn)為應(yīng)該是評(píng)估、形成主體情緒后才進(jìn)入調(diào)節(jié)和控制，進(jìn)而將排序進(jìn)行了調(diào)整，并得到了唐先生的認(rèn)可. 因此，腦功能四個(gè)系統(tǒng)應(yīng)為：支持保證和覺(jué)醒系統(tǒng)、信息接受和處理系統(tǒng)、評(píng)估和情緒系統(tǒng)、調(diào)節(jié)與控制系統(tǒng). 如表1所示：

表1 腦功能四個(gè)系統(tǒng)的腦區(qū)分布

2.5 心智的五種心理相互作用及其統(tǒng)一性

心智是大腦的功能，大腦功能是人出生后，通過(guò)環(huán)境和教育逐漸形成的. 但大腦功能是隱藏在人腦內(nèi)部，長(zhǎng)期來(lái)不被認(rèn)識(shí)的秘密. “心之官則思”，歷史上人們一直把心臟看作思維的器官，并把相應(yīng)的活動(dòng)稱為心理活動(dòng). 腦科學(xué)的發(fā)展逐漸揭開(kāi)了大腦的神秘空間，但是現(xiàn)在也常常用心理學(xué)俗語(yǔ)來(lái)描述大腦的功能.

20世紀(jì)，心理學(xué)得到很大發(fā)展，人們根據(jù)各自領(lǐng)域的心理研究的需要，相繼發(fā)展起來(lái)形形色色的幾十個(gè)心理學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域. 于是在20世紀(jì)末，國(guó)際上出現(xiàn)了統(tǒng)一心理學(xué)理論的呼聲和研究. 如：staats、Sternberg和Grigorenko、Denmark和Krauss、Sternberg等心理學(xué)家紛紛提出了從理論上統(tǒng)一心理學(xué)的想法. 唐孝威院士根據(jù)國(guó)際上心理學(xué)界的研究趨向，從腦科學(xué)高度對(duì)心理學(xué)的研究歷史和發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了綜合的分析和研究，以物理學(xué)家的思維和膽略提出了“大統(tǒng)一心理學(xué)的理論框架”. 唐先生在仿照物理學(xué)的四種基本力的思維，提出“五種心理相互作用及其統(tǒng)一性”理論的基礎(chǔ)上，按照心理相互作用的特征，將形形色色的當(dāng)代心理學(xué)分支學(xué)科歸納成為四個(gè)類型，為心理學(xué)的大統(tǒng)一描繪出了清晰的結(jié)構(gòu)框架[2]19-20，這是中國(guó)科學(xué)家對(duì)現(xiàn)代心理學(xué)發(fā)展的重大貢獻(xiàn).

五種心理相互作用主要是指[6]56-57：

心—心相互作用：即心理活動(dòng)的各種成分之間的相互作用；

心—腦相互作用：心理活動(dòng)與腦之間的相互作用；

心—物相互作用：心理活動(dòng)與外部因素之間的相互作用；

心—身相互作用：心理活動(dòng)與身體之間的相互作用；

心—社相互作用：心理活動(dòng)與外部社會(huì)環(huán)境之間的相互作用.

理解并學(xué)會(huì)應(yīng)用五種心理相互作用及其統(tǒng)一性學(xué)說(shuō)，對(duì)認(rèn)識(shí)理解腦功能的發(fā)育和發(fā)展有重要意義，對(duì)研究心理學(xué)和教育學(xué)的許多基本問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上研究基于腦科學(xué)的學(xué)習(xí)理論、教育理論，進(jìn)行課程創(chuàng)新猶如掌握了一種強(qiáng)大的理論武器，或者說(shuō)仿佛登上一個(gè)全新的廣闊的研究、創(chuàng)造平臺(tái).

2.6 基于腦科學(xué)的智能論

一個(gè)人有哪些能力？能力該如何培養(yǎng)？怎樣使人聰明？在倡導(dǎo)注重能力培養(yǎng)的時(shí)代，尤其是教育部啟動(dòng)以“核心素養(yǎng)”為基本標(biāo)志的新一輪課程改革的形勢(shì)下，弄清智能及其如何培養(yǎng)問(wèn)題，對(duì)教育改革創(chuàng)新，對(duì)中國(guó)教育的轉(zhuǎn)型發(fā)展有著十分重要意義.

關(guān)于能力問(wèn)題是心理學(xué)家長(zhǎng)期關(guān)注研究的重要問(wèn)題，但是至今在心理學(xué)界也沒(méi)有就能力形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí). 從原子彈到腦科學(xué)的唐孝威院士，20多年來(lái)從實(shí)驗(yàn)到理論對(duì)腦科學(xué)進(jìn)行系統(tǒng)廣泛地研究，在智能問(wèn)題上做出了重要貢獻(xiàn). 他廣泛地研究了國(guó)際上各個(gè)學(xué)派關(guān)于智能的學(xué)說(shuō)，同時(shí)系統(tǒng)地研究心智能力和行為能力的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和腦功能機(jī)理，尤其他本人親自主持腦功能方面的實(shí)驗(yàn)研究，獲得一系列成果. 唐先生通過(guò)綜合研究寫(xiě)成了《腦與心智》《心智的定量研究》《心智的無(wú)意識(shí)活動(dòng)》《智能論》等學(xué)術(shù)專著，是將智能問(wèn)題在腦科學(xué)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)化、理論化的研究典范. 他的智能理論既具有理論性，也具有廣泛的實(shí)踐性，可操作性.

圖2 智能框架結(jié)構(gòu)

在《智能論》中唐先生將智能分為三個(gè)層級(jí)，第一層級(jí)為心智能力和行為能力兩大部分. 第二層級(jí)中將心智能力分為覺(jué)醒能力、認(rèn)知能力、情感能力和意志能力四種；將行為能力分為運(yùn)動(dòng)能力、操作能力、適應(yīng)能力和社會(huì)能力四種. 第三層級(jí)中將認(rèn)知能力又分為感知覺(jué)能力、記憶能力、思維能力、語(yǔ)言能力和其他能力；將社會(huì)能力分為人際能力、管理能力、表達(dá)能力和其他能力等. 各層級(jí)能力之間有相互聯(lián)系和影響.

筆者從腦功能的機(jī)制出發(fā)，在與唐孝威院士交換意見(jiàn)后，主張把創(chuàng)造能力與心智能力和行為能力并列，作為一個(gè)獨(dú)立能力領(lǐng)域納入智能框架結(jié)構(gòu). 原因有二：

(1)既然心智能力和行為能力都可以包含創(chuàng)造能力，就說(shuō)明誰(shuí)也代表不了創(chuàng)造能力，創(chuàng)造能力應(yīng)該有它的獨(dú)立定位. 行為活動(dòng)是在心智支配下的，所以行為能力中也必然包含心智能力，但心智能力仍然有獨(dú)立定位.

(2)從心智的相互作用特點(diǎn)考慮，有新要素的生成. 不可逆是非線性系統(tǒng)的特點(diǎn)，不可逆就應(yīng)該理解出現(xiàn)了創(chuàng)新因素. 心智的五種不同的心理相互作用都是非線性相互作用，所以創(chuàng)新是智能活動(dòng)的基本特點(diǎn)，創(chuàng)造是心智活動(dòng)過(guò)程的一種必然現(xiàn)象.

修改后的智能框架如圖2所示.

由圖2可知：智能是多元的，有層級(jí)分布、有結(jié)構(gòu)的一個(gè)體系；智能結(jié)構(gòu)是開(kāi)放的，每一個(gè)層次都可以有相應(yīng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步研究探索；創(chuàng)造能力也具有多層級(jí)結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造力是大腦的功能. 五種心理相互作用之間的非線性效應(yīng)是創(chuàng)造力的源泉. 創(chuàng)造力是隨著大腦功能發(fā)展逐漸發(fā)展的. 創(chuàng)造力往往是綜合的，更多的是綜合創(chuàng)造力.

腦科學(xué)研究揭開(kāi)了創(chuàng)造力的腦功能本質(zhì)，建立創(chuàng)造力的結(jié)構(gòu)框架，為創(chuàng)造力培養(yǎng)進(jìn)入基礎(chǔ)教育課程提供了理論依據(jù)，使教育工作者可以從教育理論和課程體系進(jìn)行創(chuàng)新，對(duì)各個(gè)年齡段學(xué)生普遍地、系統(tǒng)地進(jìn)行創(chuàng)造力的培養(yǎng).

3 結(jié)語(yǔ)

(1)本文的開(kāi)發(fā)教育腦科學(xué)基礎(chǔ)是針對(duì)開(kāi)發(fā)教育的特定應(yīng)用需要提出的，是筆者在主持“全腦開(kāi)發(fā)教育實(shí)驗(yàn)”實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)培訓(xùn)實(shí)驗(yàn)教師的速成資料，不是普遍意義上的腦科學(xué)基礎(chǔ).

(2)本文所提的“開(kāi)發(fā)教育腦科學(xué)基礎(chǔ)”僅僅是腦科學(xué)相關(guān)知識(shí)的入門(mén)，讀者如果有志深入開(kāi)展“開(kāi)發(fā)腦教育”研究，則應(yīng)該在本文基礎(chǔ)上，對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)的研讀，進(jìn)一步加深并擴(kuò)展腦科學(xué)基礎(chǔ).

(3)本文是基于筆者對(duì)唐孝威先生的一系列腦科學(xué)研究成果的理解，突出了腦科學(xué)研究中的“物質(zhì)觀”“能量觀”“信息觀”“相互作用觀”和“智能結(jié)構(gòu)”理論等與腦功能密切相關(guān)的重要內(nèi)容，其中關(guān)于腦的復(fù)雜性系統(tǒng)特性、腦的兩種結(jié)構(gòu)及其轉(zhuǎn)變、腦的特殊耗散結(jié)構(gòu)特性等論述是筆者多年來(lái)的一些研究；在腦功能四個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)排序、智能結(jié)構(gòu)框架中增加創(chuàng)造力層級(jí)等方面經(jīng)與唐先生討論加入了筆者一些意見(jiàn). 借此機(jī)會(huì)對(duì)唐先生多年來(lái)的幫助和指導(dǎo)誠(chéng)表衷心感謝！

[1] 吳祖仁.未來(lái)教育展望：迎接教育的第三個(gè)時(shí)代[N].科學(xué)時(shí)報(bào)，2009-03-27.

[2] 唐孝威.心智的無(wú)意識(shí)活動(dòng)[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2008：9-11，19-20.

[3] 彭聃齡.普通心理學(xué)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2004：175.

[4] 唐孝威.腦科學(xué)導(dǎo)論[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2006：115.

[5] 應(yīng)和平，張劍波，陳飛燕.走近唐孝威(續(xù))[M].杭州：浙江科學(xué)技術(shù)出版社，2014：100-101.

[6] 唐孝威.智能論[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2010：16，56-57.

[7] 唐孝威.腦與心智[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2008：176-177.

(責(zé)任編輯：徐 杰)

2017-07-25；

2017-08-23

吳江濱(1971— )，男，河北保定人，河北大學(xué)科技園辦公室高級(jí)工程師.

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2095-4476(2017)08-0079-06