從腦科學(xué)看兒童成長與教育

堯德中

我不是專門做青少年教育的，但我對(duì)教育有很深的感情，我愿意從腦科學(xué)的角度來談?wù)剬?duì)兒童成長與教育的看法。

兒童腦發(fā)展

大家可能都清楚，兒童在孕期的后期發(fā)展是非?？斓?，這意味著在他出生前后的時(shí)間十分關(guān)鍵。動(dòng)物的“印刻效應(yīng)”就是一個(gè)關(guān)鍵期現(xiàn)象，在出生之后的一小段時(shí)間，它把運(yùn)動(dòng)的對(duì)象視為自己的目前母親。與此同時(shí)，我們可以看到早產(chǎn)會(huì)帶來長遠(yuǎn)的影響。有研究顯示，早產(chǎn)兒大腦存在多區(qū)域的、長期的差異，且與認(rèn)知能力相對(duì)較低相關(guān)。民間的很多說法往往背后反映了一些腦科學(xué)現(xiàn)象，比如“三歲看大，七歲看老”，實(shí)質(zhì)上總結(jié)了腦發(fā)育兩個(gè)關(guān)鍵期的長遠(yuǎn)影響。關(guān)鍵期總體的順序是從感知覺能力、運(yùn)動(dòng)語言能力，到高級(jí)認(rèn)知功能，因此教育也應(yīng)該把握不同能力發(fā)展的關(guān)鍵期，從而實(shí)現(xiàn)真正的因材施教。當(dāng)然，關(guān)鍵期的兒童營養(yǎng)也很重要。有研究顯示，50年前的大饑荒，其對(duì)大腦發(fā)育的影響在50年后仍然十分明顯。此外，兒童的睡眠時(shí)間也是保障關(guān)鍵期獲得良好發(fā)展的基礎(chǔ)。

音樂的魅力

音樂是全世界的共同語言：最近Science（《科學(xué)》）刊發(fā)了 一篇文章，分析不同文化背景的音樂，研究發(fā)現(xiàn)音樂在民族之間的差異并不是那么大。為了說明音樂到底是民族性的還是世界性的，研究者讓美國嬰兒去聽其他國家的搖籃曲或者其他國家的非搖籃曲，發(fā)現(xiàn)聽其他國家的搖籃曲比聽非搖籃曲可以更好地降低心率、縮小瞳孔，說明嬰兒天生對(duì)搖籃曲有好感，也體現(xiàn)了音樂的世界性。

莫扎特效應(yīng)。說到音樂的效應(yīng)，大家可能就會(huì)想到莫扎特效應(yīng)。在20世紀(jì)90年代，有人發(fā)現(xiàn)聽莫扎特音樂可以讓人的空間記憶能力增強(qiáng)，這個(gè)事情的影響非常大，據(jù)說美國喬治亞州的一位州長甚至為此建議給每一個(gè)新生的小孩都買一張古典音樂 CD。近年來，我們也對(duì)此進(jìn)行了研究。讓兩組人分別聽莫扎特音樂和反向播放的莫扎特音樂，我們?cè)瓉碓O(shè)想的是反播的音樂應(yīng)該與不聽差不多，結(jié)果發(fā)現(xiàn)聽莫扎特音樂確實(shí)會(huì)增強(qiáng)空間記憶，但聽反向莫扎特音樂會(huì)降低空間記憶能力。因此，音樂不一定都是好的，也有可能有副作用。音樂教育的音樂素材選擇應(yīng)該建立在先行的科學(xué)實(shí)驗(yàn)之上，但目前這方面的實(shí)驗(yàn)研究很少。我們進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，莫扎特效應(yīng)主要是其節(jié)奏的效應(yīng)，因此應(yīng)該叫莫扎特節(jié)奏效應(yīng)，這也從另一個(gè)角度反映了音樂的世界性，我們聆聽外國音樂可能更多的是感受其節(jié)奏信息。

音樂訓(xùn)練對(duì)學(xué)業(yè)的影響。對(duì)教育工作者來說，我們最關(guān)心的是音樂訓(xùn)練對(duì)學(xué)生的學(xué)業(yè)到底有什么影響。國外一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，選修音樂科的學(xué)生，他的各科成績都比不修的好。為了確認(rèn)這一結(jié)果的普遍性，我們前期也做過一項(xiàng)研究。我們找了一所小學(xué)，收集了該學(xué)校一個(gè)年級(jí)學(xué)生的所有學(xué)業(yè)成績和他接受音樂教育的信息，然后進(jìn)行分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在大家最期待的數(shù)學(xué)和語文學(xué)科上沒有發(fā)現(xiàn)顯著的差異，但在外語學(xué)習(xí)上產(chǎn)生了一定的效果。其原因可能是，外語是一種新學(xué)習(xí)的語言，而母語語文能力在小學(xué)前的關(guān)鍵期就已經(jīng)確定了，因此影響不大，說明音樂訓(xùn)練可能有利于新的語言能力的獲得。

舞蹈的魅力

很多人聽到好的舞曲就想動(dòng)起來，其中既有運(yùn)動(dòng)也有音樂，舞蹈會(huì)對(duì)我們產(chǎn)生什么影響？舞蹈能夠調(diào)動(dòng)我們的感覺運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，促使相關(guān)的神經(jīng)通路改變，舞蹈往往是一個(gè)群體活動(dòng)，還會(huì)調(diào)動(dòng)大腦中與情緒相關(guān)的一些網(wǎng)絡(luò)。因此，舞蹈一定會(huì)對(duì)大腦產(chǎn)生重要的影響。一項(xiàng)國外的研究發(fā)現(xiàn)，舞蹈家的神經(jīng)系統(tǒng)中與感覺運(yùn)動(dòng)相關(guān)腦區(qū)的灰質(zhì)體積、白質(zhì)體積以及白質(zhì)的各項(xiàng)異性都減少了，說明專業(yè)人士在實(shí)際運(yùn)動(dòng)方面需要調(diào)動(dòng)的資源較少，或者說他的大腦在處理相關(guān)事項(xiàng)時(shí)更加高效。有研究顯示，舞蹈訓(xùn)練增加海馬體積，從而可能對(duì)記憶等重要功能發(fā)揮促進(jìn)作用。還有研究發(fā)現(xiàn)，舞蹈訓(xùn)練可以增進(jìn)創(chuàng)造力等。我們的研究則發(fā)現(xiàn)，舞蹈訓(xùn)練可以增強(qiáng)共情能力。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，即使不跳舞，觀賞舞蹈也有類似的效果，包括增強(qiáng)語意的理解，從而增強(qiáng)語言能力等。

AI的魅力

機(jī)器學(xué)習(xí)的演化。回顧一下AlphaGo的發(fā)展，它最初是向老師學(xué)習(xí)積累的棋譜（監(jiān)督學(xué)習(xí)，類似現(xiàn)在的課堂教學(xué)），然后自己實(shí)踐練習(xí)（增強(qiáng)學(xué)習(xí)）。之后不久推出的AlphaGo Zero 直接取消了監(jiān)督學(xué)習(xí)，很快打敗了之前的AlphaGo，這說明自我增強(qiáng)學(xué)習(xí)比監(jiān)督學(xué)習(xí)做得更好。這意味著現(xiàn)行教育中的監(jiān)督學(xué)習(xí)，不一定是最好的途徑。

AI對(duì)教育的幫助。首先是促進(jìn)教育資源的公平。以前學(xué)習(xí)圍棋，我們要去找一位名師，一個(gè)好老師可能就決定了你的成績?，F(xiàn)在已經(jīng)有人研發(fā)出圍棋系統(tǒng)，你可以借此輕松獲得高段位棋手的指導(dǎo)，從而在一定程度上解決了圍棋愛好者的教育資源公平性問題。另一個(gè)是考試中主觀題的評(píng)價(jià)問題，其結(jié)果可能受閱卷老師的個(gè)體差異影響。比如音樂考試，一是缺乏大量的專業(yè)老師，二是不能避免專業(yè)老師之間的個(gè)體差異。對(duì)此，有研究者推出了基于語音和視頻分析的 AI評(píng)價(jià)系統(tǒng)，這有可能是促進(jìn)相對(duì)公平的一個(gè)途徑。

總的來說，在兒童腦發(fā)展方面，我們認(rèn)為必須更好地遵循關(guān)鍵期等生理心理發(fā)展規(guī)律。在音樂素養(yǎng)培養(yǎng)方面，我們既要看到它對(duì)音樂能力及其可能遷移的記憶和語言能力的正面影響，同時(shí)也要注意具體音樂的選擇，避免潛在的副作用。第三，舞蹈或許是促進(jìn)大腦發(fā)展的一個(gè)更好的選擇。它既能鍛煉身體，但又不是簡單的運(yùn)動(dòng)替代，因?yàn)樗€可能增進(jìn)共情、記憶、創(chuàng)造等能力，甚至觀看舞蹈都有一定效果。最后，我們要了解和利用好人工智能，使之成為教育發(fā)展的重要幫手。