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珠心算教育对比实验测试研究取得丰硕成果及其脑机制探讨

作者:  来源:  发布时间:2012-05-24  点击量:166

珠心算教育对比实验测试研究取得丰硕成果及其脑机制探讨

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——在全国珠心算高级教练师研讨班上的讲话摘要
作者:迟海滨          单位:中国珠算心算协会会长

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同志们 :

     大家好!办这个研讨培训班很重要,有的同志可能会有疑问,珠心算高级教练师已考核评议完,考评合格的名单已在中珠协的网站上公布了,为什么还要再办研讨培训班?这个问题,我给同志们作些解释。中珠协贯彻实施《珠心算教练师职业标准》,经同劳动和社会保障部主管司局研究,认为珠心算教育是个新事物,珠心算教练师是个新职业,首批高级教练师难以通过考试方式解决,商议用考核评议的办法确定。各省、区、市和计划单列市珠协推荐高级教练师249人,经专家考评合格的160人,名单已在中珠协网站上公布,尚未发证。我同秘书处的同志经常到基层调查,了解和学习到许多好的教学经验、教学理论和教学方法。同时也发现,不少地区学术交流不活跃,学术信息闭塞,学派色彩浓厚,学术上存在相当的局限性,这种情况,不利于珠心算教育事业的繁荣发展。要改变这种情况,最好是从高级教练师层次上做起。因为你们是种子师资,如果大家有了宽阔的学术胸怀、宽阔的学术视野,教出的学生素质也会比较好,存在的不利于珠心算教育事业发展提高的问题就会逐步改变。经同劳动和社会保障部主管司局研究,商定办这个培训班。培训班名称叫研讨培训班,顾名思义,就是没有人讲课,因为大家在珠心算教学方面,在学派内都是一流的,没有人可以给你们系统的讲课,最好是进行学术交流,大家都是老师,又都是学生,互相学习,共同得到提高,从而带动全国珠心算教学水平的提高,所以说这个研讨班很重要。因此要补上这一课,才发给证书。

    这个研讨培训班,是贯彻执行劳动和社会保障部发布的《珠心算教练师职业标准》后,中珠协举办的第三个珠心算教练师培训班。在第一个培训班上我有个讲话,讲话稿征求各地区珠协意见后作了修改,已印发各地珠协秘书处。在这个讲话中,我讲了两个问题。一是讲举办第一个珠心算教练师培训班的重大意义,是标志我国珠心算教育开始进入逐步规范化教育阶段。二是讲珠心算教育工作中应注意的几个问题。在这个题目中我讲了5点。1是珠心算教育要牢牢把握住开发儿童智力潜能的宗旨。2是发展普及型珠心算教育与因材施教。3是重视记忆能力和思维能力训练。4是注意适时施教。5是珠心算教育研究要专业性研究与群众性研究两条腿走路。这个讲话印发给大家,供参阅。第二个培训班上,我也有个讲话,想就珠心算教育开智功能的脑机制问题作点探讨,目的是抛砖引玉,引起大家深入探讨研究这个问题。讲后觉得思路还没有理清,一直没有定稿。后来秘书处商定办高级教练师研讨培训班,我将原讲稿重新整理一下,作了较大的修改,在这个研讨班上讲一讲,目的还是抛砖引玉,同大家共同探讨这个问题。今天我讲两个问题,一是珠心算教育对比实验测试研究取得的丰硕成果,使大家了解一些全局情况。二是珠心算教育开智功能的脑机制问题探讨。

     一、关于珠心算教育对开发儿童智力潜能作用的脑机制探讨

     中珠协于2003年11月向教育部领导同志汇报珠心算教育工作时,陈晓娅副部长(当时是部长助理)指示:“珠心算教育所具有的科学性,可以与脑科学结合起来作为一个课题进行研究。”中珠协按教育部领导同志的指示精神,同唐孝威院士主持的联合实验组合作,开展了这方面的研究。为了增加一些脑科学方面的知识,我阅读了北京大学孙久荣教授编著的《脑科学导论》、唐孝威院士等人编著的《脑科学导论》和韩济生院士翻译的《神经科学》。开始是阅读孙久荣教授编著的《脑科学导论》,粗读了一遍,一点也看不懂。后来我对同珠心算教育可能有关的章节,如:脑细胞、神经信息的传递、脑的发育、脑的高级机能、学习和记忆、脑的可塑性、神经元的凋亡和增殖,细读了几遍。越读越觉得有些理论同珠心算教育的关系极为密切,吸引我又买了后两本书,阅读了有关章节。通过认真阅读两本“导论”,逐步意识到脑科学某些理论和实验成果,正是我们同科研机构合作要探索的问题,可以解释珠心算教育的一些重要的规律性的东西,借鉴脑科学研究成果,有可能将珠心算教育脑机制的理论框架初步搭建起来。今后随着《脑机制》研究项目的逐步深化和陆续取得研究实验成果,使珠心算教育在脑科学研究成果的指导下,逐步形成科学的珠心算教育理论和教学方法体系。

     两本“脑科学导论”,为了引用方便,减少注解,以引用孙久荣教授编著的导论为主,引用的文字只注导论页码。引用唐院士等人编著的导论,注唐著导论页码。两本导论中同珠心算教育有直接密切关系的主要理论摘引如下:

     1.“脑发育的可塑性”。“婴儿的大脑不仅像四肢和内脏一样生长,而且不断地建立内部的微观联系”。“出生后人脑的发育是非常重要的脑发育阶段”。“6月龄前的婴儿大脑重量大约400克,占成人脑1300~1400克的25~30%”;…“5~6岁时大脑重量为成人脑的90%”;“20岁后脑的重量相对恒定,老年时才开始下降”。(导论77页,以下仅注页数)

     2.“人类大脑最终的形态构造和化学构造是由先天(基因)和后天(经验)共同决定的,而后天的经验更是决定性的。这一结论在20世纪末得到脑科学界的公认”。“婴儿一出生就有1000亿个神经元和50M(兆)个突触”(77)。“神经元的数量在胎儿期已被确定,(后天)发育和成熟的只是树突和突触的筑构”(73)。“实验中发现,刚刚出生的小猫神经元的树突很少,随着成长过程神经元的树突才逐渐“羽翼丰满”。如果出生后就遮住小猫的眼睛,或养在一个隔离的环境中,其神经元上的树突数量比对照动物大减。不同环境发育的大鼠大脑皮层的发育不同”。“奥斯瑞(音译)和他的学生比较了“富裕”环境(有各种“玩具”和伙伴)与独居小笼子成长的大鼠和小鼠的大脑皮层中神经元发育和学习能力情况,前者神经元突起(树突和轴突)发育丰满,树突且有大量的棘——这是形成突触的部位,走迷宫的能力很强;后者神经元突起疏寡,仅是前者的50%,学习能力低下。动物实验证实,脑损伤造成的感觉和运动机能的缺损可以被代偿,这是在中枢神经系统整合的基础上进行的,反映的神经系统的可塑性。代偿的能力年龄越大效果越差。反映了神经系统可塑性与脑发育和成熟之间的关系。所以有人说,儿童是天生的学习机器。早期的适宜教育是充分利用脑的可塑性、开发大脑皮层智力、建立茂密的神经网络的黄金时节”。(77-78)

     3.“出生前后直到学龄前是脑重量的增加和脑质量的提高,包括神经元和突触数量的增加、神经网络框架和模式定型及完善的最有决定意义的时期”。

     4、“神经元由胞体和突起(树突和轴突)构成(30)。感受器与神经元或神经元与效应器或神经元之间的机能接点就是突触(46)。除了神经元的形态多样性外,其机能的最大特点是特异的信息传递和处理,且具有传递信息绝缘性和极性。神经元的极性树突是信息的接受端,为输入极;另一端的轴突是信息的输出端。树突和轴突分别向靶方向的细胞生长并建立突触联系”。(31)

     5.“无论是在结构上,还是在功能上,突触在神经系统的地位和作用都是至关重要的。神经系统的可塑性,包括学习和记忆、脑损伤后机能的代偿等,主要的机制是表现在突触的可塑性上”。(53)

     6.“在胎儿发育过程中,几十亿个神经元分化成不同的表型,构成适当的联系,组成不同水平的神经网络,从而奠定了大脑的神经基础。这是遗传物质决定的框架,而发育的完成和质量,完全依赖于神经系统的后天活动和环境刺激”。(63)

     7.“后天实践对中枢神经系统发育的影响”。“脑内数以千百亿计的神经元之间形成复杂的神经网络,要想联系正确无误需要神经细胞进行活动练习”。“在缺乏视觉刺激环境下长大的猫,视皮层的许多神经元的树突棘发育不良。实际上所有哺乳动物在出生前一些神经元的树突棘已经发育,但大部分神经元的树突、树突棘和突触要在后天刺激的情况下发育和建立”。“环境刺激促进神经结构的发生。笔者(孙久荣)在马赛第一大学神经生物学实验室观测了生活在“感觉运动丰富”环境的大鼠,它们生活在各种可抓、可滚的玩具环境中,并且有伙伴相陪伴。每天实验人员都陪它们玩耍。生活在“贫乏”环境的大鼠独居,没有可抓、可滚的器具,生活空间窄小。结果是,到了成年,前者的大脑皮层的前爪感觉运动代表区比后者大。进一步还可以看到,前者的大脑皮层锥体细胞树突的分枝、树突棘的数量和密度都大大超过后者”。(74)

     8.“不用则废的原则”。“突触联接而成的神经网络的基本框架(出生时已建立起来)变化比较小,而其连接的丰满程度是可塑的。在接受到后天的影响,执行着“不用则废的原则”。开眼后10~19天的小鼠、大鼠和猫的树突棘得到大量增加的情况是可以逆转的,大部分树突棘的外形在长时间无视觉刺激时被剥夺”。(75)

     9.“因时施教是将大脑的发育的内在规律与外部环境人为刺激和学习结合起来,用后天的经验去促进脑的发育”。(79)

     10.“多种感官的刺激和实践:聪明源于耳聪目明。大脑的发育依靠各种感官信息的输入,其中视、听觉的输入对智力和大脑发育是最重要的。实践证实,只有视觉的输入才能使小猫的视皮层发育和成熟”。“通过训练和实践(尤其是手的运作)促进神经网络的组建和突触的强化”。(77)多感官的配合刺激会更有效。很多家长注意视觉和听觉的刺激,实际上触觉的刺激也是必要的”。(77)

     11.“婴幼儿期是学习语言的黄金时间:语言的学习显示了大脑的可塑性。这一能力随着年龄的增加而下降,这可能是因为儿童时期以后神经元不再生,即是少数脑区有再生能力,这些脑区基本是进化低级的脑区,与学习和记忆的关系不大,所以人到成年后学习能力越来越小。鸣禽类的实验也可以说明这一点。白冠雀在5~30的年龄时,只要听到双亲的鸣叫就会学会这种鸣叫。但如果错过这个时期,则再也学不会白冠雀特有的叫声了”。(80)

     12.“经过许多实验证实,左侧半球具有语言优势,长于复杂的随意运动、读和写、数学和逻辑分析等抽象思维。左半球被称为‘数字脑',是科学家头脑。右侧则主要是非语言功能、复杂图形的视觉、听觉(声音)和触觉识辨,空间形状和方位的感觉,长于综合、直觉和想象等形象思维功能。右侧半球被称为‘模拟脑',是艺术家头脑”。(252)“无论怎样强调大脑两半球功能上的差异,一定要认识到任何一侧的优势都是相对的。尽管语言半球在左脑,右半球也参与语言的理解”。“右脑可以阅读和理解数字,可以理解文字和短句。而且右脑更能辨别声调的差别。在正常情况下,两半球通过胼胝体相互协调,相互补充,且可塑性大。临床发现,“裂脑”手术后,由于“裂脑”造成的不协调现象经数年后可消失。一例左脑语言区损伤失语儿童一年后又可以讲话了。但这种语言区从左脑转移到右半球的年龄不能超过10岁,可能是随着年龄的增长,两半球分工的神经结构不断被固定,右半球皮层已不能再形成与语言相关的神经基础了”。(253)

     13.“学习的优势半球随着年龄的增加从右半球变为左半球。低年级学生刚刚学习时是右脑起主导作用,而后左脑作用逐渐加强”。“语言刺激主要作用于大脑皮层的左侧,被激活的区域不仅仅是局限传统的听觉和相关语言区,还激活大脑的其它区域;音乐刺激主要作用于大脑皮层的右侧,和语言刺激左侧一样,也有众多的区域参与。所以,对婴幼儿的音乐刺激可以帮助右脑的发育”。(253)

     14.“心算是人类大脑皮层的高级活动。核磁共振脑成像显示,心算有许多大脑皮层区域参与,例顶叶的7、40区,额叶的6、8、9、44、46区,前扣回带(32区)等。随着心算难度的增加,参与大脑皮层区域也增加,右脑也开始参与,两半球参与作用相对称的脑区越来越多”。(254)

     15.“简单的基本的脑功能都有各自的代表区,只有复杂的功能活动才需要几个脑区的相互联系,而更复杂的功能是由几个不同的分布各异的脑区共同整合完成的”。(254)

     16.“瞬间记忆(即时记忆)和短期记忆是一种生物电性质的变化。长期记忆则以发生生物化学变化和形态变化为基础。把刺激转化为电流信号,再以生物化学变化来接受信号,并形成新的神经网络,这就是记忆”。“各种突触的连接——不一定是串联——是大脑神经网络的基础。记忆信息储存在神经网络系统中,不是储存在单个神经元上”。(303)

     17.“突触结构。现在神经心理学家普遍接受的一种观点是,作为人类长时记忆的神经基础包含着神经突触的持久性改变。这种变化往往是由特异的神经冲动导致的。由于涉及结构的改变,因此其发生的过程较慢,并需要不断的巩固。这种突触变化一旦发生,记忆痕迹就会深刻地储存在大脑中。近来的研究表明,神经元和突触结构的改变是短时记忆向长时记忆过渡的生理机制。这种改变包括相邻神经元突触结构的变化、神经元膠质细胞的增加和神经元之间突触连接数量的增加。”(唐著导论120页)

     18.“敏感期的概念是由奥地利动物心理学家洛伦兹所提出,他发现几乎所有哺乳动物都存在这种敏感期。这个理论认为,人类的某种行为、技能和知识的掌握,在某个时期发展最快,最容易受影响。如果能在发展的关键期里进行适宜而有效的学习,将会极大地促进脑结构与功能发展,取得事半功倍的学习效果;一但错过这个时期,就需要付出几倍的努力才能弥补,或者永远无法弥补”。“1920年一位叫辛格的英国牧师在印度发现了两个由狼抚养长大的女孩,他们的生活习性完全跟野生的狼一样。其中一个离开狼穴后不到一年就死了,而另一个名叫“卡玛拉”的狼孩则活到17岁。在这期间,人们想方设法恢复她的人性,然而在4年后才听懂几句简单的话,学会了6个单词;7年后也只学会了45个词,会说几句不流利的话。直到死时,她的智力也只相当于4岁小孩的水平。到目前为止,(各国)共发现了30多个由动物抚养长大的“野孩子”,但是没有一个回到人类社会后,其智力能恢复到与其年龄相当的水平”。(唐著导论116页)“神经系统可塑性有个临界期,在临界期内神经系统可表现很高的可塑性”。(324)

     19.“在脑的个体发生过程中,不同的脑区、核团及神经元之间存在一定时间、空间发展顺序,具有精密的结构特殊性。同时神经系统又受到内外环境的刺激,表现出高度的可塑性。每一个神经元都具有形成新的突起和突触连结的能力。神经元及其突起构成的神经网络一直处在被修饰状态。中枢神经系统所具有的突触形态和功能的可塑性是人类从幼年到老年不断学习和记忆的神经基础”。(308)

     20.“记忆痕假说,特异的感觉刺激被记忆在特异的感觉皮层内。例如,猴子的实验证实,视觉产生的记忆就存储在视皮层中。确实,记忆是由大脑多个组分构成的,这些组分存在于许多神经网络中”。“既然学习和记忆涉及广大的脑区和神经网络,所以,巩固记忆需要视觉、味觉、听觉、嗅觉和触觉刺激的输入,需要重复刺激”。(312)

     根据以上理论,可以归纳整合出几个对珠心算教育有极密切关系的理论要点。

     1.“脑发育的可塑性”。“神经系统的可塑性”,“主要的机制是表现在突触的可塑性上”。“各种突触的连接——是大脑神经网络的基础。记忆信息是储存在信息网络系统中,不是储存在单个神经元上”。“人类大脑最终的形态构造和化学构造是由先天(基因)和后天(经验)共同决定的,而后天的经验更是决定性的”,“婴儿一出生就有1000亿个神经元(同成年人一样)和50M(兆)个突触(仅为成人的0.5‰)。神经元的数量在胎儿期已被确定,(后天)发育和成熟的只是树突和突触的筑构”。儿童“早期的适宜教育是充分利用(儿童)脑的可塑性、开发大脑皮层智力、建立茂密的神经网络的黄金时期”。

     2.“多种感官刺激”。“环境刺激促进神经结构的发生”。“大脑的发育依靠各种感官信息的输入,其中视觉、听觉的输入对智力和大脑发育是最重要的”。“通过训练和实践(尤其是手的运作)促进神经网络的组建和突触的强化”。“多感官的配合刺激会更有效”。

     3.左、右脑有分工有合作。“简单的基本脑功能都有各自的代表区,只有复杂的功能活动才需要几个脑区的相互联系,而更复杂的功能由几个不同的分布各异的脑区共同整合完成的”。“心算是人类大脑皮层的高级活动,核磁共振脑成像显示,心算有许多大脑皮层区域参与”,“随着心算难度的增加,右脑也开始参与,两半球参与作用相对称的脑区越来越多”。

     4.“记忆印痕假说,特异的感觉刺激被记忆在特异的感觉皮层内”。“记忆是由大脑多个组分构成的,这些组分存在于许多神经网络中”,“巩固记忆需要视觉、味觉、听觉、嗅觉和触觉刺激的输入,需要重复刺激”。“作为人类长时记忆的神经基础包含着神经突触的持久性改变。这种变化往往是由特异的神经冲动导致的。由于涉及结构的改变,因此发生的过程较慢,并需要不断的巩固。这种突触变化一但发生,记忆痕迹就会深刻地储存在大脑中。近来的研究表明,神经元和突触结构的改变是短时记忆向长时记忆过渡的生理机制。这种改变包括相邻神经元突触结构的变化、神经元膠质细胞的增加和神经元之间突触连接数量的增加”。

     5.“敏感期概念”。“几乎所有哺乳动物都存在这些敏感期。这个理论认为,人类的某种行为、技能和知识的掌握,在某个时期发展最快,容易受到影响。如果能在发展的关键期里进行适宜而有效的学习,将会极大地促进脑结构与功能的发展,取得事半功倍的学习效果;一旦错过这个时期,就需要付出几倍的努力才能弥补,或者永远无法弥补”。

     以上5条重要理论,对珠心算教育有极大指导意义。珠心算教育目的、教学方法、教学重点和学习珠心算的关键期,非常符合上述理论的精神。

     1.从教育目标上讲,珠心算教育是以开发儿童智力潜能为目的,不是为提高计算能力的技能教育。

     2.从教学方法上讲,是根据儿童脑发育的客观规律,在脑可塑性敏感期间内,将大脑发育的内在规律与外部环境人为刺激和学习结合起来,用后天的经验去促进脑的发育。

     3.从教学重点上讲,重视开发脑潜能训练。诸如:学习和训练双手拨珠,注重看算、听算学习训练,通过多感官的联合刺激和适当的难度、速度练习,促进脑神经网络的构建和发育。

     4.重视记忆能力、思维能力训练,符合“记忆痕假说”理论,“记忆是由大脑多个组分构成的,这些组分存在于许多神经网络中”,“巩固记忆需要视觉、听觉和触觉刺激的输入,需要重复刺激”。“作为人类长时记忆的神经基础包含着神经突触的持久性改变”。“由于涉及(神经网络)结构的改变,因此发生的过程较慢,并需要不断的巩固。这种突触变化一但发生,记忆痕迹就会深刻地储存在大脑中”。“神经元和突触结构的改变是短时记忆向长时记忆过渡的生理机制”。

     5.学习珠心算的关键期符合脑可塑性敏感期(又称临界期)理论,在敏感期内对儿童进行珠心算教育。珠心算教练师根据长期的教学经验判断,儿童学习珠心算的关键期为4—10岁,最迟不能晚于12岁,晚于这个年龄,就学不好珠心算了。

     根据以上珠心算教学目的、教学方法、教学重点、记忆能力与思维能力训练和学习珠心算的关键期同相关的脑科学理论联系比较,对珠心算教育开发儿童智力潜能的脑机制,可以做以下理论假设:

     珠心算教育,是根据儿童时期脑可塑性的敏感期理论,特别是突触的可塑性,运用多种感官和触觉渐进式的教学和训练刺激,如教授训练双手拨珠、珠译数和数译珠、加算和加减混合算、诱导形成脑珠像、乘算和除算,由低位数运算渐进式向高位数运算发展,由珠算向珠心算发展,由加算、加减混合算向乘算和除算发展,由慢速度运算渐进式向高速运算发展,看算、听算交互变化等,多感官和触觉联合进行学习训练刺激,促进突触的生长发育和神经网络的构建与发展,调动多脑区联合完成困难任务,促进脑潜能开发,包括右脑的开发。

     这个理论假设,有待进一步的科学实验成果检验和证实。
 




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