安陆市图书馆:从神经教育学的兴起看学科会聚的新趋势

从神经教育学的兴起看学科会聚的新趋势

去年11月和12月，我在浙江大学、中山大学和上海师范大学分别作了三场讲座，目的是希望更多的年青人能参与神经教育学的研究。浙江大学的同事们很认真，把我的讲话整理出来了。我做了一点修改，现在登载在下面。原讲稿是幻灯片，这儿只能刊出其文字部分。

从神经教育学的兴起看学科会聚的新趋势

Looking at New Trend in Interdisciplinary fields from Emerging of Neuro-Education

中国工程院院士  韦钰

首先感谢浙江大学潘云鹤校长和香港科技大学朱经武校长，以及浙江大学的同事们邀请我来参加这次会议，并和大家就学科会聚的问题进行交流。对会议主席刚刚对我的介绍，我有两点更正：第一，我曾经担任过教育部的副部长，不是部长；第二，我已经在今年九月份，按期从东南大学学习科学研究中心主任的职位上退下来了，我的任务完成了，现在交给年青人担任中心主任了。

一

我们于1984年在东南大学建立了生物医学工程系，当时建立的学科是基于生物和工程的交叉；经过几年的准备，2002年又在东南大学建立了学习科学研究中心，这次建立的学科是基于生物与教育的交叉。我们前后在东南大学建立的两个学科都是在Bio-X交叉的领域里，但是，这之间相隔近20年。在这20年里，科学技术和社会发生了许多新的进展和变化。

教育是一项最重要的对未来的投资，没有比它更重要的了，也是社会各个阶层都会涉及和关心的事。在远古时代，教育就是和哲学在一起发展的。现在很多人主张要背诵孔夫子的《论语》，《论语》里面有很多谈论教育的内容，它直到现在不仅在中国起作用，在日本、韩国等国产生的影响也很大。十七世纪以后，现代科学诞生了，特别是十九世纪末冯特把心理学变成一门独立的学科以后，教育就和心理学交融在一起。新中国成立以后，一度认为心理学是资产阶级的东西，所以和法学一样，在绝大部分的综合大学里被取消了，但是在教育学院里面，仍然一直保留了教育心理学的学科内容。

下面，向大家介绍几位二十世纪影响很大的教育心理学方面的学者。

皮亚杰，他对自己的孩子进行了科学的观察，根据发育的过程提出儿童发育的规律，并提出包含同化、顺化概念的发生认识论。前苏联的社会心理学家维高茨基（Vygotsky）提出了社会建构的理论，现在我们在幼儿园和小学里进行的 “做中学”探究式科学教育，主要基于他的理论。维高茨基和皮亚杰之间是有争论的。皮亚杰认为人的认知过程和情感发展过程主要是天生的、自动发生的，很难受到人为的干预；但是，维高茨基认为，社会文化环境是很重要的，它会对儿童的发展产生影响，教育要为不同的儿童搭建不同的“脚手架”，现在我们在“做中学”课程设计、评价、指导中运用了他的观点。美国的教育家布鲁纳（Bruner），是从事认知科学研究的教育家和教育改革的组织者，他也提出了很多关于儿童发展的理论和教育理念。

前苏联心理学家鲁瑞亚（Luria），是第一个明确提出儿童发育过程中脑发育过程的心理学家，他提出了儿童脑的发展从后到前，分成三步逐步发展。当然，受当时科学发展程度的限制，他提出的模型是比较简单的。现在，脑科学发展了，我们已经比较清楚地知道了，从0到24，25岁人脑发育的大致规律。如果我们不了解有关脑的基本知识和脑的发展过程，就不能了解教育工作的主要对象，这样很难制订出正确而有效的教育政策。就像我们过去有一些中医，有很好的祖传秘方，但不易推广，因为缺少科学实证的研究来支持它，现在中医要推广和发展也要走现代化的道路。现在的教育有的方面很像中医，类似于医学一百多年前发生的变革正在教育领域里发生。

在过去的三十年里，特别是近十几年，脑科学获得了飞跃的发展，出现了许多新的研究手段和研究成果。在不同的时间分辨率和空间分辨率上，都发展了探测脑的科学手段和方法，特别是PET——正电子CT和fMNR——功能核磁共振CT的出现。这些科学技术大多是我们生物医学工程领域的研究内容。正是这些的科学技术的发展，使我们能够不打开脑，就知道脑里面发生的过程。除此之外，分子生物学的发展使得我们能够知道我们人所有的行为是脑支配的。而脑是由两方面决定的，一个是先天的基因，另一个是环境。环境不仅直接影响脑的发育和成熟，还影响基因的表达。而且，环境的影响在不同的时期，对不同的行为，是不同的：对有的功能，在某个时期里，外界环境刺激和经历很重要，存在脑发育的关键期；但有的功能和行为，外界的刺激可以影响脑发育时期就长得多，甚至可以是人的一生。在这方面已经积累了大量的科学知识。科学的发展使得生物和教育的会聚有了新的可能。生物和教育的交叉并不是随意想出来的，它是人类对自然和自身探究进展的必然。所有学科会聚都是出于实际社会发展的需要，基于科学发展的必然，。

基于认知神经科学、情感神经科学、分子生物学等学科的发展，产生了一个新学科——神经教育学。关于这个学科，国际上的名称还没有统一。我这一次是第一次在国内用神经教育学这个名称，这以前都称它为学习科学，因为，我觉得现在大家可能可以接受这个名字了，一开始在中国提神经教育学，大家会觉得不容易理解。

在神经教育学中，我们研究学习和教育的过程，把它们看作是发生在脑中的，获取和感知信息、存储、重新提取信息、然后影响我们的行为的过程，这个过程会受到情感的影响。对这个过程的研究是多层次和多途径的，可以从分子层次一直研究到行为层次。

图1 学习过程

神经教育学是一个交叉跨度很大的新学科，我在这里提出五个特点，可能还不够全面和准确。

第一个特点是神经科学本身是一个十分活跃的研究前沿领域，在快速地发展，不断有新的进展，研究结果在不断地被更新。而在生物医学工程领域里，对于人体的认识、对于工程的认识，相对比较成熟。OECD网站上有一张很有趣的图（图2），运用英文左（left）和右（right）两个词，同时也可以表示“剩下”和“正确”的含义，表示对右脑的了解什么也没有留下来，对左脑的认识什么也不对，意思就是表明神经科学还是非常年青的科学，我们对世界上最复杂的研究对象 -- 脑，已经了解了不少，但是不了解的可能更多。

图2 转载自OECD网页

第二个特点是在发展学科的过程中，同时要和社会交流。这个学科一出现，立即受到新闻界和社会的关注。但是什么是科学家知道的，什么是媒体和公众知道的，或者是现在教育界的领导和教师知道的，这中间存在着鸿沟。如果这个鸿沟不通过发展科学，通过迅速发展一个新的学科和普及相关的科普知识去填补，那么就会出现很多伪科学，也就是虚构的科学故事。在中国现在有两个虚构的科学故事广为流传，一个是你要发展右脑就去学音乐，发展了右脑就能创新；还有一个是现在中央八台正在播放的广告，说小孩子现在只用了10%的突触，你需要吃XX药、用XX方法，这样你孩子的突触就可以多保留一些，而且突触保留得越多越好，这也是虚构的科学。我有时间准备一个一个的驳斥。在OECD的网页上，提的最多的虚构的科学就是这两项。从来没有一个交叉学科一出来就受到这么多人的关注。我在最后还要回到这个问题上来，必须把知识的转化也看作是一门学问，看成是学科中需要研究的内容。把什么是科学家知道的与什么是公众需要了解的联系起来，在这个鸿沟上架起桥梁，这是今天科学与社会的关系发生重大变化的一个标志。

第三个特点是包含着许多差异很大的学科。过去我们讲生物医学工程学科是涉及范围很广的学科，它主要还是涉及应用工程与基础研究的交叉。当时我们进行生物电子学的研究，有来自于不同学科背景的学生，学理科的和学工科，或是学医学的学生，研究思路明显不相同。在神经教育学学科交叉涉及的学科中，不仅有自然科学，还有社会科学，思维方式和研究风格就更加不一样，还涉及一些基本的哲学观点，跨度更大。

第四个特点是基础研究的前沿和教育日常应用之间存在着十分不同的文化。科学家们关心每天能在脑科学领域发现新的知识；而教师关心的是今天上课时哪些东西是可以用的，这中间的区别非常的大。神经教育学包含了非常高层次的基础的前沿研究和日常生活必须要具体应用的交汇。现在，不仅仅教育是这样，医学也是一样。现在生物学和医学领域有这么多的基础研究的新发现，但是医生关心的是今天有个病人肚子痛了，哪一样新发现可以用来治疗。所以，在基础研究和应用之间需要架设一架畅通的桥梁，这也绝非易事，有文化的差异。

第五个特点是由于学科研究的内容直接影响教育政策的制定，直接影响到国家和民族未来的竞争力，所以，从学科一诞生，许多国家的政府机构就明确支持，不少国家的有关研究是由政府来组织和支持的。后面，我还会介绍这方面的情况。

二

尽管有这么多的挑战，还是有人敢“吃螃蟹”，下面介绍这个方面的几个国际项目：一是位于巴黎的经合组织（OECD）下设有一个教育研究所CERI（Center for Educational Research and Innovation）。它是世界上最重要的和最优秀的教育研究所之一。他们从1999年开始，组织了一个世界范围的研究网络，来研究基于脑工作机制的学习科学（Learning Science and Brain Research），设有三个分网络，已经进行了六年的研究了；另外，国际学术界发起组织了MBE 国际学会 “International society of Mind Brain and Education”，学会现在挂靠在哈佛大学；同时，一些国家已经组织了这方面的教学和研究工作，从2002年开始，哈佛大学已经有了Mind， Brain and Education 的博士项目，在英国、中国、日本、韩国、阿根廷和德国等国家都建立了研究所。中国也是第一批建立这个学科的国家之一；美国的NSF从去年开始在美国要建立几个学习科学研究中心。

简要的介绍这几个项目目前的进展情况。OECD的“Brain and Learning”计划，1999-2001是第一周期，第二周期从2002年开始。2002年4月，我带领了一个中国代表团，以观察员的身份去参加了在伦敦召开的第二周期的启动会议。但是，我们没有能够加入这个研究网路，因为他们在网上搜索以后，发现我们没有工作基础。第三周期的研究项目将于明年启动，我们将会参加。OECD的项目有三个世界范围里组织的分网络，第一个是日本RIKEN脑科学研究所负责牵头的，关于终身学习和脑关系的研究项目；由美国Sackler研究所牵头进行的脑与语言的研究网络；由英、法有关研究所牵头组织的脑与数学的研究网络。2004年，我去参观日本的脑研究所，会见了这个项目负责的日本脑科学家Ito教授。他告诉我，每年日本政府投入的科研经费是1亿美元，而且一次就和他们签订了20年的持续支持的研究合同，让他们安心的从事这项重要的研究。这几年，一些发达国家的教育部或是科学院出来召开会议，来支持和组织这方面的研究工作，这个学科很快变成了公众和公众政策制定者一个关注的学科，这也可以说是一个特点。

第二个国际网络是“International society of Mind Brain and Education”MBE国际学会。很有意思，MBE国际学会的第一次会议是2003年在梵蒂冈科学院召开的。当时的教皇（已去世的那位）都关心这个事，亲自参加了会议。由于我国与梵蒂冈没有外交关系，所以我虽然接到了邀请，但没有能出席会议。2003年正值梵蒂冈科学院成立400周年，在庆祝年会上只选了两个题目，一个是干细胞，另一个就是神经教育学。MBE学会第二次会议2004年10月在哈佛大学召开，我去参加了。这儿我要提到参加这次会议上两个人：一位是加德纳（Gardner），多元智能的提出者，从事教育工作的人会很熟悉他；另一位是达玛西奥（Dimasio），他是现在美国研究情绪神经科学最著名的学者，他与他夫人一起写了几本很有影响的书，其中一本是《笛卡儿的错误》，引起了学界的轰动。在哈佛大学召开的会议序幕就是由他们两位的对话开始的。MBE国际学会的第三次会议是今年在意大利西西里岛召开的，会议上瑞典的一位科学家提出了脑神经递质的指纹图，数据是用PET获得的，这个领域真的是非常美妙，变化太快了。会上，年青人坐成一排，较年老的坐在另一排，共同讨论，因为即使我们是发起者，我们清楚地认识到，这一领域应该属于年青人的，吸引年青人来从事研究，培养年青人最为重要。

关于这一领域，美国科学院最近几年持续地发表了一系列的书籍和文章，不少都可以从网站上免费下载。

三

1996年前后，李岚清同志曾经提出，希望我们国家能在这方面进行研究。我在教育部工作时，就和科技司的同志们一起开始组织这方面研究工作。2002年，我们在东南大学成立了学习科学研究中心，现在中心已进入985平台，学校给予了很大的支持。我的筹建任务已经完成了，今年九月，我已经把中心主任的工作交给长江学者陆祖宏教授。

我们这个中心选的研究重点有自己的特色，跟国际上大多数的同类研究所有一些不同，虽然是在同一方向上。我们中心的研究工作有两个特点：第一是我们重点在研究中国儿童的情绪。我们觉得很多人都在研究语言和认知，而对中国现阶段教育来说，最重要的是需要研究情绪。现在的教育很不重视儿童的情绪的发展和社会情绪能力的培养，这个问题很严重，马加爵就是一个极端的例子；第二个特点是，我们把研究工作与推动中国从幼儿园到小学的科学教育结合起来。我们在做研究的同时，也在推动从幼儿园到小学的科学教育，我们把这两方面的工作结合起来进行，这儿我没有时间详细讲后一方面的工作。进行这些研究并不是凭空建立的，很多是在利用了我们原来生物电子学学科的基础，而我们缺少的方面，就通过国际合作来解决，我们相信我们是可以做一些事情的。

我们为什么要选情绪作为研究重点呢？因为现在很多从事教育工作的人和公众不知道除了认知以外，我们脑里很重要的一些部分是管情感的。实际上，在脑里有三个记忆系统（图3），陈述性的长时记忆在海马处生成，而逐渐储存在新皮层区域；动作方面的记忆在基底节中的纹状体以及位于脑后部的小脑部位；杏仁体内存储的是情绪记忆，情绪影响所有的认知和决策过程。

图3 人脑记忆系统

2002年诺贝尔经济学奖获得者普林斯顿大学的丹尼尔·卡纳曼教授是位心理学家，他对经济学的贡献在于将心理学的前沿研究成果引入经济学决策的研究中。他主要研究的方向是人是如何决策的，如何在复杂情况下决策。许多人认为读了书有知识就能创新，其实只记住知识是没有用的，现在知识的内容更新这么快。人的决策系统有两类：靠直觉决策和靠逻辑推理来决策。在复杂情况下、在创新的时候，起作用的是激情驱动下的直觉思维。但是这种直觉思维跟儿童靠感知来进行直觉的判断是不同的，因为创新的直觉思维需要是建立在概念、概念的连接和推理模型上，“厚积”才能“薄发”，但是要研究怎么去累积和培养探究的能力，要从娃娃抓起。情绪研究非常非常重要，牵涉到认知、创新，也涉及突发暴力和许多精神疾病。中国目前的社会变革、文化背景、单子家庭、教育倾向等等都是社会情绪的培养变得更加迫切。

我们研究工作另一个重要方面是推动儿童的探究式科学教育。美国在这方面已经进行了三十多年了。我近几年花了很多时间去观摩加拿大、美国、法国等一些发达国家儿童的科学教育，感到这个工作是我们国家的基础工作，十分重要。

世界上有一个组织——国际科学院网络（IAP）。2003年，IAP在墨西哥开会，我也参加了。会议发表了宣言，号召所有的科学家要共同携起手来在各个国家进行科学教育改革。没有科学教育改革，没有下一代国民科学素质的提高，就没办法对付21世纪经济和社会的发展。科学快速提高，就没办法对付21世纪经济和社会的发展。科学快速发展，既有正面影响也有风险的一面，所以必须是要保护孩子的好奇心和批判性思维（也就是科学态度或科学精神）。全世界有20多个国家在携手进行探究式科学教育改革，中国科学院的副院长陈竺院士是IAP双主席之一，代表中国科学院在宣言上签了字，签字的国家有六十多个。

2001年在中国开了一次国际会议，与会者有许多著名的学者、科学家，包括诺贝尔奖获得者。会后国家领导人接见了会议代表，李岚清同志让我进行试点，第一批我们选了四个城市，北京、南京、上海和汕头，现在已经做到十几个城市了。

为什么我们要做科学教育改革，为什么可以把情绪研究和科学教育改革结合起来呢？我们推行IBSE（Inquiry based science education），这不仅是认知的，也关系学生社会情绪能力的培养。通过IBSE,我们希望：孩子能掌握概念和概念之间的联系，能建立好的推理模型，具有探究的能力和科学的生活态度，能更好的表达和书写；更重要的是，我们希望保护孩子们的好奇心和学习热情，保持学习的动力和主动性，培养他们合作、尊重事实和尊重别人的社会情绪能力。如果说我们的教育使得很多大学生和研究生对学习已经厌倦了，没有热情去搞科研了，那是绝对不会有创新成果的，这也是很可怕的。所以，如果小孩在上小学和中学的时候，就恨死学习了，那么他们进大学后是很难培养成创新人才的。只有在现在教育体制中的那些“压不垮”的极少数人，才有可能培养成创新人才。所以，必须保护孩子的好奇心，儿童是最好奇的，性格也是在那时形成的；必须让孩子知道要尊重事实，尊重他人，这对中国特别的重要；另外必须让孩子知道要合作，这对单个小孩的家庭特别重要。这就是我们为什么研究情绪和社会情绪的培养，并和推广探究式科学教育结合来进行的原因。

把情绪研究用在科学教育里面，就要求从事科学教育的教师除了必须知道科学概念以外，还必须知道孩子认知和情感的发展规律，并且必须根据发展规律来决定教育方法。

表1  脑的成熟过程

表1是我总结的脑发育成熟的过程。你看4-6岁和7-12岁是孩子发育非常关键的时期，两个阶段很不同，应该有不同的教育方法。人从生下来到20多岁青春期发育完成，实际上脑中有四个方面都在变化。前面提到的广告里讲的10%是误解。新生儿一开始出生时，脑中会生成的很多突触，而突触经过生长和连接（在基因和外界影响下进行优化连接），然后剪除到成人水平，这是一个优化的过程，而不是突触保留得越多越好。如果突触都保留了，可能我们也活不下去了，脑的新陈代谢过程会耗费很多能量。

除了突触变化以外，还有轴突的髓鞘化、脑区域的功能重组和神经递质的发育，这些发育有不同的阶段，而且是存在快速发展期的。如果我们能把这些告诉教师，或者帮助教师一道研究，一定会在教育中间发生很大的革命。教育会和150年前的医学一样，从经验的、“祖传的秘方”的基础上，发展成基于实证的教育科学。

社会情绪能力，即Emotional Competence，对人的一生十分重要。它包括动机（motivation），自我的情绪管理，对别人情绪的了解，同情心，处理人际关系和合作关系的能力等。所以很多问题实际上不是认知问题，而是情绪问题。当然认知也影响情绪，但个人本身的气质和性格会成为情绪和决策中很重要的因素，气质和性格是小时候形成的。

四

我很快讲讲我们中心的研究现况。

学科会聚不会从天上掉下来，20年以前，我们建立的分子和生物分子实验室，现在叫做吴健雄实验室。吴健雄是我们的校友。1985年我担任东南大学分管科研副校长时，到哥伦比亚大学去拜见她和袁家骝先生，吴先生和袁先生交待我，无论如何要建立和生物交叉的学科，后来我们就建立了生物医学工程系。

93年，我离开了分子和生物分子实验室，但我的同事们和学生们做得很好，现在这个实验室已经是国家重点实验室。二十年前，我们就开始研制生物芯片，现在我们把生物芯片用到了目前的研究领域，做有关情绪的基因检测，比如说MAO基因，我们的生物信息学也参与了研究工作。

长江学者顾忠泽教授，过去是生物医学工程系的学生，到东京大学做了多年的研究，很有成绩，现在回来了，在研究用生物传感器来测量神经递质。这也是我们过去建立的工作基础。

我们还建立了一个儿童认知和情感测量的实验室baby lab，可以测量许多心理信息和生理信息，这是我们的老本行。我们发挥了东南大学信息学科的优势，建立面部表情识别，情绪语言识别，虚拟脑库和中国儿童情绪库等，我们曾经专程到浙江大学潘院士的实验室来学习多媒体图像库的技术。

我们有一位很优秀的郑博士，现在他刚毕业，已经是副教授了，在领导面部情绪识别的工作，做得很好，去年发表了一系列的文章。

神经教育学不是孤立出现的学科，是研究脑、心智和行为领域中的一支，现在还出现了行为经济学（Behavioral Economics）、神经社会学（Neuro-Social Science），在脑、心智和行为研究方面还会出现一些新的交叉学科。

五

科学家很长的时间的主要任务是做研究，也参与高等教育活动。当科学研究和应用关系密切以后，成果转化也成为科学家的任务。到了现在的知识社会，已经不仅是知识经济了，就是说知识不只是影响经济，同时也影响社会。科学和社会之间的关系发生根本变化。我刚刚在苏州参加了ICSU的大会。会上提出了社会和科学之间发生了五方面本质的变化。科学家必须改变研究的方法和行为，要关心科学教育，要与决策者的对话。科学家要和公众对话，不跟公众对话，很多虚伪的科学就会出来，因为现在科学和社会的关系实在是太密切了。

所以，我认为，知识的转化也是一门学问。我们并不可能去发现那么多新的规律，特别作为发展中国家的科学家。我参与过很长期间的科技管理工作，我认为我们进行基础研究，发现新规律的机会是比较少的。我们大量要做的工作是在科学发现新规律以后，根据中国的情况把它应用起来。现在中国政府也提出来了创新是三个方面，并不是原始创新才叫创新。所以，科学家很重要的任务是要做知识转化的工作。

知识转化需要研究，需要培养人才，把不同领域的知识综合起来解决实际问题是很不容易的，要把跨学科的东西都看懂了，才能变成能用的知识，在知识的综合中创造知识新的价值，这可能不比转化一个具体产品容易。

我希望通过神经教育学这么一个例子，能够告诉大家一些新的学科交叉的特点。

六

对新的交叉学科的建设我有什么建议呢？我建议能够大量的培养年青科学家。关键是人，没有人再好的政策、再好的思路都是空的。就是要有人，有了人，就会有一切。有了人以后，我们要支持他们。

谁是最主要的障碍呢？我同意第一天Laughlin教授的讲话，最主要的障碍是科学界本身的权威。我现在也进入老年了，我经常告诫自己，别挡年青人的路。

中国这个问题是很严重的。我们建立第一个学科的时候，我遇到了很大的困难。这些困难都不是来自政治界的，而是来自学术界本身，来自学术界某些权威。有位权威就是不同意给我立题和资助，说“你怎么能研究这个，你怎么能进到我的领域来”当然也有好的权威，比如钱学森先生，唐敖庆先生当时就很支持我。现在20年过去了，我们20年的实践，说明我们进入这一领域是有资格的，而且是成功的。

这也是这一次为什么我跑出来，先担任三年学习科学中心主任的原因。我知道现在年青人在中国要开拓新领域还是很困难，虽然比20年以前要好多了。我有一定的学术地位和信誉，有较好的国际联系，所以我先把中心建起来，然后交给年青人。

我觉得在学术界，包括院士、学界权威、系主任等，要给年青人开路，要支持年青人创新。没有这个氛围和文化，中国就没有新学科，没有创新。

谢谢大家，很多错误的地方请你们批判！

如果你们愿意了解更多的东西，我们有一个网站http://www.handsbrain.com。我也很大胆，给学生“逼上去”开了一个个人的博客专栏，我有很多观点写在上面，你们也可以看，并欢迎批评指正。