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教育心理学·皮连生-第4部分
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1．学习改变大脑的生理结构；
2．这些结构变化又改变大脑的功能组织；
3．大脑的不同部位可能对不同时期的学习具有不同的准备。
本节先解释大脑结构和功能的一些基本概念，然后从三个方面介绍学习引起脑功能和组织发生改变的相关研究。
神经元的构造和功能
人脑由120亿个特殊细胞构成。神经细胞与人体其他组织或器官的细胞不同，它们具有特殊的结构，而且具有特殊的敏感性。神经细胞是构成神经的基本单位，故又称为神经元（neuron）。
神经元主要包括细胞体、树突（dendrite）和轴突（axon）三部分（见图21）。树突是从细胞体内发出的分支，多而短，呈树枝状。轴突是从细胞体发出的一根较长的分支。从细胞体发出的这两种分支通常又被称为神经纤维。
两个相邻神经元之间事实上并未直接相连，其间有小的空隙，由一种被称为突触（synapse）的特殊联系结构相联结。来自树突和细胞体的神经冲动沿轴突只能传递至其终纽。而终纽与另一神经元之间的冲动传递依靠突触部分所发生的极为复杂的生理化学作用。终纽内的细胞质中含有极复杂的化学递质。当神经冲动传至终纽时，细胞中化学递质产生变化，导致终纽外膜移动，最后使其小泡破裂，而将神经传导的化学递质注入突触间隙，引起一种放电作用，从而激起另一神经元的兴奋，立即连续传导神经冲动（见图22）。
经验与环境对脑发育的作用
研究表明，学习使神经细胞的活动更有效和更有力。例如，有人曾以两组动物做实验，一组在复杂环境中喂养，另一组在笼子内喂养。其结果是，前者每一个神经细胞中有更多毛细血管，因而能给大脑提供更多血液；后者不论是单独喂养还是成对喂养，它们每个神经细胞中的毛细血管都较少，这就意味着它们将得到较少的氧和其他营养物。星形细胞（astrocyte）是为神经元提供营养并排除废物的细胞。用它们作指标，复杂环境中生长的动物比笼子内喂养的动物有更多的星形细胞。
经验怎样影响正常的脑和认知结构的发展？为了回答这个问题，有人用白鼠做了如下实验。一组白鼠生活在复杂环境中，它们有探索和游戏的机会，因为它们生活环境中的物体每天变换，而且被重新安排；对照组从断奶到成熟一直被置于典型的实验笼中。两组动物分别在非常丰富的环境和被剥夺的环境中生活。当它们面对学习任务时，前者一开始犯的错误就少，而且以后的学习速度也快。研究表明，学习改变了白鼠的大脑，生活在复杂环境中的白鼠比生活在笼中的白鼠的每个视觉皮层神经细胞多20％—25％的突触。这表明，通过学习，大脑神经之间的联结线路增多了。
进一步研究表明，学习能使突触数量增加，但单纯的练习并不能使突触数量增加。实验白鼠被分成四组：A组被称为“杂技演员”，通过一个月左右的练习，它们要学会穿越设有障碍物的路程；B组被称为“强制操练者”，每天被置于踏车之上一次，每跑30分钟后休息10分钟，再跑30分钟；C组被称为“自愿操练者”，它们的笼中带有活动轮盘，它们可以自由使用该轮盘进行活动；D组被称为“笼中土豆”的控制组，无操作活动。结果表明，“强制操练者”和“自愿操练者”同另外两组相比，血管密度提高。A组由于是学习复杂的动作技能，活动量并不大，血管密度未增加，而突触数量增加显著。这似乎表明，不同种类的经验以不同方式制约大脑。突触形成和血管形成是脑适应的两种重要形式，但它们是由受不同生理机制和不同行为事件驱动的。
研究还发现，动物学习特殊任务导致与任务相应的皮层的特殊区域发生变化。例如，教白鼠走迷宫，在它们的大脑皮层的视觉区发生结构变化。当它们在学习时一只眼睁开，而另一只眼被遮挡，结果只有与睁开的眼相联系的皮层区发生变化。当它们学习一套复杂的动作技能时，结构的变化出现在大脑皮层的运动区和小脑。这表明，学习使脑产生了新的组织模式。这种现象被神经细胞活动的生理学记录证实。用猫、猴子和鸟做的实验也发现了上述变化。据推测，在人类也将发生上述变化。
语言与脑发育
如果在儿童发育的适当时期提供适当刺激，脑皮层就能得到最佳发育。人类知觉音素的能力是一个典型例子。音素（phoneme）是最小的有意义语音单位。研究和日常经验表明，与成人相比，婴儿区分音素的能力更强。但是到成年期，由于得不到适当经验的支持，这些能力就丧失了。例如，土生土长的日本人不能区分“L”与“R”这两音素，而本族语为英语的人很容易区分这两个音素；中国某些省份的人不能区分“L、 N”、“en、 on”等音，对其他省份的人而言，这些音是很容易区分的。根据神经生理学的解释，在婴幼儿期，因得到语音刺激，大脑皮层相应区域的神经细胞之间突触数量增加了；后来，由于得不到适当的语音刺激，神经元之间有些突触逐渐消失，其功能也随之消失。
新近的研究进一步表明，人脑对不同的语言学习任务似乎有专门分工，听、说、阅读和用语言思维与大脑的不同区域有关。这就暗示，在语文教学中需要对儿童的听、说、读、写分别进行训练。
通过语言教学和训练，脑机能的组织也可以改变。例如，聋哑人学习手势语，他们与别人交流时，视觉系统替代了听觉系统，而手势语的知觉依赖形状、相对空间位置以及手移动的视知觉。当聋哑人用手势语交流时，不同脑神经系统加工过程代替了在正常情况下使用语言的神经系统的加工过程。在所有聋哑人的大脑内，在正常情况下，原本是加工听觉信息的某些皮层区却变得适合加工视觉信息。而且，使用与不使用手势语的聋哑人的脑有明显差异。这就是说，特殊形式的教学可以矫正大脑，使之能运用不同的感觉输入信息，从而实现适应功能。
脑功能受损或切除的病人，通过教学和长期练习，他们的言语功能可以部分或全部恢复。这些例子也表明，教学和系统训练可以对脑的功能起重组作用。
记忆与大脑加工
记忆可分为两种基本类型：陈述性记忆（declarative memory）和程序性记忆（procedural memory）。前者是有关事实或事件的记忆，主要发生在包括海马的大脑系统；后者是有关技能或其他认知运作（operations）的记忆，它们不能用陈述性的句子表达，主要发生在涉及新条纹区的大脑系统。
大脑不是被动记忆，而是主动加工信息。例如，随机呈现一列事件，被试在回忆时将事件重新排列并赋予某种意义。有人向被试呈现如下词：sour（酸味）—candy（糖果）—sugar（糖）—bitter（苦味）—good（好）—taste（味道）—tooth（牙齿）—knife（小刀）—honey（蜂蜜）—photo（照片）—chocolate（巧克力）—heart（心脏）—cake（糕）—tart（酸）—pie（饼）。在再认测试时，被试只要回答某词是否在这个系列中。结果，被试以很高的频率和可靠性回答“sweet”（甜）在这个系列中。被试记住了他们没有见过的东西。这也表明，脑的主动加工作用，通过推论把事情联系起来。
研究表明，当问儿童某类错误的事件是否出现时，他们将回答说，未曾见过；但是如果围绕这类事件重复长时间讨论，儿童就开始把这类事件当作真的出现过。这样的讨论延续12周后，儿童将这些虚构的事件作出完全精心的描述，其中涉及父母、兄弟和一整套支持性证据。用重复出现的词表对成人实验表明，回忆未看见过的词如同直接见到过的词或事件一样，激活了大脑的相同区域。核磁共振成像也表明，在进行有关真实和错误事件的回答时相同的大脑皮层区被激活。这可以解释为什么错误的记忆使人不得不相信去报告这些事件。
总之，神经科学的研究已经证实，在通过改变脑结构而建立心理结构的过程中，经验起重要作用。也就是说，发展不只是程序化模式的自然展开。支配学习的一个最简单的原理是：练习促进学习；在大脑内，复杂环境中经验的数量与脑结构变化数量之间也存在类似的关系。越来越多的证据表明，当有学习发生时，发展中的和成熟的脑在结构上是变化的。人们相信，这些结构变化将脑中的学习结果加以编码。研究发现，由于与起刺激作用的物质环境直接接触以及在群体中相互作用，白鼠大脑皮层的重量和厚度都发生了变化。后继的研究也揭示，神经细胞结构和支配其机能的组织也发生了变化。神经细胞获得更多突触，从而更易于交换信息。神经细胞的结构也发生相应变化，至少在某些条件下，星形细胞和毛细血管发生改变。这些发现表明，大脑是一个动态的器官，在很大程度上被经验塑造，也就是被它所做和正在做的事情塑造。
学习的分类
研究学习分类的目的意义
学习分类研究的思想起源于第二次世界大战期间。当时许多心理学家被征调入伍，从事军事人员训练。他们利用那时建立起来的行为主义学习理论来指导军事人员训练，结果许多训练计划的效果都不理想。从此，许多心理学家开始认识到，人类的学习是极其复杂的，在一定条件下心理学家研究的学习，只是十分复杂的学习现象的某个侧面或某个局部，决不能以偏概全，用这些局限的理论来解释一切学习现象。这种认识对教学论研究的启示是：如果人们想利用学习论原理来改进教学，则首先必须注意研究学习的类型，因此产生了一种被称为任务分析教学论的教学论思想。任务分析教学论的基本观点是：人类的学习有不同类型，不同类型的学习结果、学习过程和有效学习的条件也不同，必须根据不同类型的学习规律来进行教学过程和教学方法的设计以及教学结果的评价。
当学习分类与任务分析教学论思想在西方教学论中广泛流行时，非分析的观点在我国教学理论和实践中仍占主导地位。我国报刊上发表的有关教学论的文章往往只是泛泛而谈，强调学生是主体、教师是主导、学生自主学习、探究式学习、研究型学习和启发式教学，等等。在总结优秀教师或特级教师的教学经验时，也用这些口号去套。在教师职前和在职的教学培训中，这种一般化的大道理反复讲，而学习分类的分析性研究几乎没有。
我们可以拿医生和教师的工作做类比。医生的职责是给人治病。疾病有许多类型，如分内科和外科疾病，在内科和外科中又分许多亚科。不同的疾病要用不同的药物和手段来治疗，才能达到治疗目的。教师的职责是帮助人学习。学习也可分为许多类型，如可分认知学习、品德学习、动作技能学习，认知学习又可以分为机械记忆学习和理解学习。在我们的教学中把品德学习当作知识来教，将需要理解的学习用死记硬背的方式来教，这样的例子并不少见。这些现象犯了混淆学习类型的错误，难免误人子弟。
几种重要的学习分类
我国流行的分类
我国教育心理学家冯忠良依据教育系统中传递的经验内容不同，将学生的学习分为三类：
1．知识学习。包括知识的领会、巩固和应用三个环节，要解决的是知与不知、知之深浅的问题。
2．技能学习。其中又分心智技能和操作技能两种，要解决的是会不会的问题。
3．社会规范的学习。又称行为规范的学习或接受，是把外在于主体的行为要求转化为主体内在的行为需要的内化过程。其学习既包括社会规范的认识问题，又包括规范执行及情感体验的问题，因此比知识技能的学习更为复杂。（冯忠良等著：《教育心理学》，人民教育出版社2000年版，第194页。）
这一学习分类符合我国教育理论的习惯分法，如由潘菽主编的新中国成立以来出版的第一本《教育心理学》（1980）把学习分为知识学习、动作技能学习、智慧技能学习和社会行为规范学习。冯忠良的学习分类与潘菽的学习分类无实质上的差异，这个学习分类系统为我国教育行政人员和广大教师所熟悉。
加涅的学习结果分类
20世纪60年代，美国著名学习与教学心理学家R。M。加涅（R．M．Gagné， 1916—）明确认识到，人类学习现象极其复杂，不可能用一种理论解释全部学习现象，必须对学习做分类研究。1965年他出版《学习条件》一书，该书于1970年、1977年和1985年三次修订再版，最后一版的书名为《学习的条件和教学论》（R．M．加涅著：《学习的条件和教学论》，皮连生等译，华东师范大学出版社1999年版，第3章。）。该书将人类学习的结果分为五种类型：
言语信息
指能用言语（或语言）表达的知识。其中又分三个小类：（1）符号记忆，包括人名、地名、外语单词、数学符号等的记忆，如知道上海又名“沪”，苹果在英文中叫“apple”等。（2）事实的知识，如知道“中国的首都是北京”、“北京将在2008年举办第29届奥运会”等。（3）有组织的整体知识，如影响稻谷生长的原因知识（见图23）。
智慧技能
主要指运用概念和规则办事的能力。其中又分五个小类：
（1）辨别。区分事物差异的能力，如区分两张不同的面孔，区分两个不同字母如b与d的音和形。
（2）具体概念。识别同类事物的能力，如从大量餐具中识别“碗”和“杯子”，从大量动物中识别“马”。具体概念一般不能下定义，其本质特征是人们在日常生活中逐渐发现并归纳出来的。
（3）定义性概念。指运用概念定义对事物分类的能力，如圆周率（其符号为π ），这类概念不能直接通过观察习得，必须通过下定义即π=cd即圆周率（π）是圆的周长与其直径之比，而且不论圆的大小，这个比值是固定不变的。学生如果按该定义办事，则他习得了定义性概念。
（4）规则。当原理或定律指导人的行为，按原理或定律办事时，原理或定律变成了规则。如圆的面积（s）等于圆的半径（r）的平方乘以π，即s=πr2当学生运用这个定律（公式）做事时，则该定律变成了指导人行为的规则。
（5）高级规则。由若干简单规则组合而成的新规则。如（a＋b）（a－b）=a2－b2由如下简单规则组合而成：
符号相同的两个变量相乘，积为正，如a×b=ab；
符号不同的两个变量相乘，积为负，如a×（－b）=ab；
单项式乘多项式即用多项式中的每一项乘以单项式，如 （3a）（3a＋5b＋6c）=9a2＋15ab＋18ac；
同类项应合并。
认知策略
指运用有关人们如何学习、记忆、思维的规则支配人的学习、记忆或认知行为，并提高其学习、记忆或认知效率的能力。例如，阅读心理学家提出阅读中可采用SQ3R方法。这里S指浏览全文，略知文章大意；Q指提出疑难问题；3R中第一个R指带着问题阅读课文，第二个R指对重要文段进行诵读，最后一个R指回顾或复读课文。如果学生用这套方法（或规则）进行阅读，改进了自己的阅读方法，并提高了阅读效果，就可以认为，学生掌握了这种阅读策略并提高了阅读学习能力。
动作技能
指通过练习获得的、按一定规则协调自身肌肉运动的能力。例如，背越式跳高能力就是以动作技能为主的运动能力。动作技能中含有两个成分：一是运动规则，如背越式跳高这项技能中有如何助跑、单脚蹬地、腾空、身体过竿等复杂规则； 二是肌肉协调，如背越式跳高中手、脚、身躯甚至呼吸之间有复杂的肌肉协调。动作技能学习的实质是通过练习，使操作规则支配学习者的肌肉协调，最后达到自动化。
态度
指习得的对人、对事、对物、对己的反应倾向。例如，若父母给幼儿讲大灰狼假装兔妈妈，闯进小白兔家里，想吃小白兔的故事。故事中的大灰狼狡猾、凶残。故事多次重复以后，幼儿一听到大灰狼这一名称就感到憎恶，说要打死大灰狼。一提到小白兔，幼儿就表现出愉快，想接近它的神态。这两种反应倾向表明，幼儿习得了对不同动物的两种不同态度。
上述五种学习结果中，前四种属于能力范畴。人的能力有天生成分和后天习得的成分。后天习得的能力是由习得的言语信息、智慧技能、认知策略和动作技能构成的。这四种成分中前三种属于认知领域，第四种即动作技能，属于心因动作领域。第五种即态度，属于情感领域。
表21 加涅学习结果分类及其行为样例
学习结果
行 为 样 例
智慧技能：
辨别
具体概念
定义性概念
规则
高级规则
认知策略
言语信息
动作技能
态度
演示符号应用，详见如下：
区分印刷体字母m和n
识别空间关系“下面”；识别某一物体的“边”
使用定义给“家庭”分类
演示句子主语与动词的一致性
生成一条规则预测在给定光源距离和透镜曲率条件下
成像的大小
使用有效的方法回忆名称；为储存汽油问题提出一个解决办法
陈述美国宪法第一次修正案的有关条款
打印字母R；作“s”字形溜冰
作出听古典音乐的行为选择
奥苏伯尔的意义与机械学习分类
美国著名认知教育心理学家奥苏伯尔的学习分类是在上世纪60年代提出的，后来他在《教育心理学——认知观点》（奥苏伯尔等著：《教育心理学——认知观点》，佘星南、宋钧译，人民教育出版社1994年版，第24～31页。）一书中进一步系统阐述了这一学习分类。这一学习分类是针对认知领域的。根据学习者是否理解要学习的材料，学习被分为有意义学习与机械学习。如艾宾浩斯的无意义音节的记忆学习，就纯粹是机械学习，因为这里的学习材料本身没有意义。但有意义材料如唐诗，让两岁幼儿背诵，但无法理解，这是有意义材料的机械学习。
根据学习材料的意义是由学习者发现的还是他人告知的（即学习方式的不同），学习可以被划分为发现学习和接受学习。发现学习是指由学习者自己从学习材料中发现其意义的学习方式。例如，二岁半到三岁的幼儿可以掌握“你、我、他”这三个人称代词的含义。这三个词的含义不能通过告诉的形式习得。如告诉幼儿“‘我’表示你自己，‘你’表示谈话的对方，‘他’表示第三方”，幼儿是不能理解这些话的含义的。但在与成人交往中，幼儿逐步能正确运用“你、我、他”这三个代词，表明他在言语实践中发现了这三个代词的含义。接受学习可以通过告知的方式进行。例如，妈妈手上拿一个苹果，对幼儿说：“苹果又叫apple。”重复若干次以后，问幼儿：“苹果又叫什么？”幼儿说：“apple。”这表明幼儿习得了苹果的英文名称。当然，这是简单的接受学习。在加涅的学习分类中，这是言语信息中的符号记忆。有些概念和规则也可以通过告知的方式学习。例如，当儿童已掌握比率和圆概念，知道什么是圆周长和直径之后，告诉他“任何圆的周长和直径之比是固定不变的，约为3。1416……这个比值被称为圆周率”这一命题表述了圆周率的定义。如果再通过举例说明这一命题，儿童能理解这一定义，儿童就习得了圆周率概念。这样的学习也是接受学习，但必须具有严格的条件限制才可进行。
奥苏伯尔将有意义学习由简到繁分为如下五类：
（1）符号表征学习。学习单个符号或一组符号所表示的意义，如“上海”表示一个城市，“车祸”表示一类事件，“小白兔”表示一类动物。符号表征学习包括学习符号和符号所指称的人、事物或性质。符号最初表示个别事物，如“狗”只表示儿童最初所见到的某条狗。当符号如“狗”表示一类事物如犬类，而不论其大小、毛色、习性时，“狗”这个符号所表示的是狗的概念。
（2）概念学习。概念是一类事物共同的本质特征。如“三角形”这个概念是所有三角形（不论大小、形状）的本质特征：在同一平面上，有三条边且两两相连接。概念学习意味着掌握一类事物共同的本质特征。例如，掌握三角形这个概念，就意味着能理解三角形是“平面上由三条边两两相连构成的封闭图形”，也意味着学习者能从大量图形（包括三角形和非三角形）中识别三角形。
（3）命题学习。命题这个术语来自逻辑学，指表达判断的语言形式，由句子把主词和宾词联系而成。例如，“北京是中国的首都”在逻辑学中就是一个命题。在心理学中，命题是语词组合表示的最小意义单位，由两个成分构成：一个成分是两个以上的论题，第二个成分是它们的关系。如“我爱冬天的梅花”这个句子包括两个命题，第一个命题是“我爱梅花”，第二个命题是“梅花是冬天的”。“我”和“梅花”是论题，“爱”和“是”是关系。
命题有两类：一类是概括性命题，如“圆的直径是它的半径的两倍”，指一切圆的所有直径都是它的半径的两倍；一类是非概括性命题，如“�
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