新的学习理论认为学习是人类的基本功能和习性，人生来就是一个灵活的学习者、主动获取知识和技能的行动者。事实上，人所学到的很多东西并不来自正规的教学。由于正规教育一般是在组织良好的知识结构中学习的，对学习情境的复杂性缺乏考虑，故所学的知识难以迁移到社会生活情境中。教师只有对人类日常的各种学习进行分析研究，了解学生的学习方式方法，才能真正了解学习。也只有这样，才能使教学方法适应学生的学习，而不是让学生去适应教学、适应课程。那么，人究竟是如何学习的呢？跨学科的研究和新的科研合作使新的学习理论对这个问题的解答远比三十年前丰富得多。神经科学的日益发展为从实验室研究中获得的学习原理提供证据，提示学习的生理机制，从而证明了在修正大脑结构建立心理结构的过程中经验所起的关键作用。学习改变大脑的生理结构，而结构的变化改变了大脑的组织功能。

一、学习的生理基础：大脑

作为学习的基础的大脑，其活动机制是怎样的呢？神经科学家们发现，神经细胞或神经元是通过其他神经细胞或感觉器官接收信息，然后把信息投射到其他细胞中去的细胞，而其他神经元再把信息投射到与环境相接触的身体的其他部位，如肌肉等。神经细胞没有细胞体——某种新陈代谢的中心和称为树突场的大量树状结构，这是神经元的输入方。信息通过称为轴突的投射进入细胞。大多数从树突场进入细胞的刺激信息常常要经过称为末梢的微小树突投射。信息从一个神经元向另一个神经元传递的接合点称为突触，突触具有刺激和抑制的属性。神经元整合源自突触的所有信息，然后决定输出。

在人的发展过程中，大脑的“接线图”在突触形成过程中生成。当出生时，人的大脑拥有万亿个突触中的很小一部分。出生后，大脑的突触逐渐增至成年人的三分之一，剩下的突触在出生后的日子里形成，这一进程部分地受经验的指引。突触运用两种基本方式添连大脑的各个部分。第一种方式是突触产出过剩，然后选择性地消失。突触产出过剩和消失是大脑用以吸收经验信息的基本机制，通常出现于发展的早期。在视觉皮质——大脑控制视觉的大脑皮质层区，6个月大的婴儿要比成年人拥有更多的突触。这是因为在生命的最初几个月形成越来越多的突触，接着它们便消失，有时甚至大批地消失。这种现象所需要的运行时间因大脑的部位不同而异，人的视觉皮质的形成需要2至3年，而前皮质的某些部位则要用8至10年。

为什么会出现突触的现象呢？有神经科学家用雕塑艺术来类比突触的形成。在雕塑一件大理石或其他什么原材料的艺术品时，艺术家们通过凿去石头的无用部分，最终创造出一个雕塑。对动物的研究显示，出现在突触产出过剩和消失阶段的“修剪”类似于雕塑行为。神经系统建立起大量的直接，然后由经验作用于这个连接网络，选择合适的连接，去除不恰当的连接，剩下的是经过精雕细刻而成的最终“艺术品”，由此便构成了感觉，也许还有后期认知发展的基础。

突触形成的第二种方式是添加新的突触——也像艺术家加上某些东西最终创造出一个雕塑类的艺术品一样。不同于突触的过剩和消失，突触添加过程涵盖人的一生，而且在人的中晚年生命历程中更为重要。这一过程不仅对经验敏感，而且事实上它是由经验驱动的。突触的添加是一部分或大部分记忆的基础。

对动物和人的视觉皮质的研究表明，经验在串联大脑方面起着非常重要的作用。在成年人身上，通过两只眼睛进入大脑的输入分别止于视觉皮质的相邻区域，随后，两个输入汇聚到下一组神经元上。这种神经模式并非与生俱来，通过正常的视觉过程，大脑可以进行分类。在以视觉反常（如白内障或导致斜视的肌肉不规则性）的人为研究对象的过程中，神经科学家发现了这种现象。如果在人发展的早期剥夺一只眼睛的正常视觉经验（由于不正常的情况），那么它便会失去把视觉信息传送到中枢神经系统的能力。当一只眼睛在幼年时不能观看的这种情形到了后期才去矫正，矫正本身不起作用，受影响的眼睛仍然还是不能看。研究人员用类似的实验方法观察猴子的大脑，发现正常的那只眼睛捕获到高于平均数的神经元，有障碍的眼睛相应地失去了那些连接。

如果一只眼睛在发展早期没有正常的视觉经历，便会出现这种现象。眼睛的敏感时期正好是视觉皮质中的突触产出过剩和消失的时段。在初始混合式重叠输入中，正常的那只眼睛的神经连接幸存下来，而不正常的那只眼睛的连接会消亡。当两只眼睛能够正常观看事物时，每只眼睛都失去一些重叠的连接，但两眼都保持正常数目的连接。如出生时丧失了一只眼睛的视觉功能，另一只眼睛便会全面替代。丧失功能的时间出现得越晚，影响就越小。在大约6个月时，即使把一只眼睛蒙上数周，也不会产生任何后果。因为关键期已过，连接已经能够自我梳理，重叠连接被排除。

这种反常现象极大地帮助了科学家对正常视觉发展的认识和理解。在正常发展过程中，每只眼睛的路径被雕凿（或修剪）为正确的连接数目，而另一些连接是用其他方法雕凿的，如让一只眼睛看模式。通过产出过剩的突触，然后选择正确的连接，大脑便会形成一个有组织的功能性选择连线图。大脑的发展过程实际上是通过从外部进入视觉的信息组织起来的，这比单独应用内部分子机制更加精确。这种外部信息对后期发展起着举足轻重的作用。一个人与外界接触越多，对组合到大脑的结构中的外界信息需求就越大。[1]

进一步研究发现，在大脑的不同部位，突触产出过剩和选择过程有异（Huttenlocher and Dabholker，1997）。在原视觉皮质中，突触密度的峰值出现得相对快。在中前皮质中，一个与高级认知功能相连的区域，其过程长了许多：突触产出从胎儿时期就开始了，而突触的密度一直增至5或6岁才结束。这个选择过程——在概念上与模式的主要组织相一致——持续到第10、11年后，大致为青春早期时结束。这种在皮质区中同步性的缺失，也发生在个体皮质神经元上，在那里不同的输入有不同的成熟速度。

经历了突触产出过剩和选择过程之后，大脑会出现一系列的新变化。这些变化包括现有突触的修正和大脑中增添全新突触。研究的证据（下面即将叙述）表明，与神经系统过剩和消失的过程不同的是，突触的增添和修改是终身的过程，由经验驱动。虽然说这个过程并非大脑储存信息的唯一方式，但是这个发现为我们了解人是如何学习的提供了一个非常新颖和重要的方法。

二、学习经验与环境对大脑发展的影响

科学家们通过实验证明了在学习的过程中，大脑所发生的变化似乎使神经细胞变得更为有效和有力。1987年，科学家通过在复杂环境中饲养的动物与单一环境饲养的动物作对比的实验，得出了结论：前者每一个细胞中的毛细血管（毛细血管是给大脑供应氧和其他养分的微小血管）比后者的多，由此证明复杂环境的学习经验能为大脑提供更多的血液。换句话说，生活在复杂环境的动物，其经验增加使大脑功能的总体质量增加了。把胶质细胞（这是一种通过提供营养和清除垃圾来支撑神经元功能的细胞）作为检索数量的物质，可以发现在复杂环境中饲养的动物的每一个神经元的胶质数量都多于圈养动物。这些实验研究因此描述出大脑依赖经验增强能力的协调模式。

还有一些对动物的研究显示，学习使大脑发生了变化。例如，在大笼子里圈养的断奶后的小老鼠，其大脑皮质的重量和厚度有明显的改变，因为这些笼子里放进了供它们玩耍和探究的不断变换的物体和其他一些诱发玩耍和探究行为的老鼠（Rosenzweig and Bennett，1978）。在完成各种不同的问题解决任务时，这些老鼠比在标准实验笼子里饲养的那些老鼠表现得更为出色。非常有趣的结果是：在社会群体中相互接触以及与出生后环境中的物质保持直接接触对大脑的发展非常重要，因为实验证明了虽然处于丰富环境，但如果没有同伴就会对独处的动物没有多少好处，就像在丰富环境中，仍被关在小笼子里不能接触环境中的物质的动物情况一样（Ferchmin et.al.，1978；Resenzweig and Bennett，1972）。因此，大脑皮质总体结构因接触学习机会和在社会情境中学习而变化。为了使读者进一步了解有关动物实验的详情，下面介绍一份资料：

使老鼠变得更聪明[2]

老鼠是如何学习的？老鼠可教吗？回答是肯定的。在一些著名的实验研究中，研究人员把老鼠放到一个杂居环境中，该环境充满物体，能为老鼠探究和玩耍提供充足的机会（Greenough，1976），每天都在变换和重新摆设，即使在更换摆设的时间里，动物也被放在另一个摆有各种物体的环境中。因此，这些老鼠就像纽约下水道或堪萨斯田野里真实世界的老鼠一样，具备了相当丰富的经验，能通过这些经验提取信息。一个对照组的老鼠被放在一个典型的实验室环境中，在空荡荡的笼子里独自生活或与一两只老鼠一起生活。对于老鼠来说，这个环境显然是单调而又缺乏真实情况的。这两种场景有助于确定经验是如何影响正常大脑和正常认知结构的发展的，同时也能够观察到当剥夺动物的关键体验时会发生什么情况。

当生活在复杂环境或贫瘠环境中的老鼠成长到青春期后，让两组老鼠接触学习经验。在复杂环境中长大的老鼠一开始就比其他老鼠少犯错误，它们也能很快学会不犯任何错误。在这一意义上，它们比在剥夺环境中的老鼠更聪明。如果给予正面的奖励，它们比单独关在笼子中圈养的动物在应付复杂任务时表现得更加突出。显然，学习改变了老鼠的大脑：在复杂环境中生活的动物，它们的视觉皮质中每个神经细胞的突触拥有量比在标准笼子里圈养的动物高出20％到25％（Turner and Greenough，1985；Beaulieu and Colonnier，1987）。显然，当动物学习时，它们给大脑添加了新的连接——一种不局限于早期发展的现象。

纯神经活动能否改变大脑或是否需要学习的参与？大脑的变化是由实际学习或各种不同神经活动的总体变化引起的吗？在复杂环境中，动物不只是仅凭经验学习的，它们还奔跑、玩耍和练习，也激活了大脑。问题是仅靠激活而没有主体实际学习参与是否能使大脑产生变化，如同通过练习激活肌肉能使它们成长一样。为了解决这个问题，研究人员比较了两组动物，一组学习富有挑战性的技能，但无需费脑；另一组需要动用高水平的智力，但无需学习运动技能（Black et al.， 1990）。总共分四个小组。第一组老鼠学习跨越可增高的障碍物，经过大约一个月时间的训练之后，这些小“杂技演员”已经能够十分出色地完成任务了。第二组为“强制性练习者”，每天练习踩脚踏车，先踩30分钟，然后休息10分钟，再踩30分钟。第三组为“自愿练习者”，自由接触挂在笼子上的常用活动轮子。控制组为“笼中马铃薯”老鼠，它们没有进行任何练习。结果老鼠的血管容量和每个神经元的突触数目会发生什么变化呢？实验的结果显示：与“笼中马铃薯”老鼠或“杂技演员”相比，“强制性练习者”和“自愿练习者”具有较高的血管密度，前者的学习技能并不涉及明显的活动量。但是，当测量每个神经细胞突触的数量时，“杂技演员”是最出色的一组。这说明了学习能增加突触，练习则不能。结论是：不同种类的经验以不同的方式制约着大脑的发展。突触和血管的形成是大脑适应性的两种重要形式，但它们是由不同的生理机制和不同的行为事件驱动的。

另一种学习使大脑发生变化的研究证明了具体学习任务能使适合该任务的大脑某些区域产生局部变化。例如，当训练年轻的成年动物走迷宫时，大脑皮质的视觉区域发生了变化（Greenough et.al.，1979）。当用一个不透明的镜片盖住一只眼睛让它们学走迷宫时，只有与那只无遮盖的眼睛相连接的大脑区域发生变化（Chang and Greenough，1982）。学习一组复杂的运动技能时，其结构变化发生在大脑皮质的运动神经区和小脑，一个与运动神经活动相协调的后脑结构（Black et.al.，1990；Kleim et.al.，1996）。这些脑结构的变化是大脑功能组织变化的基础。也就是，学习赋予大脑新的组织模式，这一现象已为神经细胞活动的生物电学记录所证实（Beaulieu and Cynader，1990）。研究大脑发展，为我们提供了细胞层面的学习过程模式，几乎可以肯定，在动物身上观察到的大脑变化，也会发生在人的身上。(www.daowen.com)

三、语言、记忆与大脑加工

大脑的发展常常发生在特定的时间里，利用特定的经验，这些来自环境的知识和经验有助于大脑的组织。人类的语言发展就是一个自然发展过程的例子，这个过程受制于一定的条件，也有时间的规律。与视觉系统发展一样，与之并行发展的是人类的语言发展，即感知音素的能力，音素是语言的“原子”。音素被界定为最小的有效的语言单位。人之所以能够区别“b”和“p”音，主要是因为人们通过感知与嘴唇开合时间相关的音首时间，能区分出“b”和“p”的不同和界限，帮助人们鉴别“b”和“p”的发音和意义。与成年人相比，幼儿能够区分出更多的音素界限，但是，当某些界限缺乏口语经验的支撑时，他们便失去了这种区分力（Kuhl， 1993）。例如，日语本族语者基本上不能区分“r”音和“l”音，对操英语的人来说，这些音是泾渭分明的。这种区分能力在童年初期消失，因为在他们所听到的语言中没有这种区别。目前，突触产出过剩和消失是否服从于这一过程还不清楚，但这种解释似乎有一定的道理。

大脑皮质区突触的消失过程相当缓慢，因为这一区域涉及语言及其他高级认知功能（Huttelocher and Dabho Kar，1997）。不同的大脑系统似乎按不同的时间架构发展，由经验和内驱力所驱动。这一过程表明儿童更容易在不同时期学习不同的知识。但是，如上所述，在突触产出过剩和消失完结之后的很长一段时间里，学习会继续影响大脑的结构。新突触加入（但没有学习这是不会出现的），大脑的接线图不断重组，这一过程涵盖人的一生。也许还有涉及学习编码的其他变化，但大多数科学家认同突触增加和修改是不容置疑的。

近两年来，由于神经科学家和认知科学家的共同努力，借助正电子放射X线断层照相和功能性前共振成像技术，人们对记忆加工的研究也取得了喜人的进展（Schacter，1997）。这些有助于科学家对学习本质的了解的突破性研究主要来自证明记忆不是独立建构的研究，以及兼容学习特征与后期回忆效度的研究。

记忆不是独立的实体，也不是发生在大脑某个独立区域的一种现象。记忆的基本加工形式有两类：陈述性记忆，即对事实和事件的记忆，主要发生在涉及海马的大脑区域；程序性或非陈述记忆，即对技能和其他认知操作的记忆，或不能用陈述性语句表征的记忆，主要发生在涉及新线路的大脑区域（Sguire，1997）。

不同的学习特征影响到记忆的持续性或脆弱性。例如，比较被试对指代同一物体的词和图片的记忆表明，图片的效果优于前者。如果在学习中同时使用词和图片，图片的这种优势仍然存在（Roediger，1997）。这一发现对改进某些信息的长期学习产生直接影响。

研究还表明，大脑不仅仅是事件的被动记录仪，还主动参与信息储存和回忆。当一系列事件以随机序列呈现时，人们设法按有意义的序列重新调整，再进行回忆（Lichtenin and Brewer，1980）。大脑的主动性得到了事实的进一步论证，即人的心理能够“回忆”实际没有发生的事。在一个实验中（Roediger，1997），让被试看一连串单词：酸—糖果—苦—好—味道—牙齿—小刀—蜂蜜—照片—巧克力—心—蛋糕—小烘饼—馅饼。在随后的辨认时间里，要求被试对某个特定的字是否在单词列表中出现过作出肯定或否定的回答。被试回答频度和信度最高的是“甜”字。也就是说，他们“回忆”不正确的东西。这一发现表明主动的心理工作状态应用推理过程去联系事件。人们所回忆的字是隐含而非明示的，与学过的字有同样的出现概率。按照有效性和“认知经济性”的原则（Gibson，1969），大脑创造了加工信息的类型。因此，学习的一个特征是回忆加工，使之与其他信息建立相关的联系。

基于经验能改变大脑的结构和具体经验对大脑产生具体的作用的事实，“经验”的本质成为与记忆加工相关的重要问题。例如，当询问儿童一个虚假事件是否发生（已被他们的父母证实）时，他们会正确回答说从未发生过（Ceci，1997）。然而，在一段时间之后重复讨论此事件，儿童开始确信这些假的事件发生过了。大约在讨论12周之后儿童能够详述这些虚构事件，而且事件还涉及父母、兄弟和姐妹，并附上大量的“证据”。让成人重复单词列表同样显示回忆非经历事件激活了大脑的同一区域直接经历的事件或词（Schacter，1987）。核磁共振成像也表明，在询问和回答真假事件时，相同的大脑区域被激活了。这也可以解释为什么错误的记忆能够迫使人相信个体所说的事件。

总之，词类、图片和在重复基础上涉及认知加工的信息分类激活了大脑。激活使长时记忆中的编码事件活动起来。记忆加工既处理正确的记忆事件，也处理错误的记忆事件，正如成像技术所示，它激活了相同的大脑区域，而不管所记忆的东西是否有效。经验对大脑结构的发展十分重要，且作为经验记忆在大脑中所登记的事情包括个人的心理活动。这些有关记忆的研究对了解学习非常重要，可以很好地解释为什么有些经验能够牢记而有些不能。尤为重要的一点是，我们发现了心理能把从经验中获得的信息结构化。神经科学研究证实经验在修正大脑结构、建构心理结构的过程中充当重要的角色，越来越多的证据显示大脑的发展和成熟随学习的发生而在结构上产生了变化。因此，人们认为这些结构的变化是大脑对学习进行编码。

研究发现老鼠大脑皮质的重量和厚度变化与起刺激作用的物质环境和起交互作用的社会群体直接相关。后继的研究也显示了神经细胞和支撑其功能的组织结构的潜在变化。神经细胞拥有大量突触，通过这些突触，它们能够彼此沟通。神经细胞自身的结构亦相应地发生变化。至少在某些条件下，对神经元提供支持的胶质细胞和输送血液的毛细血管两者也会改变。具体任务的学习似乎改变该任务所涉及的大脑具体区域。这些发现表明大脑是一个动态器官，在很大程度上是由经验塑造——由生命体正在做的和已经做的所决定。普遍认为，在大脑和学习机制的理解方面的突破性成果对教育和学习科学具有重要意义。综上所述，我们可以得出以下结论：

·可以肯定地说，大脑和心理的功能性组织取决并得益于经验。

·发展不仅仅是生理驱动的拓展过程，也是从经验中获得基本信息的主动过程。

·研究表明，一些经验在某些具体的敏感时段具有最大的效应，而另一些经验在更长的时段中能够不断地影响大脑。

·这些发现清楚地表明，在各种学习间存在着质的差异。此外，大脑通过推理、分类等心理活动“创造”信息经验。

余下的问题是我们应该怎样充分利用各种不同类型的学习优势，确定哪些研究成果可以贯彻实施而哪些不能。将这些研究成果运用于教育教学实践，既有灿烂无比的美好前景，又有很长的路需要摸索前进。

[1][美]约翰·D.B.等：《人是如何学习的——大脑、心理、经验及学校》，程可拉等译，106页，上海，华东师范大学出版社，2002。

[2][美]约翰·D.B.等：《人是如何学习的——大脑、心理、经验及学校》，程可拉等译，134页，上海，华东师范大学出版社，2002。