认知神经科学、教育与语言教学

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名家论坛General杂藻则蚤葬造No.102

认知神经科学、教育与语言教学崔

刚1

（清华大学外文系，北京100084）

摘要：认知神经科学研究人类活动的脑神经基础，它对于我们认识包括语言学习在内的人类学习的本质具有重要意义，因而在包括语言教学在内的教育领域具有广阔的应用价值。在本文中，笔者简要地介绍认知神经科学与教育结合的情况，并在此基础上结合我国外语教学的实际情况介绍与讨论认知神经科学在语言教学领域的应用及其发展前景。

关键词：认知神经科学；教育；语言教学1.引言

认知神经科学是一门在上个世纪70年代诞生的、介于认知科学和神经科学之间的交叉学科，其研究目标在于揭示人类认知的生物学过程，尤其关注参与这一过程的脑神经机制，探究脑神经网络以及其中的神经回路是如何影响或者控制人类认知活动的。学习是人类最为基本的认知活动，其根本的生物学基础就是脑及其神经机制。因此，认知神经科学的研究对于我们从根本上认识包括语言学习在内的各种学习行为具有重要的意义，它可以使得我们在认识学习本质的基础上采取更为科学有效的教学手段进而提高教学的效率。在过去三十多年的时间里，相关领域的研究者一直努力把认知神经科学的研究就成果应用于包括语言教学在内的教育领域之中，并且取得了很大的进展，展现了广阔的发展前景。在本文中，笔者拟简要地介绍认知神经科学与教育结合的情况，并在此基础上结合我国外语教学的实际情况介绍与讨论认知神经科学在语言教学领域的应用及其发展前景。

2.认知神经科学与教育

人脑是世界上最为复杂的物质，它的重量只有1.6千克左右，平均占人类体重的2%左右，却消耗了人体20%左右的能量。人脑无时无刻不在工作，即使是人在熟睡的时候，它也不会停止工作。不包括人脑的其它部位，仅大脑中

就包含有300亿的神经元，这些神经元又相互结合构成了1000万亿个突触联结，如果从现在开始数这些联结的数量，按照每秒一次的速度，需要3200年的时间才能完成计算（Edelman，2004：15-16）。这些数量众多的神经元以及由它们所构成的高度复杂的神经网络是人类的包括语言学习在内的各种认知活动的基础，人类一切高级智能活动都是由它们所决定的。对于人脑的结构及其功能的探索具有悠久的历史，最早可以追溯到成书于公元前1600年的古埃及《史密斯纸草书》(EdwinSmithPapyrus)，而其内容则是基于公元前3500年的材料。该书描述了48个外科病例，其中叙述了解剖学上的“脑”、“脑膜”、“脊髓”和“脑脊液”等，在人类历史上第一次提到大脑是语言的控制中心，头部的损伤可能会导致身体其它部位的症状。但是，在漫长的时间里由于人的认知水平以及技术手段的局限，人们对于脑的认识是非常有限的，大脑一直被视为神秘的“黑箱”装置。从上个世纪五、六十年代开始，正电子释放成像（positronemissiontomography,PET）、功能性磁共振成像（functionalmagnetictionalnear-infraredspectroscopy,fNIRS）、脑电图（electroen原resonanceimaging,fMRI）、功能性近红外光光谱仪（func原cephalography,EEG）、脑磁图（magnetoencephalography,

察脑的活动。来自于神经科学、认知神经科学、神经心理学、生物心理学、心理语言学、神经语言学等众多领域的研究者从不同的角度开展了大量的关于脑的机制以及脑与认知的研究，其中一个典型的标志就是认知神经科学（cognitive

MEG）等各种大脑成像技术的出现，使得人们能够直观地观

1崔刚（1966-），男，博士、教授、博士生导师，主要研究方向：心理语言学、神经语言学与外语教学

大学英语教学与研究·3·

neuroscience在认知神经科学）的诞生与领域发展，。

具有不同背景的研究者们力图

从不同的角度研究认知的神经机制，也就是人脑与心智之间的关系。例如，从计算机科学的角度出发，人脑可以被视为一个信息处理的系统，其首要任务在于解决问题。持有此类观点的研究者一直在努力探索人脑是如何组织与完成诸如人脸识别这样的具体任务的计算过程的。要做到这一点，研究者需要采用多种方法，整合多方面的信息。例如，他们需要记录神经元的活动以便确定是什么刺激引起了神经元的反应，这需要采用大脑成像技术来确定是大脑的哪些区域在这个具体认知过程中得到了激活。另外，他们还可以采用计算机建模的方法来模拟认知的过程，从而更加深入地认识人脑进行认知过程的基本原则和原理。而来自于实验神经心理学领域的研究者则更多地通过对遭受大脑损伤的患者和正常人的比较来研究认知的神经基础。他们往往采取各种不同的方法把复杂的心理活动划分为不同的类型或者阶段，例如，记忆的不同阶段、语言处理的过程等，并力图寻找与之相对应的大脑结构或者区域。认知神经科学研究的内容非常广泛，其学科分支包括认知神经心理学、认知心理生理学、认知生理心理学、认知神经生物学、计算神经科学等，其核心内容包括感觉与直觉、物体识别、运动控制、学习与记忆、情绪、注意与意识、语言以及整体的认知控制等认知活动的神经基础。

从上个世纪20年代开始，心理学和教育学研究者一直在不断寻求行之有效的教育教学手段，经历了行为主义、人本主义、联结主义和建构主义等一系列的教育理论。在认知神经科学兴起之后，它以其独特的视角和先进的手段开始对人的认知活动进行全面、详实和深入的剖析。在此背景之下，教育领域的研究者也开始思考如何把这些研究成果运用于教育理论的研究与实践之中。1978年，Shall和Mirsky出版了《教育与大脑》一书，其中他们预测在以后的十年中，神经科学与教育研究领域的工作者会携手合作，这种合作很可能会像心理学与教育学的结合那样取得辉煌的成就，并指出“这一令人兴奋的教育构想可能出现于21世纪，也可能提前到来”(Shall&Mirsky,1978:378)。Hart(1983)提出了“适于脑的学习”（brain-compatiblelearning）这一概念，认为教育可以分为“适于脑”和“不适于脑”（brain-antagonistic理来组织教）学。两类，他指而有效出：“我们的学的教育必须校没要有效率按照大脑的，是因为学工作原校不了解突触，不了解神经递质的化学构成，而且没有把大脑

·4·CollegeEnglishTeaching&Research看作是学习的器官，使教学与环境适应人们日益了解的大脑结构。我们知道，由于长期进化的结果，大脑有自己的运行模式，这一运行模式在发挥这一迷人工具的巨大潜力时，是自然地、自发地和有效地，强迫它用其它的运行模式，它就会不情愿地、缓慢地发挥作用，而且伴随着大量的错误”脑、(Hart,1983:认知与教育12)。》1986的书，年，邀请Friedman来自于神经科学、等人主编了认知一本心名理为学和《大

教育学领域的学者撰写了13个章节，分别从不同的角度探讨了三者之间相互借鉴、相互结合的可能性。其中，Klivington桥梁”一文，撰写其中了“构指出建，三神经科学、个研究领域认知都心从理不学和同的教育角度学的探讨信息的获取与处理，因此，消除学科之间的屏障，把教育学和神经科学、认知心理学结合起来可以开辟新的研究领域，而对于这一新的领域的研究可以解决实际的教育问题。

进入二十一世纪后，随着脑科学时代的到来，人们对于脑科学研究成果在教育中的应用给予了更多的关注。许多研究者（例如，OECD,2002,2007;Jolles等，2006；deJong等，2009；Sousa,2010）都从不同的角度探讨了神经科学、认知科学以及教育科学相互结合的可能性。例如，隶属于经济合作与发展组织(OrganizationforEconomicCo-operationandEducationalDevelopment,OECD)的教育研究与创新中心了“学习科学与脑科学研究ResearchandInnovation,”(LearningCERI)Sciences在1999(Centerforand年Brain启动Research)解脑：走向的新项的学习科学目，并先后于》和2002《理和解2007脑：新年的学习科学的诞分别发表了《理生》两份研究报告，它们在对认知科学和神经科学的发展进行全面评价的基础上，认为现代大脑成像技术以及由此而带来的研究进展可以很好地解释大脑的发育以及从出生到老年的工作机制、大脑在诸如阅读、计算等技能获得中的作用，也可以使我们更好地认识在人类出现各种诸如失读症、阿兹海默症、失语症等障碍时大脑的工作情况。OECD

2002：30）指出，认知神经科学可能会为教育界所关心的一些关键问题提供可靠的答案，其中包括：（1）对于少年儿童来说，什么是合适的学习环境和学习计划？我们是否能够对儿童在数学和阅读方面进行早期的强化培训？（2）什么是大脑发育的关键敏感期？这对于和年龄有关的教学大纲的设计有什么启发？（3）为什么对某些人来说阅读和数学能力难以获得？我们可以采用什么方法来预防和治疗阅读和计算障碍？（4）人脑的局限有哪些？在适当的环境之下开展适当的教学，是否人人都可以成为像莫扎特那样的大师级的人

（物？（5）为什么去学习化（unlearning）如此困难？如何才能有效地纠正一些错误的习惯、不完善的技能以及错误的知识？（6）情感在学习中的作用是什么？在面临学习的挑战时，我们如何促进人脑的情感和认知系统相互合作？因此，该报告主张教育工作者与神经科学研究者之间要加强对话与合作，从而更好地认识人类学习的内在规律。这将在今后各种教育问题的解决中起到关键性的作用，因为对于大脑的认识为改进教育研究、教育和教育实践开辟了一条新的途径。Koizumi(2004)提出要从生物学的角度来看待教育，要以人的大脑发育过程为基础来制订科学的方案。他还身体力行，和同事在日本进行了一系列的纵向研究，把脑科学与教育联系起来，并最终创办了儿童学协会。Jolles等人在荷兰科学研究组织(NetherlandsOrganisationforScientificResearch)究报告，其中的资助指出下，于神经科学、2006年认知科学、发表了题为教“学科学和大脑课程教”的研学实践人员之间开展积极的对话、交流与合作的时机已经成熟。美国哈佛大学的Fischer和Gardner等人在“心智—脑—行为”研究项目的基础上率先开始了“心智、脑与教育”的研究生培养专业，将生物学尤其是认知神经科学应用于教育科学之中，尤其关注学校的教与学的活动（Fischer,2004;Blake心智、脑与&Gardner,教育学2007会，并）。在另2007外，他年们创办还在了《2004心智年、脑与成立教育国际》

（Mind,BrainandEducation）这一专门的学术期刊，在该刊的发刊词中，Fischer(2007)等人指出，本刊的目的就在于“促进与人类学习和发展的研究相关学科的融合，就是为了把教育学、生物学和认知科学结合起来形成心智、脑与教学这一新的领域”。

在此背景之下，一门新的交叉学科—教育神经科学在本世纪初应运而生。该学科对心智、大脑与教育三个完全不同的领域进行深度的整合，以认知科学和神经科学的研究成果为基础，提出科学的理论，以便于理解学习的能力，解决学习过程中存在的问题，提高教育的效率，并为教育、课程和教学改革提供科学的依据（周加仙，2008）。

3.认知神经科学与语言教学

语言教学是整个教育体系的重要组成部分，在教育神经科学的研究领域之内，尤其是面对语言教学存在的诸多问题，我们亟须借鉴神经科学和认知科学领域的研究成果，更加深入地认识语言学习的神经机制和认知过程，探讨它们对于语言教学的启示，从而找到一些解决问题的方案。在神经科学和认知科学在语言教学中的应用方面，它的进展与整个教育神经科学进展是同步的，在众多的相关著作(例如，Smith,2002;deJong等，2009；Sousa,2010，Blakemore&Frith要的是，，2005)与其中，它语言的学科相发展比，语言及教育教育都的是问题重要在这一的内容领域，更为最重早得到专门的关注的。早在1980年春天，美国哥伦比亚大学教师学院的神经科学与教育项目组就组织召开了一次关于语言、阅读和拼写的神经心理学国际会议，其后Kirk在1983论文集年，编其中辑出收版录了了《语言、11篇论阅读文，与从拼不写同的神经的角度心讨论了理学》这一语言发展、语言处理、阅读以及拼写的神经心理基础，并探讨了它们对于语言教学、阅读教学以及语言障碍矫正的启示。在二语习得领域，最具代表性的人物之一当属美国学者言学系Schumann也是这一教授，而领域他所的研究在的加重地州大学。从上个世纪洛杉矶分校八十的年代应用开语

始，他们就成立了语言的神经生物学研究小组，他们与神经学家Scheibel博士具有良好的合作关系，定期举行讨论会，并从1987年开始为应用语言学专业的学生开设神经解剖学课程。1997年，Schumann出版了《语言学习中情感因素的神经生物学》，2004年他又和小组的其他成员一起出版了《学习的神经心理学：从二语习得的视角》一书。在第一本书中，Schumann以刺激评价(stimulusappraisal)理论为基础讨论了一语和二语习得中包括动机在内的情感因素的神经基础。第二本书共包括六章，分别讨论了语言学能、动机、程序性记忆、陈述性记忆、记忆强化以及注意的神经基础，并在此基础上提出了一个完整的二语习得的神经基础模型。Schumann知神经科学也》（参与Gullberg了另一本&Indefrey,重要的著2006作《第）的二编写语言习工作得。的认该书收录了2005年9月在荷兰马普心理语言学研究所(Max

Planck的认知神经科学Instituteof”学Psycholinguistics)术研讨会的论文，召开共计的“第16篇二，语言习其中7得篇为主题性研究论文，7篇针对主题性论文的相关评述，另外究、2篇认知神经科学以及神经是导言和总结。这些论解剖文的学作等者学科来自领域二语习，内得容、涵盖双语研了二语习得中的年龄问题、最终的习得状态、二语习得对大脑的影响、大脑与二语习得的过程以及多语习得者的脑机制等。Schumann撰写了该书的总结部分。他指出，本书从认知神经科学的角度开展二语习得的研究，其中涵盖了三个核心的问题：（1）是否所有的语言问题都可以从认知神经大学英语教学与研究·5·

科学中找到答案？（2）一个人的脑之内以及不同的人脑之间的个体差异的来源有什么？（3）哪些脑区是语言的神经基础？对于这些问题的回答将直接影响到相关领域研究的发展方向以及对研究结果的解释。

这一研讨会是由世界著名的学术期刊LanguageLearning和荷兰马普心理语言学研究所共同发起并主办的“Guiora语言认知神经科学圆桌会议系列”的第一次会议。一Guiora些学者的交是一位杰流出中认为，认知神经科学的心理学家和二语习将得是语言科学研究研究者，他在与

的下一个前沿领域，它不仅将为语言研究提供新的方选择，还将为其提供新的解释可能性。Guiora还倡导设立一个永久性的论坛，专门讨论与评估语言行为神经科学的研究现状。这一研讨会正是为了响应Guiora的倡议，因此以他的名字命名。在2005年首次召开之后，该研讨会每年都召开一次，这也反映了语言教学与认知神经科学相互结合的发展趋势。

4.结语

认知神经科学与语言教学的结合开辟了一个新的研究领域，同时也为当前我国外语教学中许多问题的解决提供了一种新的可能。1862年京师同文馆的创立标志着我国外语教学的开始，至今已经经历了一百五十多年的时间，在培养了一大批外语人才的同时，也经历了诸多的风风雨雨。尤其是上个世纪八十年代改革开放以来，以英语为代表的外语教学越来越受到人们的重视，与此同时，英语教学所存在的问题也显得更加突出。以前外语教学问题的讨论只是局限于外语教学界之内，而现在它却成了一个全社会关注的问题，其中最为突出的就是所谓的“耗时低效”。近年来，无数的一线英语教师、众多的英语教学研究者乃至都在不断地为这一问题的解决而努力，其中包括改进教学方法、改革考试制度等等，但是从目前的状况来看，效果却总是那么不尽如人意，英语教学一直在一片争议声中艰难地前行。要解决外语教学的实践问题，也就是如何教和如何学的问题，需要我们建立一个完整的理论系统。在这一系统之中，一个核心的内容就是回答外语学习的本质，也就是人类是如何学习语言的这一根本问题。长期以来，研究者对这一问题进行了不懈的探索，提出了诸如中介语理论、输入假说、输出假说等理论来解释外语学习的过程，不过这些理论都存在着这样或那样的问题，都不能准确、全面地回答如何·6·CollegeEnglishTeaching&Research学习语言、尤其是学习外语。究其原因，目前关于外语学习过程的研究大都是从学习者的外部行为入手，并没有深入到人类学习最为根本的生物基础—人脑上面。归根结底，语言学习作为一种认知活动，最终要受到大脑的支配。语言知识的获得、语言技能的形成以及它们的发展都要以大脑为基础，与此同时，也都会引起大脑的变化。

从认知神经科学的角度去审视外语教学还处在初级阶段，目前的相关研究还存在着一些问题。这主要表现在以下两个方面：一是相关的研究还不够系统，研究者只是从自己的研究兴趣出发，对语言学习中的个别问题进行了一定的思考，目前还没有一本作品能够全面地涵盖语言学习的主要方面。二是目前有限的研究也都是以母语和二语习得为对象，而专门针对外语学习的研究则比较少见。二语习得与外语学习的最大差异在于两者之间学习环境的差异，对于前者来说，学习者处于目标语的环境之中，他们可以在课堂内外接触到丰富、地道的语言输入，而对于后者来说，学习者所能得到的目标语的语言输入是非常有限的。从认知神经科学的角度来看，学习就是人脑对于外部刺激做出反应的过程，因此，二语习得和外语学习环境的差异很可能会导致两者之间学习方式的差异。因此，在顺应学科发展趋势的过程中，我们亟需在借鉴国外相关研究的同时地开展在中国环境下外语教育的认知神经科学的研究，并以此来推动我国外语教育事业的发展，切实有效地提高外语教学的效率。

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CognitiveNeuroscience,EducationandLanguageLearningandTeachingAbstract:Cognitiveneuroscienceisascientificfieldconcernedabouttheneuralbasisofhumancognitiveactivities.Itisofgreatvalueforustounderstandthenatureofhumanlearninginclusiveoflanguagelearningandthushasgreatpotentialsinitsapplicationineducationincludinglanguageteaching.Inthispaper,theauthorreviewsthescientificeffortstocombineeducationinlanguagelearningandteaching.

withcognitiveneuroscienceanddiscussesthepresentsituationandfutureprospectsabouttheapplicationoftherelatedtheories

Keywords:cognitiveneuroscience;education;languagelearningandteaching

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