当神经学遇到教育学

来源：中国校园文化建设网　　作者：耿挺等

　　一位是温文尔雅的德国老头，他研发一项名为“膜片钳”的技术，让科学家们第一次得以直接观察到细胞单离子通道的电流变化，从而划时代地将电生理学技术提高到记录和研究单个蛋白质的分子水平。他就是1991年诺贝尔生理学或医学奖得主、德国马克斯-普朗克学会生物物理化学研究所所长厄温·内尔。
　　一位是风趣幽默的中国老太，她为中国开创了一个全新的学科——生物分子电子学，2002年提倡“做中学”项目，推动科学素质教育，并再次开创性地提出教育神经学理念。她就是中国工程院院士、中国教育部原副部长、中国科协原副主席韦钰。
　　2014年9月10日，中国第30个教师节之际，经过上海市科协的精心组织，一场别开生面的“对话诺奖大师——科技创新人才培养从青少年做起”论坛活动，让两位在各自领域有着非凡创新活力的科学家有机会聚在一起，为数百名上海中小学科技老师和即将走上教师岗位的大学生上一堂生动活泼而又引发深思的素质课。
　　无论是厄温·内尔根据自身经历，讲述科学家破解神经传递的秘密，还是韦钰结合研究领域，深究不同教育方式与人神经生理活动的关系，最终都传达出一个清晰而又明确的理念：兴趣是最好的老师，教育也有自然科学规律的基础。

　　要从事科学研究，需要保持一颗好奇的心。正是一个又一个让科学家感到着迷的未解之谜，促使他们不断探索，从而不断推动新的研究成果出现。

   “我首先要说一下从事生命科学研究的动机。在高中的时候，我发现一些电信息和神经是有联系的，对此十分感兴趣，就开始了这一方面的研究。”在演讲的开场白中，厄温·内尔开宗明义：要从事科学研究，需要保持一颗好奇的心。
　　正是一个又一个让科学家感到着迷的未解之谜，促使他们不断探索，从而不断推动新的研究成果出现。厄温·内尔所研究的神经电科学领域也是如此，在他之前，已经有了一长串科学家的名字和研究成果。
　　意大利医生路易吉·伽伐尼是厄温·内尔列举的名单上的第一个人。1780年，伽伐尼发现死去青蛙的神经遭受电击刺激时，腿部肌肉会抽搐，这表明神经元、肌肉与电流变化相关，他也成为第一批涉足生物电领域研究的人物之一。
　　接下来是西班牙神经学家拉蒙·卡哈尔。他是现代神经组织学的奠基人之一，提出神经细胞是神经系统基本结构单位，而每个神经细胞都是独立的，通过轴突末端以不同的形态与其他神经细胞拉触。卡哈尔阐明了神经细胞间的真正关系，对神经元学说的确立有重要贡献，因此在1906年获得诺贝尔生理学或医学奖。
　　1902年，生物电自从1868年被记录之后，有了一个突破性的理论——德国科学家朱利乌斯·伯恩斯坦提出了膜电位理论。而英国生理学家阿兰·霍奇金和安德鲁·赫胥黎在1952年发现神经运动电位是一种沿神经纤维方向扩展的电波，由钠离子钾离子通道依次开启而形成。他们认为，神经动作电位是神经细胞膜渗透性变化的结果，但神经细胞膜渗透性变化的机理又是什么呢？
　　这一问题就轮到厄温·内尔来解答了。1976年，他和博特·萨克曼通过创新的“膜片钳”技术，发现当离子通过细胞膜的时候，产生十分微弱的电流，从而证明了离子通道的存在性和功能。这一跨越细胞膜的通道，其实就是一个蛋白质。当通道关闭时，带电离子不能通过，没有电流；当通道打开后，带电离子依次通过，形成了电流。
   “膜片钳”技术让科学家有了研究离子通道的工具，而这一研究带来的发现令人惊奇。厄温·内尔说，研究人员发现，离子通道在众多不同类型的细胞中有多种作用，例如：在神经细胞中，离子通道与动作电位、突触传递有关；在淋巴细胞中，离子通道与调节钙离子信号有关；在植物性细胞中，离子通道与调节气孔的开启有关。同时，离子通道已经成为药理学发展的目标，离子通道的缺陷将导致心律不齐、肌肉强直、癫痫、糖尿病等疾病。
　　在厄温·内尔发现离子通道30年后，另一项有关离子通道的研究成果轰动一时：一些从前未知的通道被发现与哺乳动物的瞬时感受相关。比如，人体能感受到冷与热，就是由皮肤神经末端特殊的一群离子通道控制的，每一个通道对应一段相对狭小的温度变化区间。这些通道会根据外界温度的高度调节开关，也会根据触碰到的是辣椒还是薄荷来决定是否开启。
　　对神经科学和离子通道的研究远远没有结束，还会有更多对此好奇的人投身其中。

　　要摒弃传统的输送知识型的教育，而应该运用探究式方法学习核心概念。千万不能用成人的办法来教育小孩，因为两者的大脑发育程度并不相同。

   “如今中学生一周学习的知识，超过18世纪一个普通人一辈子学习的知识。”韦钰说，“我们根本不知道教授学生的这些知识将来究竟哪些能用到，学生学习之后又是否能够适应未来的发展。”她提出，要摒弃传统的输送知识型的教育，而要应用探究式方法学习核心概念，注重素质、社会情绪能力和执行能力的培养，同时要按照小孩脑发育的科学规律实施教育方案。
　　笛卡尔曾说过，理性的灵魂与躯体可以完全分开。而这一句话包含的理念已经统治了全球教育界数百年：教育者认为，思想教育可以绕开人们的大脑，进行灌输。但随着科学界对大脑奥秘的逐步深入探究，这一观点正在被颠覆。
　　日本的一项研究显示，专业棋手的楔前叶和尾核构成的回路能完成一种自动的、复杂的认知任务，包括对棋谱的感知和下一步棋移动的决定。换句话说，专业棋手使用了业余棋手没有动用的大脑部分和功能。这表明，经过训练，专业棋手是依据棋谱凭借直觉快速落子，只有在关键几步会动员大脑其他部分进行思考。“这就是所谓内行看门道、外行看热闹。”韦钰说，“教育如同接受下棋培训：我们碰到了好老师，下棋水平就是国际水平；如果碰到的不是好老师，没有熟悉棋谱，那你以后就是输光光的了。所以，要给孩子灌输正确的棋谱，让他做到脑中有数。这样一来，他一看到就知道什么方法是对的，然后集中力量去创新。”
　　1996年，意大利科学家正在测量猴子吃东西时的神经放电反应，恰好有一位助教在实验室里吃了猴子的食物，结果发现猴子不吃食时也会有吃食时的神经放电反应。“这是一个了不起的发现，它证明了镜像神经元的存在。”韦钰指出，这表明，人们对他人的情绪，也会有相同的感受，因此言传身教有了科学实验的依据，“思想教育、认知教育，不是说找一个辅导员训两句话就能实现的。”
　　韦钰大声疾呼：千万不能用成人的办法来教育小孩，因为两者的大脑发育程度并不相同。“我希望大家能知道，越是难的地方脑子越是会发展成熟。英国的教育规划把人分成不同的时期，0至4岁非常非常的重要，还有一个很重要的是12至18岁的青春期。不同阶段有不同的教育重点和不同的学习方法。比如，5岁之前背《三字经》那就是白费力气。”

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