“人们究竟应从大脑研究中学习些什么？”基于对这一问题的思考，不同的研究领域都力图从脑科学的最新重大成果中汲取对自身发展有益的养分，教育领域也不例外。教育以人为对象，又以人的发展为目标。而任何一种教育影响，人的任何一项发展都必须通过受教育者以“脑”为中心的活动才能得以实现。因此，人作为一种高级生物，其发展在生物学意义上必然涉及两个命题：（1）人的发展依赖于人脑这一生物物质基础；（2）人的发展，既包括自身脑的发展又以脑的进一步发展为根本目标之一。而教育要促进人的发展，就不能不研究人脑这样的生物物质基础，不能不以现代脑科学的成果为依据，在科学认识大脑的基础上合理开发大脑潜力。可以说，开展脑科学与教育的研究工作对于推进素质教育的科学化、提高人力资源开发和人才培养作用显著，至少有助于我们更好地理解人类是如何感知的，人类是如何进行思维、学习和记忆的，等等诸多问题。
正基于此，世界各国的教育工作者除了关注脑科学本身发展的研究动态以外，还期望能通过对脑科学现有成果的有益借鉴和跨学科应用使得脑研究从高深的科学殿堂走进课堂，走进教学实践，步入“寻常百姓家”，发挥出其潜在的科学功效，深入探求出适应大脑活动规律的教学方法和途径，让学习变得更加轻松，更为高效，从而真正实现“认识自我”和“开发大脑”的教育理念。
由于脑科学尚处于理论形成和学科建构过程中，“脑科学”这一学术概念到目前为止尚无完全统一的界说，权威资料提供了如下界说①：狭义的脑科学专指“认知神经科学”，其研究任务在于阐明认知活动的脑机制，即指人类大脑如何调用其各层次的组件，包括分子、细胞、脑组织区和全脑去实现自己的认知活动；广义上，脑科学泛指所有综合研究脑的正常功能和脑疾病机制的学科，其中包括神经分子生物学、认知心理学、心理生理学、人工智力等多门学科。也就是说，它是一门自分子水平扩展至行为水平的多门学科的总和，其研究涉及认识脑、探测脑、开发脑、保护脑、仿造脑等五大方向②。随着研究的深入，其更是日益呈现多层面、多学科的态势。本文中的脑科学已在狭义的脑科学定义上有所拓展，指的是广义上的脑科学：不仅涉及大脑微观形态学构造的研究（Brain），还包括大脑在不同水平层面上所表达的意识、心智（M ind）。因此本文的脑科学是Brain及其M ind的总和。
显然，就本文所指的“脑科学”而言，它具有多层面、多角度的研究态势，其中至少包括了神经生物学层面、认知层面和心理层面这三大研究层面。与之相比，教育学则更倾向于人的认知和心理层面的研究，而缺乏神经生物学的微观层面的研究。虽然心理或行为层面的教学活动从本质上还是基于大脑神经活动之上的，但迄今为止，由于分子与行为两大层面的跨越很大，仍有大量教学中的高级行为或心理规律还无法寄希望于通过神经生物层面的脑科学研究进行“探幽入微”式的阐述。正因此，构成了脑研究与教育研究之间的一大障碍，所以迄今为止，尽管这项联结脑科学与教育科学的研究在国外开展已为时不短，但由于两门学科所关注的层面不尽相同而且差距甚远，研究进展停滞不前。美国教育家John T 。Bruner（1997）在Education‐al Researcher中就发出了“脑研究离教育的距离实在是太远了！”的感慨，同时也指出就脑科学的现有成果来回答教育中的具体问题还为时过早！当然这只代表较为消极的一方之言，种种困难并未能阻碍人们对它的深入研究。对于教育者而言，如何科学地认识脑，从而合理地设计教学策略以达到开发脑的目的才是当前最应关注的问题。
英国著名生物学家弗朗西斯·克里克（Francis Crick）在其著作枟惊人的假说———灵魂的科学探索枠（The Astonishing Hypothesis）中曾提出一惊人的假说①。原文为：“人的精神活动完全由神经细胞、胶质细胞的行为和构成及影响它们的原子、离子和分子性质所决定的。”认为人类大脑的意识问题可以归结为最基础最极致的神经元活动来加以阐释，显然这只是一种大胆的推测和惊人的假说而已，其科学性尚未完全得到证实，但由此不难看出一部分神经生物学家对大脑研究日趋“还原化”的研究倾向。虽然人类一些心理与其神经生物的机制不具有同质性，但无法否认人类行为还是建立在大脑内部神经元及神经回路的基础之上的，心理及行为水平的研究如果脱离了神经元等微观机制来考察，无异于“沙中建塔”。这就使得大脑的细胞、分子研究与整体水平三方面的研究最终必然会有机地结合在一起，然后再进一步探讨其整合功能，“以此说明细胞和分子生物学现象如何在整合机制中发生作用，以及机体的整合机制在细胞、分子水平的变化，然后进一步探讨功能的整合机制”②。
这一对脑科学研究的理想“应然”状态的描述，无疑为关注学生行为层面的教育学研究提供了一派美好的前景：即借助于脑科学多层面、多角度的研究，尤其是随着无创伤性脑成像技术的发展，脑科学可为侧重于“规范性”的教学实践提供一种理论依据，至少有助于丰富对教学更全面、更深层地了解。简单地说，侧重于“描述性”的脑科学研究将会对侧重于“规范性”的教学提供一种科学的视角和新的研究动力。毋庸置疑，尽管这类研究现仍存在不少困难，但蓬勃发展的脑科学研究必将“步入教学实践”，并对教育产生积极而深远的作用。
脑的工作原理及机制异乎寻常地复杂，脑科学研究者都力图通过多层面、多角度的研究对其工作原理与活动机制加以揭示和探究。而教育者则寄期望于通过对这些成果的借鉴和吸收，引发出对教育有关的重要启示并发挥科学的指导作用。回顾历史，与教育相关的脑科学发展历程，最早可追溯到俄罗斯著名生理学家巴甫洛夫的高级神经活动学说，他在当时的历史条件下揭示出大脑“条件反射”的工作原理，并以此大力推行其理论，改造教育学。然而这项最早对教育产生过重大影响的脑科学成果，大都基于宏观行为的外显研究，未能直接揭露脑功能的物质基础。从现代脑科学观来看已略显单薄，不过这在当时的科学技术条件下，已是难能可贵的了。20世纪60年代，脑科学有了很大发展，如两半球的功能一侧化现象和脑发育关键期以及可塑性现象的揭示。之后的近二三十年，在先进的脑成像技术手段支持下，现代脑科学在探究脑的工作原理方面取得了更丰硕的研究成果，其中不少重大发现都已突破了巴氏理论的弊端和不足，如信息加工理论、神经程序理论的出现使得经典的神经反射理论有了突飞猛进的发展。但正如在物理学中不能因为有了量子力学就否认经典力学一样，巴甫洛夫的高级神经活动学说毕竟开辟了脑科学研究的先河，对当代脑科学发展功不可没，巴甫洛夫当之无愧为脑科学的“先驱”。更为重要的是，这一经典学说确实对教育产生了重要的启示作用。
巴甫洛夫在其创立的高级神经活动学说中试图就大脑生理学与教育的关系加以系统论述。他所创立的分析器学说以及第一、第二信号理论，多年来一直为教育界所津津乐道，并被广泛地加以解释及运用。比如对教学过程中加强“直观形象”的解说，巴氏的分析器学说无疑在当时的历史条件下提供了较为充分的脑科学依据。他认为，感知和理解这两个教学过程的重要环节从脑物质层面上分析都必须通过大脑分析器来实现第一信号系统和第二信号系统的协同活动。① 根据这一理论不难推论，要使学生在教学过程中获得良好的感知和理解，必须充分调用和发挥学生的大脑分析器，使分析器的三个组成部分、两个信号系统能够更好地协调作用，充分发挥大脑皮层的主导作用。
再如对于加强学生巩固和记忆的“循序渐进”原则，有关分析器的可辨别性的研究也提供了较为充分的脑科学依据。借助于动物的实证研究发现：循序渐进是受脑分析器活动的渐进性所决定的，分析器的渐进性是动物与人的神经活动的一项极其重要的法则，人的分析器工作有一个基本特点，首先由粗略的分辨开始，然后再渐渐转到精细的分辨。② 不难看出，分析器活动的渐进性和顺序性，是教学过程中由简到繁、由易到难、由一般到特殊的系统性和循序渐进性相结合原则的主要生理基础之一。另外，对于循序渐进所引起的“巩固”问题的研究，巴氏认为其主要原因是多次重复引起了暂时神经联系，这种神经联系经过多次反复后，便会形成“动力定型”。不难想象，大脑一旦形成动力定型，便会遵循“节约原则”，使得大脑工作在脑细胞消耗最少的情况下完成最大量的工作。这对于我们加强教学过程的最优化也不无启示。
还有大脑皮层的“优质兴奋法则”，它能将大脑皮层其他工作区的神经元兴奋吸引过来，加强正在工作的神经元兴奋程度，同时使其他工作区神经元呈现抑制状态。这项法则对教育的启示是不言而喻的：进行任何学习活动，都必须专心致志，绝不能三心二意，只有积极地运用大脑的“优质兴奋法则”，才可以在教学过程中合理地安排学习科目，达到事半功倍的教学效果。“优势兴奋法则”还意味着当大脑皮层相关工作区的神经元处于兴奋状态时，其他工作区的神经元则处于抑制（休息）状态，而这正是大脑皮层之所以能够长时间工作的非常重要的条件。多种活动轮流得到休息，借以保证大脑皮层的工作效率，因此在学习过程只有做到“一张一弛”，才能合理地达到开发并运用大脑潜能的目的。
显然，巴氏理论在当时为我们合理运用大脑活动规律来安排教学过程提供了很好的理论支持，但从现代脑科学研究的发展及成果看来，不少观点已是相当的滞后，如暂时神经联系学说，第一、第二信号学说。今天的脑科学工作者们以现代科学水平的新发现去考查和检验他的学说，并按照“去伪存真”的精神赋予其学说以新的内涵，以避免其停滞不前。比如脑的神经程序原理①认为：大脑的工作原理并不是一个简单的神经反射过程，而是由具有各种功能活动的程序所构成的，脑的任何一项功能活动都由特定的程序来完成。如果一个人在脑和相关组织的遗传过程中出现障碍，或缺少相应的学习训练，脑中相应的神经程序的构成就不能顺利完成，相应的功能也就不可能具备。因此，对于深受巴氏条件反射学说影响的教育学而言，其中有关论述也已略显陈旧，期待着更多更新的现代脑研究成果为之作出更为科学的解说和阐释。
通过大量的文献整理与分析，笔者将近年来国际上有关脑科学与教育的研究按内容大致分为以下几大类：
第一类研究主要致力于脑科学研究成果对班级组织管理的启示。其中较为典型的如美国俄勒冈大学教育学院Robert Sylwester所著 A Celebra‐tion o f Neurons：A n Educator摧s Guide to the H uman Brain以及Geoffrey Caine与 Renate Nummela Caine 合著的 Brain‐based Process f or Schools and Renew ing Education，这些书都从脑科学成果出发，论及对课堂教学环境的设置以及教学组织的启示，并提出了“基于大脑学习”（Brain‐based Learning）的若干教学策略。
第二类主要研究如何使脑科学研究成果用来提高学生阅读、算术等学科知识水平及能力。如一项由美国学者所开发的致力于提高阅读障碍者（dyslexia）的读写能力的Science Learning‐Fast for Word① 项目，便是以脑科学关于大脑可塑性研究以及阅读功能的大脑定位说为基础而制订的，如果没有这两项脑科学研究作支持，该研究项目则会失去其坚实的科学基础。
第三类主要关注如何运用脑病理知识。如脑营养、大脑药理知识来诊治或预防诸如ADD或ADHD之类的学习认知或阅读障碍者。
而目前最为广泛的，同时也是占据脑科学与教育研究主流的是讨论脑发育与儿童心理发展的“关键期”（critical period）和“可塑性”（plasticity）问题，美国枟时代枠杂志以及许多教育刊物上都有大批文章对之作了讨论。
以上主要是国外心理学界及教育学界对脑科学借鉴及运用的大致情况，我国政府、科学界及教育界目前也密切关注应用脑科学的研究成果以推进素质教育和教育科学化的问题。1997年、1999年分别召开了以“脑科学研究”为主题的香山科学学术会议，其中在1999年“脑高级功能与教育”的讨论中，我国学者从不同的学科角度、不同的研究层面，深入探讨了与教育相关的“认识脑、开发脑”的问题，从而加深了对“素质”及“素质教育”科学基础的认识。这突出反映了政府、科学界与教育界重视借鉴利用有关脑的科学研究成果，用以推动教育改革的发展趋势。但目前教育界不少相关研究还大多基于国外20世纪80年代斯佩里的“裂脑人”研究成果，热衷于对左右脑的功能绝对分化的研究上，或将动物研究的成果不加限制地运用于人类身上等。因而在教育界曾一度提出了“右脑教育”，甚至“用左手来开发右脑”等不甚科学的说法，这种违背大脑活动规律的说法使教育及智力开发一度误入歧途而适得其反。因为现有脑科学研究已经证实这种对大脑半球一侧功能的偏态关注极容易引起语言认知功能的障碍。
好在近年来随着对脑研究多学科化以及脑成像技术的发展，对于以上这类不科学说法的纠正意见已屡见不鲜。如唐红波的枟大脑两半球功能不对称性认识的发展枠、浙江大学教育学系刘力教授发表的枟脑科学与教育：值得关注和拓展的研究领域枠，有的脑科学家或心理学家也会从他们所擅长的角度论及脑科学对教育的启示，如沈政在枟教育研究枠1999年第8期上发表的枟脑科学与素质教育枠以及张爱华的枟全脑开发与创造性思维能力的培养枠。虽然相关文章不多，但已呈“星星之火”之势，足以反映教育界中的脑科学研究态势正日趋浓厚。
多年的脑科学研究已达成一个毋庸置疑的共识：人脑结构与功能具有高度的复杂性，并且具有多方面的理论与应用研究价值，因此对脑的活动规律的研究必然是多层面、综合性的，对脑的生物结构、神经活动或心理活动的任何单一层面研究均无法全面回答人脑是如何构成、发育和工作等众多问题。而对以“开发脑”为主要宗旨的教育而言，这些致力于“认识脑”的多层面、多学科的脑科学研究无疑都将会产生重要的启示作用。
比如就脑的神经生物科学层面的研究，即狭义的脑科学研究而言，着重探讨脑的结构、神经活动的生化与物理特性等问题，可以分为分子水平、细胞水平与整体水平研究，该层面的研究具有基础性的特点，对于人们认识脑的物质特性是相当重要的。迄今为止，神经生物科学家对脑的研究已取得相当丰富的成果，其中主要是关于脑的关键期及可塑性的研究。这对于教育中如何正确认识学生大脑的发育特征，及早地发现脑的疾病，合理进行早期教育，适时适宜地设计教育培养策略，取得“低能耗，高产出”的教学优化效果具有重要的启示。同时对它的深入探究和确证或许将会对传统“起步一致，前提统一”的学制设置发起挑战，并为更趋于合理化的学制改革提供科学依据，而这一切推测都有待于脑科学的进一步发展和证实。
而就脑的心理科学层面的研究而言，这一层面的研究相对于神经生物学层面的脑研究，能够为教学提供相对直接的理论与方法，对于脑科学研究成果的实际应用具有更为重要的价值。例如，近年来心理科学对内隐认知、内隐记忆和内隐学习的揭示，对传统教学方法改进以及教学环境的创设、情感氛围的关注方面都极具启示，它提示我们在日常教学活动过程中，除了重视常规有意识的外显学习外，还应创造条件充分发挥学生大量无意识过程的宝藏。
无论是国外还是国内的相关研究，尽管都各具纷繁复杂的研究角度，取得了林林总总的研究成果，但尚未形成脑科学研究对教学较为系统的论述。迄今为止，教育界对教学过程或教学原则等一些教育基本问题的研究，仍大多限于一些心理学家的实验研究或社会学家、哲学家的思辨推理。他们大都只从各自所关注的层面，运用所擅长的方法对教学作出不同的论证，得出各种各样对教学具有“规范性”的科学启示。但囿于学科性质的限制，这些研究几乎很少将学生大脑内在活动层面的规律视作改革的关注点和突破口。也就是说几乎很少有人将教学与探究人脑根本机制的脑科学加以联系，很少有人从脑科学的视角为之作出“描述性”深层次的分析。进一步说，当前教育界对教学过程及其教学规律的研究大都为“应然状态”的研究，而对教学主体自身规律的“实然状态”的脑生理学或脑心理方面的研究却因技术和手段的限制和缺乏而大受局限。
而事实上，教学过程作为学生的一种特殊认识活动过程，从其产生方式来说，主要是大脑对新信息和新知识的获取，从而加以感知、理解、巩固和运用。这一认知神经过程是大脑神经元及神经回路对环境变化的适应，也是一种信息的认知加工过程。简言之，教学过程是学生大脑皮层所实现的一种高级神经活动，既包括认知神经活动过程，又包括情感神经活动过程。因此，教师要开展有效的教学，在很大程度上取决于整个教学过程的组织是否符合人脑的工作原理及活动规律。如果用一些不符合人脑活动规律或机制的教学原则来组织教学过程，要想达到理想的教学目标，取得良好而显著的教学效果几乎是不可能的。
也正由此，笔者选题“按大脑工作原理组织教学”，期望通过对脑科学成果的借鉴和吸收，在科学认识大脑工作原理的基础上，为优化教学提供一定的脑科学论证；期望能够“以点带面”，更好地理解教学，引发对教学优化①若干问题的借鉴与启发。