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第一章 頭腦發展與神經科學
長久以來，教育家們對於頭腦的研究愈來愈感興趣。最近數年，此種研究已經達到沸騰的地步。這些研究題目琳瑯滿目，簡直汗牛充棟，包括頭腦本位的課程與認知科學的研究。但是事實上，在教育文獻方面，神經科學的研究卻是鳳毛麟角(Bruer, 2000:186）。
教育家們必須體認到認知科學---心理的行為科學---並不等同於神經科學（neuroscience）--- 頭腦的生物科學。大部分的認知理論不論述有關頭腦如何執行心理的歷程。他們的研究著重在認知的研究，而非在頭腦的研究。有些論點模糊、落伍，甚至觀念錯誤 (Bruer, 1997)。
第一節 人體到底有多少個「腦」?
人體到底有多少個「腦」?我們可以從兩個觀點來說明：進化的觀點與構造的觀點(Kolb & Whishaw, 2011)。就進化的觀點言之，頭腦包括三個「腦」。最古老的部分是「爬蟲類的腦」(reptilian brain)，它是人體頭腦最裡面的部分，位在脊柱的上方，掌管生存的命脈，例如呼吸的功能。其次是「舊石器時代哺乳類的腦」(palaeo- mammalian brain)，位在爬蟲類的腦上方，掌管情緒及四肢的運動，包含35個分離的構造與53個器官系統交互連結。第三個是外圍部分稱為「新石器時代哺乳類的腦」(neo- mammalian brain)，或稱為腦髓的皮質。這是人體頭腦最新的部分，掌管認知、記憶、語言、做決定與許多日常事務的處理。
再從頭腦構造的觀點言之，頭腦有許多神經系統包括中樞神經系統(central nervous
system)與邊緣神經系統(peripheral nervous system)。邊緣神經系統又包含軀幹神經系統(somatic nervous system)與自主神經系統(autonomic nervous system)；自主神經系統又區分為交感神經系統(sympathetic nervous system)與副交感神經系統(parasympathetic nervous system)如圖1.1。
中樞神經系統包含腦與脊髓(spinal cord)，處理、解析、並儲存資訊，發出命令到肌肉、腺體、及器官，控制人類的行為。脊髓作為腦與邊緣神經的橋樑。邊緣神經傳輸資訊到中樞神經。軀幹神經控制骨骼與肌肉。自主神經調節腺體、血管及內部器官。交感神經動員人體行動，副交感神經儲存精力並保持靜態。中樞神經系統如果受到傷害，人們有時會喪失重要的功能。它如果發展良好，頭腦的功能就會快速增加，尤其在兒童時期 (Buckler & Castle, 2014:87)。頭腦的發展有兩個主要的成分：營養素(nutrition)與刺激素(stimulation)。沒有適當的營養素，頭腦就無法發展。與營養素息息相關的是水分的供給，它有助於學習。人體短暫缺水，不會立即影響活動，但如果持續缺乏水分，將會全面影響各部門組織的功能。研究顯示人體缺水2%，生理機能損傷20%；如果脫水狀態持續發生，肌肉力就會減低，產生疲勞現象。此外，脫水會影響做決定的歷程，反應遲鈍、精神不集中 (Pokin, D’Anci, & Rosenberg, 2010)。
人腦構造依部位可分為前腦(forebrain)、中腦(midbrain)、與後腦(hindbrain)。前腦掌管語言與分辨感官，中腦掌管視覺與聽覺的處理，後腦掌管運動的協調如表1.2。
人腦有四對腦葉 (lobe)：包括額葉(前頭葉) (frontal lobe)、頂葉(頭頂葉) (occipital lobe)、枕葉(後頭葉) (parietal lobe)、聶頁 葉(側頭葉)temporal lobe)。額葉掌管思想、計畫、問題解決等；頂葉掌管視覺的處理，把感官的訊息統整為統一的概念；枕葉掌管聽覺的處理、記憶、及嗅覺的處理；聶頁 葉掌管掌語言。
從人腦的構造與腦葉的功能，教師可以判斷兒童語言缺陷可能與聶頁葉的缺陷有關。如果兒童說話有困難，可能布洛卡式區(Broca’s area)出現問題。然而教育心理學家認為兒童患有失語症。失語症是部分或完全喪失語言的能力。兒童的失語症也有可能無法聽懂教師所說的話，例如兒童的聽力受損，或是中腦有缺陷導致無法處理聽覺所接收的訊息。此類兒童可能患有另類的失語症，稱為「魏尼克氏失語症」(Wernick's aphasia)。它是神經性的理解缺陷，係因聶頁葉左側的魏尼克氏區損傷所致(Martin, 2006)。在課堂上，教師可能發現兒童一直玩弄鉛筆或小東西，這可能是兒童發展運動協調的技巧，也有可能是一種運動神經協調缺陷的徵候，要不然患有發展性協調失常症(dyspraxia) (Carslaw, 2011)。
人體頭腦有數十億神經原(neuron)，但神經原之間不會互相碰觸，訊息無法從一個神經原傳到另一個神經原。神經原之間的溝通是跨過一種能釋放化學物質到神經原末梢的接縫處(synapse)，刺激另一個神經原；實際上，傳達訊息不是由神經原一對一產生，而是數千個神經原互相運作，才能傳達訊息。
如果我們想要說明兒童的行為，可能有一個無法觀察的基本要素，但我們可以從生物學的觀點去瞭解兒童的行為。譬如患有過動症(Attention Deficit/Hyperactivity Disorder, ADHD)的兒童，神經原傳達訊息的理論可以協助我們瞭解過動症的行為是因為多巴胺(dopamine)留在神經原末梢的接縫處過久，使它繼續刺激另一個神經原(Agay, et al.2010，引自Buckler & Castle, 2014:99)。
第二節 注意力、專注力、與記憶力
許多人抱怨記憶力不好，究竟是頭腦有問題？或是個人習性的問題？抑或是使用方法的問題？研究顯示：注意力 (attention)、專注力 (concentration)與記憶力 (memory)有密切關係。沒有注意力與專注力，記憶痕跡 (memory traces) 不太可能儲存，也就無法記憶。事實上，記憶涉及三個公認的重要元素：編碼 (encoding)、儲存 (storage)、與復原 (retrieval)，也就是記憶必須經過這些過程如圖 1.3 (Buckler & Castle, 2014:124)。
分辨記憶的元素之後，我們再來看看兩種相反的記憶模式：直線型的資訊處理模式 (linear information processing model)與連結型的平行分散處理模式 (connectionist parallel distributed processing, PDP model)。
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