Введение в нейродидактику

Учебное пособие

С.Н. Костромина

ВВЕДЕНИЕ 
В НЕЙРОДИДАКТИКУ

ИЗДАТЕЛЬСТВО САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

УДК 159.953;37.026
ББК 74.202
         К72

Р е ц е н з е н т ы :  д-р психол. наук, проф. В.Л.Ситников (Рос. гос. пед. ун-т им. А.И.Герцена), 
д-р психол. наук, проф. С.М.Шингаев (С.-Петерб. акад. постдипломного образования)

Рекомендовано к печати 
 Учебно-методической комиссией факультета психологии 
Санкт-Петербургского государственного университета

К72
Костромина С. Н.
Введение в нейродидактику: учебное пособие. — СПб.: Изд-во С.-Петерб. 
ун-та. 2019. — 182 с.
ISBN 978-5-288-05911-7

В пособии представлены современные фундаментальные и прикладные исследования 
нейрофизиологических оснований образовательного процесса, результаты которых прямо 
или косвенно оптимизируют процессы преподавания и обучения. Рассмотрены структурно-функциональная организация головного мозга (на макро- и микроуровнях), о нейрональные механизмы психологических оснований обучения (особенности восприятия, внимания, памяти, формирования универсальных учебных действий), нейрофизиологические 
закономерности овладения письмом, чтением, иностранной речью и математическими 
умениями. 
Книга предназначена для студентов, может быть полезна аспирантам факультетов 
психологии и педагогики, а также специалистам сферы образования, готовым применять 
результаты нейропсихологических и нейрофизиологических исследований в методических 
целях.

УДК 159.953;37.026 
ББК 74.202

© Санкт-Петербургский  
    государственный 
    университет, 2019 
© С.Н.Костромина, 2019
ISBN 978-5-288-05911-7

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие...........................................................................................................
5

Глава 1. Нейродидактика как научная дисциплина .....................................
7
1.1. Предмет и задачи нейродидактики. Нейродидактика в системе 
наук. Нейромифы и образовательная практика ............................
—
1.2. Принципы нейродидактики................................................................
11
1.3. Основные разделы нейродидактики................................................
13
Использованная литература.......................................................................
16

Глава 2. Современные представления о функциональной топографии 
головного мозга ...............................................................................................
17
2.1. Структурно-функциональная модель интегративной работы 
головного мозга.....................................................................................
59
2.1.1. Нейрональная организация психических функций ...............
19
2.1.2. Поля Бродмана................................................................................
23
2.2. Нейронное обеспечение психической активности.......................
33
2.3. Развитие головного мозга в онтогенезе ..........................................
41
2.4. Современные нейрофизиологические методы неинвазивного 
изучения мозга человека ....................................................................
45
Использованная литература.......................................................................
55

Глава 3. Нейрофизиологические механизмы когнитивных 
и метакогнитивных процессов усвоения учебной информации.........
56
3.1. Сенсорные системы...............................................................................
59
3.2. Системы внимания................................................................................
64
3.3. Системы памяти .....................................................................................
72
3.4. Исполнительные функции и универсальные учебные действия
80
3.4.1. Метакогнитивный аспект обучения: универсальные 
учебные действия...........................................................................
81
3.4.2. Исполнительные функции как нейрофизиологическая 
основа учебной деятельности.....................................................
88
3.4.3. Структуры и содержание исполнительной системы мозга...
90

Оглавление

Оглавление

3.4.4. Репрезентация сложных умственных действий ......................
95
3.4.5. Роль исполнительной системы в обучении .............................
105
3.4.6. Среда и социальное окружение как факторы становления 
исполнительной системы .............................................................
112
Использованная литература ...................................................................
119

Глава 4. Нейрофизиологические основы обучения чтению, 
математике, родному и иностранному языкам........................................ 120
4.1. Нейрофизиологические механизмы освоения 
родного и иностранного языков........................................................
—
4.2. Нейрофизиологичеcкие основания чтения и письма...................
127
4.3. Нейрофизиологические особенности формирования 
математических умений ......................................................................
137
4.4. Нейродидактические основы обучения...........................................
143
Использованная литература.......................................................................
159

Заключение ............................................................................................................ 160

Литература.............................................................................................................. 161

Приложение............................................................................................................ 177

ПРЕДИСЛОВИЕ

В жизни человека обучение занимает особое место. Основной смысл любого обучения — это познание окружающей действительности, познание себя 
и других. 
Человек обладает способностью к обучению благодаря особенностям 
своего мозга, у которого есть врожденные функции категоризации и структурирования. Если младшим школьникам нужно объяснять принцип вычисления в двух разных моделях — двоичной и десятичной, то старшие школьники 
и студенты способны самостоятельно обнаружить заложенные в модель алгоритмы и правила, проанализировав примеры. Закономерности работы мозга 
позволяют нам систематизировать получаемую информацию, анализировать 
ее, сопоставлять и сравнивать, обобщать и выводить новые правила, работать 
с символами и образами, регулировать учебную деятельность и управлять ею. 
Сегодня наука накопила достаточно данных о специфике восприятия зрительной и слуховой информации, об особенностях запоминания и хранения информации, оперирования eю, усвоения родной и иностранной речи, работы 
математических систем, об изменениях функциональной активности мозга 
в ситуации повышенного напряжения и ограниченного времени.
Как интегративная дисциплина нейродидактика объединяет в себе многочисленные теоретические идеи и эмпирические данные о закономерностях 
работы мозга в ситуации обучения. Цель нейродидактики — не только обоб- 
щить эти сведения, но и представить их в той форме, чтобы обучение шло 
максимально эффективно. Совершенно естественно, когда учебный процесс 
строится с учетом закономерностей функциональной активности головного 
мозга, нейрофизиологических основ процессов восприятия, памяти, внимания и мышления. В связи с этим основная цель учебного курса по нейродидактике — формирование представлений о нейрофизиологических механизмах 
работы мозга, определяющих способность человека познавать и учиться. 
Основными задачами учебной дисциплины «Нейродидактика» выступают:
•
знакомство с современными психологическими, педагогическими, 
нейрофизиологическими и другими научными данными отечествен

Предисловие

ных и зарубежных нейроисследований, результаты которых прямо или 
косвенно оптимизируют процессы преподавания и учения;
•
формирование целостного представления о структурно-функциональной организации мозговых процессов, которые имеют место 
в рамках сложной умственной деятельности (счета, чтения, письма 
и др.) в ходе обучения;
•
развитие умения применять результаты нейропсихологических и нейрофизиологических исследований с целью оптимально организовать 
учебный процесс, раскрыть когнитивный потенциал учащихся, успешно конструировать и модернизировать современные образовательные 
технологии;
•
психолого-педагогическое сопровождение образовательного процесса 
с целью повысить его познавательную и аффективную составляющие, 
способствовать формированию самостоятельной научной и творческой деятельности.

Учебное пособие состоит из четырех глав, включающих теоретические материалы по основным вопросам дисциплины, материалы для контроля знаний, 
иллюстративные материалы. В первой главе рассматривается нейродидактика 
как научное направление. Вторая глава содержит современные представления 
о структурно-функциональной организации головного мозга на макро- и микроуровнях. В третьей главе анализируются нейрональные механизмы психологических оснований обучения: особенности восприятия, внимания, памяти, 
формирования универсальных учебных действий (исполнительной системы 
процесса обучения). Четвертая глава раскрывает нейрофизиологические закономерности овладения письмом, чтением, иностранной речью и математическими умениями.
Исследование проведено в рамках поддержанного РГНФ научного проекта 
№ 14-06-00521 «Нейропсихологические механизмы сложных видов интеллектуальной деятельности, формирующихся в процессе обучения у студентов»

Г л а в а  1

Нейродидактика как научная дисциплина

1.1. Предмет и задачи нейродидактики. Нейродидактика в системе наук…

1.1. Предмет и задачи нейродидактики. 
Нейродидактика в системе наук. 
Нейромифы и образовательная практика

Сегодня нейродидактика — это относительно молодая междисциплинарная 
область научного знания, где результаты исследований мозга и закономерностей его функционирования используются с целью найти наиболее эффективные принципы и методы организации учебного процесса. Термин «нейродидактика» (Neurodidaktics) предложен Герхардом Прайсом, специалистом 
по дошкольному математическому образованию, в 1988 году1. Для того чтобы подчеркнуть междисциплинарность новой области исследований, Прайс 
попытался объединить результаты исследований в нейронауке, дидактике, 
психологии, теории обучения и других смежных дисциплинах (рис. 1.1).
Связующим звеном между нейронаукой и педагогической практикой 
представляется психология, а точнее психология образования и психология 
развития, поскольку последняя позволяет объединить не только деятельность мозга и обучение, но и разумную активность человека (познание), 
рассмотреть человека как субъекта познания в ситуации обучения. Поле исследований психологии пересекается с таковым нейронауки (проблемы тревожности, стресса, познавательной деятельности, творчества и т. д.) и образованием (трудности обучения, взаимодействие в группе и др.) [Костромина, 
Бордовская, Искра и др., 2015]. Посредством описания когнитивных процессов, особенностей работы сознания, эмоционально-волевой регуляции учебной деятельности психология позволяет оценить и оптимизировать эффективность образовательного процесса. Психология изучает явления, которые 

1 Термин «нейродидактика» главным образом характерен для Германии и немецкоговорящих стран. В англоязычной среде используются понятия «нейропедагогика» 
(Neuropedagogy), «нейрообразование» (Educational Neuroscience), «мозг-ориентированное 
обучение» (Brain-basedlearning) или «мозг, разум и образование» (Mind, Brain & Education 
Science). 

Глава 1. Нейродидактика как научная дисциплина

оказываются следствием мозговой активности и причиной успешного/неуспешного обучения, адаптивного/дезадаптивного поведения в классе, эффективной/неэффективной коммуникации со взрослыми и сверстниками. 
В качестве связующего звена психология создает условия для реализации 
междисциплинарного подхода к решению самых сложных проблем в образовании. Например, исследование нейрофизиологических механизмов дис- 
лексии привело к тому, что стали понятны трудности в обучении чтению, 
удалось создать конкретные программы эффективного обучения чтению 
и письму школьников с такими проблемами. Сегодня основные принципы 
и результаты исследований в областях нейронауки, психологии развития 

Рис. 1.1. Проблемное поле исследований [Sabitzer, Pasterk, 2014]

1.1. Предмет и задачи нейродидактики. Нейродидактика в системе наук… 
9

и когнитивной науки используются для создания программного обеспечения 
и образовательных инструментов при обучении чтению и письму. Исследования эмоций, принятия решений и социального функционирования также 
помогают понять роль эмоциональной составляющей в процессе обучения. 
Таким образом, предметом нейродидактики являются закономерности функциональной активности мозга, обеспечивающие максимальную эффективность обучения в разных дидактических условиях. 
Согласно нейрокогнитивной теории обучения, в нейродидактике синтезируются три самостоятельных направлений исследования:
•
нейрофизиология, которая фокусируется на биологических основах 
головного мозга и нервной активности; 
•
когнитивная наука, изучающая обработку информации и внутреннюю репрезентацию опыта; 
•
теория обучения, которая объясняет, как мы в целом взаимодействуем с нашим окружением и адаптируемся к нему [Anderson, 1999]. 

Со временем нейроисследований, связанных с образовательным процессом, становится все больше, но пока это научное направление не сложилось 
как научная система с теоретико-методологическим основанием и прикладными направлениями. Сегодня могут быть выделены следующие актуальные 
задачи нейродидактики: 
•
введение в программы обучения психологов и педагогов курсов по 
когнитивной нейронауке, раскрывающих не только мозговые механизмы когнитивного функционирования, но и типичное и атипичное 
развитие учебных навыков, роль обучения и культуры в развитии 
мозга и др.; 
•
более активное обсуждение возможностей и ограничений поведенческих и инструментальных методов изучения мозга с целью предотвратить неправомерное использование научных данных; 
•
междисциплинарные исследования, предусматривающие сотрудничество нейробиологов, психологов и педагогов-исследователей [Костромина, Бордовская, Искра и др., 2015]. 
В системе образования существует «информационный запрос» на сведения о работе мозга. Ей катастрофически не хватает современных знаний 
о закономерностях функционирования мозга при решении когнитивных, 
творческих, алгоритмических задач. Имеется специализированная литература, которая предназначена для нейрофизиологов и не всегда доступна специалистам в сфере образования, и популярная литература, которая провоцирует формирование некорректных представлений. В педагогической практике 
инструменты и границы применения нейрофизиологических исследований 
не всегда понятны, их данные зачастую излишне упрощаются и неправильно 

Глава 1. Нейродидактика как научная дисциплина

трактуются. Перед самими нейрофизиологами не ставится задача интегрировать результаты своих исследований в реальную практику, значительная часть 
экспериментов далека от учебной ситуации, не учитывает актуальный запрос 
системы образования, исключает множество факторов, так или иначе влияющих на процессы обучения и его качество.
Некорректное распространение результатов нейронауки в педагогику зачастую приводит к формированию мифов, следование которым не только бесполезно, но и может быть опасным для обучающихся. Например, у современных учителей сложилось представление о том, что левое полушарие определяет работу языка, логики, операции с математическими формулами, числовыми 
рядами, алгоритмами, способность к анализу и не связано с фактической информацией, тогда как правое полушарие мозга отвечает за фантазирование, 
ориентацию в пространстве, восприятие и обработку форм и образов, ритмов, 
изображений, установление межличностных взаимоотношений. Многие преподаватели стараются обеспечивать баланс межполушарной активности или 
определить «доминирующее полушарие», чтобы предотвратить «несоответствие» между когнитивными особенностями работы мозга ученика и его образовательным опытом. Данный пример мифа о нейрофизиологии с чрезмерным 
акцентом на специализации полушарий [Goswami, 2007] был признан таковым 
еще в 2002 году в докладе Организации по экономической кооперации и развитию (Organisation for Economic Co-operation and Development) на основе результатов многочисленных исследований с использованием методов электроэнцефалографии и нейровизуализации.
Таким же мифом является преувеличение роли ведущего канала восприя- 
тия и переработки информации. В некоторых работах после определения ведущего канала рекомендуется предложить детям носить значок с буквой В, А 
или К с указанием стиля обучения [Bruer, 1997]. И педагоги стремятся разделить детей на аудиалов, визуалов и кинестетиков и построить учебный процесс соответствующим образом.
Существует миф о критических для обучения периодах, соответствующих синаптогенезу [Bruer, 1997]: если в критический период мозг ребенка 
не будет получать необходимое количество стимуляции, то впоследствии он 
не будет работать должным образом, поскольку возможность для развития 
окажется упущена. Согласно мифу, обучение будет успешнее, если совпадет 
с периодом синаптогенеза [Understanding the brain, 2002]. Соответственно, 
предлагается синхронизировать образовательные мероприятия с периодом 
увеличения плотности синапсов и проводить их так, чтобы они способствовали нейропластичности. Предложение специалистов сводится к максимальному стимулированию и развитию умственной деятельности в возрасте 
до 3 лет, когда образуется 70 % синаптических связей. Как следствие, на родителей и учителей обрушивается вал рекламы тренинговых пакетов «гим

1.2. Принципы нейродидактики 
11

настики для мозга (ума)», призванных гарантировать «настоящее образование» [Cohen, Goldsmith, 2000]. Как грибы после дождя, появляются центры 
раннего развития со специализированными обучающими когнитивными 
программами, где предлагается повысить качество обучения на основе ряда 
простых упражнений для объединения активности всех сфер мозга. К сожалению, практически во всех случаях эти программы не имеют доказательной 
базы относительно реальной перестройки нейрональных связей в результате 
раннего обучения.
Для преодоления сложившейся ситуации необходимы нейродидактические исследования на основе синтеза междисциплинарного и нейропсихологического подходов с опорой на ресурсы других научных областей (биологии, 
нейронауки, психологии, когнитологии и др.). В Санкт-Петербургском государственном университете уже сегодня проводится комплекс исследований 
в области нейродидактики, который позволит прийти к пониманию нейрофизиологических механизмов сложных видов умственной деятельности, обеспечивающих решение ключевых для образования проблем — усвоения учебной 
информации и управления учебной активностью.

1.2. Принципы нейродидактики

Принципы нейродидактики основаны на фундаментальных положениях нейронауки. Так, мозг является материальным субстратом психики и поведения 
человека. Ему свойственна природная (врожденная) любознательность, которая подталкивает его к исследовательской активности и приобретению нового опыта. В организации мозговой деятельности отмечается как генетическая 
общность, так и индивидуальная вариативность. Ключевым механизмом научения и хранения информации (запоминания) на нейронном уровне является пластичность. Свойство пластичности позволяет формировать разно- 
образные комбинации и алгоритмы функционирования нейронных сетей. Чем 
сложнее и гибче нейронные ансамбли, которые может образовывать мозг, тем 
выше интеллектуальные возможности человека. Полноценный процесс формирования новых связей между нейронами человека требует социального взаи- 
модействия, опыта обучения, творческой деятельности.
Принципы обучения, «ориентированного на мозг», или нейродидактики, 
таковы:
•
Пластичность — способность нервных клеток работать с разной интенсивностью, образовывать сложные нейронные ансамбли с вовлечением различных функциональных участков мозга, изменять параметры своей работы в зависимости от многих факторов внешней и внут- 
ренней среды, перестраивать и достраивать необходимые звенья нейронной сети при решении задачи нового типа.

Глава 1. Нейродидактика как научная дисциплина

•
Природная (врожденная) любознательность — стимул к исследовательской активности уже в раннем возрасте (с первых месяцев), в течение всей жизни является движущей силой развития.
•
Генетическое единство основных механизмов функционирования 
нервной системы человека. У всех людей, как представителей одного биологического вида, генетические особенности нервной системы 
во многом сходны, но имеют значительные индивидуальные различия.
•
Влияние индивидуального опыта, полученного в течение жизни. 
Опыт раннего детства в соединении с генетически обусловленным 
развитием влияет на формирование нейронных сетей, обеспечивающих функционирование психики. В течение всей жизни они меняются под влиянием обучения, социокультурных воздействий и т.д. 
Значительный вклад вносят характеристики окружающей среды, 
которые способны вызвать изменения на уровне организации нейронных сетей. Развивающая среда, специальная организация обучения способствуют развитию функций головного мозга. Результаты 
исследований позволяют рассматривать социально-экономический 
статус как предиктор развития речевой функции и исполнительных 
функций [Hackman, Farah 2008]. Уже в возрасте 3 лет дети из более 
обеспеченных семей говорят лучше, чем дети из семей с низким социальным статусом. По данным нейровизуализационных исследований, в возрасте 6–9 лет у детей из обеспеченных семей имеет место 
бóльшая зрелость структур мозга, ответственных за фонологическое 
сознание (веретенообразная извилина), чем у детей из малообеспеченных семей. То же самое касается эффективности деятельности 
лобных отделов мозга по данным исследования ЭЭГ исполнительных функций (исследовалось селективное внимание), хотя на поведенческом уровне результаты активности лобных отделов были 
одинаковыми [Hackman, Farah, 2008]. Опыт депривации, дистрессы, 
заболевания, употребление психоактивных веществ могут вызвать 
задержку развития и даже деструктивные изменения мозга. Физиологические аспекты, например особенности питания, гормональный 
статус и т.п., влияют на обучаемость и развитие когнитивной и эмоциональной сфер.
•
Обучение умственной деятельности сложного уровня. Любые проявления интеллекта отражают предыдущий опыт активации и функ- 
ционирования синаптических связей и нейронных сетей. Развитию 
интеллекта способствуют сложные виды умственной деятельности 
(установление причинно-следственных связей, целеполагание, планирование, решение сложных задач). Поэтому применение дедуктивного