20世紀後期，人類開始興起對人腦的關註和研究，腦科學的發展為語文學習提供了新的科學依據。
一、條件反射是語文學習的生理機製
人腦是人體最高級的控製中樞，通過神經系統與身體的各部位相連，負責運動、思維、記憶、情感和行為。學生的語文學習活動，是腦神經細胞對學生眼睛和耳朵等器官感受到的文字、聲音而形成的條件反射和暫時的神經聯系，是腦的分析、綜合活動的結果。一項閱讀思考活動和一個生字的記憶，是數百萬神經信號在以億計數的腦細胞參與下，沿著數條路徑反射的過程。因此，形成條件反射，是學生語文學習最基本的生理機製。
二、大腦左右半球職責分明
人腦的左半球被稱為“邏輯”半球，主管著言語區。它負責識別字詞、拼音字母和書寫數位，負責識別地點、面孔和物體，負責理解文字的字面意思、知覺時間和順序等。作為分析性的半球，可以對實際情況進行理性分析。人腦的右半球被稱為“直覺”半球，負責從圖形圖像獲取信息，負責空間知覺和創造性的發揮。此外，它還可以從語境，包括身體語言、情緒和語言語調等方面來了解語言。
三、大腦語文學習模型
20世紀80年代初，美國亞利桑那州立大學的robert stahl提出了包括大腦收集、評估、存儲和提取信息的加工模型，該模型顯示了學生感覺器官是如何排除或攝取學習信息並進行加工操作的，揭示了兩種暫時記憶，說明了操作的過程，並討論了影響學習結果儲存的因素。該模型還說明了過去經驗和自我概念對學習的影響，有助于教師了解學生理解和記憶語文知識的過程。
1.感覺。學生通過五種感覺對環境中的信息進行探測。所有感覺刺激以電脈沖的方式輸入腦，再轉化為腦所感知的圖像和聲音。
2.感覺登記。除嗅覺外，所有輸入的感覺信息先被傳送到丘腦，在幾毫秒內，丘腦會根據學生過去的經驗確定信息的重要程度，凡是被判定為不重要的信息都被過濾掉，大腦將註意力集中在重要的事情上。這個工作系統稱為感覺登記系統。
如在語文課上學生甲聽到老師在說“今天學習《小石潭記》，這篇文章的作者是柳宗元”，這是老師的聲音信息在他的感覺通道內迅速被登記並保留，是瞬間的記憶。過了一會兒，他的註意力不集中了，雖然老師近在咫尺講課，但他卻會感覺老師的聲音越來越遠，甚至聽不到，慢慢地完全沉浸在自我神遊之中。這種現象就是學生甲將收到的教師的聲音信息過濾掉了――感覺登記將神經傳輸的信息阻擋在了意識之外。當老師大聲叫他的名字時，他回過神來，感覺登記又將老師講課的聲音信息傳人到他的意識中，這時，他又清晰地聽到老師的聲音，獲得瞬時記憶。
3.工作記憶。工作記憶也稱短時記憶、操作記憶，是指一次呈現後，保持在30秒以內的記憶，它是人們在從事各種工作時所不可缺少的。工作記憶加工某些信息時，需要我們集中註意力，因此學生的工作記憶能力是有限的。一項研究發現，青春期前學生的工作記憶時間跨度約5～10分鍾，之後就會出現疲勞或厭煩，註意力隨之下降。
4.長時記憶。長時記憶是指幾分鍾以上直到許多年甚至終身保持的記憶。長時記憶是對工作記憶反復加工的結果。如果學生認為工作記憶的內容自己理解了，而且該內容對自己有意義，那麽學生就會對內容作進一步加工。最簡單的加工方式是重復，也稱復述，比較有效的方式就是把新信息與原有的知識聯系起來，從而理解新知。這些理解了的新知被長時間存儲的可能性就大。
如學習《小石潭記》後要求學生背誦，有的學生對課文意思不理解，就背不熟;有的學生能理解，卻覺得對自己沒什麽意義，也背不熟;有的學生能理解，又知道這是升學、考試必背篇目，為了考個好學校，背《小石潭記》就變得有意義了，《小石潭記》的內容被嘗試記憶存儲的可能性就極大。這個記憶存儲的過程就是大腦將信息編碼，傳送到一個或多個長時記憶存儲區，並按一定的順序存放的過程.
5.認知信念系統。學生對世界的整體看法構成了他們的認知信念系統，長時存儲的所有內容構成了對世界整體看法的基礎。從長時存儲的信息中產生的思想和理解比單個信息的簡單綜合要大，即人腦的一個不可思議的能力在于，它可以用許多不同的方式將單個項目整合在一起，隨著記憶的積累，項目組合的數量將以冪數級的方式成長。
6.自我概念。認知信念系統的深層隱藏著自我信念，它是由過去經歷塑造的，是學生看待自我的方式。如有的學生認為自己是一個智力中等、寫作能力極強，而數學方面較差的學生，這是由于以往作文獲獎的經歷提高了他寫作的自信心，而因數學考不及格受到父母懲罰，降低了該生的自我概念。這些經歷都會產生強烈的情緒反應，腦杏林核則將它們跟事件一起編碼和存儲。該信息加工模型顯示，大腦以並行加工的方式同時處理許多信息，在信息加工過程中，會拒絕或丟失很多信息。如擅長作文的學生準備寫一篇議論文，當查閱到許多資料時，過去經驗向感覺登記系統發出信號，如果這些信息都有助于他寫作成功，那麽這些信息將順利地進人工作記憶。學生清醒地認識到他在寫作方面取得的成功，將會進一步關註這些查閱的信息並進行深入加工。相反，寫作失敗者因為過去的作文成績總是不及格，感覺登記就會阻止查閱到的信息的輸入，抵製不願獲得的寫作信息，即該生的自我概念拒絕對新信息的接收。這也就是為什麽學生都會積極參與那些他們曾經取得成功的活動，而回避有失敗經歷的活動。
這一模型對語文教學的啓示是：語文教學要符合人腦加工信息的規律。具體而言：一是信息加工需經過三個階段，即瞬時記憶、短時記憶和長時記憶。短時記憶容量有限，課堂教學內容不應超載。二是隻有理解了的信息才可能長時儲存。三是信息加工效果會受到個人信念和自我概念的影響，所以提高教學效率應從改變學生的語文學習信念和自我概念人手。
四、大腦的可塑性
腦的發展被稱之為“腦的可塑性”。當代腦研究中最令人興奮的發現之一，是經過40年觀察老鼠得出的結論：生活在“豐富”環境中的老鼠大腦比來自“貧瘠”環境的老鼠大腦要重。大量實驗資料表明，如果通過與環境的相互作用激發腦，腦將會在生理上獲得生長。在對老鼠的實驗中，“貧瘠”環境是這樣組成的，即每隻老鼠都有單獨的籠子，籠子都有堅固的牆，這樣老鼠之間互相看不到，也觸摸不到，籠子被放在隔離的、安靜的、光線微弱的房間裏。“豐富”的環境是老鼠住在大籠中，10～12個一組，籠中有梯子、輪子、盒子和平台等組成的玩具，籠子被放在大的、明亮的房間裏，玩具每天都更換。在極度豐富的環境中，老鼠們每天都參加一個在大場地中的探索活動，它們五六個一組，有欄桿圍著，且這些欄桿的圖案每天都在變。對老鼠而言，最豐富的環境似乎是它的自然棲息地。在豐富環境中長大的小老鼠，兩個星期後就與那些在貧瘠環境中長大的小老鼠表現出“能力”的不同。
從對老鼠的實驗研究中得出的顯著事實，有助于我們理解，為什麽遺傳的特征和環境都不可能單獨決定“發展”和“行為”。當學生在課堂學習時，他們的心理和生理都發生著改變，豐富的語文課堂環境有利于學生大腦的發展。
20世紀人類除了對腦的一些功能定位、對感覺和運動的通路有不斷的認識外，在腦的組織形態和功能結構方面也有許多新的發現。腦研究證實並確認，多元化的復雜而具體的經驗是有意義學習和教學的基礎。
1.要引發學生對語文學習的條件反射，必須運用強烈的刺激以引起各類學生的註意。從語文教師動情的獨自、廖廖幾筆的簡筆畫，到多媒體課件、網路影片、虛擬學習社區等都是可以憑借的教學技術。
2.不同年齡的學生，他們的工作記憶容量是不同的。語文教材內容的編製、課時內容的選擇都應以中等學力的學生為依據，逾時、超量的語文學習任務都和有效的教學原則相悖。
3.學生的自我概念是學生吸納知識和信息的源泉。從持續發展的角度來看，塑造學生語文課程學習的自信心和積極的自我概念，遠比多記憶幾個生字、多默背幾篇課文有意義。
4.學生大腦的發展需要豐富的教學環境。對語文課堂而言就是要構建一種優質的“生態”環境：和諧的學習氛圍，多元的課堂交往，自主的學習活動。