脑科学对中学物理教学的启示，本文主要内容关键词为：脑科学论文,启示论文,中学物理教学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
近20年来，各种脑成像技术的兴起和发展，促进了脑科学和认知科学的迅速发展。建立在脑科学与认知科学最新研究成果基础上的基于脑的学习与教学的探讨正在世界范围内广泛兴起。脑科学与教育的关系，已成为当今学术界关注的热点研究主题。将脑科学的研究成果应用于教学，可以提高学教学的效率，为解决各种学习与认知过程提供科学的原理与依据。教育的科学化离不开对脑的研究和对认知科学的研究，应用脑科学理论来促进教学、推进素质教育已成为教育改革的新方向。
一、基于脑的教育
“基于脑的教育”产生于20世纪70年代末，它是旨在将有关人脑学习的脑科学研究成果引入教育中的一种理论与实践，也称之为“基于脑的学习”或“适于脑的学习”。20世纪80年代初，列斯力·哈特（Leslie Hart）首先提出“基于脑的学习”这一术语，他把教育分为“与脑兼容的”（brain-compatible）和“与脑对抗的”（brain-antagonistic）教育。[1]他认为，学校没有效率是因为学校不了解突触与神经递质的化学构成，没有把脑看作是学习的器官，使教学与环境适于脑的结构。已有的脑科学研究充分证明：[2]学习是大脑最自然的功能，并且脑的学习能力及创造能力都是无穷的。研究脑的学习理论专家凯因夫妇和杰森都认为，基于脑的学习是指承认脑有意义学习的规律，并根据脑的自然学习规律来组织教学。因此，基于脑的教育是一种基于人脑的结构与功能的教育理论。只有了解脑的学习规律，才能开发出适于脑的课程，向学生提供符合脑加工规律的学习机会，设计适于脑的教学环境。
基于脑科学研究的教育科学代表人物美国加利福尼亚州立大学雷纳特·N.凯恩（Renate.N.Caine）教授及其丈夫杰弗里·凯恩（Geoffrey Caine）及密西西比州立大学杰夫利·A.拉科雷（Jeffery A.Lackney）博士归纳的脑学习的12条原则（如图1），[3]比较完整、深入地刻画了脑的学习本质，其中谈到脑的动态整体性、脑的社会性、脑的探索性、脑的情感因素、脑的记忆系统、脑与威胁、脑的独特性等。脑是一个生命系统：身体、智力和大脑是一个动态的整体（原则1），大脑的学习都是以整个生命系统为中心的。
二、对中学物理课堂教学的启示
脑学习原则及特征对学科教学改革有很大的启示。基于此，笔者根据物理学科本身的学科特点，为改进教师的教法，提高学生学习物理的能力提出几点启示。
（一）采取直观教学的教学策略，调动多元感官，增强感知和理解效果
现代脑科学研究发现了大脑的“光强化效应”，[4]即视觉刺激的有无或强弱将直接影响到其他感官对信息的接受。采取直观化的教学可以有效地加强学生视觉效果或通过直观化教学策略引发学生的心理表象。当这些引发视觉或心理表象的刺激达到足够量时，将这一刺激转移到其他感觉中枢，从而促使其他感官更为积极主动地参与对事物的认知，扩大学生接受信息的广泛性和全面性。脑科学研究还表明：[5]脑具有并行加工机制，可以同时处理来自不同感觉通道的外界刺激。研究发现，对于同一学习任务，多感觉通道在信息输入导致脑激活区域的数量和面积比单一感觉通道时强得多。
基于物理学科本身的特点，教师在教学中采取直观教学的教学策略，让学生直观地看、听、摸、尝以及动手操作，或利用多媒体技术，以真正促进学生大脑中各类不同功能的纵向神经系统的发展，从而增加学生对知识的感知和理解水平。
（二）优化学习环境、营造放松且具有挑战性的情感氛围，创造高效物理课堂
脑科学研究发现，情感与认知实际上是相互渗透与相互塑造的。[6]有意义学习的最佳心理状态应至少具备两个特征：一是一个放松的神经系统和在心理、情感和身体水平上运作的安全感与放松感；二是学生的自我驱动，这对于扩展那些不仅限于浅层知识层面的知识是关键的。[7]情感氛围是通过相互尊重和彼此接受而获得支持并以此为标志。大脑对于具有适度挑战性的学习任务最感兴趣。教师不可一味地注重知识的结构，在教学时一定要把握挑战性任务的难易程度，循序渐进，给学生创设一种放松且具有高挑战的氛围，以增强学生的自我效能感，极大地调动积极情绪，开发学习潜能。
此外，脑科学研究证实了人类内隐学习的存在及其具有无意识特征。[8]大脑的这些具有无意识的心智过程（内隐认知、长时记忆、自动过程、程序记忆、语义记忆等）总是找机会发挥作用。[9]教师在教学中要积极创设并优化学习环境，充分发挥环境濡染作用。教师要做到：一是注重知识技能方面的外显教学，二是可巧妙地运用自己的动作、表情、语言风格、气质风格、价值倾向、理想信念等，以不自觉的、非逻辑的方式将信息传递给学生，实现师生间的情感共鸣，创造高效物理课堂。
（三）创设联结，达到意义建构
基于脑的学习理论最核心的一个理念是意义建构。[10]意义建构是大脑最核心的功能，作为学习器官的大脑，始终在为其所经验的事情赋予意义，这种“赋予”本质上就是一种近乎自然、近乎本能地对信息意义的加工、建构与创造。[11]脑科学认为新知识必须与以往旧知识相关联，才能进行有意义的建构，只有学生自己获得加工的经验，这样的学习才是有效的。所以教学设计时要注意教学内容的意义性、学习内容的必要性。当所获得的信息、感觉意义和深层意义聚合在一起时，就产生了真正的有意义知识，这样的知识就与大脑中已有知识具有整体上的契合。
创设联结，就是要创设与学生旧知识、旧经验相关的情境，把新内容镶嵌在旧知识中。如在动量定理的教学中，可以通过鸡蛋分别落在水泥地面和盛满纸屑的纸框里的演示实验，以及跳高、跳远中起跳点和下落点硬度的不同等实例，引导学生发现问题；也可以通过分析牛顿定律在解决碰撞问题时遇到的困难，启发学生发现问题。将这两种方式结合起来，既找到了物理课堂的生活起点，激发了学习的动力，又对新旧知识关系的厘定，从理论和实际两个角度明确动量定理的研究主题。
（四）创建认知地图，利用思维导图总结与提升，注意整体性与脉络性
脑科学研究认为人至少有两套不同类型的记忆：一套空间记忆系统（位置记忆系统）和一套进行机械学习的系统（分类记忆系统）（原则9），当事实和技能镶嵌在自然的空间记忆中时，我们就能最佳地理解和记忆（原则10）。位置系统利用了分类系统的内存。位置系统与分类系统之间通过自然地相互作用来产生意义。”[12]基于脑的学习观的另一个核心理念——整体学习，[13]它强调基于脑的学习所具有的整体性、综合性、情境性等特性。而思维导图是一种帮助大脑进行全方位思考的图形，它直观形象地阐明在知识领域里学习者是怎样使概念之间产生关联的。据此，在教学设计中，从物理的核心概念或主题进行总结，帮助学生梳理学习过程中零碎的知识，建立思维导图，使知识更具结构化，掌握的更牢固，从而提升教学效率，图2是作者给出的弹力概念的思维导图例子。
实践证明，只有许多零碎的知识而没有形成整体的知识结构，犹如没有组装成整机的一堆零件而难以发挥其各自的功能。[14]所以，我们应鼓励学生在老师的指导下，把各部分相应的知识按其内在的联系进行归纳整理，将零碎的知识构建思维导图，从而形成一个系统完整的知识体系。
（五）基于问题的合作学习是有效的
脑科学研究表明：[15]基于问题的学习是有意义、高效的，并且倡导学生在“做中学”。图3所示的是脑科学研究的一个成果。研究发现，[16]对于一个讲座，以教师讲，学生听的模式，24小时以后学生只能获得5%的信息；如果增加阅读，可以获得10%；如果视听结合，能获得20%；如果教师做一个示范，能获得30%；如果学生间讨论，能获得50%；如果学生自己做一个实验，能获得75%；如果教师要学生上去讲这个问题，学生要做一个准备，这时能获得90%。另外，脑的学习具有社会性（原则2），学习是追求社会性需求获得满足的过程。提供这种需求的学习内容、学习活动是激发学习者学习欲望的强大动力。合作学习、榜样学习是满足学生社会交往需求的有效途径。因此，在物理教学中可以开展基于问题的教学，组织合作学习，这样才能调动学生的积极性，创造高效课堂。
综上所述，从脑科学视角来研究教育，注重将脑科学研究成果转化到教育理论中去，为解决教育中的问题提供了科学的基础，也为教育工作者、教育决策者和实践者指明了方向，使教育更具有效性和科学化。
[1][6][7][12]雷纳特·N.凯恩，等.创设联结：教学与人脑[M].吕林海，译.上海：华东师范大学出版社，2004.
[2][11][14]吕林海.学习与教学：一种基于脑的解读[J].教育理论与实践，2004，（6）.
[3][5]约翰·D.布兰斯福特，等.人是如何学习的[M].程可拉，等，译.上海：华东师范大学出版社，2002.
[4]高文.学习创新与课程教学改革[M].广州：广东教育出版社，2007.
[8]刘力.学与教的变革[M].杭州：浙江大学出版社，2010.
[9][10][13]吕林海.意义建构与整体学习：基于脑的学习与教学理论的核心理念[J].教育理论与实践，2004，（8）.
[15][16]王允庆.基于脑的学习规律是什么样的[J].基础教育论坛，2012，（5）.