□ 項 珍

約翰·霍普金斯大學教育學院院長瑪利亞·哈迪曼創(chuàng)立的“腦靶向教學法”在認知發(fā)展理論的基礎上融入了腦科學、神經(jīng)科學和學習科學領域的研究成果。它基于科學，落腳于藝術，有六大目標：好玩、新鮮、全局、強化、實踐、多元，以期真正破解“激發(fā)學生的興趣”“讓學習有效且持久”的難題。

STEAM教育就是集科學、技術、工程、藝術、數(shù)學于一體的綜合教育。它倡導將各個領域的知識通過STEAM課程結(jié)合起來，讓學生在綜合的環(huán)境中學習，在項目活動中應用多個學科的知識解決問題。

由此可見，在STEAM課程中運用“腦靶向教學法”，通過《百變投石機》等項目的學習和探究，探索無邊界課程的實施路徑，提升學生的科學素養(yǎng)，培養(yǎng)學生的科學思維和創(chuàng)新能力。

一、創(chuàng)造積極情感體驗——好玩

華中師范大學楊麗華教授在《“腦靶向教學法”的六個“腦目標”》一文中提出：據(jù)神經(jīng)科學研究顯示，大腦的邊緣系統(tǒng)是人類產(chǎn)生情感的反應區(qū)域，不良的情緒反應是導致邊緣系統(tǒng)不肯向認知中心伸出“橄欖枝”的原因之一。相反，積極的情緒體驗會促使大腦產(chǎn)生某些化學物質(zhì)或神經(jīng)遞質(zhì)，有助于神經(jīng)元的連接和鞏固長期記憶。

因此，教師要積極創(chuàng)造良好的課堂氛圍，促使學生產(chǎn)生積極的情感體驗——好玩。以《百變投石機》為例，在導入環(huán)節(jié)，教師利用自行設計的小型派送機，準確地將糖果派送至一位學生面前，由此引發(fā)“投石機”的話題。投石機是兒童比較感興趣的一種玩具，部分學生通過樂高積木或者機器人課程的學習積累了類似經(jīng)驗，但對于它的工作原理卻很少研究。教師通過創(chuàng)設情境，激發(fā)學生的學習興趣，把教學目標變成學生的學習需要。這也成為STEAM課程有效的起點。

二、創(chuàng)造良好物理環(huán)境——新鮮

瑪利亞·哈迪曼在創(chuàng)造良好的物理環(huán)境中提出，可以通過照明、聲音、擺設等創(chuàng)造出與以往不一樣的感覺，讓學生覺得有趣、新鮮，來激發(fā)學生主動探究的欲望。

在《百變投石機》學習中，教師積極營造新鮮的環(huán)境氛圍和真實的問題背景。首先，研究小組由學生自己命名并通過席簽公示，如牛頓組、愛迪生組、錢學森組、祖沖之組、張衡組等。濃濃的科學研究氛圍，激發(fā)了學生參與、合作、分享和創(chuàng)新的主動性和積極性。其次，要求研究小組完成一件真實作品——投石機。問題背景的真實性是指建立在真實需要基礎上的，這種真實性更容易被學生理解和接受，更容易讓學生快速“入境”。因為有了真實的問題背景，學生立即與自己的經(jīng)驗產(chǎn)生聯(lián)結(jié)，產(chǎn)生了解決問題的興趣與需要，學習就自然發(fā)生。

三、設計體現(xiàn)整體概念——全局

“腦靶向教學法”認為課程設計要遵循大腦神經(jīng)元“相互連接、一起激活”規(guī)律，體現(xiàn)整體概念，由此勾畫知識大圖景，促進學生對概念的深層次理解。

教師在《百變投石機》的課始就出示大型投石機的圖片并設置投擲任務，要求學生利用已經(jīng)掌握的杠桿原理制作投石機，以投準為要求從而對投石機加以改進，以實現(xiàn)投石機的投準功能。這樣，就幫助學生把目前所學的知識嵌入到已有的知識網(wǎng)絡中，加強學習活動之間的聯(lián)系。投石機是利用杠桿原理制作的拋射石彈的人力遠射兵器，它的支撐點在杠桿的1/8或1/9處，比數(shù)越大，用的力量和達到的速度就越大，相對的石頭的重量就越小。如果教師直接將投石機的秘訣傳遞給學生而未經(jīng)運用，神經(jīng)元之間的強勁連接也就無法形成，新知識只是一種“過眼云煙”。

因此，教師緊緊抓住核心問題，并將核心問題分解成幾個小活動、小問題，引發(fā)學生發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，有層次地推進。具體如圖1所示。

圖1 反饋評價層次性示意圖

教師要求以桌子的一端為起點，用自制投石機將糖果投射進桌子另一端的水槽內(nèi)。學生每人操作投石機三次，用圖示法記錄糖果投射的第一落點位置。教師針對學生投射記錄就“三次有一次投中的”“第一次就投中的”兩個問題進行調(diào)查統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)大部分學生自制的投石機能做到“三次有一次投中的”，但只有少數(shù)學生能做到“第一次就投中的”。教師就此提出核心問題“影響投石機投中目標的因素”，使學生明確自己的任務目標。接著，教師引導學生從橡皮筋的數(shù)量、用力的大小、支架的高度、支點的位置等方面對投石機進行調(diào)整和改進。教師在引導學生解決問題的過程中充分理解學生思考和學習方式，以新融舊，即將新的知識點整合到學生既有的知識網(wǎng)絡中，使學生獲得了成功的喜悅。這種積極的情感體驗強化了他們完成任務的愿望，促使學習真正發(fā)生，刺激更深層次的學習的發(fā)生。

四、多種手段反復演練——強化

哈迪曼指出：“大腦必須經(jīng)過反復的、強烈的信息輸入的刺激，才能形成永久鏈接。為此，對于同一基礎概念，學生必須一練再練，教師能做的就是提供不同的學習活動，以避免枯燥和效率低下?！?/p>

大多數(shù)學生都認為投石機的投射距離與力量有關，卻忽視了橡皮筋的作用。教師通過投射演示，引導學生關注橡皮筋的彈力和投射距離有關。但是該如何證明呢？

在解決任務的過程中，教師并沒有規(guī)定制作投石機的材料和方法，而是以開放的方式，期待探究過程和結(jié)果能百花齊放。教師建議每個學生投射三次，記錄投射落點位置，進行數(shù)據(jù)分析，歸納投石機的工作原理，以調(diào)整和改進投射方法。無論是學生自己投射，還是觀看他人投射，每一次投射都是一次演練，學生通過記錄投射數(shù)據(jù)、求平均值以及分析數(shù)據(jù)等方式，促使大腦不斷重組、修改和加強神經(jīng)元之間的連接方式和程度，既保持前后知識的連貫性，又產(chǎn)生了新的認識，加深學生對科學概念和科學探究的理解，促進工程問題的解決。通過實驗的方法使觀察更仔細，數(shù)據(jù)更準確，思考更深入，設計更嚴謹。解決任務的過程成為人人參與、人人記錄、人人觀察、人人思考、人人動手的過程。學生通過小組合作，不斷嘗試，反復練習。學生練習的次數(shù)越多，使用的方法越多，越有利于同一概念信息被處理和加固，更新已有知識網(wǎng)絡，創(chuàng)新認知模式。

五、促進對知識的應用——實踐

“腦靶向教學法”認為，因為不同腦區(qū)之間是互相對話、互相連接、互相影響的。知識獲取只是有效教學的第一步，學生只有將知識應用于實踐，通過高階思維完成解決問題的任務后，才算是真正掌握了知識。

在學生研究投石機彈力與投射距離的關系后，教師播放了微視頻《憤怒的小鳥》，又出示了四種不同材料、不同類型的投石機的圖片，學生以小組合作的方式研究這些投石機分別靠什么力量投石。學生通過觀察，模仿圖示選用不同的材料，制作不同結(jié)構、不同用途的投石機，從而發(fā)現(xiàn)“投石機可以運用重力、拉力、物體本身的彈力等投射物體，而投石機的材料和結(jié)構差異是產(chǎn)生不同力量的因素”（見圖2）。

圖2 不同材料、不同結(jié)構的投石機

實踐出真知。學生制作一架真正符合要求的投石機，需要調(diào)動和學習關于科學、技術、工程和數(shù)學的背景知識，用適當?shù)姆绞綄⑿芦@得的知識與技能運用到問題解決的過程中去。實踐激活了大腦各腦區(qū)之間的對話，將學習活動推向深入，促進學生對知識的運用，培養(yǎng)了學生綜合學習的能力和解決問題的能力，鍛煉了學生更高階的認知能力。

六、實施全程學習評估——多元

“腦靶向教學法”認為，評價與學習過程同等重要，每個階段都包括學習評估，尤其是即時評價可以增強學生的記憶和學習效果。因此，STEAM課程的評價應貫穿教學活動的始終且形式多元，既要關注知識技能的習得，也要關注過程的若干要素，如開放式的問題解決方案、活動指導及評價要素等。

以《百變投石機》為例，教師根據(jù)STEAM課程的要求提早設計了評價量表。學生在討論設計方案前，先認真閱讀所給的評價量表，用量表中的評價標準去指導自己的設計，就此明確活動任務和評價標準（見表1）。

表1 “投石機”設計制作的評價量表

從表1可見，《百變投石機》的評價方式多元化。例如，每個小組會領到一張材料清單，如使用過某種材料，則寫明數(shù)量；如未使用，則寫0；如使用了不在提供范圍內(nèi)的其他材料，也須注明。通過了解活動所需材料的成本，幫助學生形成控制工程成本的意識。該評價表既有對投石機穩(wěn)定度、準確度、創(chuàng)新度、美觀度的整體評價，也有對制作投石機成本及性價比的單項評價，更包含提升學生設計文案和演講匯報等能力的綜合評價。在競賽和比較中增強學生科學探究的興趣與信心，提升鑒賞能力。

當然“腦靶向教學法”對傳統(tǒng)類型的評估進行了擴展，除了使用口頭和書面的評估、測量量表、學生成績和反思外，還可以通過藝術手段建立評估方式，如表演、展覽等。

“腦靶向教學法”，是通過對“大腦如何學習的”研究形成的一種新型教學法，破解了“激發(fā)學生的興趣”“讓學習有效且持久”的難題。基于“腦靶向教學法”的STEAM課程，充分把握了小學生的學習特點和需求，將知識與技能、理解與實踐很好地結(jié)合在一起，通過項目式學習激發(fā)學生的創(chuàng)造性和積極性，進一步詮釋了STEAM課程跨學科、趣味性、體驗性、協(xié)作性、設計性、實證性等核心特征，有效地提升小學生的綜合素質(zhì)，達成STEAM課程的教育目標，實現(xiàn)其教育價值。