姬文鵬
摘 ? 要:數(shù)學(xué)與大腦功能之間的聯(lián)系非常緊密,作為初中數(shù)學(xué)教師,更應(yīng)該重視教育神經(jīng)科學(xué)在數(shù)學(xué)教學(xué)中的指導(dǎo)作用。從教育神經(jīng)科學(xué)視角來看,為了使數(shù)學(xué)高階思維培養(yǎng)的教學(xué)更加符合大腦的認(rèn)知規(guī)律,使學(xué)生的學(xué)習(xí)更加科學(xué)有效,需要關(guān)注以下五個方面:注重數(shù)感的培養(yǎng)、調(diào)動多種感官參與學(xué)習(xí)、創(chuàng)設(shè)生活化情境、利用首因-近因效應(yīng)、關(guān)注情緒和環(huán)境的影響。
關(guān)鍵詞:教育神經(jīng)科學(xué);數(shù)學(xué)教學(xué);首因-近因效應(yīng)
1 ?教育神經(jīng)科學(xué)與數(shù)學(xué)教學(xué)
教育神經(jīng)科學(xué)是指將神經(jīng)科學(xué)、心理學(xué)、教育學(xué)整合起來,探究人類教育與學(xué)習(xí)現(xiàn)象背后的腦神經(jīng)機制的一門新興交叉學(xué)科[ 1 ]。教育神經(jīng)科學(xué)包括了“學(xué)習(xí)腦”的研究和“教學(xué)腦”的研究,由周加仙教授團隊創(chuàng)建,通過周教授在哈佛的博士后研究工作、北美國際組織做執(zhí)行理事、以及歐洲日內(nèi)瓦聯(lián)合國總部的研究工作,推動了國際教育神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展。教育神經(jīng)科學(xué)注重教與學(xué)的腦生理機制與認(rèn)知機制的結(jié)合,改變了長期以來教育學(xué)缺乏科學(xué)實證依據(jù)的狀況,為教育奠定堅實的科學(xué)基礎(chǔ),受到了基礎(chǔ)教育界的重視。教育神經(jīng)科學(xué)并不是完全脫離傳統(tǒng)的課堂教學(xué)另搞一套教學(xué)模式,而是基于已有的教育學(xué)、心理學(xué)理論,運用先進的技術(shù)手段,根據(jù)大腦的認(rèn)知規(guī)律,揭示學(xué)生學(xué)習(xí)行為的產(chǎn)生過程,科學(xué)解釋傳統(tǒng)課堂的教育現(xiàn)象及其機制[ 2 ]。
所謂數(shù)學(xué)高階思維,是指學(xué)生在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)活動中所表現(xiàn)出來的高水平心智活動,包括策略型思維,批判型思維和創(chuàng)新型思維等。進入中學(xué)階段以后,學(xué)生的智力發(fā)育在生理上基本成熟,已經(jīng)從具體的形象思維過渡到以高階思維為主,因此,培養(yǎng)高階思維能力是中學(xué)階段數(shù)學(xué)課程教學(xué)的主要任務(wù)之一,在這個時期,思維能力的高低往往是決定學(xué)習(xí)成績的重要因素[ 3 ]。常見到這樣的一類學(xué)生,在小學(xué)階段,數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)成績較好,而到了初中之后,數(shù)學(xué)成績一落千丈,原因可能是在小學(xué)階段沒有注重對高階思維能力的培養(yǎng),學(xué)生缺乏主動探究、發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造性獲取知識的能力,進入初中后,隨著所學(xué)數(shù)學(xué)知識的廣度和深度增加時,高階思維的欠缺所帶來的弊端就暴露無疑。數(shù)學(xué)是人腦對主客觀事物的反映和建構(gòu)而形成知識、智力和操作的工具,是關(guān)于思維的科學(xué),數(shù)學(xué)與大腦功能的聯(lián)系非常緊密。因此,作為初中數(shù)學(xué)教師,應(yīng)該重視教育神經(jīng)科學(xué)理論對培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力的指導(dǎo)作用,從而更好地改進教師的教,促進學(xué)生的學(xué)。只有思維水平提高了,學(xué)生才能夠更好地運用所學(xué)知識解決實際問題,數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)才能夠真正落地。
雖然目前關(guān)于教育神經(jīng)科學(xué)的相關(guān)著作和發(fā)表的文獻都表明腦神經(jīng)科學(xué)的研究結(jié)果對人類教育事業(yè)有重大影響,但大部分研究者都是梳理國內(nèi)外腦科學(xué)的研究成果或者探討腦科學(xué)研究成果對課堂教學(xué)的一些啟示,很少有學(xué)者將該理論與教育教學(xué)實踐相結(jié)合起來,尤其是研究其在數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中的應(yīng)用,而在教育神經(jīng)科學(xué)視角下研究初中數(shù)學(xué)的教學(xué)實踐就更加寥寥無幾[ 4 ]。鑒于此,本研究立足初中數(shù)學(xué)教學(xué)實踐,從教育神經(jīng)科學(xué)視角下探究初中數(shù)學(xué)高階思維培養(yǎng)中的教學(xué)實踐和策略,力爭提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率,提升學(xué)生的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)。
2 ?教育神經(jīng)科學(xué)在初中數(shù)學(xué)高階思維培養(yǎng)中的實踐
2.1 ?重視數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中對數(shù)感的培養(yǎng)
所謂數(shù)感,就是對數(shù)學(xué)的感覺、感受乃至感情。心理學(xué)家認(rèn)為,數(shù)感是一種對數(shù)量有生理基礎(chǔ)的先天感覺,包括對小數(shù)量快讀精確的感知,數(shù)數(shù)能力,數(shù)量比較能力和理解簡單數(shù)學(xué)運算的能力[ 5 ]。從數(shù)學(xué)教育心理學(xué)的角度來看,具體的表現(xiàn)在對日常生活中的數(shù)和運算有敏銳的感受力,有意識地從數(shù)學(xué)的角度去觀察解釋和表示客觀事物的數(shù)量關(guān)系、數(shù)據(jù)特征和空間形式。
人一出生就擁有感知數(shù)量的能力,或者在非常小的時候就能毫不費力地獲得這種能力,但這并不意味著數(shù)感是固定的或一成不變的,數(shù)感可以通過學(xué)生接受數(shù)學(xué)教育逐步培養(yǎng)和提高[ 6 ]。正如語音意識是學(xué)習(xí)語音和成為一個閱讀者的先決條件一樣,培養(yǎng)數(shù)感是學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的先決條件。一些基于實驗的研究證實數(shù)感對于兒童早期數(shù)學(xué)能力的提升發(fā)揮了顯著作用[ 6 ]。要培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)感,應(yīng)使學(xué)生學(xué)會用數(shù)學(xué)的眼光去認(rèn)識和表達周圍事物,體會從具體到抽象的形成過程,在計算中讓學(xué)生領(lǐng)悟數(shù)與數(shù)間的關(guān)聯(lián),選擇靈活便捷的計算方法等等。例如,估算使大腦數(shù)感天賦延伸。初中階段涉及到的估算方法有:利用逐步逼近的方法估計無理數(shù)的大致范圍,利用函數(shù)圖像法估算方程(組)的近似解,技巧估算所列算式范圍等等。數(shù)感的培養(yǎng)是一個長期而系統(tǒng)的過程,它所涉及的能力和技能不可能存在于課本中單獨的章節(jié)或教學(xué)單元,教師要結(jié)合具體的教學(xué)內(nèi)容,將數(shù)感的培養(yǎng)滲透到日常的教學(xué)活動和思維方式中,潛移默化地提升學(xué)生的整體素質(zhì)。
2.2 ?調(diào)動多種感官,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣
夸美紐斯曾說,“一切知識都是從感官開始的,沒有感官的參與就沒有學(xué)習(xí)”。學(xué)習(xí)主要依賴的感覺通道有視覺、聽覺和運動知覺。腦科學(xué)研究發(fā)現(xiàn),如果能夠調(diào)動多種感官參與學(xué)習(xí),就能夠快速激活大腦皮層并增加突觸之間的聯(lián)系,在一定程度上能夠加強理解和記憶[ 7 ]。因此,在數(shù)學(xué)教學(xué)過程中,如果能夠調(diào)動學(xué)生的多種感官參與進來,讓學(xué)生利用更多的大腦通路來處理學(xué)習(xí)信息,建立起對知識與技能的深刻記憶,學(xué)生就會把數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)變成一種自我需要,學(xué)習(xí)效率自然會提高。
數(shù)學(xué)教師在課堂教學(xué)中需要結(jié)合具體的教學(xué)內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生用眼睛看,耳朵聽,動手做(寫),用腦想等,最大程度地調(diào)動學(xué)生的多種感官參與學(xué)習(xí)。例如,在講解四邊形的內(nèi)角和等于360度這一部分內(nèi)容時,可以設(shè)計讓學(xué)生動手操作的環(huán)節(jié)。課前讓每位同學(xué)準(zhǔn)備一個四邊形,具體操作如下:1.讓學(xué)生將自己畫的四邊形的四個內(nèi)角量一量,它們的四個內(nèi)角和是多少度?2. 讓學(xué)生將自己畫的四邊形的四個內(nèi)角剪下來拼一拼,看看四個內(nèi)角和是多少度?3. 讓學(xué)生自己觀察、思考并總結(jié)其中蘊含的數(shù)學(xué)規(guī)律;4.課堂展示交流。在這個過程中,學(xué)生經(jīng)歷了畫圖、量角、剪圖、拼圖、質(zhì)疑解難、想一想、評價分析等學(xué)習(xí)過程,促進他們勤動口、勤動手、勤用眼觀察、用心傾聽、勤動腦思考的習(xí)慣養(yǎng)成,增強了多種感官的強度和敏銳度。學(xué)生通過對比,發(fā)現(xiàn)“錯誤”,引發(fā)認(rèn)知沖突,引發(fā)對思維過程的批判性思考,通過活動中的評價活動,提升批判性思維能力。
2.3 ?創(chuàng)設(shè)生活化情境,打通課堂與生活壁壘
數(shù)學(xué)自古以來就與人類的生活息息相關(guān),如今數(shù)學(xué)的應(yīng)用更是深入到生活中的方方面面。創(chuàng)設(shè)生活化情境是指在具體的生活情境中解決數(shù)學(xué)問題,與推理、言語理解及情境記憶等都有密切的關(guān)系,其腦機制與額葉、顳葉、海馬等區(qū)域有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)比起純算式的問題,學(xué)生更容易回答有情境的數(shù)學(xué)問題,如0.3×40和“一根鉛筆0.3元,我要買40根應(yīng)該付多少錢?”,而且問題陳述更為詳細(xì)時解決起來更容易。再比如,腦成像研究發(fā)現(xiàn)同樣的數(shù)字“1620”“1789”,相比于數(shù)字比較大小,當(dāng)將它們作為情境事件的年份比較時,共享頂葉被激活,并且負(fù)責(zé)語義加工的顳葉和額葉有更多激活[ 8 ]。
教育家陶行知說過,“生活即教育”。學(xué)會運用所學(xué)的數(shù)學(xué)知識解決實際問題,是中學(xué)生必備的數(shù)學(xué)素養(yǎng),也是學(xué)校教育的目的之一?!稊?shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》強調(diào)“從學(xué)生已有的生活經(jīng)驗出發(fā),使學(xué)生獲得對數(shù)學(xué)知識的理解”。如果教師在講授知識時將其中枯燥、抽象、脫離學(xué)生實際的數(shù)學(xué)知識還原,使之生活化、形象化,深入挖掘數(shù)學(xué)知識背后蘊含的生活內(nèi)涵,就能讓枯燥單調(diào)的數(shù)學(xué)知識變得鮮活生動,激起學(xué)生的求知欲。例如在學(xué)習(xí)《事件發(fā)生的可能性》時,可以創(chuàng)設(shè)這樣的情境:“某路口的交通信號燈的時間設(shè)置為:紅燈30秒,綠燈50秒,黃燈3秒.老師經(jīng)過這一路口,正好遇到黃燈在閃爍.”請問老師經(jīng)過這一路口,正好遇到紅燈是什么事件呢?遇到綠燈又是什么事件呢?這些問題學(xué)生在日常生活中都會遇到,學(xué)生的注意力就會被吸引過來。此時追問遇到哪種顏色的信號燈的可能性最大?遇到哪種顏色的信號燈的可能性最???這一系列問題引發(fā)學(xué)生思考事件發(fā)生的可能性由什么決定的,為后續(xù)的探究學(xué)習(xí)活動的開展做好鋪墊,也激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。這一個過程中,學(xué)生自主思考,同時自發(fā)討論,對于不同的思維和概括給予鼓勵,從而引起思維的調(diào)整,激發(fā)高層次思考。
2.4 ?重視環(huán)境和情緒對學(xué)生學(xué)習(xí)的影響
首先,課堂環(huán)境對學(xué)生來說非常重要,課堂環(huán)境影響學(xué)生情緒體驗的強度,而情緒會影響學(xué)生的學(xué)習(xí)和表現(xiàn)。一個好的學(xué)習(xí)環(huán)境能提高學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣,所以教室的環(huán)境和裝飾就有著舉足輕重的地位,因為好的學(xué)習(xí)環(huán)境才會擁有好的心情,學(xué)習(xí)起來才會更加有激情[ 9 ] 。教育神經(jīng)科學(xué)的研究發(fā)現(xiàn),良好的學(xué)習(xí)環(huán)境能促進大腦突觸產(chǎn)生更多的聯(lián)結(jié),不僅可以讓大腦保持清醒狀態(tài),調(diào)節(jié)學(xué)生的學(xué)習(xí)情緒,還能顯著提高大腦的工作效率。英國有一項針對英國27所小學(xué)的3776名學(xué)生的調(diào)查發(fā)現(xiàn),簡單的改變教室的裝飾和設(shè)計也能顯著影響學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)。鑒于數(shù)學(xué)學(xué)科的重要性,很多中學(xué)數(shù)學(xué)老師會擔(dān)任班主任的角色,這更加方便為學(xué)生營造一個溫馨愜意的班級環(huán)境。例如,可以種植一些色彩斑斕的新鮮花草,安裝簡單干凈的布藝窗簾,設(shè)置飲水用品區(qū)和課間小憩的區(qū)域,室內(nèi)布置成讓人平靜的淡藍色,彌漫著淡淡清香的氣味,讓學(xué)生在身心愉悅的環(huán)境下安心學(xué)習(xí),健康成長。
情緒是行為的原動力,情緒驅(qū)動注意力,而注意力又推動學(xué)習(xí)。知識進入大腦時,首先要經(jīng)過膝狀體判斷,膝狀體是大腦邊緣系統(tǒng),位于大腦的深處,它的功能與情緒反應(yīng)有很大關(guān)系[ 10 ]。當(dāng)學(xué)生處于輕松愉快的課堂環(huán)境下,膝狀體會產(chǎn)生活性物質(zhì),激活神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),大腦會處于最佳狀態(tài),知識更容易被理解和記憶。相反,當(dāng)學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒或焦慮時,大腦會處于抑制狀態(tài),即使簡單的問題也學(xué)不會,記不住,導(dǎo)致學(xué)習(xí)效率低下。理解了情緒對學(xué)習(xí)的影響,就需要數(shù)學(xué)老師在課堂上利用多種方式,例如多與學(xué)生溝通,耐心對待學(xué)生,運用言語激勵,懂得換位思考,發(fā)揮教師的人格魅力等,為當(dāng)天的學(xué)習(xí)目標(biāo)找到一條情緒紐帶,保障教學(xué)效果。
2.5 ?利用首因-近因效應(yīng),提升學(xué)習(xí)效率
心理學(xué)研究指出,我們接觸到的新知識的特點和新事物的順序,都在不同程度上影響著我們對事物特征的認(rèn)知。在一個學(xué)習(xí)階段中,我們通常對最先出現(xiàn)的內(nèi)容記得最好,其次是最后出現(xiàn)的內(nèi)容,記憶保持最少的是中間階段出現(xiàn)的內(nèi)容,這種常見的現(xiàn)象被稱為首因-近因效應(yīng)[ 5 ]。研究發(fā)現(xiàn)在一個40分鐘的學(xué)習(xí)階段中,第一個記憶的黃金時間出現(xiàn)課堂前15分鐘左右,而第二個記憶的黃金時間則出現(xiàn)在35-40分鐘左右,在這兩個時間段中記憶被保持的程度最高。
合理利用首因效應(yīng),就要求數(shù)學(xué)教師在上課時一定要合理安排上課的節(jié)奏,充分利用課堂的黃金時間,重點知識要安排在課堂的前15分鐘,導(dǎo)入新課的過程及開始進入課堂的開場白不宜過長,最好直入主題,重點內(nèi)容早點講解,這樣有利于學(xué)生充分接受。而近因效應(yīng)則要求數(shù)學(xué)教師在上課時要靈活掌控課堂時間,安排合理布局知識點,在課堂結(jié)束之前,一定要留下五到十分鐘,幫助學(xué)生對這節(jié)課的重點內(nèi)容進行總結(jié)和回顧,加深學(xué)生對這節(jié)課所學(xué)內(nèi)容的整體印象。學(xué)生通過歸納反思數(shù)學(xué)活動中思維習(xí)慣、方式,評價自己的成功和失誤之處,以及師生的見解等,讓他們體驗到學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的快樂,在今后的學(xué)習(xí)過程中,不斷提高完善數(shù)學(xué)分析能力,培養(yǎng)數(shù)學(xué)高階思維。而在課堂的中間部分,可以解釋細(xì)節(jié),進行練習(xí)或設(shè)置分組討論等。學(xué)生在小組討論,互助研討,交流思考過程中碰到困惑或者新鮮的想法,激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造性思考,也讓學(xué)生經(jīng)歷運用知識解決問題的過程,發(fā)展了學(xué)生的數(shù)學(xué)的推理能力和語言表達能力。
總之,了解教育神經(jīng)科學(xué)的基本規(guī)律是當(dāng)今教師刻不容緩的任務(wù),只有充分掌握學(xué)生學(xué)習(xí)活動的生理規(guī)律,才能更好的向他們傳遞知識。
3 ?總結(jié)
教師是大腦的變革者,也是整個教學(xué)環(huán)節(jié)實施的核心和關(guān)鍵。要沿用腦神經(jīng)科學(xué)的研究成果為教育提供正確的前進方向,首要的因素是教師需要掌握一定的腦科學(xué)知識,運用正確的教學(xué)方法提高教育教學(xué)質(zhì)量。因此,教師要對人腦是如何學(xué)習(xí)和工作有足夠的了解,并能夠?qū)⑦@些概念創(chuàng)造性地運用到教學(xué)實踐。只有這樣,腦神經(jīng)科學(xué)的研究成果對教育的指導(dǎo)意義才能真正得以實現(xiàn)[ 11 ]。因此,用教育神經(jīng)科學(xué)的研究結(jié)果來指導(dǎo)數(shù)學(xué)教學(xué)應(yīng)該得到初中數(shù)學(xué)教師的充分重視。
然而,無論是基于提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率的需要、培養(yǎng)數(shù)學(xué)高階思維的需要,還是基于學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)落地的需要,其理論的學(xué)習(xí)與在具體教學(xué)實踐中的運用,還存在很多需要探究和摸索的地方。本文在這方面做了初步的探索。希望越來越多的一線教師能夠在教育神經(jīng)科學(xué)理論的指導(dǎo)下,在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中注入原來不具有或者可能存在但沒有引起注意的一些新鮮元素,使得教師的教學(xué)更加符合大腦的認(rèn)知規(guī)律,使得學(xué)生的數(shù)學(xué)高階思維得以培養(yǎng)和提升。
參考文獻:
[1] 周加仙.教育神經(jīng)科學(xué)的領(lǐng)域建構(gòu)[J].華東師范大學(xué)學(xué)報(教育科學(xué)版),2009,27(3):69-74,82.
[2] 吳增生.教育神經(jīng)科學(xué)視野下的初中幾何教學(xué)策略創(chuàng)新[J].教育生物學(xué)雜志,2021,9(3):249-256.
[3] 胡軍,嚴(yán)麗.核心素養(yǎng)導(dǎo)向下初中生數(shù)學(xué)高階思維發(fā)展路徑[J].中小學(xué)教師培訓(xùn),2020(10):67-70.
[4] 閆鋒鋒. 教育神經(jīng)科學(xué)視角下高中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)策略研究[D].都勻:黔南民族師范學(xué)院,2019.
[5] 陳齊榮,駱雯琦,陳修蘭,等.腦科學(xué)視野下數(shù)感的概念、生成及教學(xué)[J].高師理科學(xué)刊,2018,38(10):51-54.
[6] 戴維·A.蘇澤. 人腦如何學(xué)數(shù)學(xué)[M]. 趙暉,等,譯. 上海:上海教育出版社,2016.
[7] 周新林. 教育神經(jīng)科學(xué)視野中的數(shù)學(xué)教育創(chuàng)新[M]. 北京:教育科學(xué)出版社,2016.
[8] 周新林.腦科學(xué)為數(shù)學(xué)教育提供依據(jù)[J].教育家,2018(8):66-67.
[9] 賀琴,周加仙.教育神經(jīng)科學(xué)視角下發(fā)展心理學(xué)的教學(xué)設(shè)計[J].教育生物學(xué)雜志,2021,9(3):239-243.
[10] 瑪麗·海倫·愛莫迪諾·楊.情緒、學(xué)習(xí)與腦:探索情緒神經(jīng)科學(xué)對教育的啟示[M]. 周頻,陳佳,張立飛,等,譯. 北京:清華大學(xué)出版社,2020.
[11] 凌宗偉. 用腦神經(jīng)科學(xué)撬動教育教學(xué)[N]. 中國教育報,2014-09-18(011).