运用“脑科学”指导物理教学

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  我们在教学过程中,往往会遇到一些困惑,比如:学生为什么会厌学?有的学生思维的反应为什么很慢?学生为什么作业完成的质量不高、成绩提高不快?学生为什么不能灵活运用物理知识、规律分析和解决生产、生活中的实际问题?有的学生对物理的学习为什么会有恐惧感?等等.作为老师,我们也一直在为这些问题的解决作出各种努力和尝试,但总感觉到效果不是太理想,特别是对一些年轻教师由于教学经验的缺少在处理这些问题时可能会感到更加困惑.那么,我们怎样才能科学、高效地解决以上问题呢?笔者认为,我们老师首先要搞清楚学生在学习的过程中是用人身上的什么器官来思考问题、分析处理各种信息并作出判断和反应的?我们都知道,学生在学习的过程中是用人的大脑来思考问题、分析处理各种信息并作出判断和反应的.自20世纪80年代以来,随着新技术、新方法的应用,“脑科学”的研究逐渐兴起,科学家们开始从不同角度揭示人类认知活动的脑机制.各国教育教学专家根据这些新成果在教育教学领域展开实验,为课堂教学实践提供了重要的启示和帮助.因此,我们物理老师也要按照人脑的生长、发育、工作的规律——“脑科学”,来指导我们的物理教学行为,运用“脑科学”,可以找到以下一些问题的答案.
  1如何使学生由“厌学”变为“好学”
  在解决这个问题时,我们物理老师有得天独厚的条件和优势.
  爱因斯坦在法国大物理学家普朗克的生日上讲过这样一段话:普朗克先生在物理世界孜孜不倦地探求了四十年,为人类揭开了物理世界的奥秘作出了巨大的贡献,不是因为他的意志和品格,而是他的心智状态和宗教狂热者以及热恋中的恋人是一样的,是一种情感作用,是快乐让他坚持了四十年.
  在通常情况下,我们可能认为学习是一个坚苦、痛苦的过程,但也有很多人认为学习是一件快乐的事情,比如普朗克.根据地球人的生物学法则,我们人类是逃避痛苦,追求快乐的高级动物.脑科学研究者发现,当人处于快乐状态时,人的大脑就会分泌一种叫“脑内吗啡”的物质(学名:β-内啡呔),这种物质有以下三个作用:一是让人舒畅的程度超过天然吗啡的十倍;二是让人心情愉悦、宁静;三是激活大脑细胞,刺激大脑细胞大量分泌记忆性物质,以帮助人的记忆.
  当一个人处于痛苦状态或感觉到痛苦时,人体就会分泌肾上腺素、去甲肾上腺素以及多巴胺.这三种物质的作用也有三个:一是让人肌肉紧张;二是使人心跳加快;三是血管收缩.
  这是人肌肉发力时需要的荷尔蒙,它让人感到难受的程度超过天然蛇毒的十倍,人需要不停地活动来缓解身体的压力,此时人的大脑因此而处于抑制状态.
  通过以上对“脑科学”的分析,我们不难发现:厌学是因为学生在学习过程中,他感到学习是一个痛苦的过程,他的大脑处于抑制状态;乐学是因为学生在学习过程中,他感到学习是一个快乐的过程,他的大脑处于快乐兴奋的状态,从而激发出了学习的兴趣.学生一旦有了学习兴趣,他就会坚持.
  因此,当学生对学习感到是一个快乐的过程时,他们就不在厌学了.我们物理老师在实施教学的过程中可以通过多种手段让学生体会到学习的快乐,不断地激发他们的学习兴趣,让他们觉得学习是一件快乐且有意义的事情.比如:
  (1)教师在课堂上可以用一些方法激发学生积极的学情感以增强记忆,如运用实验来激发兴趣,安排趣味性活动等.因为当人的情感系统处于活跃状态时,学习和记忆的效果是最好的.
  (2)给学生多一点挑战与少一点威胁.当学生在学习的过程中遇到挑战时,这些挑战会不断地并鼓舞孩子们勇于探索,这时大脑的学习效果最好.当学生在学习的过程中,大脑收到“威胁”信号,人的大脑就会产生一种本能的抑制反应,学习会被抑制.肯定的表扬、奖励和竞争都是制造挑战的方法,且不会对学生造成过度威胁.批评和惩罚也可以制造挑战,但不应过分强调和滥用.在物理教学中我们物理老师可以充分利用物理实验方案的设计、物理小制作、小发明以及学习小组竞赛等方法和手段给学生制造一点挑战,以激发学生的学习激情.
  2为什么要开展“做中学”
  人的大脑有很多的功能区,记忆是学生学习过程中必不可少的功能之一.我们人类一生下来就具有了情节陈述性记忆、动作程序性记忆,这些记忆主要对我们获取陈述性知识有很大的帮助,但是学生在学习的过程中不仅要获取陈述性知识,还要获取大量的非陈述性知识,比如:情感、情绪方面的感知.这方面的知识不是能通过听课、阅读、做题就能获取的,它必须通在特定的环境中实践的过程来获取,在这个过程中学生可以得到一些潜移默化的能力.
  一位作家,如果他没有大量的生活体验,即使他读遍所有的书,他也写不出生命力很强的作品.同样一个物理学家,如果他没有大量实战与感性认识,即使他做遍所有的题、看遍所有的书,他也不能成为牛顿式的大家.
  实践出真知,这个道理人人旨知.由于各种原因,家长、老师都把学生学习可以量化的考试成绩看得很重.爱因斯坦曾经说过:教育是当人在忘却了他在学校里学过的一切以后,仍然能保持的能力.物理老师,不仅要教给学生相关的物理知识,更重要的是还要培养学生对物理学科的学习兴趣,激发学生的学习热情,以及提高学生的发现问题、解决问题和创造性思维的能力.
  我国的教育家陶行知先生,早就提出了“做中学、学中做”的教育理念.美国的教育家杜威也确信,一切真正的教育是从经验产生的,一切学习都来自于经验.我们知道,经验是来自于实践的,离开实践谈经验无异于“海市蜃楼”.“做中学”是由美国的物理学家雷德曼总结并提出的一种学习方法,随着新的课程改革的不断推进,“做中学”这种基于动手做的探究式科学学习和科学教育形式,对我国科学教育的发展发挥着巨大的推动作用,越来越多的教师接受了“做中学”探究式科学教育的理念和培训,并在日常的课堂教学中贯彻执行.它可以通过让学生手、脑并用,经历和感受科学探究的过程,培养学生的科学方法、科学思维、科学态度、科学价值观、创新精神和实践能力,提高科学素养,越来越多的学生在“做中学”课堂中受益,在科学概念、探究技能、语言与表达、社会情绪能力等方面得到发展.   例如,老师让学生通过“做中学”来探究物体的浮沉时,给学生提供了一个盛水容器、各种不同材料的物品(木块、铁片、橡皮泥、泡沫块等),弹簧测力计等,让学生动手实验,观察浮沉并启发思考:物体在水中的浮沉是否与物体的材料、结构和形状有关?怎样让原来下沉的物体浮上来?怎样使原来上浮的物体沉下去?等等.
  面对问题,学生思想上产生了困惑和冲突,为了解决问题,学生就要利用自己原有的经验和知识提出猜想与假设.为了能证明自己的猜想与假设是否正确,学生还会根据相关的实验器材制定出实验计划并设计实验.在学生制定出实验计划并设计实验时,他们还要思考解决以下几个问题:(1)怎样测量出物体所受的浮力?(2)怎样减小测量的误差?(3)怎样让橡皮泥浮在水面上?
  动手实验是学生实施自己制定实验的计划和实验方案的过程,学生亲自动手实验搜集证据和相关信息,可能在这个过程中,还要对实验步骤、实验表格等进行调整.接下来,学生还要利用实验获得的实验事实资料对自己所研究的问题进行讨论、分析,并最终作出判断、得出结论.同时,他们也会把自己的研究成果与同伴交流、分享.
  从“脑科学”的角度分析,“做中学”是利用老师创设情境,让学生获得那些无法通过阅读、做题而能形成的情感、情绪方面的感知.这方面的知识恰好体现了学生的科学素养和素质.
  3物理教学过程中还要注意哪些细节
  教师在实施物理教学的过程中还要注意一些教学细节,比如:(1)老师要让学生在一个明亮的环境中学习,当灯光灰暗时,大脑向松果体分泌一种化学物质——褪黑激素,这种物质会诱发睡眠.当灯光明亮时,褪黑激素的分泌停止;(2)老师讲课时多使用一些比喻,形象生动的比喻一般能使记忆保持的效率提高40%.那些与已有经验相似的内容易被大脑接受和理解,而比喻则是大脑找出新旧知识共同点的好助手,比如我们在讲能量的转移与转化时,可以把“能量”比作为“钱”,当把“钱”从左口袋放到右口袋就是转移,用“钱”换成棒棒糖就是转化,学生在恍然中大悟;(3)老师要有及时的指导练习.老师讲完新课时,先要精讲精选的例题对学生进行一定的指导,再让学生独立练习,这样可以帮助学生形成正确的方法和技能.当学生错误的认识和技能已经形成,教师再去纠正这些错误往往要用更多的精力和时间.原因是神经树突连接而成的学习通道已经固定了,神经树突就像木头一样连成一条“路”.这条路用得越多,学生就越不可能克服困难去创造其他的“路”,去达到相同的目的地.另外,老师还要及时检查并反馈学生的学习情况,找出错误的地方.找错和纠错的速度越快,学生学习的效果就越好.
  在物理教学中,我们物理老师还有很多事要做,还会遇到很多的困难和困惑,只要我们运用科学的方法、采取可行的措施,这些问题一定会得到解决.
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