腦科學(xué)研究對生物學(xué)教學(xué)的啟示

摘要 介紹了腦科學(xué)的定義及其研究歷程，并結(jié)合生物學(xué)教學(xué)實踐，提出了幾條基于腦科學(xué)研究結(jié)果的教學(xué)策略。

關(guān)鍵詞 腦科學(xué) 生物學(xué)教學(xué) 啟示

中圖分類號G633.91 文獻標(biāo)識碼B

1 腦科學(xué)的定義

在19世紀(jì)，腦科學(xué)是為了了解神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)分子水平、細胞水平的變化過程，以及這些過程在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的整合作用而進行的研究，因此也稱神經(jīng)科學(xué)。隨著腦科學(xué)所取得的研究成果不斷地為教育科學(xué)所應(yīng)用，腦科學(xué)的定義也逐漸增添出教育色彩。現(xiàn)在人們普遍認為，腦科學(xué)是研究各種狀態(tài)下人腦結(jié)構(gòu)與功能及其作用機理的一門綜合性科學(xué)，與心理學(xué)、教育學(xué)以及創(chuàng)造學(xué)等學(xué)科有著密切聯(lián)系和交叉滲透。腦科學(xué)定義的演變揭示了腦科學(xué)研究的發(fā)展歷程。

2 腦科學(xué)的研究歷程

19世紀(jì)人類開始認識腦。西班牙醫(yī)學(xué)家卡哈爾發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元是神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能單位，由細胞體、樹突和軸突組成。當(dāng)有信息刺激時，樹突接受信號，并向胞體傳送，經(jīng)過整合后到達軸突。隨后研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元和神經(jīng)元之間的信息是通過突觸傳遞的。然而，這些認識只局限于醫(yī)學(xué)嘗試，并未運用到教學(xué)實踐中。

真正開始把腦科學(xué)與教育聯(lián)系起來的是20世紀(jì)初巴甫洛夫的“經(jīng)典條件反射說”和斯金納的“操作條件反射說”，這兩項腦科學(xué)成果在教學(xué)上的應(yīng)用產(chǎn)生了早期的程序教學(xué)模式。20世紀(jì)60年代，斯佩里及其學(xué)生提出“大腦兩半球功能分工說”，認為左半腦側(cè)重于抽象思維，右半球側(cè)重于形象思維，二者分工協(xié)作。奈德·赫曼整合了斯佩里的研究成果，于70年代后期提出大腦具有邏輯型、組織型、交流型和空想型四大思維類型的“全腦模型說”。80年代，加德納提出“多元智力結(jié)構(gòu)說”，認為腦高級功能的生理基礎(chǔ)主要是后天形成的并具可變性，不存在先天預(yù)成的智力，也不存在單一性的智力，心智的結(jié)構(gòu)是多元的，且都在大腦中有相應(yīng)的位置。90年代，勒杜的情商說表明了情感在人類學(xué)習(xí)中有不可低估的功效，使情感教育成為學(xué)校教學(xué)的重要主題之一。同期，凱恩夫婦出版《創(chuàng)造聯(lián)結(jié)：教育與人腦》，總結(jié)出適于腦的12條學(xué)習(xí)原則，從此掀起了把腦科學(xué)的研究成果運用到教育教學(xué)實踐中的熱潮。

20世紀(jì)90年代至今，隨著大腦研究技術(shù)的創(chuàng)新，腦科學(xué)已成為當(dāng)代國際重大的前沿研究領(lǐng)域。美國的“腦的十年”計劃、歐共體的“EC歐洲腦十年”計劃、日本的“腦科學(xué)時代”計劃等相繼涌現(xiàn)。21世紀(jì)初，中國成立了“腦科學(xué)與認知科學(xué)”中心，提出“腦功能及其細胞和分子基礎(chǔ)”研究項目，并將此列入了國家的“攀登計劃”。

3 腦科學(xué)研究對生物學(xué)教學(xué)的啟示

腦科學(xué)的新發(fā)現(xiàn)不斷地粉碎陳舊的思維定勢所設(shè)置的藩籬，改變著人們對以自身作為對象的教育活動的看法。在生物學(xué)教學(xué)中，教師適時適度地運用腦科學(xué)知識，能夠有效地激發(fā)學(xué)生求知潛能，優(yōu)化課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)，提高課堂教學(xué)效能。

3.1 依據(jù)腦科學(xué)，構(gòu)建章節(jié)概念圖，創(chuàng)設(shè)生物學(xué)知識的關(guān)聯(lián)

信息加工理論認為，學(xué)習(xí)實質(zhì)上是由習(xí)得和使用信息構(gòu)成的。由腦科學(xué)研究可知，神經(jīng)元是機體的溝通者，當(dāng)信息刺激時，一個神經(jīng)元的樹突接受信號，向胞體傳送，經(jīng)整合后由軸突傳出，再通過突觸傳遞到另一個神經(jīng)元。個體每獲得一個新的信息，其神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)便形成一個新的聯(lián)結(jié)。然而，并非所有的的信息都會引起人腦的注意，只有當(dāng)信息與個體已有知識相互加工后，才會表現(xiàn)出意義傾向，從而引起相應(yīng)神經(jīng)元結(jié)構(gòu)的聯(lián)結(jié)。生物學(xué)教師應(yīng)充分利用這一點，比如將學(xué)生已習(xí)得的相關(guān)知識引入新的教學(xué)內(nèi)容中，積極擴充學(xué)生的知識網(wǎng)絡(luò)。若不能從學(xué)生的經(jīng)驗中找到相應(yīng)的成分來建立意義時，則可以人為創(chuàng)造關(guān)聯(lián)，如構(gòu)建概念圖。

概念圖是一種表征、修正、完善知識的認知工具，將各種概念及其關(guān)系以類似于腦對知識存儲的層級結(jié)構(gòu)形式排列，清晰地揭示了意義建構(gòu)的實質(zhì)。生物學(xué)教師可以通過梳理教材知識，構(gòu)建出章、節(jié)概念圖，并將其整合到課堂教學(xué)中，幫助學(xué)生在言語表征的基礎(chǔ)上建立起概念之間關(guān)系的意象。例如，在學(xué)習(xí)“種群的特征”一節(jié)時，教師可以利用“種群的特征”概念圖輔助教學(xué)，如圖1。

在生物學(xué)教學(xué)中，教師還可以運用深入淺出、簡明扼要的概念圖形式引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己對所學(xué)知識的理解構(gòu)建概念圖。通過繪制概念圖，學(xué)生主動參與知識的回顧與提煉過程，整合新舊知識，建構(gòu)知識網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化認知結(jié)構(gòu)。

3.2 依據(jù)腦科學(xué)，采用多種教學(xué)方式，促進課堂有效教學(xué)

個體主要通過五種感覺器官從環(huán)境中獲取信息。但是，這五種感覺器官對個體的學(xué)習(xí)作出的貢獻并不均等。幾乎每個人都有感官偏好，即更傾向于用一種或兩種感覺器官收集信息。美國的腦科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)今的學(xué)生中接近一半是視覺偏好者，1/5的學(xué)生屬于聽覺偏好者，1/3以上的學(xué)生屬于知覺一觸覺偏好者?？梢?，不同的學(xué)生有不同的學(xué)習(xí)風(fēng)格，他們在學(xué)習(xí)概念、技能時存在著天生優(yōu)勢和偏好差異。當(dāng)然感覺偏好并不意味著學(xué)生只用一種感覺通道。因此，多感覺通道、多變化的教學(xué)方式往往能取得更好的效果。例如，在學(xué)習(xí)“細胞器”時，教師可以展示內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、核糖體、高爾基體等細胞器的模式圖，以此為載體，講解各細胞器的結(jié)構(gòu)與功能。通過觀察各細胞器在細胞中的分布位置，學(xué)生直觀理解“蛋白質(zhì)在核糖體中合成，經(jīng)過粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的細管，在其末端形成小泡，移動到高爾基體，并由高爾基體輸送到細胞內(nèi)或細胞外目的地”的過程。這種視覺圖像法的教學(xué)方式，可以滿足視覺偏好學(xué)生的需求。又如，在學(xué)習(xí)“孟德爾定律”時，教師可以播放“孟德爾雜交實驗”動畫，介紹分離定律和自由組合定律。之后，分給每組學(xué)生4個信封和20張卡片，要求學(xué)生利用這些材料動手模擬一對相對性狀和兩對相對性狀的雜交實驗。這不僅在視覺和聽覺上給學(xué)生以信息刺激，還為學(xué)生搭建了運用知覺一觸覺學(xué)習(xí)的平臺，利于學(xué)生多感覺通道的打開，滿足了絕大部分學(xué)生的感官需求。

3.3 依據(jù)腦科學(xué)，采取適于腦的評價，給予學(xué)生正確反饋

腦科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，腦高級功能的生理基礎(chǔ)主要是后天形成的并具可變性，不存在先天預(yù)成的智力，也不存在單一性的智力。由此，加德納提出“多元智力理論”，批判了“智力是以語言能力和數(shù)理一邏輯能力為核心構(gòu)成的”傳統(tǒng)觀點，并將智力分為八類：言語一語言智力、邏輯—數(shù)理智力、身體—動覺智力、自知—自省智力、交往—交流智力、音樂—節(jié)奏智力、視覺—空間智力、自然—觀察智力。多元智力理論的提出，推動了教育范式的變更。隨著教育范式向教授更有意義的概念和技能轉(zhuǎn)變，教育評價也必須改變其呆板的標(biāo)準(zhǔn)化測驗方式，增添多種渠道的替代性評價方式，確實考查學(xué)生在知識、能力和情感目標(biāo)上的達標(biāo)情況。

如教師可采用二段式測驗對學(xué)生的知識學(xué)習(xí)進行評價，彌補傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化測驗無法揭示學(xué)生如何思考的弊端。下面以“光合作用”內(nèi)容為例。

例：生長在較弱光照條件下的植物，當(dāng)提高C02濃度時，光合作用強度并未隨之增加，主要限制因素是(光反應(yīng)或暗反應(yīng))。

理由：①光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供的ATP和NADPH有限；

②光反應(yīng)需要光，與二氧化碳濃度無關(guān)；

③在較弱光照條件下，暗反應(yīng)發(fā)揮主要作用；

④光照不足，光反應(yīng)形成的葡萄糖很少，光合作用強度不高；

⑤其他：________。

這種測驗方式，不僅可以測出學(xué)生是否知道“光反應(yīng)”和“暗反應(yīng)”兩個概念，還能看出學(xué)生是否真正理解兩個反應(yīng)間的內(nèi)在聯(lián)系。這避免了學(xué)生因猜測而選對答案。理由中還設(shè)置了“其他”選項，學(xué)生可以自行填寫，這也為選擇題型增加了訪談性質(zhì)。

另外，教師還可采取替代性評價，允許學(xué)生選擇多種方式展示成果。如學(xué)習(xí)完“DNA的分子結(jié)構(gòu)和特點”后，教師可以提供繩子或紙板等材料，建議學(xué)生制作出DNA的分子結(jié)構(gòu)模型，以此檢測學(xué)生對堿基互補配對原則和DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的掌握情況。