腦科學(xué)視角下高效課堂的基本要素

劉新玉,王東云

1.黃淮學(xué)院 智能制造學(xué)院(駐馬店,463000) 2.鄭州大學(xué) 河南省腦科學(xué)與腦機(jī)接口技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(鄭州,450001)

0 引言

隨著人們對(duì)外部世界及自然規(guī)律認(rèn)識(shí)的逐步深入，現(xiàn)代科學(xué)與技術(shù)得到了蓬勃發(fā)展，但是當(dāng)今社會(huì)來自于科學(xué)屆并能切實(shí)有效地解決課堂教學(xué)問題鳳毛麟角。但是相對(duì)于其它學(xué)科門類，無論是神經(jīng)迷思(Neuromyths)還是神經(jīng)機(jī)制(Neuromechanism)，越來越多理論的提出似乎在暗示著我們，腦科學(xué)可能是一個(gè)例外。來自于腦科學(xué)研究許多有價(jià)值的發(fā)現(xiàn)，比如注意、記憶、情緒、認(rèn)知等等諸多機(jī)制逐步被解析，不僅不斷地加深我們對(duì)教育的理解，而且讓我們不斷反思，如何利用有限的課堂資源提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率，即如何實(shí)現(xiàn)高效課堂。從腦科學(xué)的角度探討現(xiàn)代課堂教學(xué)的基本要素，對(duì)于實(shí)現(xiàn)高效課堂具有積極的啟示作用。

高效課堂的概念提出由來已久，最初始于上個(gè)世紀(jì)中葉美國等西方在教學(xué)科學(xué)化運(yùn)動(dòng)上對(duì)“有效教學(xué)”的研究。簡單地講，高效課堂就是如何讓學(xué)生在規(guī)定的教學(xué)時(shí)間內(nèi)，獲得盡可能大的收益，即實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果、效率和效益的最大化。在此基礎(chǔ)上，孟照彬[1]提出了“效率優(yōu)先、過程優(yōu)化”的孟氏-有效教育(Meng Shi-Effiective Education in Participatory Organization)理念；馬廣柏[2]在教學(xué)效益理念視角下論述了高效課堂的基本要素，認(rèn)為要實(shí)現(xiàn)教學(xué)效益最大化，就必須研究教師、學(xué)生、教材、時(shí)間和環(huán)境這五個(gè)要素；朱永飛等[3]從“看、聽、講、想、做、動(dòng)、靜”等七個(gè)基本行為方式論述高效課堂的基本要素及其組合原則。但是目前對(duì)課堂教學(xué)基本要素的論述大多是從教學(xué)理論角度出發(fā)，而從腦科學(xué)角度的論述則鮮有報(bào)道。

毋容置疑，教學(xué)的目的是為了受教育者能得到更好的學(xué)習(xí)，正所謂“授人以魚，不如授人以漁”。而學(xué)習(xí)的物質(zhì)基礎(chǔ)就是大腦神經(jīng)結(jié)構(gòu)的改變[4]。盡管實(shí)現(xiàn)高效課堂并不需要高深的神經(jīng)科學(xué)知識(shí)，但是神經(jīng)和認(rèn)知科學(xué)研究正在使大腦學(xué)習(xí)的機(jī)制逐漸明晰，腦科學(xué)的研究成果將能夠使教育工作者更好地利用科學(xué)知識(shí)，以促進(jìn)高效課堂的發(fā)展。因此，本文在總結(jié)課堂教學(xué)顯性因素的基礎(chǔ)上，討論了課堂教學(xué)的隱性因素，并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了腦科學(xué)視角下課堂教學(xué)的影響因素，以期能為高效課堂的實(shí)現(xiàn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 課堂教學(xué)的顯性因素

課堂教學(xué)的顯性因素即物質(zhì)因素，即課堂教學(xué)活動(dòng)中所涉及的各種客觀要素[5]。目前對(duì)于課堂因素的組成還存在諸多爭議，理論上要給課堂組成因素下一個(gè)確定的結(jié)論是困難的。課型不同組成的課堂因素就不同，同一課型也會(huì)因授課時(shí)間、內(nèi)容、對(duì)象的不同造成課堂因素的不同。但是，隨著時(shí)間的累積，在整體趨勢上對(duì)課堂因素的認(rèn)識(shí)基本呈逐漸增容態(tài)勢[3]。從最初的“教師與學(xué)生”二要素說到“教師、學(xué)生、教材”三要素說，到“教師、學(xué)生、教材、環(huán)境”四要素說，到“教師、學(xué)生、教材、環(huán)境、時(shí)間”五要素說，到“教師、學(xué)生、教材、工具、時(shí)間、空間”六要素說，到“教師、學(xué)生、教材、工具、時(shí)間、空間、環(huán)境”七要素說，還有目前出現(xiàn)的分層要素說，使得課堂教學(xué)因素包含的內(nèi)容越來越多。而且隨著教育研究者對(duì)課堂的認(rèn)識(shí)越來越深入，分類也越來越細(xì)致。

但是無論課堂要素的劃分隨著時(shí)代如何變遷，其物質(zhì)組成是不變的，綜合目前對(duì)課堂顯性因素的研究成果，以及對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)神經(jīng)機(jī)制的理解，我們認(rèn)為“學(xué)生、教師、教材、教室”這四種物質(zhì)要素應(yīng)該是課堂教學(xué)中最重要的顯性因素。其中學(xué)生是課堂教學(xué)的第一要素，課堂圍繞學(xué)生展開，通過學(xué)生發(fā)揮作用，最終的課堂效果也是為了學(xué)生，而且無論外界環(huán)境如何變化，學(xué)生學(xué)到知識(shí)才是硬道理；教師是第二要素，嚴(yán)師出高徒，教師的水平?jīng)Q定了學(xué)生的高度；教材即教學(xué)內(nèi)容是第三要素，簡單地講就是教師要向?qū)W生傳輸什么知識(shí)，教材是教師與學(xué)生之間關(guān)系的紐帶；教室是第四要素，好的學(xué)習(xí)環(huán)境不僅能夠促進(jìn)學(xué)習(xí)行為的發(fā)生，而且可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。因此，要實(shí)現(xiàn)高效課堂，未來需利用腦科學(xué)的成果對(duì)這四個(gè)要素進(jìn)一步完善和科學(xué)量化，并賦予其新的物質(zhì)內(nèi)涵。

2 課堂教學(xué)的隱性因素

如果說上述學(xué)生、教師、教材、教室等顯性要素組成了高效課堂物質(zhì)基礎(chǔ)的話，高效課堂的實(shí)現(xiàn)還應(yīng)包括反映課堂精神面貌的隱性要素。隱性要素也即精神形態(tài)要素[3]，概括地講包括學(xué)生的精神形態(tài)和教師的精神形態(tài)兩部分。如果說顯性因素表征的是教師的授課水平和學(xué)生的學(xué)習(xí)能力的話，隱性因素衡量的則是課堂教學(xué)中老師和學(xué)生的狀態(tài)，即教師的授課狀態(tài)和學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)?，F(xiàn)代心理學(xué)和腦科學(xué)的研究結(jié)果早已證實(shí)，一天甚至是一堂課中人的精神集中程度和學(xué)習(xí)的效率都是不同的。因此，如果說顯性要素為高效課堂的存在和功能發(fā)揮提供了必要條件的話，隱性要素則決定了高效課堂的實(shí)現(xiàn)效果。

在課堂教學(xué)中決定教師和學(xué)生精神狀態(tài)的因素種類繁多，有研究者根據(jù)各部分功能的不同將其劃分為了技能要素、情商要素、認(rèn)知要素、道德要素等不同方面[5]。盡管一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的教師可以通過自己技能和情商來應(yīng)對(duì)教學(xué)狀態(tài)的變化，一個(gè)悟性超群的學(xué)生可以通過自己的認(rèn)知能力來彌補(bǔ)課堂的走神和心不在焉，但是對(duì)于大部分的教師和學(xué)生而言，如何科學(xué)的利用精神狀態(tài)等內(nèi)在因素的變化規(guī)律，提高課堂教學(xué)的效果是課堂教學(xué)現(xiàn)代化的必經(jīng)之路。因此，在現(xiàn)代教育中要實(shí)現(xiàn)高效課堂就離不開現(xiàn)代科學(xué)知識(shí)的運(yùn)用，而在現(xiàn)代科學(xué)中腦科學(xué)的研究成果將會(huì)促進(jìn)教學(xué)的現(xiàn)代化，尤其是高效課堂的發(fā)展。

3 課堂教學(xué)的影響因素

如果說顯性因素和隱性因素是組成課堂教學(xué)的基本元素的話，如何將這些元素進(jìn)行合理搭配決定了是否能夠?qū)崿F(xiàn)高效課堂。在高效課堂的影響因素中，由于顯性因素是顯而易見，因此也是容易改變的，比如改善教學(xué)環(huán)境、提高課本質(zhì)量、提升教師上課水平等等，但是隱性因素是看不見、摸不著的，必須通過系統(tǒng)完善的現(xiàn)代科學(xué)研究才能改善。根據(jù)上述我們對(duì)課堂要素的分析可知，課堂教學(xué)從本質(zhì)上就是知識(shí)在教師和學(xué)生大腦之間的傳遞。因此，如果針對(duì)一堂課而言，為了使學(xué)生最大化的獲得知識(shí)，我們認(rèn)為有三個(gè)問題需要思考：學(xué)習(xí)從什么時(shí)間開始，即課堂學(xué)習(xí)的時(shí)差問題；一次學(xué)習(xí)持續(xù)多長時(shí)間合適，即課堂學(xué)習(xí)的時(shí)長問題；一次課堂中什么時(shí)間學(xué)習(xí)效率最高，即課堂學(xué)習(xí)的效能問題。因此，下面我們將從這三個(gè)方面詳細(xì)論述腦科學(xué)對(duì)高效課堂的啟示，圖1給出了上述三個(gè)主要影響因素的示意圖。

圖1 課堂教學(xué)影響因素示意圖Fig.1 Schematic diagram of influencing factors of classroom education

3.1 課堂學(xué)習(xí)的時(shí)差

時(shí)差一般用于形容不同地區(qū)時(shí)間上的差異，通常也用來形容人體內(nèi)部生物鐘的變化。大幅度的生物鐘變化會(huì)引起身體上的不適，比如眩暈、頭痛、惡心等。而小范圍的生物鐘變化雖然對(duì)人體影響較小，但是會(huì)使大腦判斷力及注意力下降，對(duì)學(xué)習(xí)和課堂教學(xué)影響較大。比如，很多人都有因?yàn)樵缟纤坌殊於绊懝ぷ骱蛯W(xué)習(xí)質(zhì)量的經(jīng)歷，這種個(gè)體的晝夜節(jié)律與其所處環(huán)境所要求的作息之間的錯(cuò)位被稱為社會(huì)時(shí)差。

最近有研究顯示[6]，社會(huì)時(shí)差會(huì)導(dǎo)致學(xué)習(xí)能力和注意力缺陷。美國加州大學(xué)伯克利分校和伊利諾伊大學(xué)的聯(lián)合研究小組通過對(duì)14 894名在校大學(xué)生兩年學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)登錄活動(dòng)記錄的分析發(fā)現(xiàn)，只有40.4%的學(xué)生生物鐘與課程安排是同步的，而其余大部分學(xué)生經(jīng)歷了大概30 min的社會(huì)時(shí)差。而且他們發(fā)現(xiàn)社會(huì)時(shí)差的增加與學(xué)業(yè)成績的顯著下降呈強(qiáng)相關(guān)。他們認(rèn)為,如果學(xué)生們可以知道自己的社會(huì)時(shí)差是多少，并根據(jù)此進(jìn)行課程的安排，他們的學(xué)習(xí)成果將會(huì)更好。因此，如果可以總結(jié)出大部分同學(xué)的社會(huì)時(shí)差，合理安排上課時(shí)間，將極大提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率，獲得良好的課堂效率，對(duì)高效課堂將極其有益。

3.2 課堂學(xué)習(xí)的時(shí)長

課堂時(shí)長即一節(jié)課具體的上課時(shí)長，對(duì)其研究也由來已久，其實(shí)遠(yuǎn)在孔子時(shí)代都總結(jié)過課堂時(shí)長問題，現(xiàn)在課堂時(shí)長的設(shè)定主要是源于教育心理學(xué)的研究成果。在教育心理學(xué)中有一個(gè)重要的觀點(diǎn)就是：青少年的注意力一般持續(xù)集中只有10～30分鐘左右，而成人注意力持續(xù)集中時(shí)間要長一些，大概30～50分鐘時(shí)長。這就是為什么絕大部分高等院校課堂教學(xué)中一堂課設(shè)置為45或50分鐘的原因。也有科學(xué)研究顯示，成年人頸部疲勞極限為45分鐘。換句話說，當(dāng)你全神貫注做任何一件事，45分鐘后都應(yīng)該站起身活動(dòng)一下。

此外，腦科學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)[7]，在進(jìn)行某項(xiàng)工作時(shí)，人類集中精力的時(shí)間是一定的。盡管有些人可以長時(shí)間的集中精力，有些人只能短時(shí)間集中精力，但是40～50 min是平均水平，超過這個(gè)時(shí)間，大部分同學(xué)都不能集中精力了。因此，為了實(shí)現(xiàn)高效課堂，就需要大腦注意力要時(shí)刻保持集中，而由于大腦高度集中的時(shí)間是有限的，如何在有限的精神高度集中時(shí)間內(nèi)，盡可能多地獲取知識(shí)就顯得尤為珍貴了。因此，為了實(shí)現(xiàn)高效課堂，還需要進(jìn)一步研究大腦注意力集中的神經(jīng)機(jī)制，給出課堂學(xué)習(xí)時(shí)長的科學(xué)依據(jù)，不僅有利于學(xué)生身體健康，而且也能提高其學(xué)習(xí)效率。

3.3 課堂學(xué)習(xí)的效能

效能通常是指人們在有目的、有組織活動(dòng)中所表現(xiàn)出來的效率和效果，而課堂學(xué)習(xí)效能即一堂課中學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。臺(tái)灣國立大學(xué)在調(diào)查了1 094位大學(xué)生課堂注意力的變化，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在上課剛開始時(shí)精神集中，中間漸漸注意力渙散，到下課前精神又回來了[8]。因此，一節(jié)課的時(shí)長是固定的，如何當(dāng)學(xué)生處于注意力集中高峰期時(shí)，使學(xué)生掌握課程的精華與要旨？如何在學(xué)生注意力下滑后，繼續(xù)維持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生繼續(xù)投入課程學(xué)習(xí)？這些問題對(duì)于高效課堂都十分重要。

2017年，Current Biology雜志上發(fā)表的一項(xiàng)研究中，Dikker等[9]嘗試在課堂上讓老師跟學(xué)生全部戴上簡易的無線腦電電極帽，然后觀察人跟人之間大腦同步性的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不管是教育者和被教育者之間的腦電同步性，還是被教育者之間相互討論時(shí)的同步性，都可以預(yù)測最終學(xué)習(xí)效果的好壞。通過對(duì)大腦的腦電信號(hào)進(jìn)行分析，使得我們在課堂上可以隨時(shí)知道學(xué)生的精神狀況。如果學(xué)生的注意力只達(dá)到40%，這說明要么教材不好，要么老師不好，要么學(xué)生疲勞，此時(shí)應(yīng)該進(jìn)行一些其它活動(dòng)，活躍一下課堂氣氛，比如做練習(xí)，或講一些重要性弱一些的知識(shí)點(diǎn)，比如一些考察性的知識(shí)點(diǎn)，等等。因此，在課堂教學(xué)中要根據(jù)學(xué)生大腦精神注意力的變化改變課堂的教學(xué)內(nèi)容，以提高教學(xué)效果。

4 結(jié)語

高效課堂源于教學(xué)科學(xué)化運(yùn)動(dòng)。顧名思義，高校課堂就是教學(xué)效率高、教育成果顯著的課堂。但是如何去實(shí)現(xiàn)高效課堂以體現(xiàn)高效課堂的精髓及則眾說紛紜，可謂仁者見仁，智者見智。二十一世紀(jì)是腦的世紀(jì)，近年來聲稱以最新大腦研究為基礎(chǔ)的教育方案和項(xiàng)目的受歡迎程度出現(xiàn)了驚人的增長[10]，腦科學(xué)的研究成果對(duì)于高效課堂具有積極的啟示意義。

但是，如何將腦科學(xué)研究引入課堂，目前并沒有合適的技術(shù)途徑，而且也牽扯著哲學(xué)和倫理問題，人們忌諱莫深。近期，浙江一小學(xué)利用腦機(jī)接口頭環(huán)監(jiān)測學(xué)生腦電波，以評(píng)判學(xué)生上課或做作業(yè)時(shí)的精神集中狀態(tài)，就引起了人們的廣泛關(guān)注，輿論的反映也褒貶不一。因此，如果能夠通過記錄上課過程中大腦的活動(dòng)狀態(tài)，研究其中內(nèi)在的變化規(guī)律，也許可以更好地指導(dǎo)課程標(biāo)準(zhǔn)的制定及教學(xué)模式的設(shè)計(jì)，更科學(xué)地實(shí)現(xiàn)高效課堂。

本文在腦科學(xué)的視角下，討論了課堂教學(xué)的顯性因素和隱性因素，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)腦科學(xué)的研究成果重點(diǎn)分析了高效課堂影響因素中課堂教學(xué)的時(shí)差、時(shí)長和學(xué)習(xí)效能問題。從理論上講，在課堂教學(xué)中，善用腦科學(xué)知識(shí)可以幫助教師更好地進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，提高教學(xué)效果。但是，將腦科學(xué)與課堂教學(xué)有效結(jié)合的實(shí)踐問題將還任重而道遠(yuǎn)。