初中數(shù)學(xué)教學(xué)中 滲透腦科學(xué)理論的初步嘗試

張軍

[摘? 要] 今天的教育科學(xué)研究已經(jīng)超越了經(jīng)驗(yàn)范疇，更多的指向?qū)W生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的大腦活動(dòng)，也就是所謂的腦科學(xué). 這是一門相對(duì)陌生的科學(xué)，一線教師要想真正系統(tǒng)地掌握，存在非常大的困難，但從中找出能夠指導(dǎo)學(xué)科教學(xué)的基本理論，并在實(shí)際教學(xué)中進(jìn)行一定程度的滲透，應(yīng)當(dāng)是可行的. 腦科學(xué)研究的成果可以奠定教學(xué)論的基礎(chǔ)，可以引導(dǎo)日常教學(xué)科學(xué)進(jìn)行.

[關(guān)鍵詞] 初中數(shù)學(xué);數(shù)學(xué)教學(xué);腦科學(xué)理論;圖形在坐標(biāo)系中的平移

有效的初中數(shù)學(xué)教學(xué)，往往得益于科學(xué)教學(xué)理論的指導(dǎo)，教學(xué)理論來(lái)自于教育科學(xué)研究以及心理學(xué)研究，前者往往是經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，而后者則涉及學(xué)生的心理研究. 一線教師在教學(xué)中更多的是經(jīng)驗(yàn)積累，而且更傾向于尋找具有可操作性的理論作為指導(dǎo)，所以經(jīng)驗(yàn)性的教育科研成果往往更受歡迎;相較而言，心理學(xué)的研究由于相對(duì)專業(yè)且概念較多，并沒(méi)有前者那么受歡迎. 但非常有意思的是，筆者與更多專業(yè)成長(zhǎng)較為出色的同行進(jìn)行交流的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，這個(gè)群體往往對(duì)教育心理學(xué)有著高度的重視，用他們的話說(shuō)就是“教育心理學(xué)的理論往往更加科學(xué)，能夠引導(dǎo)教師走得更遠(yuǎn)”. 事實(shí)上，今天的教育科學(xué)研究已經(jīng)超越了經(jīng)驗(yàn)范疇，更多的指向?qū)W生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的大腦活動(dòng)，也就是所謂的腦科學(xué). 筆者注意到，近些年來(lái)，腦科學(xué)研究的進(jìn)展越來(lái)越受到人們的關(guān)注，腦科學(xué)的研究成果也越來(lái)越多地應(yīng)用于教學(xué)領(lǐng)域，不僅為教學(xué)理論和教學(xué)實(shí)踐提供了新的解釋與理論支持，而且給教學(xué)的變革和理論研究帶來(lái)了新的沖擊. 一線教師能否應(yīng)付這樣的沖擊，很大程度上取決于教師對(duì)腦科學(xué)理論的學(xué)習(xí)以及實(shí)踐運(yùn)用情況. 盡管這是一門相對(duì)陌生的科學(xué)，一線教師要想真正系統(tǒng)地掌握，存在著非常大的困難，但是從中尋找出能夠指導(dǎo)學(xué)科教學(xué)的基本理論，并且在實(shí)際教學(xué)中進(jìn)行一定程度的滲透，這應(yīng)當(dāng)是可行的. 本文試以滬科版初中數(shù)學(xué)“圖形在坐標(biāo)系中的平移”的教學(xué)為例，談?wù)劰P者的一些初步思考.

腦科學(xué)理論滲透在初中數(shù)學(xué)教學(xué)中的必要性

在數(shù)學(xué)教學(xué)中滲透腦科學(xué)的理論，有其必要性. 關(guān)于這方面的研究，有好多研究成果值得借鑒與思考. 筆者在此梳理這樣兩點(diǎn)：

第一，腦科學(xué)研究成果可以奠定教學(xué)論的基礎(chǔ). 對(duì)于相當(dāng)一部分?jǐn)?shù)學(xué)教師而言，可能都認(rèn)為自己沒(méi)有掌握系統(tǒng)的教學(xué)論，完全是憑著教學(xué)經(jīng)驗(yàn)以及考試指向?qū)嵤┙虒W(xué)的. 但實(shí)際上，只要站在講臺(tái)上進(jìn)行教學(xué)，就一定受教學(xué)論的支配. 班級(jí)授課制下的我國(guó)初中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)有著明顯的凱洛夫教學(xué)論的影子. 而強(qiáng)調(diào)腦科學(xué)理論能夠奠定教學(xué)論的基礎(chǔ)，是因?yàn)槿说挠洃浰季S等主要學(xué)習(xí)活動(dòng)，都是受大腦活動(dòng)支配的，而腦科學(xué)的研究表明，這種支配活動(dòng)更多的與大腦中的不同部位有關(guān)，與不同部位的活躍程度有關(guān)，還會(huì)通過(guò)血液循環(huán)等活動(dòng)表現(xiàn)出來(lái). 比如有研究者研究學(xué)生在數(shù)學(xué)問(wèn)題解決過(guò)程中左側(cè)額前葉前部皮質(zhì)的血紅素變化情況，結(jié)果不同層次的學(xué)生就有著不同的變化.

第二，腦科學(xué)研究成果可以引導(dǎo)日常教學(xué)的科學(xué)進(jìn)行. 在腦科學(xué)的視角下，科學(xué)的課堂教學(xué)應(yīng)當(dāng)是符合大腦活動(dòng)特征的. 在中國(guó)教育界有著很大影響的“多元智力理論”提出了人的大腦至少有8種智力，其直接對(duì)應(yīng)著學(xué)習(xí)中的語(yǔ)言、音樂(lè)、邏輯、空間、運(yùn)動(dòng)、人際、自然等方面，而且指出學(xué)校教學(xué)往往只側(cè)重于語(yǔ)言與邏輯數(shù)理能力的培養(yǎng)，對(duì)其他能力的培養(yǎng)不夠. 事實(shí)上很少有人意識(shí)到，多元智力理論原本也是腦科學(xué)研究的成果，作為一種學(xué)說(shuō)，其也正成為包括初中數(shù)學(xué)學(xué)科在內(nèi)的基礎(chǔ)性教學(xué)理論.

再回到日常教學(xué)中，教師最強(qiáng)調(diào)學(xué)生的思維與記憶，看起來(lái)是在強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過(guò)程中必須背、必須想，但事實(shí)上思維、學(xué)習(xí)與記憶是大腦主要的高級(jí)神經(jīng)功能活動(dòng)的過(guò)程，從腦科學(xué)的角度認(rèn)識(shí)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的這些思維活動(dòng)，往往更能夠觸摸到教學(xué)的真諦.

初中數(shù)學(xué)教學(xué)中滲透腦科學(xué)理論的教學(xué)案例

目前腦科學(xué)研究的范圍幾乎覆蓋了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的所有活動(dòng)，這些活動(dòng)從心理學(xué)的角度來(lái)講，是認(rèn)知活動(dòng)，而再用腦科學(xué)理論去看這些認(rèn)知活動(dòng)，又可以認(rèn)為大腦的這些高級(jí)認(rèn)知功能是由廣泛分布的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的. 例如視覺(jué)性想象，除了激活視皮層外，還有頂葉、左半球后部外側(cè)區(qū)等其他腦區(qū)參與，而語(yǔ)言信息的處理主要通過(guò)3群相互作用的神經(jīng)結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行. 這里不妨以一則案例來(lái)說(shuō)明初中數(shù)學(xué)教學(xué)活動(dòng)中如何進(jìn)行腦科學(xué)理論的滲透.

“圖形在坐標(biāo)系中的平移”是滬科版初中數(shù)學(xué)初二上冊(cè)的內(nèi)容，從學(xué)生學(xué)習(xí)的角度來(lái)看，其中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是讓學(xué)生在平面直角坐標(biāo)系上平移三角形，從教學(xué)手段運(yùn)用的角度來(lái)看，教師的選擇是多元的：可以用PPT中最基本的平移功能，可以用Flash制作動(dòng)畫，還可以借助其他應(yīng)用軟件來(lái)顯示三角形平移過(guò)程中頂點(diǎn)的坐標(biāo)變化等.

從教學(xué)實(shí)踐的角度來(lái)看，這些教學(xué)手段的運(yùn)用，確實(shí)可以幫學(xué)生建立起圖形在坐標(biāo)系中平移的表象，從而收到較好的教學(xué)效果. 那么從腦科學(xué)理論的角度，這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)是怎樣體現(xiàn)出腦科學(xué)規(guī)律的呢？而如果在教學(xué)設(shè)計(jì)的時(shí)候思考這個(gè)問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題則又可以變成：如何在學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程中滲透腦科學(xué)的理論呢？根據(jù)筆者對(duì)腦科學(xué)規(guī)律的初步認(rèn)識(shí)，這里至少有兩點(diǎn)值得研究：一是圖形在平面直角坐標(biāo)系上的平移;二是圖形在平面直角坐標(biāo)系上平移時(shí)的參數(shù)（坐標(biāo)）變化.

事實(shí)上，學(xué)生在小學(xué)階段就已經(jīng)學(xué)過(guò)平移與旋轉(zhuǎn)，圖形在平面直角坐標(biāo)系上的平移，本質(zhì)上是圖形的平移與平面直角坐標(biāo)系疊加的結(jié)果，因而學(xué)生在“圖形在坐標(biāo)系中的平移”這一言語(yǔ)的刺激之下，大腦中會(huì)將圖形與平面直角坐標(biāo)系疊加起來(lái)，然后通過(guò)想象去建構(gòu)一個(gè)動(dòng)態(tài)的情境——從多元智力理論的角度來(lái)看，這實(shí)際上就是空間智力的體現(xiàn). 而對(duì)于自身認(rèn)知系統(tǒng)中缺乏相關(guān)素材的學(xué)生而言（經(jīng)驗(yàn)表明，學(xué)困生中多數(shù)學(xué)生對(duì)“平移”的概念印象不夠深，難以直接調(diào)出應(yīng)用），就會(huì)形成學(xué)習(xí)上的障礙，因此在教授此知識(shí)之前，幫學(xué)生回憶“平移”的概念是非常必要的. 類似的，表象建構(gòu)過(guò)程中，現(xiàn)代教學(xué)手段的運(yùn)用之所以能夠起作用，是因?yàn)槎嗝襟w所提供的聲、光刺激，可以激活學(xué)生的視覺(jué)與聽(tīng)覺(jué)通道——對(duì)應(yīng)著不同的腦區(qū)，教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)考慮這些通道如何才能得到有效的刺激. 對(duì)于平面直角坐標(biāo)系中圖形的移動(dòng)，需要提供的則是更高層次的思維活動(dòng)或者說(shuō)是腦活動(dòng)，比如圖形平移之后與平移之前的位置變化體現(xiàn)在哪里？對(duì)于這個(gè)問(wèn)題的解答，實(shí)際上就是從“數(shù)”的角度去描述“形”，其必然需要“坐標(biāo)”的參與，于是經(jīng)驗(yàn)視角下的“數(shù)形結(jié)合”就對(duì)應(yīng)著腦科學(xué)中的新知建構(gòu). 即當(dāng)學(xué)生嘗試用三角形頂點(diǎn)坐標(biāo)的變化去描述三角形在平面直角坐標(biāo)系中平移的具體情形時(shí)，大腦中有兩個(gè)活動(dòng)：一是控制視覺(jué)輸入的雙眼所接收到的三角形的移動(dòng)，在“雙眼競(jìng)爭(zhēng)”原理的支配下，準(zhǔn)確地輸入現(xiàn)代教學(xué)手段所呈現(xiàn)的內(nèi)容;二是坐標(biāo)的變化對(duì)應(yīng)著大腦中工作記憶的編碼，促進(jìn)了學(xué)生將感知范圍內(nèi)的圖形平移，上升為思維加工的圖形平移的量化表達(dá).

利用腦科學(xué)理論指導(dǎo)初中數(shù)學(xué)教學(xué)的可能性

由上述案例思考腦科學(xué)理論在初中數(shù)學(xué)教學(xué)中的滲透，并思考以腦科學(xué)理論來(lái)指導(dǎo)初中數(shù)學(xué)教學(xué)的可能性，筆者以為還是有著非常廣闊的前景的. 一方面，基于經(jīng)驗(yàn)的教學(xué)理論需要修正，從腦科學(xué)的角度尋找教學(xué)的規(guī)律，顯然要比經(jīng)驗(yàn)總結(jié)更加貼近教學(xué)的本質(zhì);另一方面，數(shù)學(xué)學(xué)科本身是非常重視規(guī)律的，數(shù)學(xué)規(guī)律往往是致力于數(shù)學(xué)研究且非常具有智慧的人大腦思維的產(chǎn)物，初中生雖然不是每個(gè)人都具有數(shù)學(xué)家那樣智慧的大腦，但遵循大腦活動(dòng)的規(guī)律進(jìn)行學(xué)習(xí)，顯然更能夠達(dá)成提高教學(xué)效率的目標(biāo).

當(dāng)然，腦科學(xué)運(yùn)用面對(duì)的挑戰(zhàn)也是不容忽視的，一線教師實(shí)際上更多的是受自身教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的支配的，而考試所發(fā)揮的指揮棒作用，幾乎影響著包括數(shù)學(xué)教師在內(nèi)的所有教師的教學(xué)行為，在這樣的背景下，不要說(shuō)腦科學(xué)，就是基于學(xué)習(xí)行為研究的心理學(xué)也在相當(dāng)一部分教師的視野之外. 如何讓腦科學(xué)真正走近初中數(shù)學(xué)教師進(jìn)而指導(dǎo)教師的教學(xué)，存在著不小的困難. 當(dāng)然，此處強(qiáng)調(diào)困難的存在，更多的是為了理性地認(rèn)識(shí)腦科學(xué)規(guī)律，從而讓教師能夠切實(shí)地探尋到其與數(shù)學(xué)學(xué)科教學(xué)的聯(lián)結(jié)點(diǎn).

其實(shí)，初中數(shù)學(xué)教學(xué)作為學(xué)科教學(xué)之一，本身是無(wú)法脫離教學(xué)這一大的框架的，教學(xué)本身所遵循的腦科學(xué)規(guī)律，自然也就適用于數(shù)學(xué)學(xué)科. 在對(duì)學(xué)習(xí)的研究中，腦科學(xué)可以教會(huì)人們按照腦的特性，對(duì)不同人群進(jìn)行針對(duì)性的“學(xué)習(xí)”與“教育”活動(dòng)，從而培養(yǎng)人們的創(chuàng)造性，激發(fā)人們的熱情，提高人們的適應(yīng)能力，為人類的安寧和幸福做出貢獻(xiàn). 而作為基礎(chǔ)性學(xué)科之一的數(shù)學(xué)學(xué)科教學(xué)，理應(yīng)在初中學(xué)生成長(zhǎng)的過(guò)程中發(fā)揮其應(yīng)有的指導(dǎo)性作用.