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淺談利用腦神經(jīng)興奮規律提高物理課堂教學(xué)效果
【論文關(guān)鍵詞】人腦 興奮 教學(xué)
【論文摘要】大學(xué)物理對提高大學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)及后續課程的學(xué)習起著(zhù)至關(guān)重要的作用�，F在很多學(xué)生覺(jué)得大學(xué)物理很難學(xué)懂，如何提高物理課的教學(xué)效果是人們急需解決的問(wèn)題。本文從學(xué)習和與腦科學(xué)的密切聯(lián)系出發(fā)，利用人腦活動(dòng)規律實(shí)驗的若干研究成果，提出了通過(guò)豐富教學(xué)形式，保持學(xué)生的興奮度，調動(dòng)學(xué)生情緒，進(jìn)行探究式和參與式學(xué)習的方法，以達到良好的物理課堂教學(xué)效果。
0引言
二十一世紀是知識的時(shí)代，創(chuàng )新能力是一個(gè)國家的核心競爭力。在中，創(chuàng )新人才的培養是我國教育改革和發(fā)展的目標，這也是我們從資源大國變?yōu)槿肆Y源強國所要求的。當今世界上的許多先進(jìn)科學(xué)技術(shù)都是物理原理的應用，物理本身又是一門(mén)實(shí)驗科學(xué)，有利于培養學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng )新能力。所以大學(xué)物理被列為高等學(xué)校的一門(mén)必修課，它對提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)及后續課程的學(xué)習起著(zhù)至關(guān)重要的作用。然而很多學(xué)生覺(jué)得大學(xué)物理很難學(xué)，聽(tīng)不懂，考不好，不會(huì )做實(shí)驗。這其中的原因當然是多方面的，一個(gè)原因與我們的教學(xué)方式有關(guān)。我們的學(xué)生在中學(xué)階段為應對高考而進(jìn)行大量的重復訓練。這樣的訓練，強化了學(xué)生的思維定式而失去了思維的靈活性和開(kāi)放性，從而使學(xué)生考試能力強，而解決實(shí)際問(wèn)題的能力不強。進(jìn)入大學(xué)后，大學(xué)物理因課時(shí)少，內容多，學(xué)生就很難適應。
如何提高物理教學(xué)效果是人們急需解決的問(wèn)題。在一些客觀(guān)條件暫時(shí)無(wú)法改變的情況下，作為物理老師，應采取積極的態(tài)度，以不斷提高課堂教學(xué)效果來(lái)幫助學(xué)生。要實(shí)現理想的教學(xué)效果，不僅要求老師有豐富的專(zhuān)業(yè)知識，還要深人研究學(xué)生的認知規律，畢竟教和學(xué)是互動(dòng)的兩個(gè)方面。近年來(lái)人們對人腦智力活動(dòng)的研究成果對了解學(xué)生的認知特點(diǎn)提供了有力的幫助。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們已經(jīng)可以觀(guān)察到與精神活動(dòng)相關(guān)的腦的高級機能活動(dòng)。對神經(jīng)認知科學(xué)與教學(xué)的聯(lián)系的研究，使我們可以利用人腦活動(dòng)規律，提高物理教學(xué)效果，培養創(chuàng )新人才。
1腦科學(xué)與教育的關(guān)系
人腦是最復雜的神經(jīng)系統，人的智力活動(dòng)與人腦的興奮狀態(tài)有密切的聯(lián)系，揭示和利用人腦的活動(dòng)規律一直是人們研究的熱點(diǎn)。隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，人們現在已經(jīng)可以用核磁共振和腦電圖來(lái)揭示人腦的活動(dòng)規律岡。以前學(xué)習與教育一直被認為是人文科學(xué)的范疇，現在從生物學(xué)的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，人的思考能力、判斷能力、創(chuàng )造能力等是腦的高級機能，任何思維習慣和行為習慣都與腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )有關(guān)。學(xué)習過(guò)程是一個(gè)形成腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的過(guò)程，教育是調控構筑神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的外部刺激的過(guò)程陰。不同的學(xué)習過(guò)程會(huì )形成不同的腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )。被動(dòng)式的、重復式的訓練所形成的腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )結構強化了固定的思考范式，而主動(dòng)式的、探究式的學(xué)習活動(dòng)所形成的腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )結構使人善于靈活開(kāi)放式的思考問(wèn)題。所以學(xué)習和教育與腦科學(xué)有著(zhù)密切的聯(lián)系，開(kāi)展全腦教育，開(kāi)發(fā)腦的思考能力和創(chuàng )造能力，合理地利用人腦的認知規律將有助于提高課堂教學(xué)效果。近年來(lái)，將腦科學(xué)與教育緊密結合開(kāi)展應用性研究已成為熱點(diǎn)，許多國家都在積極研究。
2人腦活動(dòng)規律的實(shí)驗研究方法及若干研究成果
2.1人腦活動(dòng)規律的實(shí)驗研究方法
人腦是一個(gè)非常復雜的非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)系統，腦電是大量腦神經(jīng)元電活動(dòng)的總體表現。人們現在已可以用實(shí)驗儀器來(lái)探測腦電信號，得到腦電圖。當人們進(jìn)行思維作業(yè)時(shí)，腦電圖也會(huì )發(fā)生相應改變，因此腦電信號分析成為人們研究思維活動(dòng)的重要工具。
不僅生理狀態(tài)影響腦電的特性，人的智力活動(dòng)也會(huì )影響腦電變化，并且和大腦區域有著(zhù)密切的聯(lián)系。對被測試者進(jìn)行不同的思維作業(yè)時(shí)做腦電信號測試，測試結果表明，對腦電信號進(jìn)行數據處理后，可以比較有效地識別思維作業(yè)的類(lèi)別。
由于腦電形態(tài)的復雜性和多樣性.人們用大量的分析方法來(lái)揭示人腦的活動(dòng)規律。以往的腦電圖分析方法有以分析腦電圖波形幅度、均值等為主的時(shí)域分析方法和以分析腦電圖功率譜、相干函數等為主的頻域方法。近年來(lái)隨著(zhù)腦電的非線(xiàn)性特征發(fā)現，應用非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)的理論，用近似嫡和復雜度處理腦電信號能夠較好地反映人腦的活動(dòng)。
通過(guò)對人腦的高級機能的測定和信息處理，從生物學(xué)的角度來(lái)研究人的學(xué)習與教育過(guò)程，將腦神經(jīng)科學(xué)的知識具體應用到學(xué)習和教育的研究中，從而形成科學(xué)化、人性化的新的學(xué)習和教育體系。這不僅可以改善學(xué)生的學(xué)習和記憶能力，而且還可提高創(chuàng )新能力。
2.2現有的一些實(shí)驗及結論
2.2.1物理因素對腦電的影響
人們對不同的物理因素對腦電的影響進(jìn)行了實(shí)驗研究閣。被測試者分為三個(gè)實(shí)驗組，在實(shí)驗過(guò)程中分別不斷接受、磁場(chǎng)和局部高壓氧干預措施。利用近似嫡和復雜度將腦電信號進(jìn)行數據處理和分析。結果顯示在局部高氧下的組，人腦相對清醒，腦電活動(dòng)增強，復雜度增高;聽(tīng)音樂(lè )的組的復雜度和近似嫡也較高，說(shuō)明音樂(lè )誘導在一定程度上能促進(jìn)疲勞恢復。實(shí)驗結果說(shuō)明，不同的物理因素可以影響受試者的狀態(tài)，從而影響受試者的腦電波，腦電近似嫡的平均值隨著(zhù)腦疲勞程度的增加而降低。另外有人做了弱激光對神經(jīng)興奮性影響的實(shí)驗陰，結果表明在弱激光刺激下會(huì )誘導神經(jīng)興奮。
2.2.2情緒等因素對認知的影響
關(guān)于情緒對認知活動(dòng)的影響，一些研究指出，快樂(lè )、興趣、喜悅之類(lèi)的中等強度的正情緒有助于促進(jìn)思維，提高創(chuàng )造力和解決問(wèn)題的靈活性，而悲哀、恐懼、憤怒之類(lèi)的負性情緒會(huì )抑制或干擾認知活動(dòng)。
在上個(gè)世紀后期提出的“興奮轉移理論”認為受眾在觀(guān)看影視作品過(guò)程中，其興奮程度主要由所關(guān)注的角色所經(jīng)歷的沖突來(lái)決定。觀(guān)眾在沖突解決之前越感到不安，在沖突解決之后就越有愉悅感，他們的興奮程度決定了在劇終的時(shí)候對于該節目的打分。
3應用于教學(xué)
3.1保持學(xué)生興奮度，避免疲勞式灌輸
從物理因素對腦電的影響實(shí)驗可以看出，當腦神經(jīng)疲勞時(shí)，其興奮度顯著(zhù)降低，人腦的復雜度和平均墑都會(huì )減小，這意味著(zhù)大腦處理信息的能力減弱。當用物理因子刺激時(shí)，大腦的興奮性會(huì )有所恢復。在教學(xué)中應注意掌握神經(jīng)興奮與疲勞的規律，要充分利用學(xué)生興奮時(shí)完成課堂教學(xué)，避免疲勞式的灌輸，這樣才能事半功倍。當學(xué)生已經(jīng)疲勞時(shí)，處理信息的能力會(huì )迅速下降，如果這時(shí)再地灌輸知識，只是形式上完成了講課，學(xué)生的收獲極小。例如物理教學(xué)中常有公式的推導，如果一堂課不停地推導，學(xué)生無(wú)法集中這么長(cháng)時(shí)間的注意力。當學(xué)生思想疲憊時(shí)，這時(shí)的推導就毫無(wú)意義了，根本不可能達到推理能力訓練的目的。物理的講解應該注重物理原理和思想，避免繁雜的，盡可能地在學(xué)生的興奮期內完成推導。如公式很長(cháng)，可以做好推導的結構框架，分段推導，每段作一小結，使學(xué)生的精神有張有弛。當講課的節奏與學(xué)生的興奮規律相適應時(shí)，就會(huì )事半功倍。
在上物理課時(shí)，可以通過(guò)教學(xué)形式的變換來(lái)保持學(xué)生的興奮性，而這恰巧是物理課堂教學(xué)所獨具的優(yōu)勢。物的很多原理都是來(lái)源于生活，服務(wù)于，有很多生動(dòng)的錄像資料可以在課堂上播放，讓學(xué)生在輕松的狀態(tài)下理解物理，激發(fā)起探索物理奧妙的興趣。另外，物理是一門(mén)實(shí)驗科學(xué)，通過(guò)課堂上的演示實(shí)驗，既能生動(dòng)地展示物理原理，又能避免空洞的原理講解。而且也可以在課堂上讓學(xué)生參與來(lái)做演示實(shí)驗，主動(dòng)參與式的學(xué)習會(huì )使學(xué)生具有深刻的體驗。所以只要轉變物理的課堂教學(xué)方式，物理的學(xué)習就會(huì )變成一種輕松愉快的體驗，對物理原理的掌握也會(huì )更牢固。
對于學(xué)生一向頭痛的物理作業(yè)問(wèn)題，應從布置形式上來(lái)解決。如果布置大量的需用繁雜的數學(xué)推導才能完成的作業(yè)，學(xué)生在疲憊的狀態(tài)下去做當然不會(huì )有好的效果。其實(shí)要學(xué)好物理一方面當然要有數學(xué)推導的訓練，這是必不可少的，另一方面也更需要物理思想的培養。物理本身是理論與實(shí)驗相結合的學(xué)科，需要通過(guò)多種形式的訓練才能學(xué)好。所以物理作業(yè)的形式可以是問(wèn)題思考、討論、查資料以及設計實(shí)驗、做實(shí)驗等。這樣既可以滿(mǎn)足物理素質(zhì)培養目標的要求，又可以通過(guò)形式的轉變維持腦神經(jīng)的興奮，使各項訓練在興奮期內完成，收到良好的效果。
3.2利用視覺(jué)效果，上好多媒體課
激光誘導神經(jīng)興奮的實(shí)驗表明，光可以影響神經(jīng)的興奮性。所以在教學(xué)中要注意教室內光的亮度，保持學(xué)生的興奮。例如物理課經(jīng)常會(huì )用多媒體進(jìn)行教學(xué)，如果用窗簾把窗戶(hù)遮蓋地嚴嚴的，教室里很灰暗，加上空氣不流通，學(xué)生的興奮性就很低，在昏昏欲睡的狀態(tài)下是無(wú)法有效地學(xué)習的。應選用亮度高的投影儀，并把窗簾設計成豎直百葉窗式，避免窗外的光直射到屏幕上，這樣可使教室有一定的亮度和較好的屏幕對比度。
另外顏色對興奮度有很重要的影響，所以在幻燈片設計上應該充分地利用色彩來(lái)表達內容，提高學(xué)生的興奮度。首先整體顏色不能太灰暗，灰暗的顏色會(huì )降低興奮性。當然也不能全是大紅大紫的顏色，學(xué)生眼花繚亂，也不會(huì )有好的效果，并且長(cháng)時(shí)間盯著(zhù)全屏幕都是強亮色也會(huì )使人頭暈。所以主色調應該是清雅的，在強調重點(diǎn)的地方用鮮亮的顏色。俗話(huà)說(shuō)萬(wàn)綠叢中一點(diǎn)紅，這樣才能引起興奮和關(guān)注。圖像記憶會(huì )比文字記憶深，所以可以盡可能多的用圖形和視頻來(lái)表達物理原理。
3.3調動(dòng)情緒，進(jìn)行探究式和參與式學(xué)習
當情緒高，有興趣時(shí)，人腦的神經(jīng)興奮度也高，反之亦反。人腦的記憶力在保持一定高的情緒時(shí)有較高的值，在情緒低落時(shí)，人的記憶力也差。因此在課堂上教師要注意調動(dòng)學(xué)生的情緒，引導學(xué)生興趣，活躍課堂氣氛，以便達到好的教學(xué)效果。
學(xué)生的情緒往往受老師的講課激情和教學(xué)方式的影響。這并不是說(shuō)要讓老師在課堂上手舞足蹈，而是要講得投人，引人人勝。大學(xué)物理中的很多內容都是學(xué)生在生活中遇到或聽(tīng)到的，如果我們能以實(shí)際的例子設置懸疑，激發(fā)起學(xué)生的探究興趣，就會(huì )使課堂氣氛變得活躍起來(lái)。比如很多同學(xué)都喜歡踢足球或者是球迷，放一段精彩的足球比賽片段后問(wèn)學(xué)生，要踢出一記香蕉球應該怎么做?可先請同學(xué)們談經(jīng)驗，然后老師再分析過(guò)程，講解物理原理。又比如大家都愛(ài)看春晚的魔術(shù)表演，其中有一個(gè)鏡頭是硬幣穿過(guò)玻璃，怎么作到的呢?解釋其中用到的物理原理并讓學(xué)生們自己來(lái)試試。當學(xué)生的好奇與興趣被激發(fā)起來(lái)，由被動(dòng)接受知識轉為主動(dòng)探究，參與式學(xué)習，就容易保持高漲的情緒，神經(jīng)興奮誰(shuí)葬高，這時(shí)學(xué)生的體驗深刻，知識就會(huì )記得牢。如果條件允許的話(huà)可以讓部分內容在物理演示實(shí)驗室上，學(xué)生就不會(huì )覺(jué)得物理是枯燥乏味的了。
在講物理課時(shí)還可以通過(guò)合理地設置懸疑，引出與學(xué)生原有概念的沖突，從而加深對知識的理解。例如在講電磁場(chǎng)的能量時(shí)，我們可以問(wèn)學(xué)生，一按開(kāi)關(guān)教室的燈就會(huì )亮，是從開(kāi)關(guān)立即跑到燈絲上的嗎?算下速度就知道不是電子而是電場(chǎng)。燈亮是電子的動(dòng)能轉化成光能的嗎?如果是這樣，電子損失動(dòng)能就會(huì )停下來(lái)，電流就會(huì )終斷，所以也不是這個(gè)答案。這樣通過(guò)設置沖突和解決沖突，最后分析出是電磁場(chǎng)在傳輸能量的概念，這樣學(xué)生會(huì )得到很深的印象。
總之，只要充分掌握學(xué)生的認知規律，在教學(xué)實(shí)踐中不斷探索合適的教學(xué)方式，激發(fā)學(xué)生興趣，就會(huì )讓令學(xué)生頭痛的物理變得精彩而生動(dòng)，達到滿(mǎn)意的教學(xué)效果。
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