创新的教学方法如何重启大脑,提高学习效率?

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教育 世界各地的教育系统已经取得了一些进展,学生和学校正在努力摆脱以前在考试期间背诵事实和大吃大喝的制度。这导致了一些新的互动式教学方法,包括 "基于大脑的学习方法",使用视频,互动式测验,解决问题,以及基于活动的学习技术。数以千计的研究集中在学习和记忆的神经通路上,但在这篇文章中,我们将尝试了解这种创新的教学方法如何能改善学习。

安妮塔正在打开她的书包。今天教她的是植物和动物分类。她的家庭作业是观察周围的动物,并将它们分类为脊椎动物和无脊椎动物。她还必须去学校的植物园,根据植物的栖息地(陆地、水或稀缺的水)收集植物。然后,她必须列出它们在外观上有哪些明显的不同特征。 

神经发生或新神经元的诞生只占神经元总数的约0.004%。因此,学习过程中的大部分 "大脑变化 "被归因于这些连接或神经元之间突触的数量和强度的变化。神经元有细长的突起,称为轴突和树突,通过它们与其他神经元对话。轴突释放化学物质或神经递质,然后与接收树突表面的受体结合。一旦神经递质与另一个神经元的接收树突上的受体结合,它就会直接或间接地产生一个电信号,导致其 "发射"。神经元之间的这些联系是 '塑料'。 也就是说,一个连接被激活的次数越多,它就越强大。例如,接收信号的神经元可能变得更容易接受信号(更多的神经递质可能被发送信号的神经元添加到接收树突上)。这也被称为 '突触可塑性'.如果两个神经元长时间地一起被激活,就会形成 长期记忆.这导致卡拉-沙茨(Carla Shatz)创造了一句著名的格言。 '神经元一起开火,就会一起布线'。 研究表明,阻断突触可塑性会妨碍行为学习,表明其作用至关重要。

现在回到我们最初的讨论点,不同的教学策略如何改善这个学习和记忆的过程?我们将以三个创新的教学方法为例:主动参与的家庭作业、概念图和基于问题的学习来了解它们对大脑可能产生的影响。

频繁而积极的家庭作业

学习阶段通常被认为是我们在学习的时候,而考试和家庭作业只是被动地回想已经学到的事实。 然而。 几项研究 研究表明,检索信息的过程(如在考试或家庭作业期间)对学习至关重要。. 在一周后进行的最终测试中,多次检索信息的学生表现明显好于只检索一次信息的学生。没有检索的重复学习对学生的成绩没有明显改善。另外,检索之间的时间间隔也有很大影响。如果时间间隔太小(约1分钟),那么就没有明显的好处,而较长的时间间隔(约6分钟)对保留有较大的影响。

这就提出了另一个问题,重复测试是否只是提高了学生的记忆力,让他们简单地对某个问题提供一个固定的答案,那么它是否真的提高了学习或 "知识的转移"。这一点也得到了检验,在反复学习或反复测试之后,孩子们要接受最后的测试,测试中提出的问题只能通过应用学习段落中的概念来回答。即使在这种情况下,有重复测试的学生表现得更好,表明他们有更好的保留和学习。

经常和积极的家庭作业对我们的大脑会产生什么影响?学习和记忆的关键因素之一是注意力和动机。 奖励的情况 和新颖性与神经递质、多巴胺和乙酰胆碱的释放有关。一种可能性是,频繁的信息检索和积极的家庭作业涉及更多的注意力,导致多巴胺和乙酰胆碱的释放,这可能会增强突触的可塑性,形成改善学习的基础。

概念图

安妮塔今天研究了人类的免疫系统和消化系统。她的下一个功课是在可能影响免疫系统的消化系统成分之间建立联系,反之亦然。

One of the critical problems which many children face is that they view each subject and concept in isolation. This is a math problem, this is a 物理学 problem…They have no idea how trigonometry they study in classrooms can deal with real-life situations.

概念图涉及研究和编码学生在学校学习的不同概念之间的关系。对四年级到中学水平的儿童进行的研究表明,在使用概念图后进行的测试中,知识保留率有所提高。

概念图如何能提高知识的保留率?为此,我们必须回到我们如何检索记忆的问题上。记忆和信息是以突触网络的形式存储的。当一个网络上的几个节点被激活时,整个网络就会被激活,信息就会被检索出来。因此,一个有许多节点、跨越不同概念和记忆的网络有更大的机会被更快、更容易地检索到。这一原则可以解释为什么一个花了时间将不同概念联系起来的学生在考试中能明显更好地检索出这些概念。

基于问题的学习

今天在学校,斯内哈学习了光合作用--叶绿素(叶子中的绿色色素)吸收光能的过程。她被要求从书上读出这个过程,并多次写出光合作用的方程式。

在另一所学校的安妮塔也学习了光合作用的过程。作为一项作业,她的老师要求她去植物园,观察并记录叶子颜色不属于绿色的植物。然后,她必须写一份报告,说明其他颜色的植物是如何生存的。如果这些植物没有叶绿素,它们有可能生产自己的食物吗? 

Sneha和Anita的光合作用教学方式有明显的区别。一些研究表明,基于问题的学习会导致对文本的保留和概念理解的改善。其中一种可能性是,基于问题的学习可以提高儿童的注意力和动机,这些因素已被证明可以增加多巴胺的分泌。这些神经递质的分泌可能会形成新的突触连接,从而改善儿童的保留和学习。

因此,创新的教学方法可以改善儿童的神经生物学构成,与简单地阅读和书写书本上的段落--被动的教学模式相比,可以提高对概念的理解和保留。

However, a pitfall is several educational systems are employing ‘brain-based’ teaching methods which have no scientific basis and thus, are ineffective teaching tools apart from promoting pseudoscience. In the end, let us look at few of the myths associated with neuroscience and education.

神经科学与教育--神话与真相

最受欢迎的一个'大脑的神话'是指 左脑-右脑理论这表明,每个人的右脑或左脑都占优势。一些教育学家甚至鼓励确定学生是右脑还是左脑,并根据结果尝试不同的教学策略。虽然,身体的某些功能可能归因于左脑或右脑,但到目前为止,没有证据表明不同的人可能有不同的侧重点。这个神话继续进一步表明,左脑的人更有逻辑性和分析性,而右脑的人则是直觉和客观的。因此,被贴上左脑或右脑标签的孩子可能会觉得他们天生就不具备创造性或逻辑性的能力。将逻辑和创造力分开也是不科学的,因为逻辑问题往往涉及创造性的解决方案。

研究表明,包括英国、荷兰、希腊、中国和土耳其在内的不同国家的几乎50%的教育工作者相信神经神话,即我们大多只使用10%的大脑。当教育工作者和神经科学家不沟通时,教育中的神经迷信通常会传播。许多针对这些神话的解释或论证都存在于难以获取的期刊中,或者是以非专业人士难以理解的语言进行的。因此,有必要在教师和科学家之间开辟沟通的渠道,以消除这些误解。

未来会怎样?

尽管一些研究已经测试了大脑在学习过程中如何存储和检索记忆,但仍有许多事情我们不知道。 学习与大脑中的分子、细胞特征之间的联系的确切性质是什么?我们如何在大脑中组织知识或信息,以及元认知的基础--了解我们自己的思维过程?

与其采用宣扬伪科学和神经神话的策略,不如了解当前的理论和神话,科学家和教育工作者之间更好地沟通,可能有助于制定更有效的教学策略,并将实验室笔记转化为课堂教学。
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关于作者

Surat Saravanan博士拥有孟买塔塔基础研究所生物科学博士学位。她是一名自由职业的科学编辑和作家,并完成了美国斯坦福大学提供的 "科学写作 "课程。

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