腦科學在初中數學教學中的初步應用及反思

丁志國

(江蘇省蘇州工業園區星瀾學校 215000)

近年來，關于腦科學的研究尤其是研究結果，受到基礎教育界的重視.用腦科學研究結果來指導數學教學，也成為初中數學教師的重要選項.相比較傳統的教育科學而言，腦科學毫無疑問是一門新的科學，對于其理論的學習與在具體教學實踐中的運用，也存在許多需要探究與摸索的地方.而在筆者看來，無論是基于提高教學質量的需要，基于提升教學效益的需要，還是基于促進學生學科核心素養落地的需要，腦科學在數學教學中的運用，都是值得嘗試的.現結合實踐將自己的一些理解，總結成文章與同行分享，并期望獲得共同的提升.

一、腦科學及其對初中數學教學的意義

腦科學的研究對象是人的大腦，尤其是大腦中對應著學習需要的各種功能的皮層區.如果說傳統教學中，教師判斷學生的學習過程與結果的時候，是根據學生對所學知識的運用情況來進行的，那在使用腦活動數據就可以讓研究者有可能在不依賴學生自主解釋其自身問題的能力的情況下，探查學生心理變化和學習困難水平.顯然，運用腦科學的研究成果，對于研究、診斷學生的數學學習過程，更具有針對性，也更有效果.

對于初中數學學科教學而言，腦科學的研究成果還具有這樣的基本意義：

其一，更好地促進教師對學生學習過程的理解.

在數學教學中，我們經常通過一些基本概念去強調學習的有效性.最簡單的如強調學生要“理解學習”，那何為理解呢？很多時候教師又無法進行科學的解釋，有時候甚至就以“懂”“會”來代替.而從腦科學的角度來看，所謂理解，實際上就是學生大腦中的不同的神經元之間產生“聯結”，而腦科學研究結果表明，學生大腦中的“經驗相似的內容”更加容易形成聯結，這就提醒教師在教學的時候，應當更多地弄懂學生大腦中已經有了哪些經驗，新的數學知識的教學又可以如何依賴這個經驗，知曉了這樣的規律，促進學生的理解學習就有可能實現了.

其二，更好地指導學生對數學概念或規律的學習.

數學學習有兩個重要環節：一是新知的構建；二是知識的應用.前者是后者的基礎，應試背景下的新知識學習過程常常被壓縮，大量的時間花在應用(應試)上.從腦科學的角度來看，這種重復“刷題”非但不能促進學生的神經元聯結，反而會破壞聯結.但這種聯結的破壞又容易被機械訓練形成的解題能力所掩蓋，因而無法引起人們的重視.真正從腦科學研究的角度出發，數學概念與規律的教學，應當是通過多種手段的運用來促進學生建構概念、認識規律.腦科學研究表明，利用“比喻”，借助于“情境”等，可以讓學生在新舊概念、規律相互作用的過程中，更好地促進學生對新概念或規律的理解.

當然，腦科學本身博大精深，且腦科學本身也有著好多尚待完善的理論，因此這兩點基本闡述，更多的還是結合數學教學進行的業已成熟的理論闡述，其在實踐中也可以得到較好的運用.

二、初中數學教學中的腦科學應用實踐

我們都知道，包括數學學科任何一門學科的學習的變化，實質在于新舊知識在學習者頭腦中的相互作用.所以在追求腦科學研究成果的實踐價值的時候，也應當結合具體的教學案例來進行.進一步的腦科學研究發現，學生學習數學的能力，主要依賴于大腦皮層的“再利用”.或者描述得更宏觀一點，人類從靈長類的進化中繼承下來的大腦表征可以促進數學學習，在數學學習中要利用“已有腦結構”.由于筆者注意到這樣的表述，與傳統教育理論中強調學生的前概念、先前經驗有異曲同工的地方，因此這就使得運用腦科學研究成果指導初中數學教學實踐變得更加方便.

例如，在解一元二次方程的時候，最基本的方法之一，就是通過十字相乘來進行因式分解，最終完成方程的求解.這里有一個重要的問題，就是如何讓學生在看到一個一元二次方程的時候，能夠準確地得到因式分解后的未知數系數，這里實際上涉及到對二次項前的系數與常數項的直覺判斷問題.簡單的一元二次方程如3x2+5x+2=0，學生一般都能夠較準確地轉換為(3x+2)(x+1)=0，而如果遇到稍微復雜一些的，如6x2+9x+15=0，好多學生就感覺束手無策，甚至會放棄運用十字相乘的方法，而用公式法求解，而用公式法經過復雜的運算之后，又發現原來可以用更簡單的十字相乘，于是學生有的懊惱，更有的無奈.

這個時候，好多教師會采用機械訓練的方式來培養學生的直覺，實踐表明這有一定的效果，但容易讓學生對數學學習喪失興趣，也有可能破壞學生大腦中聯結形成.而從腦科學研究的結果來看，這種直覺的形成，往往與學生左腦中的顳枕聯合區的功能相關，與額中回均也相關.進一步的研究表明，如果面對這兩個區域的功能進行訓練，更容易讓學生形成較好的直覺.而基于一元二次方程的訓練的方法，主要是讓學生觀察一元二次方程的二次項系數與常數項，在大腦中進行分解、配對(盡量不要在草稿紙上進行)，可以遵循先易后難的原則來進行訓練.實踐表明，這樣的結合腦科學研究成果的訓練，耗時短，效果好，能夠獲得學生的喜歡.

三、初中數學教學中腦科學的實踐反思

如同前面所說，腦科學是一門前沿學科，對于一線教師來說還比較遙遠，比較陌生.在這樣的背景下，在初中數學教學中踐行腦科學研究成果，還是存在不少挑戰的.

一方面，教學中教師固然要在認識大腦發育、發展規律以及認知活動規律的前提下，結合數學學科與數學教學的特點，創設適于大腦學習、促進大腦發展的高中數學課堂教學環境，將會更好地促進學生的學習與發展.另一方面，教師又需要結合自身的教學經驗，結合學生的學習表現，去判斷腦科學研究理論在實際教學中的適切性，看看其與實際是否吻合，看看其如何才能更好地指導實踐.尤其是結合當前的核心素養，筆者以為更加需要思考的是，腦科學如何促進學生關鍵能力的養成，又如何引導學生必備品格的形成.應當說這些在初中數學教學中，也都是不能回避的問題.

總之，初中數學教學中運用腦科學研究成果，應當是大勢所趨，而結合教學目標運用腦科學理論，則是理論聯系實踐的基本原則.