腦科學在高中數學教學中的初步理解與實踐

唐菊香

[摘? 要] 隨著人們對心理學以及大腦的研究越來越深入，人們在學習過程中表現出來的大腦運作的特點更加明確，使得腦科學的研究越來越貼近教育教學. 高中學生在學習的過程中表現出的任何困難，都可能與學生的大腦活動有關. 盡管高中數學教師不可能掌握系統的腦科學知識，但是借助腦科學中的一些基本理論，還是可以尋找到突破高中學生在數學學習中表現出來的困難的方法. 在數學學習的過程中，有意識加工是至關重要的.

[關鍵詞] 高中數學;腦科學;教學理解;教學實踐

無論基于什么樣的學習需要，對于高中數學教學而言都必須明確一點，那就是學生的學習收獲是學生思維的結果，也正因為如此，人們才說“思維是世界上最美的花朵”. 絕大多數情況下，高中數學教師對思維的重視，往往體現在學生對數學知識的學習與運用過程中，重視的是學生在學習數學概念或者規律的過程中表現出來的思維能力，重視的是學生利用數學知識解決數學問題的過程中表現出來的思維水平. 應當說這種認識實際上是一種經驗解讀，并沒有涉及學生學習的內在機制. 當然，也有部分教師嘗試通過心理學來解讀學生的學習過程，這可以取得一定的效果，尤其是對高中數學一線教師能夠起到指導性的作用. 隨著人們對心理學以及大腦的研究越來越深入，人們在學習過程中表現出來的大腦運作的特點更加明確，使得腦科學的研究越來越貼近教育教學. 對于學生的學習過程而言，目前有初步的研究表明大腦會經歷一些敏感期，在敏感期內大腦能夠響應外界刺激，在特定的區域形成神經網絡，并使這些網絡的功能逐漸發達. 腦科學研究的過程中還出現了“髓鞘化”理論，根據這個理論，人們對學習的研究也就有了新的視角，對學習和教育也就可以進行一些新的定義. 進一步的研究表明，腦科學與教育的研究，將使人們學會按照腦的特性，對不同人群進行針對性的“學習”與“教育”活動，從而培養人們的創造性，激發人們的熱情，提高人們的適應能力. 很顯然，這樣的結論對于高中數學教學而言，有著一定的啟發意義，就算借助腦科學中一些最基本的結論，也可以開辟高中數學教學新的天地. 下面從三個方面來說明.

■腦科學在高中數學教學中的現實意義

應當說在當前的高中數學教學中，運用腦科學的相關理論有著重要的現實意義. 這是因為當前的高中數學教學，已經將傳統的教學方式、教學思路、教學方法以及教學手段運用到了極致. 在新時代的背景之下，在核心素養培育的要求之下，高中數學教學通過什么樣的途徑來滿足立德樹人的需要，來滿足數學學科核心素養培育的需要，值得教師認真思考. 在思考的過程中，尤其要關注一些教育現實以及突破教學困難的一些方法，比如說在高中數學教學中經常會出現“一聽就會，一做就錯”的情形——高中數學對學生的歸納總結、獨立思考和數學思維的要求有了大幅提升，“聽得懂不會做”的現象在高中數學教學中變得更常見——教學工作者對此現象不斷地進行著反思和總結. 梳理相關的文獻以及綜合相關的教學經驗，可以發現反思與總結的結果不外乎對學生進行重復訓練，讓學生形成更好的解題思路與模式，嚴格來講，這樣的反思與總結結果，并不是真正的突破. 如果從腦科學的角度看待這一現象，那么可以得出什么結論呢？

腦科學研究表明，人的左右腦功能是不同的，而學生在不同的發展階段，左右腦的發展水平也是不一樣的. 人在學習與工作中表現出來的不同能力，實際上是人腦當中許多離散分布特異區域功能的結果，甚至人的意識，也是人在學習過程中對自己所擁有的能力的主觀體驗. 關于這些結論，都是腦科學研究的基本結論. 可能會有人提出：這種空泛的結論對于高中數學教學而言有什么意義呢？對于這個問題，最好的回答就是：高中學生在學習的過程中表現出的任何困難，都可能與學生的大腦活動有關. 因此解決這些困難的時候，首先要從理念上認同這些困難的出現是有原因的，這些困難的解決不可能因為教師的主觀想象就在學生身上發生改變;要從根本上解決這些困難，需要從大腦運行機制的角度尋找辦法. 盡管高中數學教師不可能掌握系統的腦科學知識，但是借助腦科學中的一些基本理論，還是可以尋找到突破高中學生在數學學習中表現出來的困難的方法. 比如上面提到的“一聽就懂，一做就錯”，其實在于學生對所學習的知識并沒有進行深加工，有可能視覺接收到的信息并沒有留存在視覺皮層上，其他通道接收到的信息并沒有引起皮層的反應，自然也就沒有引起學生的有意識加工——在數學學習的過程中，有意識加工是至關重要的.

■基于腦科學理解基礎上的數學教學實踐

有意識加工是銜接教學經驗與腦科學的一個重要橋梁：一方面有意識加工是腦科學的體現，另一方面有意識加工指向了學生對數學知識的建構過程. 研究表明，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（如：我們可以把學生的數學直覺看作是已有腦結構在發揮作用）. 因此，在數學學習中借助學生的有意識加工，或者立足于學生有意識加工能力的培養，就是一個重要目標. 從這個角度來看，教師在教學中可以利用“已有腦結構”，觀察學生在數學學習過程中發生的變化，然后判斷新舊知識在學習者頭腦中的相互作用，以及那些新的有內在邏輯關系的學習材料與學生原有的認知結構發生關系，在此基礎上進行同化和改組，就可以在學習者頭腦中產生新的意義.

例如，在“指數函數”的學習中，學生對指數函數的理解一般建立在指數函數的解析式上，筆者曾經做過調查——看到“指數函數”這一概念的時候，首先想到的就是指數函數的解析式. 而作為高中數學教師都知道，函數的解析式只是函數知識體系中最基本的一點，對一個具體函數的理解，除了函數解析式之外，還涉及函數的圖像、函數的性質等. 那么如何讓學生對函數的理解能夠拓展到函數的圖像與函數的性質呢？尤其是讓學生形成良好的直覺呢？筆者以為最為關鍵的就是：從腦科學的特點出發，打通學生接收信息的通道，并且促進學生進行“有意識加工”.

比如說，在進行指數函數的性質教學時，筆者會故意淡化對解析式的復習（實際上，學生在探究函數的性質與圖像時，自然會運用到解析式），而重點強調指數函數圖像的生成，強調基于指數函數圖像去猜想、判斷指數函數的變化趨勢. 在這樣的過程當中，如果教師創設的情境足夠豐富，比如引導學生設計表格，引導學生回顧函數圖像的作圖方法（也就是描點法），又或者借助現代教學手段，利用一定的應用軟件自動生成指數函數的圖像. 這樣學生在學習的過程中，就會帶著明顯的研究指數函數圖像與性質的意識，并調動自己已有的知識以及在此前學習過程中積累生成的數學學習能力來加工新的知識，這就是真正的有意識加工.

■從核心素養培育的角度看腦科學的價值

通過對上述教學案例進行深度分析，可以發現在高中數學教學中，緊緊抓住“有意識加工”，對于教師而言，其實就是從潛意識中運用腦科學的相關規律，來指導自身的數學教學. 從教學效果的角度來看，當學生處于有意識加工的過程中時，他們對所學的內容確實有更高的注意力、更深的思維力. 由此也就可以得出一個結論：運用腦科學與學習的知識進行課堂教學設計與實施，是科學地提高教與學效能的一種有益的嘗試與探索. 對于高中數學教師而言，在認識大腦發育、發展規律以及認知活動規律的前提下，結合數學學科與高中數學教學的特點，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，也會使高中數學課堂教學更加科學而有效.

由此反思高中數學學科核心素養的培育，就可以發現要想給學生創設一個數學抽象、邏輯推理的情境，又或者引導學生進行數學模型的建立，其實有很關鍵的一點，就是必須重視對腦科學相關規律的學習與運用. 因為只有重視并運用腦科學規律，學生在品格養成以及能力養成的過程中，才能真正形成必備品格與關鍵能力. 包括上面例子中所提到的有意識加工，對于所有的數學知識學習與運用，其實都具有普遍適用的特征，因此可以成為高中數學教師借助腦科學規律指導自身教育教學的突破口. 只要真正在此過了突破口，包括核心素養培育在內的高中數學教學就能取得突破.