基于腦科學(xué)的微課教學(xué)設(shè)計探索

周 恒 鄭蓓蕾

浙江師范大學(xué)教師教育學(xué)院 浙江金華 321004

一、概述

在互聯(lián)網(wǎng)日益融入人們生活方方面面的同時，教育也在被互聯(lián)網(wǎng)改變著，線上學(xué)習(xí)得到了普遍的推廣。同時，現(xiàn)代生活的節(jié)奏日益加快，在校學(xué)生以及部分社會人士需要更高效、更便捷的學(xué)習(xí)方式，于是在可能性與必要性的現(xiàn)實背景下，大型開放式網(wǎng)絡(luò)課程(Massive Open Online Course)應(yīng)運而生。這種大型開放式網(wǎng)絡(luò)課程首先出現(xiàn)在美國，主要代表便是有著國際在線教育三駕馬車之譽的Coursera、Udacity和edX。[1]為了適應(yīng)在線學(xué)習(xí)的方式，出現(xiàn)了一種新的教學(xué)形式與課程載體，即8～12分鐘的教學(xué)視頻，這種短小精悍的教學(xué)視頻就是微課。我國互聯(lián)網(wǎng)事業(yè)雖起步較晚，但發(fā)展迅猛，并率先完成了向移動互聯(lián)網(wǎng)的轉(zhuǎn)變，為了適應(yīng)在線教育事業(yè)的發(fā)展，同時《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020)》也提出了全面推進教育信息化建設(shè)，2010年胡鐵生首次提出“微課”建設(shè)理念，“微課”指按照新課標(biāo)以及教學(xué)要求、以教學(xué)視頻為載體、反映教師在課堂教學(xué)過程中針對某個知識點或教學(xué)環(huán)節(jié)而開展的教與學(xué)活動的各種教學(xué)資源的有機組合。[2]然而微課如何對接我國學(xué)校教育的應(yīng)用研究仍然停留在理論階段，其使用價值也尚未得到一線教師的廣泛認(rèn)同，[3]缺乏成功的實踐案例供以參考。原因主要在于人們對微課這一不同于傳統(tǒng)教學(xué)形式的教學(xué)設(shè)計尚未有充分認(rèn)識，有學(xué)者對一線教師進行調(diào)查顯示，76%的教師認(rèn)為教學(xué)設(shè)計是微課制作中最重要的環(huán)節(jié)，而另一方面又有34%的教師認(rèn)為自己在進行微課制作中遇到的主要問題是“沒有掌握微課的設(shè)計方法”。[4]

傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計面向的是中小學(xué)四十分鐘時長的課堂，時長較長，同時教師還能根據(jù)學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)及時予以回應(yīng)并調(diào)整自己的教學(xué)，師生有即時的互動交流。與傳統(tǒng)課堂對比微課有兩個特點，其一是“微”，即微課資源容量較小，主要僅為幾十MB大小的視頻文件，這意味著教師的教學(xué)時間短，要求教師能夠在短時間內(nèi)激起學(xué)生的求知欲、使其集中注意力，并且能夠輸出足夠多、足夠豐富的信息；其二，微課的互聯(lián)網(wǎng)屬性使其突破了傳統(tǒng)課堂時間和空間上的限制，但在服務(wù)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、使得移動學(xué)習(xí)成為可能的同時也造成了師生交流的割裂，網(wǎng)絡(luò)在促進信息溝通便捷的同時也成了教與學(xué)雙方的溝壑，如學(xué)生對課堂教學(xué)的疑問教師無法及時給予解答，教師也因此無法及時調(diào)整自己的教姿教法。雙方的交流有延時性，更何況作為微課核心的微視頻都是提前錄制好的，傳統(tǒng)課堂中師生互動往往被作為教學(xué)設(shè)計中需要考慮的重要部分，在微課教學(xué)中顯然是不現(xiàn)實的。如果依然拿著面向傳統(tǒng)課堂的教學(xué)設(shè)計思路來設(shè)計微課，很容易造成教學(xué)視頻過長、學(xué)習(xí)者缺乏學(xué)習(xí)自主性等問題，[5]因此微課教學(xué)設(shè)計必須能夠在“微”的基礎(chǔ)之上做到“精”。腦科學(xué)作為研究人腦結(jié)構(gòu)與功能的綜合性學(xué)科涵蓋了所有關(guān)于腦和神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)的研究，直接將腦作為研究對象，從神經(jīng)層面觀察人類學(xué)習(xí)的過程與機制，以腦的認(rèn)知特點為核心來設(shè)計微課有利于獲得更好的教學(xué)效果。本文從腦科學(xué)研究成果出發(fā)，試圖為微課教學(xué)設(shè)計探索合適的教學(xué)設(shè)計策略。

二、基于腦的教育——神經(jīng)科學(xué)與教育的聯(lián)結(jié)

暨神經(jīng)科學(xué)出現(xiàn)以后，fMRI、MEG等技術(shù)的應(yīng)用可以使人們更直接地對認(rèn)知過程與特定腦區(qū)建立對應(yīng)關(guān)系，[6]自下而上地研究人類學(xué)習(xí)成為一種新的范式。目前，基于腦科學(xué)的教育理論主要分為以下兩個方面，首先是認(rèn)知方面，如基于腦的科學(xué)認(rèn)為產(chǎn)生意義是人本能的需要，也是各個不同腦區(qū)的功能之一，如顳葉形成意義關(guān)聯(lián)性，頂葉產(chǎn)生洞察力和靈感等，這些發(fā)現(xiàn)為建構(gòu)主義觀點如學(xué)生作為信息加工的主體、意義的主動建構(gòu)者等提供了支持；其次是情緒與認(rèn)知的關(guān)系，在過去人們對二者認(rèn)識停留在感性上，如“知之者不如好之者，好之者不如樂之者”(《論語·雍也》)，情緒作為與機體需要相聯(lián)系的體驗與認(rèn)知在功能上存在著密切的交互作用，腦科學(xué)的探索發(fā)現(xiàn)了二者間更加具體的規(guī)律。

認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的新成果為建立新的學(xué)習(xí)理論奠定了基礎(chǔ)。認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)把腦看作專職學(xué)習(xí)的器官，因此現(xiàn)實生活中的“學(xué)習(xí)”及其需要與過程等配套資源便存在著“與腦相宜”或“與腦相對”兩種對立的情況。腦的學(xué)習(xí)本質(zhì)上是神經(jīng)突觸之間的聯(lián)結(jié)與再聯(lián)結(jié)，而每種不同種類的認(rèn)知和學(xué)習(xí)會促進不同腦區(qū)間不同的活躍程度。教師實際上是人類神經(jīng)發(fā)展的工程師，需要在最大程度上、更高效率地幫助學(xué)生建立起有效的神經(jīng)聯(lián)結(jié)，減少不必要的學(xué)習(xí)成本。目前關(guān)于認(rèn)知過程的研究成果主要認(rèn)為：人腦對意義的追求潛藏在本能之中，感覺器官將神經(jīng)沖動傳遞至特定的腦區(qū)，即“感覺意義”，然后這些特定的腦區(qū)將接收到的感覺意義在各個神經(jīng)元之間進行聯(lián)結(jié)，包括情緒、情境、符號等，并且牽涉到的神經(jīng)區(qū)域越多這些新的信息就會在腦中存儲得越久，最終形成獨特的意義，這便意味著如果想要將新信息更長久地儲存于腦中便需要更多更廣泛地激活神經(jīng)區(qū)域聯(lián)結(jié)，即在輸入新信息之前通過舊信息引起神經(jīng)元的活躍，幫助新信息的輸入更深刻地留在腦中；那么，對于學(xué)習(xí)來說直接經(jīng)驗的獲得只是第一步，更重要的是將意義賦予直接經(jīng)驗，將這種“感覺意義”轉(zhuǎn)化為“深層意義”。這種對意義的建構(gòu)是主體主動地、本能地，但在這個過程中需要教師幫助建構(gòu)合理正確的意義，否則就會造成認(rèn)知資源的浪費。其次是認(rèn)知過程的社會性，無論是凱恩夫婦十二條“基于腦的學(xué)習(xí)原理”、詹森的十二條“與腦相宜的學(xué)習(xí)原理”，還是吉文的“5種自然學(xué)習(xí)系統(tǒng)”，都把腦的社會性作為學(xué)習(xí)的一條重要維度展開，腦的社會性指兩方面，一是腦的社會性是指在腦的進化過程中是圍繞著人類的社會性而展開的，正如鐘啟泉所說“學(xué)習(xí)是一種社會認(rèn)知行為”[7]，腦的學(xué)習(xí)要符合人類社會交往的需要，“人的成長過程，本質(zhì)上也是一個社會化的過程。”[8](P224)通過與人交往而構(gòu)建社會意義是腦進行學(xué)習(xí)的重要動力之一；另一方面，人腦在與其他腦交流協(xié)作時獲得的情感體驗會給予其對工作的強烈情感反應(yīng)，通過合作完成工作會促進腦多巴胺等神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)的分泌，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動機水平和自我效能感，[9]總之，社會化的情境有利于提高腦的學(xué)習(xí)效能，促進神經(jīng)聯(lián)結(jié)和認(rèn)知水平發(fā)展。

認(rèn)知與情緒之間的關(guān)系人們很早就有了一定的樸素認(rèn)識，西方最早是亞里士多德將情緒認(rèn)知和情緒提出明確區(qū)分，認(rèn)為情緒影響主體的行為方式及其如何對世界做出反應(yīng)的解釋。[10]但在進入現(xiàn)代以來，有人如Zajonc認(rèn)為情緒與認(rèn)知相獨立，并且情緒是第一位的，與此相反，Lazarus認(rèn)為情緒依賴于認(rèn)知，是第二位的。[6]隨著腦科學(xué)的發(fā)展人們對二者的關(guān)系有了更加深入的了解，總的來說認(rèn)知和情緒各自在不同的腦區(qū)更加活躍，將二者分割來看是不科學(xué)的，認(rèn)知與情緒相互作用，有著緊密的聯(lián)系。目前關(guān)于情緒對認(rèn)知影響的研究主要分為以下幾個方面，首先，情緒對注意的影響，大量研究表明腦對負(fù)面的消極情緒有著更高的敏感性，會顯著降低持續(xù)性注意水平，與消極情緒的負(fù)面作用相反，擴展—建構(gòu)理論認(rèn)為積極情緒有利于拓寬個體的思維和行動范疇，擴充認(rèn)知資源，[11]長遠(yuǎn)來看積極情緒更有利于學(xué)習(xí)的可持續(xù)。其次，情緒影響記憶且自身也為記憶的一部分。第一，情緒影響工作記憶從而影響長時記憶的效能，工作記憶分為言語記憶和空間記憶，消極情緒由于較多占用視覺注意資源從而影響空間記憶。第二，情緒本身也作為記憶而存在，根據(jù)對特定腦區(qū)的研究，人們發(fā)現(xiàn)杏仁核復(fù)合體處理人類主觀情緒，海馬處理事件的客觀信息，二者在生理上緊密接觸，信息交換上充分聯(lián)系，因此二者共同控制記憶的強度，影響長時記憶的加工和提取，與積極情緒相比，消極情緒更容易導(dǎo)致錯誤記憶。再次，情緒影響學(xué)習(xí)者在問題解決過程中的決策能力，Damasio的軀體標(biāo)記假說認(rèn)為情緒直接或間接與人類的軀體癥狀相聯(lián)系，同時對過去受情緒影響的決策行為會影響接下來的決策。[12]最后，情緒的相關(guān)調(diào)節(jié)機制會影響學(xué)習(xí)行為的可持續(xù)性，良好的情緒反應(yīng)與控制會使機體調(diào)節(jié)面臨挑戰(zhàn)時的神經(jīng)活躍程度，如上文提到的多巴胺獎勵效應(yīng)，低效能的情緒調(diào)節(jié)機制會降低機體對外界的敏感性，最終影響學(xué)習(xí)效果，在對學(xué)業(yè)情緒與學(xué)業(yè)成就間的研究表明，消極情緒如無聊、焦慮等對學(xué)業(yè)成績產(chǎn)生負(fù)面影響，而由學(xué)業(yè)成績產(chǎn)生的負(fù)面情緒需要良好的情緒調(diào)節(jié)機制減少或消除其影響。

三、基于腦科學(xué)的微課教學(xué)設(shè)計路徑

相比過去傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，微課不是將課程學(xué)習(xí)機械地搬運到網(wǎng)絡(luò)平臺上來，而是要形成自己獨特的設(shè)計與制作流程，因此在腦科學(xué)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)及成果的基礎(chǔ)上，微課的教學(xué)設(shè)計應(yīng)做到：

一是運用感官的多通道特點，給予豐富刺激。腦作為專職學(xué)習(xí)的器官，需要必要的環(huán)境刺激才能促進神經(jīng)元數(shù)量的增長和提高神經(jīng)元之間的聯(lián)結(jié)質(zhì)量。微課作為以網(wǎng)絡(luò)為載體的課程，其核心是微視頻，相較于以教師為中心的講授為主的傳統(tǒng)課堂，微視頻充分利用多媒體技術(shù)，視聽結(jié)合，是微課的顯著優(yōu)勢之一。因此微課的教學(xué)設(shè)計應(yīng)當(dāng)從腦整體的認(rèn)知特點角度出發(fā)，有目的、有計劃地營造豐富多彩的信息環(huán)境，抓住學(xué)生的視線和耳朵，在學(xué)生注意力有限的時間內(nèi)盡量給予盡可能多的刺激，比如在講授過程中伴隨柔和舒緩的音樂，微課背景采取對比強烈的顏色等。同時，腦的各部分是協(xié)同工作的，各個特定的腦區(qū)有著自己的獨特功能，這要求教師在微課教學(xué)中采取多元化策略，通過視頻、音頻和動畫等多種方式呈現(xiàn)知識，實現(xiàn)整個教學(xué)過程的可感知。目前微課錄制方式主要有傳統(tǒng)紙張類、演示文稿類、數(shù)字故事類、即時講授類和交互式白板五類，不同的錄制方式意味著不同的知識呈現(xiàn)方式，對學(xué)生不同感官和腦區(qū)的作用也不同，因此應(yīng)當(dāng)以某一種微課錄制方式為主，輔之以其他方式，實現(xiàn)教學(xué)過程的多維化。

二是重視腦的社會性，為學(xué)習(xí)者互相交流提供支持。微課的作品是事先準(zhǔn)備好的，這樣做在打破了傳統(tǒng)課堂教學(xué)時間與空間限制的同時也導(dǎo)致教師無法實時根據(jù)學(xué)生的反應(yīng)來調(diào)整自己的教學(xué)，也沒辦法及時針對每個學(xué)生進行答疑。盡管教師和學(xué)生中間隔著便捷交流的網(wǎng)絡(luò)，但網(wǎng)絡(luò)也成了二者之間的一堵高墻，面向傳統(tǒng)課堂的教學(xué)設(shè)計造成了微課教學(xué)過程中互動效率低、支持性資源缺乏等問題，主要表現(xiàn)為微課教學(xué)設(shè)計缺少相關(guān)社會性服務(wù)。[3]要打破這個高墻就必須在教學(xué)設(shè)計時考慮到腦的社會性，人在本質(zhì)上是社會的、追求意義的。在微課學(xué)習(xí)中，教師也許無法及時對學(xué)生的疑問做出回應(yīng)，但學(xué)生之間可以相互交流獲得彼此的支持，因此針對微課的教學(xué)設(shè)計需要有專門的交流互動環(huán)節(jié)，以及為此提供特定的技術(shù)支持，如每節(jié)微課之間專門開辟一塊場所以供學(xué)習(xí)者們之間相互交流、給予學(xué)習(xí)效果良好的學(xué)習(xí)者以證書獎?wù)乱约俺闪⑾嚓P(guān)學(xué)習(xí)主題的社區(qū)等。

三是利用多媒體優(yōu)勢，展現(xiàn)思維圖式形成過程。學(xué)習(xí)意義的獲得不僅在于要將知識與學(xué)生先前的生活經(jīng)驗等聯(lián)系起來，還要形成圖式嵌入原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中。首先，微課教學(xué)設(shè)計要靈活運用其形象變化的特點，運用多樣的多媒體技術(shù)生動地將知識與學(xué)生的現(xiàn)實生活經(jīng)驗關(guān)聯(lián)起來，為知識學(xué)習(xí)提供支點與腳手架支撐；其次，還應(yīng)當(dāng)在把握人類腦的學(xué)習(xí)規(guī)律基礎(chǔ)上生動展現(xiàn)知識間的聯(lián)系網(wǎng)，在傳統(tǒng)的學(xué)校課堂中教師經(jīng)常以思維導(dǎo)圖的形式呈現(xiàn)知識內(nèi)容，而對微課進行教學(xué)設(shè)計時，教師往往把微課中的思維導(dǎo)圖作為學(xué)習(xí)任務(wù)單的部分內(nèi)容提前呈現(xiàn)。然而微課不僅應(yīng)當(dāng)呈現(xiàn)既有的思維導(dǎo)圖，還應(yīng)當(dāng)發(fā)揮微課的多媒體優(yōu)勢，利用相關(guān)軟件展現(xiàn)思維導(dǎo)圖的形成過程，使經(jīng)驗抽象到知識的過程得到清晰的展現(xiàn)。從無向有、由零到整，在把抽象知識直觀化的同時也使得教學(xué)脈絡(luò)清晰可見，既能幫助學(xué)生一方面能夠賦予知識以現(xiàn)實生活經(jīng)驗意義，一方面又能夠以合理的結(jié)構(gòu)存貯在腦中，形成相互聯(lián)系的知識網(wǎng)絡(luò)。

四是善于運用情緒與認(rèn)知間的交互關(guān)系，營造活潑緊張的教學(xué)氣氛。微課作為以互聯(lián)網(wǎng)為載體的教學(xué)方式，不能只是將傳統(tǒng)的課堂教學(xué)機械地移植到網(wǎng)絡(luò)上，這甚至?xí)捎谖⒄n缺乏師生間面對面的交流而造成課程枯燥無味。正如前文所言，消極情緒如無聊、焦慮和煩躁等影響人腦記憶、判斷和認(rèn)知等各項機能，還會削減已有的學(xué)習(xí)效果。因此，在設(shè)計微課時應(yīng)考慮呈現(xiàn)豐富信息的同時必須避免使學(xué)生感到威脅和不安，消除緊張感和壓力感，不能安排過長的視頻內(nèi)容；另一方面要挖掘多巴胺等神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)的作用、調(diào)動學(xué)生的積極情緒，激發(fā)學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)的興趣與動力，特別是在微課教學(xué)評價設(shè)計中可以運用相關(guān)技術(shù)使學(xué)生的學(xué)習(xí)效果量化并“看得見”，為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供持續(xù)的、及時的反饋，保持學(xué)生學(xué)習(xí)時腦的活躍與興奮，使得學(xué)生在完成每一個練習(xí)后都能得到與此相當(dāng)?shù)幕仞伵c獎勵，從而形成類似的“心流”效應(yīng)，提高微課的學(xué)習(xí)效果。