一項(xiàng)新研究顯示，當(dāng)人們面臨解決物理問(wèn)題時(shí)，傳統(tǒng)上與??學(xué)習(xí)科學(xué)無(wú)關(guān)的大腦部分變得活躍起來(lái)。

由德雷塞爾大學(xué)藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院副教授Eric Brewe博士領(lǐng)導(dǎo)的研究人員表示，這表明大腦的活動(dòng)可以通過(guò)不同形式的教學(xué)進(jìn)行修改。

使用fMRI(功能磁共振成像)測(cè)量大腦中的血流量，研究人員希望在完成物理推理任務(wù)時(shí)繪制哪些區(qū)域變得活躍，無(wú)論是在概念課程還是之后。

“支持學(xué)習(xí)的神經(jīng)生物學(xué)過(guò)程很復(fù)雜，并不總是與我們認(rèn)為的學(xué)習(xí)方式直接相關(guān)，”Brewe談到發(fā)現(xiàn)于ICT前沿的研究結(jié)果。

超過(guò)50名志愿學(xué)生參加了這項(xiàng)研究，在這項(xiàng)研究中，他們學(xué)習(xí)了一門物理課程，該課程采用了“建模教學(xué)”，這種教學(xué)方式鼓勵(lì)學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)。

在他們參加課程之前，學(xué)生們?cè)谶M(jìn)行功能磁共振成像時(shí)，從一個(gè)簡(jiǎn)化版的力量概念庫(kù)中回答了問(wèn)題。力概念量表是一種測(cè)試，用于評(píng)估早期大學(xué)物理課程中常見(jiàn)的物理概念知識(shí)。

在志愿者學(xué)生完成他們的物理課程后，他們?cè)俅谓邮芰肆α扛拍顜?kù)存，再次由fMRI監(jiān)控。

在預(yù)指導(dǎo)掃描中，與注意力，工作記憶和解決問(wèn)題相關(guān)的大腦部分 - 側(cè)前額葉皮層和頂葉皮層，有時(shí)稱為大腦的“中央執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)” - 顯示出活動(dòng)。

“其中一個(gè)關(guān)鍵似乎是大腦的一個(gè)區(qū)域，背側(cè)外側(cè)前額葉皮層，產(chǎn)生心理模擬，”Brewe說(shuō)。“這表明學(xué)習(xí)物理學(xué)是一個(gè)富有想象力的過(guò)程，而這通常不是人們對(duì)它的看法。”

在受試者完成課程后，對(duì)學(xué)習(xí)前和學(xué)習(xí)后掃描的比較顯示，前極的活動(dòng)增加，這是預(yù)期的，因?yàn)樗鼈兣c學(xué)習(xí)有關(guān)。但另一個(gè)領(lǐng)域也變得活躍：后扣帶皮層，與情節(jié)記憶和自我指涉思想有關(guān)。

“大腦活動(dòng)的這些變化可能與學(xué)生如何通過(guò)物理學(xué)問(wèn)題相對(duì)于預(yù)教學(xué)進(jìn)行更復(fù)雜的行為改變有關(guān)，”Brewe和他的合作者撰寫了關(guān)于這項(xiàng)研究的文章。“這些可能包括戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變或增加獲得物理知識(shí)和解決問(wèn)題的資源。”

該研究的目的之一是進(jìn)一步探索教學(xué)形式如何使用建模教學(xué)，鼓勵(lì)學(xué)生使用自己的心理模型來(lái)理解新概念。

“心理模型的想法是研究學(xué)習(xí)的人喜歡談?wù)摰臇|西，但沒(méi)有證據(jù)表明除了人們所說(shuō)或做的事情之外，大腦內(nèi)部正在發(fā)生什么，”Brewe說(shuō)。“我們實(shí)際上正在尋找大腦內(nèi)部的證據(jù)。”

因此，Brewe和他的研究人員認(rèn)為，他們的研究可以很好地了解這些“心理模型”占據(jù)的典型情況。

但為什么物理呢?是什么使它成為研究大腦心理建模的理想主題?

Brewe說(shuō)，對(duì)與學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和閱讀相關(guān)的大腦網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了一些研究。但是，心理建模尤其適用于物理學(xué)，而物理學(xué)并沒(méi)有受到太多關(guān)注。

“物理學(xué)是一個(gè)理解學(xué)習(xí)的好地方，原因有兩個(gè)，”Brewe說(shuō)。“首先，它涉及人們直接經(jīng)歷的事情，使正式的課堂學(xué)習(xí)和非正式理解既相關(guān)又有時(shí)一致 - 有時(shí)甚至是對(duì)比。”

“其次，物理學(xué)是以法律為基礎(chǔ)的，因此有絕對(duì)的方式來(lái)管理身體的運(yùn)作方式，”Brewe說(shuō)完。

展望未來(lái)，Brewe對(duì)這項(xiàng)研究在改善美國(guó)及其他地區(qū)的物理學(xué)習(xí)方面所開(kāi)辟的內(nèi)容感到非常興奮。

他說(shuō)：“我想跟進(jìn)物理學(xué)中心理模擬的問(wèn)題，看看在不同層次的物理學(xué)習(xí)和不同人群中出現(xiàn)的情況。” “但整個(gè)研究開(kāi)辟了許多新的研究領(lǐng)域，我對(duì)它將如何發(fā)揮作用感到非常興奮。”