一項新研究顯示，當人們面臨解決物理問題時，傳統(tǒng)上與??學習科學無關的大腦部分變得活躍起來。

由德雷塞爾大學藝術與科學學院副教授Eric Brewe博士領導的研究人員表示，這表明大腦的活動可以通過不同形式的教學進行修改。

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

“支持學習的神經(jīng)生物學過程很復雜，并不總是與我們認為的學習方式直接相關，”Brewe談到發(fā)現(xiàn)于ICT前沿的研究結(jié)果。

超過50名志愿學生參加了這項研究，在這項研究中，他們學習了一門物理課程，該課程采用了“建模教學”，這種教學方式鼓勵學生積極參與學習。

在他們參加課程之前，學生們在進行功能磁共振成像時，從一個簡化版的力量概念庫中回答了問題。力概念量表是一種測試，用于評估早期大學物理課程中常見的物理概念知識。

在志愿者學生完成他們的物理課程后，他們再次接受了力量概念庫存，再次由fMRI監(jiān)控。

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

“其中一個關鍵似乎是大腦的一個區(qū)域，背側(cè)外側(cè)前額葉皮層，產(chǎn)生心理模擬，”Brewe說。“這表明學習物理學是一個富有想象力的過程，而這通常不是人們對它的看法。”

在受試者完成課程后，對學習前和學習后掃描的比較顯示，前極的活動增加，這是預期的，因為它們與學習有關。但另一個領域也變得活躍：后扣帶皮層，與情節(jié)記憶和自我指涉思想有關。

“大腦活動的這些變化可能與學生如何通過物理學問題相對于預教學進行更復雜的行為改變有關，”Brewe和他的合作者撰寫了關于這項研究的文章。“這些可能包括戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變或增加獲得物理知識和解決問題的資源。”

該研究的目的之一是進一步探索教學形式如何使用建模教學，鼓勵學生使用自己的心理模型來理解新概念。

“心理模型的想法是研究學習的人喜歡談論的東西，但沒有證據(jù)表明除了人們所說或做的事情之外，大腦內(nèi)部正在發(fā)生什么，”Brewe說。“我們實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，對與學習數(shù)學和閱讀相關的大腦網(wǎng)絡進行了一些研究。但是，心理建模尤其適用于物理學，而物理學并沒有受到太多關注。

“物理學是一個理解學習的好地方，原因有兩個，”Brewe說。“首先，它涉及人們直接經(jīng)歷的事情，使正式的課堂學習和非正式理解既相關又有時一致 - 有時甚至是對比。”

“其次，物理學是以法律為基礎的，因此有絕對的方式來管理身體的運作方式，”Brewe說完。

展望未來，Brewe對這項研究在改善美國及其他地區(qū)的物理學習方面所開辟的內(nèi)容感到非常興奮。

他說：“我想跟進物理學中心理模擬的問題，看看在不同層次的物理學習和不同人群中出現(xiàn)的情況。” “但整個研究開辟了許多新的研究領域，我對它將如何發(fā)揮作用感到非常興奮。