“基于腦的學習”在“化工原理實驗”課程中的應用

馬 玲 張保柱 路 敏 白 楊 杜意恩

(晉中學院 化學化工系,山西 晉中 030619)

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010—2020年)》明確提出“高等教育質量的提升”是目前我國高等教育發展的核心任務。大學生學習成果成為高等教育質量評估的一項核心內容。大學生學習成果的呈現需要以大學生課程學習為基礎,實踐教學為輔助,綜合應用為支撐。朱蓮花[1]提出以充分的課堂教學準備為出發點、多樣的課堂教學支持為切入點、科學的課堂規制教學為結合點、促進學生投入為落腳點、系統的外部保障為支撐點,可提升大學生學習成果。張莉梅、石清湘、高愛萍等分別從化工原理實驗教學的教學理念、激發學生學習動力、利用教學資源優勢多方面引導等方面對化工原理實驗課程進行改進[2-4]。在本論文中,作者提出將“基于腦的學習”應用于化工原理實驗教學中,并指出如何“基于腦的學習”的特點,遵從腦的工作原理和特點,提高學習效率,增強學習能力[5]。作者從“學習是大腦的工作”的角度探討影響大學生學習的主要影響因素,結合“化工原理實驗”課程,以教學參與者的身份,提出更有利于“化工原理實驗”課程的意見,用來提升教師和學生的積極性,有利于大學生學習成果的輸出。

1 明確學習任務是誰的工作

學習是大腦的工作。大腦的學習能力是無窮的,但在實際學習過程中,總是會遇到各種各樣的障礙。學習變得如此困難是因為我們沒有掌握好大腦學習的方式,沒有認清大腦學習工作的模式。Caine等[6]認為“基于腦的學習”是指“承認大腦有意義學習的規律,根據這些規律來組織教學。”一項具體的教學程序或方法可以是基于腦的,也可以不是基于腦的。他們認為,如果教師在運用合作學習的方式時,綜合考慮智慧與情緒的因素,要求學生自然地解決有意義的、在智力上具有挑戰性的問題,那么它就是基于腦的;如果嚴格地限定與控制學習過程,學生參與的具體活動是為了尋找預設的結果,那么它就不是基于腦的。盡管腦科學的發展不斷取得新的突破,但是在實際應用中,人們仍舊依循固有的舊思想和無意識的行為,將知識的落實和技能的操作作為目標。雖然此過程中大腦也參與了學習,但是大腦可能并沒有創建它所尋求的那種自然連接。據此,教師需要有意識地更多地將基于腦的教學理念應用于教學實踐中,引導學生充分調動自己的腦細胞,使其處于“基于腦的學習”中,才可以領會其中更深的意義。

2 如何有效地提高學習效率

從大腦學習的角度來看,提高學習效率就是要從事基于腦的學習。我們從以下幾個角度進行討論。

2.1 基于腦的學習

基于腦的學習是一種基于腦的結構和功能的學習理論,旨在向學生提供適合大腦加工過程的學習機會。基于腦的教學強調的是真實世界的情境,學生在這里能夠不斷地與真實世界的豐富性與多樣性際遇,課堂不再是缺乏真實性的乏味場所。這種學習常常是快樂的體驗,學生具有較高的自我動機。目前的學習更多的是將學習獨立于生活之外,把學習孤立起來。這不是基于腦的學習的出發點。基于腦的學習承認并鼓勵大腦整合大量信息的能力,將學生的生活與學習緊密連接,使學習者全身心投入具有挑戰性的學習過程中,同時充分調動學習者的智力、創造性、情緒和生理方面的作用。

以化工基礎課程教學為例,“化工原理實驗”課程在時間上與“化工原理”理論課程同時進行,也就是說學生在沒有相關的理論知識的情況下進行實驗課程的學習,這給實驗課程帶來了一定的難度,但同時也帶來了生機。我們鼓勵學生進行聯想,把自己遇到的知識與自己生活中的事情聯系起來。比如雷諾實驗,我們不選擇工廠的管道,而以農村的灌溉水渠、小橋流水等人們熟悉的生活場景為例,通過這些事件引領我們進入一個更貼近生活的環境去認識流體。經過大量的教研組活動,教師集體備課,多方面取證后,我們確定了“化工原理實驗”課程的實驗方案如下:預習實驗(提出問題)→實驗講解(熟悉內容)→實驗操作(接觸理論)→數據處理(分析總結)→思考習題(查缺補漏,解決問題)→實驗報告(整理歸一)。

預習實驗不僅僅要明確實驗目的,了解實驗操作,知道注意事項等,還要帶著好奇心,浸入式地用基于腦的學習方式去探究學習內容。這是一種內心的驅動力,有意識地帶著這樣的理念去進行學習。這樣做的過程本身就是學習如何使用“基于腦的學習”的過程,即讓自己的意識集中于“基于腦的學習”的意念,進而在一種主動的狀態下進入學習狀態。學生實驗中的數據處理不是簡單地將數據記錄下來,代入公式計算得出結果,畫出圖形,核對結果是否與原先的設想一致。將“基于腦的學習”應用于數據處理,學生首先分析數據的來源以及數據之間的關系,再根據這些信息,找到結果。在基于腦的學習的驅動下,學生會跟著自己的好奇心主動地尋找關系,就像玩游戲一樣,總是帶著好奇心從一關沖向下一關。在此,學生用Origin軟件對所有數據進行處理。Origin軟件有強大的數據擬合和立體繪圖功能,部分實驗可以做出立體圖形,這些極大地刺激了學生的求知欲,讓學生自發地進入到“基于腦的學習”中。學生們做出圖形后的喜悅,對各式各樣的結果的詫異都是他們主動浸入式學習的結果。這是一種快樂學習的表現。

2.2 腦細胞間的信息傳遞

基于腦的學習是體驗豐富的、復雜的環境,學生在真實的學習環境中,全身心地體驗這種過程,這種體驗同時刺激著大腦中的神經細胞的連接,當大腦積極投入到學習中時,學生獲得的不是知識,而是深層次的理解和意義。更重要的是大腦將這種體驗通過信號傳導,令神經細胞之間發生了更多的連接,記憶也同樣會被記錄,反復多次后,大腦會自主地進入到這種學習模式中,形成良性循環。在復雜的環境中,基于腦的學習激勵學生全身心地投入其中,并刺激著他們勇往直前。

2.3 腦的社會性

人類的社會性影響著大腦,使得大腦也具有社會性,社會關系對大腦學習的影響至關重要。研究表明,基于腦的學習注重構建學習共同體,倡導合作學習。基于腦的學習環境還重視向學生提供適當的挑戰。適度的挑戰有助于形成神經細胞之間的聯結。放松的、沒有威脅的學習環境可以消除學生對失敗的恐懼,對自我信心不足的畏懼,可以讓學生擺脫這些與學習本身無關的情緒的困擾,促進大腦正常工作。研究發現,當人跳出了情緒的困擾之后,面對學習本身時,大腦才能發揮它的巨大作用。

“化工原理實驗”課程是分小組學習的課程,在小組成員的協同下,共同完成實驗目標。實驗過程除了學生學習本身之外,更重要的是交流。通過交流,提供一個交換意見的平臺。交換意見除了知道和表述自己的想法外,還要了解他人的觀點。這個過程對學習者來說是一個挑戰,它可以挑戰自己的認知,拓展自己的思維,提高自己的技能。面對意見相左的情況,學生怎樣處理,能否利用這個環境,促使學生正向積極地面對意見相左的境遇,對教師而言同樣也是一種考驗。在教學中,作者經歷過多種情況,有接受不同意見的,有爭吵過后達成一致的,也有完全不能接受彼此提出更換隊友的,還有各自完成實驗的。出現這些情況,教師當時不予干預。實驗結束后,學生需要思考反思,在下一次實驗課時和教師交流。此時學生都會說出他們自己的真實想法和對這件事情的反思。這樣實驗課程不僅僅是實驗課程本身,更像是學習者交流心得的過程,學習在競爭的環境下,如何能更好地表達自我的過程。通過正向表達,可以調動更多的腦細胞參與神經聯接,激活更多的腦細胞參與學習。

2.4 “言語話”的重要性

書寫實驗報告是梳理個人思路、展現自我觀點的過程。“言語話”過程是一個整理的過程,大腦的思維、語言的邏輯、書寫,是將整個事件統一化的過程。

實驗報告是一個整理過程,同時也是提出問題、分析問題和解決問題的過程。實驗報告是反思和總結經驗的機會,也是把成果分享與他人的機會,交流的機會。采取“平時考核+實驗項目+期末閉卷筆試考核”的考核評價模型[7],著眼于考查學生對所學知識的理解和靈活運用,綜合考查學生分析和解決工程問題能力和計算能力。

3 總結

總之,學習是大腦的工作,學習也是人的終身工作。在當下高等教育評價體系中,學習成果的評價占有很大比重。大學生的學習成果多種多樣,但是評價原則的根本是堅持以人為本,以培養具有自主學習能力、健全人格、身強體魄的新一代大學生為目標。作者以“化工原理實驗”課程為依托,通過“基于腦的學習”,激發學生的學習積極性,利用實訓裝置和模擬仿真試驗系統,建立了以學生為主體、教師為引導的教學模式,使學生的學習積極性顯著提高,效果明顯。