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利用腦神經(jīng)興奮規(guī)律提高物理課堂教學(xué)效果論文
【論文關(guān)鍵詞】人腦 興奮 物理教學(xué)
【論文摘要】大學(xué)物理對提高大學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)及后續(xù)課程的學(xué)習(xí)起著至關(guān)重要的作用�，F(xiàn)在很多學(xué)生覺得大學(xué)物理很難學(xué)懂，如何提高物理課的教學(xué)效果是人們急需解決的問題。本文從學(xué)習(xí)和教育與腦科學(xué)的密切聯(lián)系出發(fā)，利用人腦活動規(guī)律實(shí)驗(yàn)的若干研究成果，提出了通過豐富教學(xué)形式，保持學(xué)生的興奮度，調(diào)動學(xué)生情緒，進(jìn)行探究式和參與式學(xué)習(xí)的方法，以達(dá)到良好的物理課堂教學(xué)效果。
0、引言
二十一世紀(jì)是知識經(jīng)濟(jì)的時代，創(chuàng)新能力是一個國家的核心競爭力。在高等教育中，創(chuàng)新人才的培養(yǎng)是我國教育改革和發(fā)展的目標(biāo)，這也是我們從人力資源大國變?yōu)槿肆Y源強(qiáng)國所要求的。當(dāng)今世界上的許多先進(jìn)科學(xué)技術(shù)都是物理原理的應(yīng)用，物理本身又是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力。所以大學(xué)物理被列為高等學(xué)校的一門必修課，它對提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)及后續(xù)課程的學(xué)習(xí)起著至關(guān)重要的作用。然而很多學(xué)生覺得大學(xué)物理很難學(xué)，聽不懂，考不好，不會做實(shí)驗(yàn)。這其中的原因當(dāng)然是多方面的，一個原因與我們的教學(xué)方式有關(guān)。我們的學(xué)生在中學(xué)階段為應(yīng)對高考而進(jìn)行大量的重復(fù)訓(xùn)練。這樣的訓(xùn)練，強(qiáng)化了學(xué)生的思維定式而失去了思維的靈活性和開放性，從而使學(xué)生考試能力強(qiáng)，而解決實(shí)際問題的能力不強(qiáng)。進(jìn)入大學(xué)后，大學(xué)物理因課時少，內(nèi)容多，學(xué)生就很難適應(yīng)。
如何提高物理教學(xué)效果是人們急需解決的問題。在一些客觀條件暫時無法改變的情況下，作為物理老師，應(yīng)采取積極的態(tài)度，以不斷提高課堂教學(xué)效果來幫助學(xué)生。要實(shí)現(xiàn)理想的教學(xué)效果，不僅要求老師有豐富的專業(yè)知識，還要深人研究學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，畢竟教和學(xué)是互動的兩個方面。近年來人們對人腦智力活動的研究成果對了解學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)提供了有力的幫助。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們已經(jīng)可以觀察到與精神活動相關(guān)的腦的高級機(jī)能活動。對神經(jīng)認(rèn)知科學(xué)與教學(xué)的聯(lián)系的研究，使我們可以利用人腦活動規(guī)律，提高物理教學(xué)效果，培養(yǎng)創(chuàng)新人才。
1、腦科學(xué)與教育的關(guān)系
人腦是最復(fù)雜的神經(jīng)系統(tǒng)，人的智力活動與人腦的興奮狀態(tài)有密切的聯(lián)系，揭示和利用人腦的活動規(guī)律一直是人們研究的熱點(diǎn)。隨著技術(shù)的發(fā)展，人們現(xiàn)在已經(jīng)可以用核磁共振和腦電圖來揭示人腦的活動規(guī)律岡。以前學(xué)習(xí)與教育一直被認(rèn)為是人文社會科學(xué)的范疇，現(xiàn)在從生物學(xué)的觀點(diǎn)來看，人的思考能力、判斷能力、創(chuàng)造能力等是腦的高級機(jī)能，任何思維習(xí)慣和行為習(xí)慣都與腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有關(guān)。學(xué)習(xí)過程是一個形成腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的過程，教育是調(diào)控構(gòu)筑神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的外部刺激的過程陰。不同的學(xué)習(xí)過程會形成不同的腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。被動式的、重復(fù)式的訓(xùn)練所形成的腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強(qiáng)化了固定的思考范式，而主動式的、探究式的學(xué)習(xí)活動所形成的腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使人善于靈活開放式的思考問題。所以學(xué)習(xí)和教育與腦科學(xué)有著密切的聯(lián)系，開展全腦教育，開發(fā)腦的思考能力和創(chuàng)造能力，合理地利用人腦的認(rèn)知規(guī)律將有助于提高課堂教學(xué)效果。近年來，將腦科學(xué)與教育緊密結(jié)合開展應(yīng)用性研究已成為熱點(diǎn)，許多國家都在積極研究。
2、人腦活動規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究方法及若干研究成果
2.1人腦活動規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究方法
人腦是一個非常復(fù)雜的非線性動力學(xué)系統(tǒng)，腦電是大量腦神經(jīng)元電活動的總體表現(xiàn)。人們現(xiàn)在已可以用實(shí)驗(yàn)儀器來探測腦電信號，得到腦電圖。當(dāng)人們進(jìn)行思維作業(yè)時，腦電圖也會發(fā)生相應(yīng)改變，因此腦電信號分析成為人們研究思維活動的重要工具。
不僅生理狀態(tài)影響腦電的特性，人的智力活動也會影響腦電變化，并且和大腦區(qū)域有著密切的聯(lián)系。對被測試者進(jìn)行不同的思維作業(yè)時做腦電信號測試，測試結(jié)果表明，對腦電信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，可以比較有效地識別思維作業(yè)的類別。
由于腦電形態(tài)的復(fù)雜性和多樣性.人們用大量的分析方法來揭示人腦的活動規(guī)律。以往的腦電圖分析方法有以分析腦電圖波形幅度、均值等為主的時域分析方法和以分析腦電圖功率譜、相干函數(shù)等為主的頻域方法。近年來隨著腦電的非線性特征發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用非線性動力學(xué)的理論，用近似嫡和復(fù)雜度處理腦電信號能夠較好地反映人腦的活動。
通過對人腦的高級機(jī)能的測定和信息處理，從生物學(xué)的角度來研究人的學(xué)習(xí)與教育過程，將腦神經(jīng)科學(xué)的知識具體應(yīng)用到學(xué)習(xí)和教育的研究中，從而形成科學(xué)化、人性化的新的學(xué)習(xí)和教育體系。這不僅可以改善學(xué)生的學(xué)習(xí)和記憶能力，而且還可提高創(chuàng)新能力。
2.2現(xiàn)有的一些實(shí)驗(yàn)及結(jié)論
2.2.1物理因素對腦電的影響
人們對不同的物理因素對腦電的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究閣。被測試者分為三個實(shí)驗(yàn)組，在實(shí)驗(yàn)過程中分別不斷接受音樂、磁場和局部高壓氧干預(yù)措施。利用近似嫡和復(fù)雜度將腦電信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。結(jié)果顯示在局部高氧環(huán)境下的組，人腦相對清醒，腦電活動增強(qiáng)，復(fù)雜度增高;聽音樂的組的復(fù)雜度和近似嫡也較高，說明音樂語言誘導(dǎo)在一定程度上能促進(jìn)疲勞恢復(fù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，不同的物理因素可以影響受試者的狀態(tài)，從而影響受試者的腦電波，腦電近似嫡的平均值隨著腦疲勞程度的增加而降低。另外有人做了弱激光對神經(jīng)興奮性影響的實(shí)驗(yàn)陰，結(jié)果表明在弱激光刺激下會誘導(dǎo)神經(jīng)興奮。
2.2.2情緒等心理因素對認(rèn)知的影響
關(guān)于情緒對認(rèn)知活動的影響，一些研究指出，快樂、興趣、喜悅之類的中等強(qiáng)度的正情緒有助于促進(jìn)思維，提高創(chuàng)造力和解決問題的靈活性，而悲哀、恐懼、憤怒之類的負(fù)性情緒會抑制或干擾認(rèn)知活動。
在上個世紀(jì)后期提出的“興奮轉(zhuǎn)移理論”認(rèn)為受眾在觀看影視作品過程中，其興奮程度主要由所關(guān)注的角色所經(jīng)歷的沖突來決定。觀眾在沖突解決之前越感到不安，在沖突解決之后就越有愉悅感，他們的心理興奮程度決定了在劇終的時候?qū)τ谠摴?jié)目的打分。
3、應(yīng)用于物理教學(xué)
3.1保持學(xué)生興奮度，避免疲勞式灌輸
從物理因素對腦電的影響實(shí)驗(yàn)可以看出，當(dāng)腦神經(jīng)疲勞時，其興奮度顯著降低，人腦的復(fù)雜度和平均墑都會減小，這意味著大腦處理信息的能力減弱。當(dāng)用物理因子刺激時，大腦的興奮性會有所恢復(fù)。在教學(xué)中應(yīng)注意掌握神經(jīng)興奮與疲勞的規(guī)律，要充分利用學(xué)生興奮時完成課堂教學(xué)，避免疲勞式的灌輸，這樣才能事半功倍。當(dāng)學(xué)生已經(jīng)疲勞時，處理信息的能力會迅速下降，如果這時再機(jī)械地灌輸知識，只是形式上完成了講課，學(xué)生的收獲極小。例如物理教學(xué)中常有公式的推導(dǎo)，如果一堂課不停地推導(dǎo)，學(xué)生無法集中這么長時間的注意力。當(dāng)學(xué)生思想疲憊時，這時的推導(dǎo)就毫無意義了，根本不可能達(dá)到邏輯推理能力訓(xùn)練的目的。物理的講解應(yīng)該注重物理原理和思想，避免繁雜的數(shù)學(xué)，盡可能地在學(xué)生的興奮期內(nèi)完成推導(dǎo)。如公式很長，可以做好推導(dǎo)的結(jié)構(gòu)框架，分段推導(dǎo)，每段作一小結(jié)，使學(xué)生的精神有張有弛。當(dāng)講課的節(jié)奏與學(xué)生的興奮規(guī)律相適應(yīng)時，就會事半功倍。在上物理課時，可以通過教學(xué)形式的變換來保持學(xué)生的興奮性，而這恰巧是物理課堂教學(xué)所獨(dú)具的優(yōu)勢。物理學(xué)的很多原理都是來源于生活，服務(wù)于社會，有很多生動的錄像資料可以在課堂上播放，讓學(xué)生在輕松的狀態(tài)下理解物理，激發(fā)起探索物理奧妙的興趣。另外，物理是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，通過課堂上的演示實(shí)驗(yàn)，既能生動地展示物理原理，又能避免空洞的原理講解。而且也可以在課堂上讓學(xué)生參與來做演示實(shí)驗(yàn)，主動參與式的學(xué)習(xí)會使學(xué)生具有深刻的體驗(yàn)。所以只要轉(zhuǎn)變物理的課堂教學(xué)方式，物理的學(xué)習(xí)就會變成一種輕松愉快的體驗(yàn)，對物理原理的掌握也會更牢固。
對于學(xué)生一向頭痛的物理作業(yè)問題，應(yīng)從布置形式上來解決。如果布置大量的需用繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)才能完成的作業(yè)，學(xué)生在疲憊的狀態(tài)下去做當(dāng)然不會有好的效果。其實(shí)要學(xué)好物理一方面當(dāng)然要有數(shù)學(xué)推導(dǎo)的訓(xùn)練，這是必不可少的，另一方面也更需要物理思想的培養(yǎng)。物理本身是理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的學(xué)科，需要通過多種形式的訓(xùn)練才能學(xué)好。所以物理作業(yè)的形式可以是問題思考、討論、查資料以及設(shè)計實(shí)驗(yàn)、做實(shí)驗(yàn)等。這樣既可以滿足物理素質(zhì)培養(yǎng)目標(biāo)的要求，又可以通過形式的轉(zhuǎn)變維持腦神經(jīng)的興奮，使各項(xiàng)訓(xùn)練在興奮期內(nèi)完成，收到良好的效果。
3.2利用視覺效果，上好多媒體課
激光誘導(dǎo)神經(jīng)興奮的實(shí)驗(yàn)表明，光可以影響神經(jīng)的興奮性。所以在教學(xué)中要注意教室內(nèi)光的亮度，保持學(xué)生的興奮。例如物理課經(jīng)常會用多媒體進(jìn)行教學(xué)，如果用窗簾把窗戶遮蓋地嚴(yán)嚴(yán)的，教室里很灰暗，加上空氣不流通，學(xué)生的興奮性就很低，在昏昏欲睡的狀態(tài)下是無法有效地學(xué)習(xí)的。應(yīng)選用亮度高的投影儀，并把窗簾設(shè)計成豎直百葉窗式，避免窗外的光直射到屏幕上，這樣可使教室有一定的亮度和較好的屏幕對比度。
另外顏色對興奮度有很重要的影響，所以在幻燈片設(shè)計上應(yīng)該充分地利用色彩來表達(dá)內(nèi)容，提高學(xué)生的興奮度。首先整體顏色不能太灰暗，灰暗的顏色會降低興奮性。當(dāng)然也不能全是大紅大紫的顏色，學(xué)生眼花繚亂，也不會有好的效果，并且長時間盯著全屏幕都是強(qiáng)亮色也會使人頭暈。所以主色調(diào)應(yīng)該是清雅的，在強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)的地方用鮮亮的顏色。俗話說萬綠叢中一點(diǎn)紅，這樣才能引起興奮和關(guān)注。圖像記憶會比文字記憶深，所以可以盡可能多的用圖形和視頻來表達(dá)物理原理。
3.3調(diào)動情緒，進(jìn)行探究式和參與式學(xué)習(xí)
當(dāng)情緒高，有興趣時，人腦的神經(jīng)興奮度也高，反之亦反。人腦的記憶力在保持一定高的情緒時有較高的值，在情緒低落時，人的記憶力也差。因此在課堂上教師要注意調(diào)動學(xué)生的情緒，引導(dǎo)學(xué)生興趣，活躍課堂氣氛，以便達(dá)到好的教學(xué)效果。
學(xué)生的情緒往往受老師的講課激情和教學(xué)方式的影響。這并不是說要讓老師在課堂上手舞足蹈，而是要講得投人，引人人勝。大學(xué)物理中的很多內(nèi)容都是學(xué)生在生活中遇到或聽到的，如果我們能以實(shí)際的例子設(shè)置懸疑，激發(fā)起學(xué)生的探究興趣，就會使課堂氣氛變得活躍起來。比如很多同學(xué)都喜歡踢足球或者是球迷，放一段精彩的足球比賽片段后問學(xué)生，要踢出一記香蕉球應(yīng)該怎么做?可先請同學(xué)們談經(jīng)驗(yàn)，然后老師再分析過程，講解物理原理。又比如大家都愛看春晚的魔術(shù)表演，其中有一個鏡頭是硬幣穿過玻璃，怎么作到的呢?解釋其中用到的物理原理并讓學(xué)生們自己來試試。當(dāng)學(xué)生的好奇與興趣被激發(fā)起來，由被動接受知識轉(zhuǎn)為主動探究，參與式學(xué)習(xí)，就容易保持高漲的情緒，神經(jīng)興奮誰葬高，這時學(xué)生的體驗(yàn)深刻，知識就會記得牢。如果條件允許的話可以讓部分內(nèi)容在物理演示實(shí)驗(yàn)室上，學(xué)生就不會覺得物理是枯燥乏味的了。
在講物理課時還可以通過合理地設(shè)置懸疑，引出與學(xué)生原有概念的沖突，從而加深對知識的理解。例如在講電磁場的能量時，我們可以問學(xué)生，一按開關(guān)教室的燈就會亮，是電子從開關(guān)立即跑到燈絲上的嗎?算下速度就知道不是電子而是電場。燈亮是電子的動能轉(zhuǎn)化成光能的嗎?如果是這樣，電子損失動能就會停下來，電流就會終斷，所以也不是這個答案。這樣通過設(shè)置沖突和解決沖突，最后分析出是電磁場在傳輸能量的概念，這樣學(xué)生會得到很深的印象。
總之，只要充分掌握學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，在教學(xué)實(shí)踐中不斷探索合適的教學(xué)方式，激發(fā)學(xué)生興趣，就會讓令學(xué)生頭痛的物理變得精彩而生動，達(dá)到滿意的教學(xué)效果。
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