上海市教育科学研究重大项目研究成果:脑科学如何影响语文教育

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精彩导读

脑科学研究对小学的语文教学具有怎样的启示?在当下的语文课堂上,老师们又基于脑科学形成了哪些教学策略呢?

随着脑科学研究的不断兴起,越来越多的研究者开始尝试对教育过程背后的认知神经机制进行探索,脑科学的研究成果正在逐渐渗透、指导和改变学校的课程教学。这种变化在小学阶段的语文课堂中表现得尤为明显,因为大脑对语言的习得和运用始终是脑科学中最为普遍关注的研究领域。

今天,小编为您推荐这篇干货满满的文章。本文作者系上海市教育科学研究院普通教育研究所王枫,本文系上海市教育科学研究重大项目《“零起点”政策背景下指向终身发展的儿童学习基础素养的课程与教学培育研究》(D1504)的研究成果之一,文中案例均来自该项目的教学转化实践。

本文原载于《上海教育》杂志2018年4A刊,更多内容,请参见杂志。

把握语义学习与联结的基本规律

建构大脑中字词概念的神经网络

在脑科学看来,学习的本质是大脑与外部社会环境不断交互形成神经联结的过程。语文作为学生学习语言文字运用的基础型学科,必须以学习者在头脑中建立字词之间的广泛神经联系为基础。字词教学是小学语文教育的核心内容之一,了解字词概念通过怎样的形式存储在我们的大脑中,有利于教师在开展字词教学时制定更加高效的教学策略。

美国加州大学伯克利分校的脑科学研究者Huth 等人(2016)将他们研究985 个常见英语词汇所对应皮层区域的“脑典地图(mapofbraindictionary)”发表在了《自然》杂志上。研究发现:大脑中的字词和语义并不是以单点独立的方式进行存储,而是存在于不同脑区的多个语义神经网络之中。

比如“顶部(top)”这个词,既出现在与建筑、方位、数字有关的语义集中皮层,也出现在和外表、穿戴等相关的语义区。

“脑典地图”中的字词存储

语义相关的字词存储在邻近的大脑皮层,每个字词都对应着与之具有意义关联的字词神经网络,这个研究结论为心理学家Collins 和Loftus(1975)提出的“扩散激活模型(spreading-activation model)”提供了支持。他们认为:语词概念之间具有的共同特征越多,概念之间形成的联系就越紧密,当需要调用或回忆相关字词时,也就更容易相互激活。

“扩散激活模型”片段示例

对小学语文教学的启示

“脑典地图”和“扩散激活模型”为小学语文学科如何利用语义之间的联系开展字词教学提供了指引。教师在字词教学中,可以将课文中或学生已经学过的语义相似、相对或具有意义关联的字词安排在一起学习,引导孩子不断建构并丰富大脑中的字词和语义神经网络。

例如:在一年级语文《比尾巴》一课中,课文对不同动物的尾巴形状使用长、短、弯、扁等形容词进行了描述。教师在教学中,将动物尾巴的形状作为意义主轴,指导学生运用比较,在长与短、弯与直、扁与圆这些相对的形容词之间建立起关于尾巴形状的语义神经网络,使学生对这些词的理解和掌握更加牢固。

又如:许多小学中高年级语文教师常常会在课堂上组织学生制作“思维导图”,其背后的脑科学基础也是大脑对概念神经网络的建构与拓展。

关注儿童大脑学习的具身性特点

激发语文学习情境的全身心投入

发展心理学和脑科学研究表明:小学阶段儿童的认知发展具有鲜明的年龄特征,其最大的特点就是学习对具体情境、具体形象和身体动作具有依赖性。

在上海市教委委托上海市教科院普教所承担的“学习基础素养”研究项目中,项目组研究者(2017)重点强调了在课堂教学的实践转化中,对儿童学习具身认知(embodiedcognition)的关注。

在脑科学研究领域,Varela,Thompson 和Rosch 等研究者(1991)出版的《具身心智:认知科学和人类经验》一书中指出:“学习者的认知依赖体验的种类,这些体验来自于具有各种感知运动的身体。个体的感知运动能力内嵌在更为广泛的情境中,感知与运动过程、知觉与行为本质上在认知中是不可分离的”。Hauk,Johnsrude 和Pulvermiller等研究者(2004)使用功能性核磁共振成像(fMRI)技术,记录了学习者在学习与身体运动相关的动词时的大脑活动状态。结果发现:当人体接收到与身体运动相关的动词刺激时,与动作相对应的大脑皮层运动区域会产生比其他区域更强的激活。

具身认知的脑科学研究结果进一步揭示了儿童的学习和认知需要寓于真实的生活情境和已有的身心经验之中,在身心同时投入到与外部环境和自身经验的整合过程中形成对客观事物的认识与学习。这一规律在人类的语言学习中同样适用,并且在儿童对与身体相关的动词的学习中尤其重要。

对小学语文教学的启示

小学语文的课堂教学要尽量创设与学生生活经验相接近的学习情境,教师要带领孩子全身心地投入到学习情境中,用适应小学阶段儿童的形象化、具身性认知方式,启动孩子的感知和身体运动,使他们的实际生活经验能够在学习中得到不断的整合与发展。

例如:四年级语文《拥抱大树》一课中,徐汇区高安路一小的马骥老师将课文主人公“拥抱大树”的情境与学生实际生活中的“拥抱”经历联系起来,使学生自然对“为什么要拥抱大树”产生了疑问,驱动了他们学习课文的兴趣和主动性。

又如:二年级语文《小指甲变了》一课中,课文中出现了捣、摘、缠、捻、包、贴等大量表示动作的词。金山区亭林小学的蒋剑老师在教学中,除了运用语义联系引导学生建立大脑中的字词网络之外,还邀请学生到讲台上实际运用自己的身体做出这些动作,将这些字词的学习与躯体感知、运动及其潜在的神经活动结合到一起,并进一步将文中形容动作状态的“慢条斯理”“小心翼翼”等词语,一并融入到学生的具身性认知过程当中,不仅使他们对字词本身的意义形成了更准确的理解,也通过身体参与,使课堂教学变得更加灵动和具有活力。

语言学习不仅要依靠大脑左半球

丰富的想象和情感体验同样重要

在神经科学的研究历史上,大脑左半球语言运动中枢(布洛卡区)和语音辨别中枢(威尔尼克区)等的相继发现及Sperry 和Gazzaniga 等人(1969)对切断大脑左右半球连接的“裂脑人”开展的研究,使“语言主要是大脑左半球功能”的观点得到了普及。

脑科学研究证实,人类的语言功能的确主要定位在大脑左半球,但语言的学习绝不仅仅依靠大脑左半球。语言文字作为表达人类思想情感的符号系统,能够激发人们的想象和情绪情感,也是我们的思维依赖的基本载体。大脑皮层右半球的空间、想象、艺术加工等功能同样对语言学习具有重要的支持作用。与此同时,大脑前额叶和边缘系统的情绪唤醒对语言学习同样具有积极的促进意义。

Hamann 等人(2001)研究发现:正向的情感体验能使学习者产生情绪记忆增强效应(enhancementeffectof emotional memory);伍海燕等(2012)在关于脑、认知、情绪及其教育意义的研究综述中,梳理了大量通过激活情绪促进学习的实证研究成果。

应当看到:促进大脑各功能区域共同支撑同一学习过程,能同时激活学生语文学习中的思维、想象、情感等心理因素,这种“全脑学习”更有利于大脑学习机能的统整发挥,从而增强学习效率、拓展大脑潜能。

对小学语文教学的启示

儿童的语文教学既要关注到语言学习本身,发挥好大脑左半球本身的语言功能优势,也要同时通过教师的教学引导,激发学生对于文本的思考、想象和情感体验,运用整个大脑不同功能区在语言学习活动中的同步激活,促进语文的深度学习和“情感态度价值观”的目标达成。

例如:在四年级语文《火烧云》和老舍先生的《林海》等课文的教学中,教师通过引导学生边读边引发对文本的合理想象。对“火烧云变化极多,一会儿红彤彤的,一会儿金灿灿的,一会儿半紫半黄,一会儿半灰半百合色”这样的描写,学生通过基于文字的视觉想象,能够更加深刻地理解作者是如何运用各种表示色彩的词语来描写出火烧云的“变化极多”的;对“青松的边沿闪动着白桦的银裙,不像海边上的浪花吗”这样的语句,也唯有通过启动孩子们的想象,才能真正激发他们在思维中把握“青松”和“白桦”间的布局关系,理解修辞手法的运用技巧,并产生对大兴安岭壮美景色的情感共鸣。这种语文课堂教学中同时激活大脑语言、思维、想象、情感活动的学习方式,将为儿童未来自己在写作中描写景物提供从想象、感知再回到文本的经验支持。

洞悉机械学习与策略学习的差异

让大脑形成语文策略的自我指导

长期以来,教育领域的脑科学研究者一直致力于探寻不同学习方式背后的神经机制差异。Delazer 等人(2005)使用fMRI 方法,对学生采用机械学习和策略学习两种学习方式下的大脑活动状态进行了比较。结果发现:不同的学习方式对应着不同的大脑皮层激活模式。采用机械训练的学生,皮层内侧顶叶至左半球角回(angular gyrus)区域的激活更强;采用策略学习的学生,则在顶叶的楔前叶(precuneus)区域表现出更强的活动,两者在额叶和枕叶皮层的激活模式上也存在明显差异。

机械学习与策略学习的大脑激活模式比较

不同学习方式下的大脑激活模式差异反映了学生在采用策略学习时,大脑会比在机械学习时调用更多负责情境记忆和视觉想象调控的皮层资源(楔前叶的主要功能)。这种基于策略的学习方式在对学习效果的检测中,也表现出比机械学习更好的记忆保持和迁移水平,预示着对未来学习的可持续意义。

因此,即使是小学阶段的语文教学,也不应当仅仅局限在大脑对语言知识和语言符号的简单习得上,更要关注语言学习及运用的“过程与方法”,从小让儿童对自己大脑的语言加工风格和表达习惯保持敏感,不断强化策略式学习的大脑皮层功能区域,通过元认知知识的持续积累和元认知调控的反复实践,使大脑逐步找到适应终身学习与发展的自我指导方略。

对小学语文教学的启示

每个孩子都可以找到适合自己的识字、阅读、表达等语言习得和语言运用的策略。在语文课堂上,教师要有意识地引导学生尝试不同的语文学习方法,找到适合自己的学习策略。这些方法策略的运用,意味着儿童大脑中策略学习的皮层区域不断被强化,是实现学生语文学习可持续发展的重要前提。

例如:在小学儿童的语文学习中,有一小部分孩子会在阅读时遇到特殊的困难,这些孩子的问题被称为“阅读困难(dyslexia)”。阅读困难是儿童智力和其他领域发育均正常,但在阅读上显著落后于同龄人水平的一种发展性学习障碍。

研究表明:阅读困难儿童的阅读过程具有与一般孩子不同的脑神经机制(Nicolsonet.al, 2008)。这些学生的阅读问题,可以通过教师或者专业人员的针对性干预,来强化阅读过程中的语音意识和文字识别策略,从而使学生掌握适合自身阅读特点的阅读方法,提高他们的阅读能力(王枫,2015)。这种策略学习的脑机制形成,无论对阅读困难儿童还是一般学生的语文学习而言都具有重要而深远的意义。

理解分项等第评价背后的脑科学

发现大脑语文学习的优势与短板

2013 年起,上海市教委在全市小学一、二年级推行“基于课程标准的教学与评价”(“零起点”“等第制”),并将等第制评价逐步扩展到整个小学阶段。在具体实施上,主要采用分项等第制形式,从学习兴趣、学习习惯和学业成果三个方面围绕学科学习的不同子领域开展评价。

小学语文教学从听、说、读、写四个方面开展的分项等第制评价,其背后对应着儿童不同语言实践方式的特定脑机制。

在语文学习中,学生的“听”主要依靠大脑颞叶听觉皮层和语音辨别皮层区域(威尔尼克区)对语音进行分辨和理解;“说”涉及语言运动中枢(布洛卡区)的口头语言产出功能;“读”则对应着大脑从枕叶视觉皮层、颞叶听觉皮层、视听联合的角回(angular gyrus)区域到语言运动皮层的广泛神经回路;“写”还需要大脑负责手部精细动作的躯体动作皮层共同参与,来实现各部分活动的相互协调。

大脑听、说、读、写对应的脑机制

儿童的大脑在语言实践的不同领域具有各不相同的发展速率,因此,从脑科学角度看,对小学儿童的语文学习采用分项等第制评价能够更有利于科学地反映学生不同语言中枢的发展状况。

对小学语文教学的启示

采用听、说、读、写的语文分项等第制评价,既能为学生不同脑机制支持下的各个语文学习领域提供诊断和反馈,引导学生发现大脑语文学习的优势与短板;同时,也能够为学生的语文学习带来更加稳定的情绪状态,克服“分分计较”可能引起大脑产生的负面情绪阻碍,保护好学生语文学习的兴趣。

随着科技的进步和研究手段的革新,人类在已经实现能用自己的大脑研究大脑的基础上,正在朝着更高层次的神经机制研究迈进。然而,从整体上看,当代脑科学的发展仍处在朝气蓬勃的成长阶段,脑科学的研究成果对学校教育的影响、对课程教学的指导和对学生发展的促进都还只是刚刚起步,需要大量的实证研究来为儿童的语文学习提供科学依据和启迪,也必须与广大从事语文教学的老师们密切合作,不断将课堂实践中的困惑转化为脑科学问题,并通过研究进一步深化认识,从而更科学地指导小学的语文教学实践,为每一个孩子掌握和运用中华民族的语言文字和优秀文化奠定扎实的基础。

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