脑科学在高中数学教学中的初步理解与实践

唐菊香

[摘  要] 随着人们对心理学以及大脑的研究越来越深入，人们在学习过程中表现出来的大脑运作的特点更加明确，使得脑科学的研究越来越贴近教育教学. 高中学生在学习的过程中表现出的任何困难，都可能与学生的大脑活动有关. 尽管高中数学教师不可能掌握系统的脑科学知识，但是借助脑科学中的一些基本理论，还是可以寻找到突破高中学生在数学学习中表现出来的困难的方法. 在数学学习的过程中，有意识加工是至关重要的.

[关键词] 高中数学;脑科学;教学理解;教学实践

无论基于什么样的学习需要，对于高中数学教学而言都必须明确一点，那就是学生的学习收获是学生思维的结果，也正因为如此，人们才说“思维是世界上最美的花朵”. 绝大多数情况下，高中数学教师对思维的重视，往往体现在学生对数学知识的学习与运用过程中，重视的是学生在学习数学概念或者规律的过程中表现出来的思维能力，重视的是学生利用数学知识解决数学问题的过程中表现出来的思维水平. 应当说这种认识实际上是一种经验解读，并没有涉及学生学习的内在机制. 当然，也有部分教师尝试通过心理学来解读学生的学习过程，这可以取得一定的效果，尤其是对高中数学一线教师能够起到指导性的作用. 随着人们对心理学以及大脑的研究越来越深入，人们在学习过程中表现出来的大脑运作的特点更加明确，使得脑科学的研究越来越贴近教育教学. 对于学生的学习过程而言，目前有初步的研究表明大脑会经历一些敏感期，在敏感期内大脑能够响应外界刺激，在特定的区域形成神经网络，并使这些网络的功能逐渐发达. 脑科学研究的过程中还出现了“髓鞘化”理论，根据这个理论，人们对学习的研究也就有了新的视角，对学习和教育也就可以进行一些新的定义. 进一步的研究表明，脑科学与教育的研究，将使人们学会按照脑的特性，对不同人群进行针对性的“学习”与“教育”活动，从而培养人们的创造性，激发人们的热情，提高人们的适应能力. 很显然，这样的结论对于高中数学教学而言，有着一定的启发意义，就算借助脑科学中一些最基本的结论，也可以开辟高中数学教学新的天地. 下面从三个方面来说明.

■脑科学在高中数学教学中的现实意义

应当说在当前的高中数学教学中，运用脑科学的相关理论有着重要的现实意义. 这是因为当前的高中数学教学，已经将传统的教学方式、教学思路、教学方法以及教学手段运用到了极致. 在新时代的背景之下，在核心素养培育的要求之下，高中数学教学通过什么样的途径来满足立德树人的需要，来满足数学学科核心素养培育的需要，值得教师认真思考. 在思考的过程中，尤其要关注一些教育现实以及突破教学困难的一些方法，比如说在高中数学教学中经常会出现“一听就会，一做就错”的情形——高中数学对学生的归纳总结、独立思考和数学思维的要求有了大幅提升，“听得懂不会做”的现象在高中数学教学中变得更常见——教学工作者对此现象不断地进行着反思和总结. 梳理相关的文献以及综合相关的教学经验，可以发现反思与总结的结果不外乎对学生进行重复训练，让学生形成更好的解题思路与模式，严格来讲，这样的反思与总结结果，并不是真正的突破. 如果从脑科学的角度看待这一现象，那么可以得出什么结论呢？

脑科学研究表明，人的左右脑功能是不同的，而学生在不同的发展阶段，左右脑的发展水平也是不一样的. 人在学习与工作中表现出来的不同能力，实际上是人脑当中许多离散分布特异区域功能的结果，甚至人的意识，也是人在学习过程中对自己所拥有的能力的主观体验. 关于这些结论，都是脑科学研究的基本结论. 可能会有人提出：这种空泛的结论对于高中数学教学而言有什么意义呢？对于这个问题，最好的回答就是：高中学生在学习的过程中表现出的任何困难，都可能与学生的大脑活动有关. 因此解决这些困难的时候，首先要从理念上认同这些困难的出现是有原因的，这些困难的解决不可能因为教师的主观想象就在学生身上发生改变;要从根本上解决这些困难，需要从大脑运行机制的角度寻找办法. 尽管高中数学教师不可能掌握系统的脑科学知识，但是借助脑科学中的一些基本理论，还是可以寻找到突破高中学生在数学学习中表现出来的困难的方法. 比如上面提到的“一听就懂，一做就错”，其实在于学生对所学习的知识并没有进行深加工，有可能视觉接收到的信息并没有留存在视觉皮层上，其他通道接收到的信息并没有引起皮层的反应，自然也就没有引起学生的有意识加工——在数学学习的过程中，有意识加工是至关重要的.

■基于脑科学理解基础上的数学教学实践

有意识加工是衔接教学经验与脑科学的一个重要桥梁：一方面有意识加工是脑科学的体现，另一方面有意识加工指向了学生对数学知识的建构过程. 研究表明，人类从灵长类的进化中继承下来的大脑表征可以促进数学学习（如：我们可以把学生的数学直觉看作是已有脑结构在发挥作用）. 因此，在数学学习中借助学生的有意识加工，或者立足于学生有意识加工能力的培养，就是一个重要目标. 从这个角度来看，教师在教学中可以利用“已有脑结构”，观察学生在数学学习过程中发生的变化，然后判断新旧知识在学习者头脑中的相互作用，以及那些新的有内在逻辑关系的学习材料与学生原有的认知结构发生关系，在此基础上进行同化和改组，就可以在学习者头脑中产生新的意义.

例如，在“指数函数”的学习中，学生对指数函数的理解一般建立在指数函数的解析式上，笔者曾经做过调查——看到“指数函数”这一概念的时候，首先想到的就是指数函数的解析式. 而作为高中数学教师都知道，函数的解析式只是函数知识体系中最基本的一点，对一个具体函数的理解，除了函数解析式之外，还涉及函数的图像、函数的性质等. 那么如何让学生对函数的理解能够拓展到函数的图像与函数的性质呢？尤其是让学生形成良好的直觉呢？笔者以为最为关键的就是：从脑科学的特点出发，打通学生接收信息的通道，并且促进学生进行“有意识加工”.

比如说，在进行指数函数的性质教学时，笔者会故意淡化对解析式的复习（实际上，学生在探究函数的性质与图像时，自然会运用到解析式），而重点强调指数函数图像的生成，强调基于指数函数图像去猜想、判断指数函数的变化趋势. 在这样的过程当中，如果教师创设的情境足够丰富，比如引导学生设计表格，引导学生回顾函数图像的作图方法（也就是描点法），又或者借助现代教学手段，利用一定的应用软件自动生成指数函数的图像. 这样学生在学习的过程中，就会带着明显的研究指数函数图像与性质的意识，并调动自己已有的知识以及在此前学习过程中积累生成的数学学习能力来加工新的知识，这就是真正的有意识加工.

■从核心素养培育的角度看脑科学的价值

通过对上述教学案例进行深度分析，可以发现在高中数学教学中，紧紧抓住“有意识加工”，对于教师而言，其实就是从潜意识中运用脑科学的相关规律，来指导自身的数学教学. 从教学效果的角度来看，当学生处于有意识加工的过程中时，他们对所学的内容确实有更高的注意力、更深的思维力. 由此也就可以得出一个结论：运用脑科学与学习的知识进行课堂教学设计与实施，是科学地提高教与学效能的一种有益的嘗试与探索. 对于高中数学教师而言，在认识大脑发育、发展规律以及认知活动规律的前提下，结合数学学科与高中数学教学的特点，创设适于大脑学习，促进大脑发展的高中数学课堂教学环境，将会更好地促进学生的学习与发展，也会使高中数学课堂教学更加科学而有效.

由此反思高中数学学科核心素养的培育，就可以发现要想给学生创设一个数学抽象、逻辑推理的情境，又或者引导学生进行数学模型的建立，其实有很关键的一点，就是必须重视对脑科学相关规律的学习与运用. 因为只有重视并运用脑科学规律，学生在品格养成以及能力养成的过程中，才能真正形成必备品格与关键能力. 包括上面例子中所提到的有意识加工，对于所有的数学知识学习与运用，其实都具有普遍适用的特征，因此可以成为高中数学教师借助脑科学规律指导自身教育教学的突破口. 只要真正在此过了突破口，包括核心素养培育在内的高中数学教学就能取得突破.