“基于脑的学习”在“化工原理实验”课程中的应用

马 玲 张保柱 路 敏 白 杨 杜意恩

(晋中学院 化学化工系,山西 晋中 030619)

《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》明确提出“高等教育质量的提升”是目前我国高等教育发展的核心任务。大学生学习成果成为高等教育质量评估的一项核心内容。大学生学习成果的呈现需要以大学生课程学习为基础,实践教学为辅助,综合应用为支撑。朱莲花[1]提出以充分的课堂教学准备为出发点、多样的课堂教学支持为切入点、科学的课堂规制教学为结合点、促进学生投入为落脚点、系统的外部保障为支撑点,可提升大学生学习成果。张莉梅、石清湘、高爱萍等分别从化工原理实验教学的教学理念、激发学生学习动力、利用教学资源优势多方面引导等方面对化工原理实验课程进行改进[2-4]。在本论文中,作者提出将“基于脑的学习”应用于化工原理实验教学中,并指出如何“基于脑的学习”的特点,遵从脑的工作原理和特点,提高学习效率,增强学习能力[5]。作者从“学习是大脑的工作”的角度探讨影响大学生学习的主要影响因素,结合“化工原理实验”课程,以教学参与者的身份,提出更有利于“化工原理实验”课程的意见,用来提升教师和学生的积极性,有利于大学生学习成果的输出。

1 明确学习任务是谁的工作

学习是大脑的工作。大脑的学习能力是无穷的,但在实际学习过程中,总是会遇到各种各样的障碍。学习变得如此困难是因为我们没有掌握好大脑学习的方式,没有认清大脑学习工作的模式。Caine等[6]认为“基于脑的学习”是指“承认大脑有意义学习的规律,根据这些规律来组织教学。”一项具体的教学程序或方法可以是基于脑的,也可以不是基于脑的。他们认为,如果教师在运用合作学习的方式时,综合考虑智慧与情绪的因素,要求学生自然地解决有意义的、在智力上具有挑战性的问题,那么它就是基于脑的;如果严格地限定与控制学习过程,学生参与的具体活动是为了寻找预设的结果,那么它就不是基于脑的。尽管脑科学的发展不断取得新的突破,但是在实际应用中,人们仍旧依循固有的旧思想和无意识的行为,将知识的落实和技能的操作作为目标。虽然此过程中大脑也参与了学习,但是大脑可能并没有创建它所寻求的那种自然连接。据此,教师需要有意识地更多地将基于脑的教学理念应用于教学实践中,引导学生充分调动自己的脑细胞,使其处于“基于脑的学习”中,才可以领会其中更深的意义。

2 如何有效地提高学习效率

从大脑学习的角度来看,提高学习效率就是要从事基于脑的学习。我们从以下几个角度进行讨论。

2.1 基于脑的学习

基于脑的学习是一种基于脑的结构和功能的学习理论,旨在向学生提供适合大脑加工过程的学习机会。基于脑的教学强调的是真实世界的情境,学生在这里能够不断地与真实世界的丰富性与多样性际遇,课堂不再是缺乏真实性的乏味场所。这种学习常常是快乐的体验,学生具有较高的自我动机。目前的学习更多的是将学习独立于生活之外,把学习孤立起来。这不是基于脑的学习的出发点。基于脑的学习承认并鼓励大脑整合大量信息的能力,将学生的生活与学习紧密连接,使学习者全身心投入具有挑战性的学习过程中,同时充分调动学习者的智力、创造性、情绪和生理方面的作用。

以化工基础课程教学为例,“化工原理实验”课程在时间上与“化工原理”理论课程同时进行,也就是说学生在没有相关的理论知识的情况下进行实验课程的学习,这给实验课程带来了一定的难度,但同时也带来了生机。我们鼓励学生进行联想,把自己遇到的知识与自己生活中的事情联系起来。比如雷诺实验,我们不选择工厂的管道,而以农村的灌溉水渠、小桥流水等人们熟悉的生活场景为例,通过这些事件引领我们进入一个更贴近生活的环境去认识流体。经过大量的教研组活动,教师集体备课,多方面取证后,我们确定了“化工原理实验”课程的实验方案如下:预习实验(提出问题)→实验讲解(熟悉内容)→实验操作(接触理论)→数据处理(分析总结)→思考习题(查缺补漏,解决问题)→实验报告(整理归一)。

预习实验不仅仅要明确实验目的,了解实验操作,知道注意事项等,还要带着好奇心,浸入式地用基于脑的学习方式去探究学习内容。这是一种内心的驱动力,有意识地带着这样的理念去进行学习。这样做的过程本身就是学习如何使用“基于脑的学习”的过程,即让自己的意识集中于“基于脑的学习”的意念,进而在一种主动的状态下进入学习状态。学生实验中的数据处理不是简单地将数据记录下来,代入公式计算得出结果,画出图形,核对结果是否与原先的设想一致。将“基于脑的学习”应用于数据处理,学生首先分析数据的来源以及数据之间的关系,再根据这些信息,找到结果。在基于脑的学习的驱动下,学生会跟着自己的好奇心主动地寻找关系,就像玩游戏一样,总是带着好奇心从一关冲向下一关。在此,学生用Origin软件对所有数据进行处理。Origin软件有强大的数据拟合和立体绘图功能,部分实验可以做出立体图形,这些极大地刺激了学生的求知欲,让学生自发地进入到“基于脑的学习”中。学生们做出图形后的喜悦,对各式各样的结果的诧异都是他们主动浸入式学习的结果。这是一种快乐学习的表现。

2.2 脑细胞间的信息传递

基于脑的学习是体验丰富的、复杂的环境,学生在真实的学习环境中,全身心地体验这种过程,这种体验同时刺激着大脑中的神经细胞的连接,当大脑积极投入到学习中时,学生获得的不是知识,而是深层次的理解和意义。更重要的是大脑将这种体验通过信号传导,令神经细胞之间发生了更多的连接,记忆也同样会被记录,反复多次后,大脑会自主地进入到这种学习模式中,形成良性循环。在复杂的环境中,基于脑的学习激励学生全身心地投入其中,并刺激着他们勇往直前。

2.3 脑的社会性

人类的社会性影响着大脑,使得大脑也具有社会性,社会关系对大脑学习的影响至关重要。研究表明,基于脑的学习注重构建学习共同体,倡导合作学习。基于脑的学习环境还重视向学生提供适当的挑战。适度的挑战有助于形成神经细胞之间的联结。放松的、没有威胁的学习环境可以消除学生对失败的恐惧,对自我信心不足的畏惧,可以让学生摆脱这些与学习本身无关的情绪的困扰,促进大脑正常工作。研究发现,当人跳出了情绪的困扰之后,面对学习本身时,大脑才能发挥它的巨大作用。

“化工原理实验”课程是分小组学习的课程,在小组成员的协同下,共同完成实验目标。实验过程除了学生学习本身之外,更重要的是交流。通过交流,提供一个交换意见的平台。交换意见除了知道和表述自己的想法外,还要了解他人的观点。这个过程对学习者来说是一个挑战,它可以挑战自己的认知,拓展自己的思维,提高自己的技能。面对意见相左的情况,学生怎样处理,能否利用这个环境,促使学生正向积极地面对意见相左的境遇,对教师而言同样也是一种考验。在教学中,作者经历过多种情况,有接受不同意见的,有争吵过后达成一致的,也有完全不能接受彼此提出更换队友的,还有各自完成实验的。出现这些情况,教师当时不予干预。实验结束后,学生需要思考反思,在下一次实验课时和教师交流。此时学生都会说出他们自己的真实想法和对这件事情的反思。这样实验课程不仅仅是实验课程本身,更像是学习者交流心得的过程,学习在竞争的环境下,如何能更好地表达自我的过程。通过正向表达,可以调动更多的脑细胞参与神经联接,激活更多的脑细胞参与学习。

2.4 “言语话”的重要性

书写实验报告是梳理个人思路、展现自我观点的过程。“言语话”过程是一个整理的过程,大脑的思维、语言的逻辑、书写,是将整个事件统一化的过程。

实验报告是一个整理过程,同时也是提出问题、分析问题和解决问题的过程。实验报告是反思和总结经验的机会,也是把成果分享与他人的机会,交流的机会。采取“平时考核+实验项目+期末闭卷笔试考核”的考核评价模型[7],着眼于考查学生对所学知识的理解和灵活运用,综合考查学生分析和解决工程问题能力和计算能力。

3 总结

总之,学习是大脑的工作,学习也是人的终身工作。在当下高等教育评价体系中,学习成果的评价占有很大比重。大学生的学习成果多种多样,但是评价原则的根本是坚持以人为本,以培养具有自主学习能力、健全人格、身强体魄的新一代大学生为目标。作者以“化工原理实验”课程为依托,通过“基于脑的学习”,激发学生的学习积极性,利用实训装置和模拟仿真试验系统,建立了以学生为主体、教师为引导的教学模式,使学生的学习积极性显著提高,效果明显。