基于“脑科学”的数学深度学习探寻

潘晓艳

摘  要：学生深度学习必须建立在“脑科学”研究基础之上。作为教师，要打开、激活学生大脑，发掘学生脑的思维潜质，遵循脑的思维节律，打通脑的思维通道，运用脑的思维突触。创设与学生“脑活动”相适合的情境，实施相适合的行为，让学生数学学习建立在“脑科学”和“儿童教育学”相关学科基础之上。

关键词：脑科学;数学教学;深度学习

人的大脑在认知过程中会遵循一定规律。如果师生教学能遵循大脑认知规律，教学就会事半功倍。作为教师，要研究神经学、心理学、教育学等相关理论，创设适合大脑学习的、能促进大脑发育生长的学习环境。自觉选择、主动运用脑科学进行课堂教学设计，能不断提升课堂教学效能。

一、发掘脑的思维潜质，开掘学生深度学习之“源”

大脑学习本质上是一个追寻意义的过程。作为学生，其大脑已有认知经验、方式、倾向等应是学习基础。发掘学生脑的思维潜质，是学生深度学习的前提。换言之，学生要展开深度学习，其大脑应该处于打开、激活状态。著名心理学家E.詹森认为，“对学生学习唯一有意义的开始点就是他们的已有经验，这是学生学习新信息的基础，也是意义产生的根源”。

只有当学生先前学习、认知经验处于激活、打开状态时，学生大脑内部才能在新旧材料之间建立联结，神经元与神经元之间才能传递信息，神经元之间才能形成更多的联结通路，深度学习才能真正发生。如教学一年级下册《两位数加两位数（进位加法）》，如果教师直接出示例题，学生就会感到懵懂、茫然、不知所措。而如果教師对学生所学内容进行先行组织，就能唤醒学生大脑沉睡的记忆，打通学生大脑思维的通路。如有学生想到“摆小棒”的方法，当个位上的4个和十位上的6个合起来，就又形成了一小捆，这一小捆让十位上的数又多了“1”，这种操作让学生深刻理解了十进制计数法中的“满十进一”;有学生操作计数器上的珠子，也深刻理解了“算理”;还有学生借助竖式，积极调用“两位数加两位数（不进位）”以及“两位数加一位数（进位）”等的学习经验，独立推导“两位数加两位数（进位）”的算理等。正是由于教师先行组织，接通了学生思路，才让学生展开了深度学习。

大脑是学生数学学习的器官，任何学习都离不开大脑的直接参与。研究表明，脑活动效率与学生已有知识经验相关。如果说，人的大脑是学生学习的硬件，那么知识经验就是学生学习的软件。作为教师，要创设与学生“脑活动”相适宜的情境，激活“脑”的机能，让学生数学学习获得大脑支持。

二、遵循脑的思维节律，疏通学生深度学习之“流”

“脑科学”研究表明，人的大脑不可能始终处于注意力高度集中状态，而有着其特殊节律。脑工作类似于脉搏，高低起伏呈现峰谷交替势态。作为教师，其教学要遵循学生大脑思维节奏、节律，疏通学生深度学习之“流”。可通过变换学习内容、节奏等，调整对学生大脑的刺激，让学生思维张弛有度、缓急有致，从而提升学生数学学习效能。遵循脑思维节律，就是要引导学生健康、友善、和谐地用脑。

遵循学生大脑思维节律，要求教师能把握学生大脑思维高效期。如果学生大脑思维处于低谷期，教师就必须唤醒学生大脑思维，让其变得兴奋、活跃起来。研究表明，人的大脑倾向于用记忆引领行动，一般而言，重复、强烈的刺激，能指引学生行动。教学《长方体和正方体的认识》，刚开始认识长方体和正方体特征时，学生兴致很高，到学习长方体和正方体展开图以及长方体和正方体棱长总和时，学生的学习兴趣明显下降，大脑思维也处于怠惰状态。为此，笔者及时让学生做大脑保健操，或让学生做小游戏，调整学生学习状态。当学生度过了头脑思维低谷期、高原期，其大脑皮质就能再次被激活，从而再次处于亢奋状态，形成新的学习期待。这时，再教学长方体和正方体展开图、棱长总和，学生就能重新舒展自己的感官，深刻理解数学知识本质。

遵循脑的思维节律，就是要让大脑得到生态有氧呼吸。大脑激发得益于心理安全和自由的情境，“放松性警觉”是学生学习的最佳状态。如果一个学生在学习时处于被压抑的情境中，那么大脑就容易休眠，从而影响脑的编码和联络。而愉悦的情境，张弛有度地、有节奏有节律地学习，会让学生释放巨大的学习潜能，实现有意识和无意识的统一。

三、打通脑的思维通道，探寻学生深度学习之“道”

美国神经生理学家斯佩里（Sperry）教授“裂脑实验”表明，人的大脑具有不同分工，左脑牵涉右半边身体，右脑牵涉左半边身体。左半脑主管语言、分标、计算、逻辑等思维功能，而右半脑主管直观、音乐等空间知觉和思维功能，左右脑间有两亿多条神经纤维束——“胼胝体”进行沟通，从而让大脑左右两个半球相互配合、补偿、协同沟通，形成全脑认知。作为教师，要充分发掘学生的全脑功能，进行全脑开发。

脑是通过贯通左右两半球神经元结构来完成言语或视觉等方面任务的，脑功能发挥是整体统一的。认知是脑发展的自然机制，情感是脑活动的必要因素。教学中，为打通学生脑思维通道，可给学生大脑以多维、多元刺激，最大限度地建立神经元间联系数目。同一学习内容，在多重背景下，运用多重方式、媒介，让学生发挥多重智力，引发多重情绪、智力反应，学生学习效果就会更好。比如一位教师教学苏教版三年级上《长方形和正方形周长》，为让学生理解“周长”的空间意义，可谓做足了“文章”，首先出示各式书签，书签边线上镶嵌着红线，让学生感知，周长就是图形边线一周的长度;然后，让学生用手指沿着图形边线滑动，在触觉中感受、体验周长曲线状;再次，让学生用红色棉线围，用红色笔描出图形周长。学生视觉、触觉、运动觉协同活动，同时辅之以教师必要的讲解、暗示，让学生明确“边线”“一周”等核心概念。同一学习对象，以不同刺激方式输入大脑，学生获得的图形周长表象非常深刻、生动。

脑科学研究表明，人的大脑受到外界刺激越多就越具灵活性。学生数学学习不单是认知行为，更是“实践—感知—思考”“手—脑—心”“身体—心理—灵魂”共同参与的“具身活动”。作为教师，要调动学生眼睛、耳朵、大脑、小手等协调活动，生成学生整全生命。

四、运用脑的思维突触，敲开学生深度学习之“门”

传统学习理论和观念认为，人的神经系统生理解剖特征是与生俱来的，人的大脑发展和成熟不受外界环境制约。如果给大脑足够营养，大脑就会按指令自然发展起来。现代神经科学研究成果表明，神经元（神经细胞）是大脑基本单位，神经元活动决定着神经回路精细排列，在学生活动中发挥着重要作用。反过来，人外部活动也深刻影响学生神经元活动，修饰着神经元回路，影响着学生认知、情绪和行为。

“脑科学”将从神经元（神经细胞）上伸出的许多突起称为突触。人脑突触有两类：一类是长的突起，称為轴突，是信息进出神经元的主要通道;另一类是短的突起，称为树突，呈现树枝状态。正是依靠突触，神经元才得以相互联结。研究表明，脑的发育最为明显的表现就是突触数量增加。如何生长突触呢？这就要增加脑工作，因为脑工作与肌肉生长发育十分相似，遵循一种“用进废退”的原则。在数学教学中，教师要始终设置具有挑战性的任务，给学生大脑思维突触以强烈刺激。如果对学生大脑突触刺激不够，神经元就会迅速凋亡。比如教学苏教版五年级下《用数对确定位置》，教师可以设置驱动性任务，不断引发学生深度探索。如在学生已经能用数对（正数）确定位置后，教师可以让学生以自己为原点，用数对表示“好朋友”的位置。不同学生表示座位相同的朋友，其数对是不同的。为什么呢？问题能激发学生深度思考：由于以不同点（位置）作为原点，可以建立不同的平面直角坐标系，所以相同朋友具有不同数对。当学生尝试以自我为原点，建立平面直角坐标系时，学生发现有的位置还能用负数来表示。这样，学生思维就突破了现实座位、位置范畴，对“用数对确定位置”有了更深刻的认知，为学生进入初中后系统学习平面直角坐标系奠定了坚实基础。

脑神经具有相当高的可塑性或者说可修饰性。脑神经系统精致化在很大程度上取决于后天因素。数学教学要为学生脑神经元突触数量的增长提供载体。如果学生未受到刺激，脑神经网络功能运行欠佳，其脑神经元上的突触就会减少，神经元就会凋亡。因此，不断运用脑思维突触，就能敲开学生深度学习的大门。

大脑是学习的器官，任何学习都离不开大脑参与。作为教师，要掌握大脑学习原理，了解大脑学习功能，从而在数学教学中设计与学生“脑活动”相适宜的学习环境，实施与学生“脑活动”相适宜的学习行为，形成与学生“脑活动”相关的学习观念，努力让自我数学教学建立在“脑科学”与“儿童教育学”等新兴科学基础之上。