淺談利用腦神經興奮規律提高物理課堂教學效果
【論文關鍵詞】人腦 興奮 教學
【論文摘要】大學物理對提高大學生的科學素質及后續課程的學習起著至關重要的作用。現在很多學生覺得大學物理很難學懂，如何提高物理課的教學效果是人們急需解決的問題。本文從學習和與腦科學的密切聯系出發，利用人腦活動規律實驗的若干研究成果，提出了通過豐富教學形式，保持學生的興奮度，調動學生情緒，進行探究式和參與式學習的方法，以達到良好的物理課堂教學效果。
0引言
二十一世紀是知識的時代，創新能力是一個國家的核心競爭力。在中，創新人才的培養是我國教育改革和發展的目標，這也是我們從資源大國變為人力資源強國所要求的。當今世界上的許多先進科學技術都是物理原理的應用，物理本身又是一門實驗科學，有利于培養學生的動手能力和創新能力。所以大學物理被列為高等學校的一門必修課，它對提高學生的科學素質及后續課程的學習起著至關重要的作用。然而很多學生覺得大學物理很難學，聽不懂，考不好，不會做實驗。這其中的原因當然是多方面的，一個原因與我們的教學方式有關。我們的學生在中學階段為應對高考而進行大量的重復訓練。這樣的訓練，強化了學生的思維定式而失去了思維的靈活性和開放性，從而使學生考試能力強，而解決實際問題的能力不強。進入大學后，大學物理因課時少，內容多，學生就很難適應。
如何提高物理教學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，應采取積極的態度，以不斷提高課堂教學效果來幫助學生。要實現理想的教學效果，不僅要求老師有豐富的專業知識，還要深人研究學生的認知規律，畢竟教和學是互動的兩個方面。近年來人們對人腦智力活動的研究成果對了解學生的認知特點提供了有力的幫助。隨著科學技術的進步，人們已經可以觀察到與精神活動相關的腦的高級機能活動。對神經認知科學與教學的聯系的研究，使我們可以利用人腦活動規律，提高物理教學效果，培養創新人才。
1腦科學與教育的關系
人腦是最復雜的神經系統，人的智力活動與人腦的興奮狀態有密切的聯系，揭示和利用人腦的活動規律一直是人們研究的熱點。隨著技術的發展，人們現在已經可以用核磁共振和腦電圖來揭示人腦的活動規律岡。以前學習與教育一直被認為是人文科學的范疇，現在從生物學的觀點來看，人的思考能力、判斷能力、創造能力等是腦的高級機能，任何思維習慣和行為習慣都與腦神經網絡有關。學習過程是一個形成腦神經網絡的過程，教育是調控構筑神經網絡的外部刺激的過程陰。不同的學習過程會形成不同的腦神經網絡。被動式的、重復式的訓練所形成的腦神經網絡結構強化了固定的思考范式，而主動式的、探究式的學習活動所形成的腦神經網絡結構使人善于靈活開放式的思考問題。所以學習和教育與腦科學有著密切的聯系，開展全腦教育，開發腦的思考能力和創造能力，合理地利用人腦的認知規律將有助于提高課堂教學效果。近年來，將腦科學與教育緊密結合開展應用性研究已成為熱點，許多國家都在積極研究。
2人腦活動規律的實驗研究方法及若干研究成果
2.1人腦活動規律的實驗研究方法
人腦是一個非常復雜的非線性動力學系統，腦電是大量腦神經元電活動的總體表現。人們現在已可以用實驗儀器來探測腦電信號，得到腦電圖。當人們進行思維作業時，腦電圖也會發生相應改變，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，并且和大腦區域有著密切的聯系。對被測試者進行不同的思維作業時做腦電信號測試，測試結果表明，對腦電信號進行數據處理后，可以比較有效地識別思維作業的類別。
由于腦電形態的復雜性和多樣性.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、相干函數等為主的頻域方法。近年來隨著腦電的非線性特征發現，應用非線性動力學的理論，用近似嫡和復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能的測定和信息處理，從生物學的角度來研究人的學習與教育過程，將腦神經科學的知識具體應用到學習和教育的研究中，從而形成科學化、人性化的新的學習和教育體系。這不僅可以改善學生的學習和記憶能力，而且還可提高創新能力。
2.2現有的一些實驗及結論
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行了實驗研究閣。被測試者分為三個實驗組，在實驗過程中分別不斷接受、磁場和局部高壓氧干預措施。利用近似嫡和復雜度將腦電信號進行數據處理和分析。結果顯示在局部高氧下的組，人腦相對清醒，腦電活動增強，復雜度增高;聽音樂的組的復雜度和近似嫡也較高，說明音樂誘導在一定程度上能促進疲勞恢復。實驗結果說明，不同的物理因素可以影響受試者的狀態，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興奮性影響的實驗陰，結果表明在弱激光刺激下會誘導神經興奮。
2.2.2情緒等因素對認知的影響
關于情緒對認知活動的影響，一些研究指出，快樂、興趣、喜悅之類的中等強度的正情緒有助于促進思維，提高創造力和解決問題的靈活性，而悲哀、恐懼、憤怒之類的負性情緒會抑制或干擾認知活動。
在上個世紀后期提出的“興奮轉移理論”認為受眾在觀看影視作品過程中，其興奮程度主要由所關注的角色所經歷的沖突來決定。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，他們的興奮程度決定了在劇終的時候對于該節目的打分。
3應用于教學
3.1保持學生興奮度，避免疲勞式灌輸
從物理因素對腦電的影響實驗可以看出，當腦神經疲勞時，其興奮度顯著降低，人腦的復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。當用物理因子刺激時，大腦的興奮性會有所恢復。在教學中應注意掌握神經興奮與疲勞的規律，要充分利用學生興奮時完成課堂教學，避免疲勞式的灌輸，這樣才能事半功倍。當學生已經疲勞時，處理信息的能力會迅速下降，如果這時再地灌輸知識，只是形式上完成了講課，學生的收獲極小。例如物理教學中常有公式的推導，如果一堂課不停地推導，學生無法集中這么長時間的注意力。當學生思想疲憊時，這時的推導就毫無意義了，根本不可能達到推理能力訓練的目的。物理的講解應該注重物理原理和思想，避免繁雜的，盡可能地在學生的興奮期內完成推導。如公式很長，可以做好推導的結構框架，分段推導，每段作一小結，使學生的精神有張有弛。當講課的節奏與學生的興奮規律相適應時，就會事半功倍。
在上物理課時，可以通過教學形式的變換來保持學生的興奮性，而這恰巧是物理課堂教學所獨具的優勢。物的很多原理都是來源于生活，服務于，有很多生動的錄像資料可以在課堂上播放，讓學生在輕松的狀態下理解物理，激發起探索物理奧妙的興趣。另外，物理是一門實驗科學，通過課堂上的演示實驗，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生參與來做演示實驗，主動參與式的學習會使學生具有深刻的體驗。所以只要轉變物理的課堂教學方式，物理的學習就會變成一種輕松愉快的體驗，對物理原理的掌握也會更牢固。
對于學生一向頭痛的物理作業問題，應從布置形式上來解決。如果布置大量的需用繁雜的數學推導才能完成的作業，學生在疲憊的狀態下去做當然不會有好的效果。其實要學好物理一方面當然要有數學推導的訓練，這是必不可少的，另一方面也更需要物理思想的培養。物理本身是理論與實驗相結合的學科，需要通過多種形式的訓練才能學好。所以物理作業的形式可以是問題思考、討論、查資料以及設計實驗、做實驗等。這樣既可以滿足物理素質培養目標的要求，又可以通過形式的轉變維持腦神經的興奮，使各項訓練在興奮期內完成，收到良好的效果。
3.2利用視覺效果，上好多媒體課
激光誘導神經興奮的實驗表明，光可以影響神經的興奮性。所以在教學中要注意教室內光的亮度，保持學生的興奮。例如物理課經常會用多媒體進行教學，如果用窗簾把窗戶遮蓋地嚴嚴的，教室里很灰暗，加上空氣不流通，學生的興奮性就很低，在昏昏欲睡的狀態下是無法有效地學習的。應選用亮度高的投影儀，并把窗簾設計成豎直百葉窗式，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，所以在幻燈片設計上應該充分地利用色彩來表達內容，提高學生的興奮度。首先整體顏色不能太灰暗，灰暗的顏色會降低興奮性。當然也不能全是大紅大紫的顏色，學生眼花繚亂，也不會有好的效果，并且長時間盯著全屏幕都是強亮色也會使人頭暈。所以主色調應該是清雅的，在強調重點的地方用鮮亮的顏色。俗話說萬綠叢中一點紅，這樣才能引起興奮和關注。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物理原理。
3.3調動情緒，進行探究式和參與式學習
當情緒高，有興趣時，人腦的神經興奮度也高，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動學生的情緒，引導學生興趣，活躍課堂氣氛，以便達到好的教學效果。
學生的情緒往往受老師的講課激情和教學方式的影響。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。大學物理中的很多內容都是學生在生活中遇到或聽到的，如果我們能以實際的例子設置懸疑，激發起學生的探究興趣，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生，要踢出一記香蕉球應該怎么做?可先請同學們談經驗，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生們自己來試試。當學生的好奇與興趣被激發起來，由被動接受知識轉為主動探究，參與式學習，就容易保持高漲的情緒，神經興奮誰葬高，這時學生的體驗深刻，知識就會記得牢。如果條件允許的話可以讓部分內容在物理演示實驗室上，學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置懸疑，引出與學生原有概念的沖突，從而加深對知識的理解。例如在講電磁場的能量時，我們可以問學生，一按開關教室的燈就會亮，是從開關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，這樣學生會得到很深的印象。
總之，只要充分掌握學生的認知規律，在教學實踐中不斷探索合適的教學方式，激發學生興趣，就會讓令學生頭痛的物理變得精彩而生動，達到滿意的教學效果。
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