劉新玉,王東云

1.黃淮學院 智能制造學院(駐馬店,463000) 2.鄭州大學 河南省腦科學與腦機接口技術(shù)重點實驗室(鄭州,450001)

0 引言

隨著人們對外部世界及自然規(guī)律認識的逐步深入，現(xiàn)代科學與技術(shù)得到了蓬勃發(fā)展，但是當今社會來自于科學屆并能切實有效地解決課堂教學問題鳳毛麟角。但是相對于其它學科門類，無論是神經(jīng)迷思(Neuromyths)還是神經(jīng)機制(Neuromechanism)，越來越多理論的提出似乎在暗示著我們，腦科學可能是一個例外。來自于腦科學研究許多有價值的發(fā)現(xiàn)，比如注意、記憶、情緒、認知等等諸多機制逐步被解析，不僅不斷地加深我們對教育的理解，而且讓我們不斷反思，如何利用有限的課堂資源提高學生學習的效率，即如何實現(xiàn)高效課堂。從腦科學的角度探討現(xiàn)代課堂教學的基本要素，對于實現(xiàn)高效課堂具有積極的啟示作用。

高效課堂的概念提出由來已久，最初始于上個世紀中葉美國等西方在教學科學化運動上對“有效教學”的研究。簡單地講，高效課堂就是如何讓學生在規(guī)定的教學時間內(nèi)，獲得盡可能大的收益，即實現(xiàn)教學效果、效率和效益的最大化。在此基礎(chǔ)上，孟照彬[1]提出了“效率優(yōu)先、過程優(yōu)化”的孟氏-有效教育(Meng Shi-Effiective Education in Participatory Organization)理念；馬廣柏[2]在教學效益理念視角下論述了高效課堂的基本要素，認為要實現(xiàn)教學效益最大化，就必須研究教師、學生、教材、時間和環(huán)境這五個要素；朱永飛等[3]從“看、聽、講、想、做、動、靜”等七個基本行為方式論述高效課堂的基本要素及其組合原則。但是目前對課堂教學基本要素的論述大多是從教學理論角度出發(fā)，而從腦科學角度的論述則鮮有報道。

毋容置疑，教學的目的是為了受教育者能得到更好的學習，正所謂“授人以魚，不如授人以漁”。而學習的物質(zhì)基礎(chǔ)就是大腦神經(jīng)結(jié)構(gòu)的改變[4]。盡管實現(xiàn)高效課堂并不需要高深的神經(jīng)科學知識，但是神經(jīng)和認知科學研究正在使大腦學習的機制逐漸明晰，腦科學的研究成果將能夠使教育工作者更好地利用科學知識，以促進高效課堂的發(fā)展。因此，本文在總結(jié)課堂教學顯性因素的基礎(chǔ)上，討論了課堂教學的隱性因素，并在此基礎(chǔ)上，進一步分析了腦科學視角下課堂教學的影響因素，以期能為高效課堂的實現(xiàn)提供科學依據(jù)。

1 課堂教學的顯性因素

課堂教學的顯性因素即物質(zhì)因素，即課堂教學活動中所涉及的各種客觀要素[5]。目前對于課堂因素的組成還存在諸多爭議，理論上要給課堂組成因素下一個確定的結(jié)論是困難的。課型不同組成的課堂因素就不同，同一課型也會因授課時間、內(nèi)容、對象的不同造成課堂因素的不同。但是，隨著時間的累積，在整體趨勢上對課堂因素的認識基本呈逐漸增容態(tài)勢[3]。從最初的“教師與學生”二要素說到“教師、學生、教材”三要素說，到“教師、學生、教材、環(huán)境”四要素說，到“教師、學生、教材、環(huán)境、時間”五要素說，到“教師、學生、教材、工具、時間、空間”六要素說，到“教師、學生、教材、工具、時間、空間、環(huán)境”七要素說，還有目前出現(xiàn)的分層要素說，使得課堂教學因素包含的內(nèi)容越來越多。而且隨著教育研究者對課堂的認識越來越深入，分類也越來越細致。

但是無論課堂要素的劃分隨著時代如何變遷，其物質(zhì)組成是不變的，綜合目前對課堂顯性因素的研究成果，以及對學生學習神經(jīng)機制的理解，我們認為“學生、教師、教材、教室”這四種物質(zhì)要素應該是課堂教學中最重要的顯性因素。其中學生是課堂教學的第一要素，課堂圍繞學生展開，通過學生發(fā)揮作用，最終的課堂效果也是為了學生，而且無論外界環(huán)境如何變化，學生學到知識才是硬道理；教師是第二要素，嚴師出高徒，教師的水平?jīng)Q定了學生的高度；教材即教學內(nèi)容是第三要素，簡單地講就是教師要向?qū)W生傳輸什么知識，教材是教師與學生之間關(guān)系的紐帶；教室是第四要素，好的學習環(huán)境不僅能夠促進學習行為的發(fā)生，而且可以提高學生的學習效率。因此，要實現(xiàn)高效課堂，未來需利用腦科學的成果對這四個要素進一步完善和科學量化，并賦予其新的物質(zhì)內(nèi)涵。

2 課堂教學的隱性因素

如果說上述學生、教師、教材、教室等顯性要素組成了高效課堂物質(zhì)基礎(chǔ)的話，高效課堂的實現(xiàn)還應包括反映課堂精神面貌的隱性要素。隱性要素也即精神形態(tài)要素[3]，概括地講包括學生的精神形態(tài)和教師的精神形態(tài)兩部分。如果說顯性因素表征的是教師的授課水平和學生的學習能力的話，隱性因素衡量的則是課堂教學中老師和學生的狀態(tài)，即教師的授課狀態(tài)和學生的學習狀態(tài)?，F(xiàn)代心理學和腦科學的研究結(jié)果早已證實，一天甚至是一堂課中人的精神集中程度和學習的效率都是不同的。因此，如果說顯性要素為高效課堂的存在和功能發(fā)揮提供了必要條件的話，隱性要素則決定了高效課堂的實現(xiàn)效果。

在課堂教學中決定教師和學生精神狀態(tài)的因素種類繁多，有研究者根據(jù)各部分功能的不同將其劃分為了技能要素、情商要素、認知要素、道德要素等不同方面[5]。盡管一個經(jīng)驗豐富的教師可以通過自己技能和情商來應對教學狀態(tài)的變化，一個悟性超群的學生可以通過自己的認知能力來彌補課堂的走神和心不在焉，但是對于大部分的教師和學生而言，如何科學的利用精神狀態(tài)等內(nèi)在因素的變化規(guī)律，提高課堂教學的效果是課堂教學現(xiàn)代化的必經(jīng)之路。因此，在現(xiàn)代教育中要實現(xiàn)高效課堂就離不開現(xiàn)代科學知識的運用，而在現(xiàn)代科學中腦科學的研究成果將會促進教學的現(xiàn)代化，尤其是高效課堂的發(fā)展。

3 課堂教學的影響因素

如果說顯性因素和隱性因素是組成課堂教學的基本元素的話，如何將這些元素進行合理搭配決定了是否能夠?qū)崿F(xiàn)高效課堂。在高效課堂的影響因素中，由于顯性因素是顯而易見，因此也是容易改變的，比如改善教學環(huán)境、提高課本質(zhì)量、提升教師上課水平等等，但是隱性因素是看不見、摸不著的，必須通過系統(tǒng)完善的現(xiàn)代科學研究才能改善。根據(jù)上述我們對課堂要素的分析可知，課堂教學從本質(zhì)上就是知識在教師和學生大腦之間的傳遞。因此，如果針對一堂課而言，為了使學生最大化的獲得知識，我們認為有三個問題需要思考：學習從什么時間開始，即課堂學習的時差問題；一次學習持續(xù)多長時間合適，即課堂學習的時長問題；一次課堂中什么時間學習效率最高，即課堂學習的效能問題。因此，下面我們將從這三個方面詳細論述腦科學對高效課堂的啟示，圖1給出了上述三個主要影響因素的示意圖。

圖1 課堂教學影響因素示意圖Fig.1 Schematic diagram of influencing factors of classroom education

3.1 課堂學習的時差

時差一般用于形容不同地區(qū)時間上的差異，通常也用來形容人體內(nèi)部生物鐘的變化。大幅度的生物鐘變化會引起身體上的不適，比如眩暈、頭痛、惡心等。而小范圍的生物鐘變化雖然對人體影響較小，但是會使大腦判斷力及注意力下降，對學習和課堂教學影響較大。比如，很多人都有因為早上睡眼惺忪而影響工作和學習質(zhì)量的經(jīng)歷，這種個體的晝夜節(jié)律與其所處環(huán)境所要求的作息之間的錯位被稱為社會時差。

最近有研究顯示[6]，社會時差會導致學習能力和注意力缺陷。美國加州大學伯克利分校和伊利諾伊大學的聯(lián)合研究小組通過對14 894名在校大學生兩年學習管理系統(tǒng)登錄活動記錄的分析發(fā)現(xiàn)，只有40.4%的學生生物鐘與課程安排是同步的，而其余大部分學生經(jīng)歷了大概30 min的社會時差。而且他們發(fā)現(xiàn)社會時差的增加與學業(yè)成績的顯著下降呈強相關(guān)。他們認為,如果學生們可以知道自己的社會時差是多少，并根據(jù)此進行課程的安排，他們的學習成果將會更好。因此，如果可以總結(jié)出大部分同學的社會時差，合理安排上課時間，將極大提高學生學習的效率，獲得良好的課堂效率，對高效課堂將極其有益。

3.2 課堂學習的時長

課堂時長即一節(jié)課具體的上課時長，對其研究也由來已久，其實遠在孔子時代都總結(jié)過課堂時長問題，現(xiàn)在課堂時長的設(shè)定主要是源于教育心理學的研究成果。在教育心理學中有一個重要的觀點就是：青少年的注意力一般持續(xù)集中只有10～30分鐘左右，而成人注意力持續(xù)集中時間要長一些，大概30～50分鐘時長。這就是為什么絕大部分高等院校課堂教學中一堂課設(shè)置為45或50分鐘的原因。也有科學研究顯示，成年人頸部疲勞極限為45分鐘。換句話說，當你全神貫注做任何一件事，45分鐘后都應該站起身活動一下。

此外，腦科學的研究發(fā)現(xiàn)[7]，在進行某項工作時，人類集中精力的時間是一定的。盡管有些人可以長時間的集中精力，有些人只能短時間集中精力，但是40～50 min是平均水平，超過這個時間，大部分同學都不能集中精力了。因此，為了實現(xiàn)高效課堂，就需要大腦注意力要時刻保持集中，而由于大腦高度集中的時間是有限的，如何在有限的精神高度集中時間內(nèi)，盡可能多地獲取知識就顯得尤為珍貴了。因此，為了實現(xiàn)高效課堂，還需要進一步研究大腦注意力集中的神經(jīng)機制，給出課堂學習時長的科學依據(jù)，不僅有利于學生身體健康，而且也能提高其學習效率。

3.3 課堂學習的效能

效能通常是指人們在有目的、有組織活動中所表現(xiàn)出來的效率和效果，而課堂學習效能即一堂課中學生的學習效果。臺灣國立大學在調(diào)查了1 094位大學生課堂注意力的變化，發(fā)現(xiàn)學生在上課剛開始時精神集中，中間漸漸注意力渙散，到下課前精神又回來了[8]。因此，一節(jié)課的時長是固定的，如何當學生處于注意力集中高峰期時，使學生掌握課程的精華與要旨？如何在學生注意力下滑后，繼續(xù)維持學生的學習興趣，使學生繼續(xù)投入課程學習？這些問題對于高效課堂都十分重要。

2017年，Current Biology雜志上發(fā)表的一項研究中，Dikker等[9]嘗試在課堂上讓老師跟學生全部戴上簡易的無線腦電電極帽，然后觀察人跟人之間大腦同步性的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不管是教育者和被教育者之間的腦電同步性，還是被教育者之間相互討論時的同步性，都可以預測最終學習效果的好壞。通過對大腦的腦電信號進行分析，使得我們在課堂上可以隨時知道學生的精神狀況。如果學生的注意力只達到40%，這說明要么教材不好，要么老師不好，要么學生疲勞，此時應該進行一些其它活動，活躍一下課堂氣氛，比如做練習，或講一些重要性弱一些的知識點，比如一些考察性的知識點，等等。因此，在課堂教學中要根據(jù)學生大腦精神注意力的變化改變課堂的教學內(nèi)容，以提高教學效果。

4 結(jié)語

高效課堂源于教學科學化運動。顧名思義，高校課堂就是教學效率高、教育成果顯著的課堂。但是如何去實現(xiàn)高效課堂以體現(xiàn)高效課堂的精髓及則眾說紛紜，可謂仁者見仁，智者見智。二十一世紀是腦的世紀，近年來聲稱以最新大腦研究為基礎(chǔ)的教育方案和項目的受歡迎程度出現(xiàn)了驚人的增長[10]，腦科學的研究成果對于高效課堂具有積極的啟示意義。

但是，如何將腦科學研究引入課堂，目前并沒有合適的技術(shù)途徑，而且也牽扯著哲學和倫理問題，人們忌諱莫深。近期，浙江一小學利用腦機接口頭環(huán)監(jiān)測學生腦電波，以評判學生上課或做作業(yè)時的精神集中狀態(tài)，就引起了人們的廣泛關(guān)注，輿論的反映也褒貶不一。因此，如果能夠通過記錄上課過程中大腦的活動狀態(tài)，研究其中內(nèi)在的變化規(guī)律，也許可以更好地指導課程標準的制定及教學模式的設(shè)計，更科學地實現(xiàn)高效課堂。

本文在腦科學的視角下，討論了課堂教學的顯性因素和隱性因素，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)腦科學的研究成果重點分析了高效課堂影響因素中課堂教學的時差、時長和學習效能問題。從理論上講，在課堂教學中，善用腦科學知識可以幫助教師更好地進行教學設(shè)計，提高教學效果。但是，將腦科學與課堂教學有效結(jié)合的實踐問題將還任重而道遠。