研究發現,學習物理會活化與科學無關的大腦區域

作者 | 發布日期 2018 年 05 月 28 日 17:17 | 分類 生物科技 , 科技教育 follow us in feedly

一項新研究指出,當人們思考並試圖解決物理問題時,會活化大腦與科學無關的區域,比如後扣帶回皮質,這裡通常與事件記憶和自我指涉思想有關。



這項研究結果也表明,大腦活動可透過不同形式的教學改變,教師的教學方法很大程度上影響了學生對事物的理解能力。

新研究由美國卓克索大學(Drexel University)藝術科學系副教授 Eric Brewe 領導,召集超過 50 名學生志願參與一堂以「建模教學」(Modeling Instruction)方式進行的物理課程,教師以模型來解釋科學原理,學生則根據真實模型再形成個人心智模型(mental model,註),透過內心的反覆建構修正過程來探究現象。

在上課前後,志願者先後接受力學觀念評量「Force Concept Inventory」(簡稱 FCI),這是一項評估學生對牛頓力學基本概念的測驗,評測同時,團隊以功能性磁振造影(fMRI)掃描學生大腦,透過分析腦中血流量變化觀察哪些大腦區域在上完課後變得活躍。

掃描結果顯示,在上課之前,學生大腦中與注意力、工作記憶、問題解決等相關區域:外側前額葉皮質(lateral prefrontal cortex)及頂葉皮質(parietal cortex)出現活動跡象,其中外側前額葉皮質可以產生心理模擬(mental simulation),Eric Brewe 表示,這說明學習物理是富有想像力的過程。

但上完課後再次掃描,結果出現了非預料中的大腦活躍區域,也就是與事件記憶(episodic memory)、自我指涉(self-referential thought)有關的後扣帶回皮質(posterior cingulate cortex),其中事件記憶(也稱情節記憶、插曲式記憶、經歷性記憶)是指人將某個時間(何時發生)、環境背景(地點、人物、情境)與當下感受等全部結合在一起,編碼下來並儲存成長期記憶。

Eric Brewe 認為,這些大腦活動的變化可能與學生進行物理推理後產生的更複雜行為變化相關,研究結論,如果能找到正確的建模教學形式,或許便能鼓勵學生使用自己的心智模型來理解新概念。

註:根據國教院名詞解釋,心智模型(mental model)可以想成當專家和生手在解決問題時,會各自形成一套內在思考與運作方式,不同個體對現實世界中某事運作會建立不同內在認知歷程。

(首圖來源:pixabay