一項新的研究顯示,當人們解決物理學上的問題時,會活化大腦與學習科學無關的區域,比如大腦的後扣帶皮層,它與情節記憶和自我指涉思想相關聯。

使用功能磁共振成像(fMRI)來測量大腦中的血流量,研究人員可以查看在完成物理推理任務時哪些大腦區域變得活躍。 

超過50名志願者參加了這項研究。在這項研究中他們學習了一門利用「建模指導」的方式來教學的物理課程,這是一種鼓勵學生積極參與學習的教學方式。 

在他們參加課程之前,學生在接受功能性核磁共振成像(fMRI)的同時回答了部份力學概念清單的問題。 

力學概念清單是一種測試,用於評估早期大學物理課程中通常教授的物理概念的知識。 

志願者學生完成物理學課程後,他們再次參加了力學概念清單的測試,同時也被fMRI監測。 

學習物理可豐富想像力

掃瞄結果顯示,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)。德雷塞爾大學(Drexel University)藝術與科學學院副教授Eric Brewe表示,這說明學習物理是富有想像力的過程。 

但上完課後再次掃瞄,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)有關的後扣帶回皮層(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。

「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。 」Brewe 談到。這也表明大腦的活動可以通過不同形式的教學進行調整。 

該研究的目的之一是進一步探索如何使用教學形式,建模教學,鼓勵學生使用自己的心智模式來理解新的概念。Brewe很期待這項研究能在未來為改善美國及其它地區的物理教學提供依據。◇