Μετά το μάθημα φυσικής νέες περιοχές του εγκεφάλου των φοιτητών ενεργοποιήθηκαν

Σάρωση με χρήση fMRI προσδιόρισε ότι η εκμάθηση της φυσικής ενεργοποίησε νέα τμήματα του εγκεφάλου

Νέα μελέτη δείχνει ότι μέρη του εγκεφάλου που δεν συνδέονται παραδοσιακά με τη μάθηση της επιστήμης ενεργοποιούνται όταν οι άνθρωποι αντιμετωπίζουν την επίλυση προβλημάτων φυσικής. Οι ερευνητές, υπό την ηγεσία του Eric Brewe, αναπληρωτή καθηγητή στο Κολέγιο Τεχνών και Επιστήμης του Πανεπιστημίου Drexel, αναφέρουν ότι αυτό δείχνει ότι η δραστηριότητα του εγκεφάλου μπορεί να τροποποιηθεί με διάφορες μορφές διδασκαλίας.Χρησιμοποιώντας fMRI (functional magnetic resonance imaging) για να μετρήσουν τη ροή του αίματος στον εγκέφαλο, οι ερευνητές εστίασαν στο να χαρτογραφήσουν ποιες περιοχές ενεργοποιούνται όταν συμπληρώνονταν μια εργασία με συλλογισμούς στη φυσική, τόσο πριν από μάθημα σχετικό με κάποιες έννοιες όσο και μετά. «Οι νευροβιολογικές διαδικασίες που υποστηρίζουν τη μάθηση είναι σύνθετες και όχι πάντα άμεσα συνδεδεμένες με αυτό που θεωρούμε ότι σημαίνει το να μαθαίνει κανείς», είπε ο Breweγια τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν στο Frontiers in ICT.
Περισσότεροι από 50 εθελοντές σπουδαστές έλαβαν μέρος στη μελέτη, στο πλαίσιο της οποίας διδάχθηκαν ένα μάθημα φυσικής όπου χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα «Modeling Instruction»*, ένας τρόπος διδακτικής προσέγγισης που ενθαρρύνει τους σπουδαστές να είναι ενεργά συμμέτοχοι στη διαδικασία της μάθησής τους. Πριν συμμετάσχουν στην τάξη, οι σπουδαστές απάντησαν σε ερωτήσεις από μια συντομευμένη έκδοση του «Force Concept Inventory» ενώ παρακολουθήθηκαν από fMRI. Το «Force Concept Inventory» είναι ένα τεστ που αξιολογεί τη γνώση των εννοιών φυσικής που συνήθως διδάσκονται στις πρώτες τάξεις της κολεγιακής φυσικής.
Μετά, αφού οι σπουδαστές συμπλήρωσαν το μάθημά τους στη φυσική, συμπλήρωσαν και πάλι το «Force Concept Inventory» και άλλη μια φορά παρακολουθήθηκαν από fMRI. Στην προ διδασκαλίας σάρωση, μέρη του εγκεφάλου που συσχετίζονται με την προσοχή, την εργαζόμενη μνήμη και τη λύση προβλημάτων – ο πλευρικός προμετωπιαίος φλοιός και ο βρεγματικός φλοιός – έδειξαν ενεργοποίηση. «Ένα από τα κλειδιά μοιάζει να είναι μια περιοχή του εγκεφάλου, ο ραχιαίος πλευρικός προμετωπιαίος φλοιός, που παράγει νοητικές προσομοιώσεις», ανέφερε ο Brewe. «Αυτό υποδηλώνει ότι η εκμάθηση φυσικής είναι μια δημιουργική διαδικασία».
Μετά, αφού τα υποκείμενα είχαν ολοκληρώσει την τάξη τους, η σύγκριση των προ- και μετά-μάθησης σαρώσεων αποκάλυψαν αυξανόμενη δραστηριότητα στους μετωπιαίους, που ήταν αναμενόμενο καθώς συνδέθηκαν με τη μάθηση. Όμως υπήρχε και άλλη μια περιοχή που επίσης δραστηριοποιήθηκε: ο οπίσθιος φλοιός του προσαγωγίου, που συνδέθηκε με την επεισοδιακή μνήμη και την αυτο-αναφορική σκέψη. «Ο αλλαγές αυτές στην εγκεφαλική δραστηριότητα μπορεί να σχετίζονται με περισσότερο πολύπλοκες συμπεριφορικές αλλαγές στο πώς οι σπουδαστές κάνουν λογικούς συλλογισμούς μέσω των ερωτήσεων φυσικής μετά- σε σχέση με το πριν-τη διδασκαλία», γράφουν σχετικά στη μελέτη ο Brewe και οι άλλοι συγγραφείς. «Αυτές μπορεί να περιλαμβάνουν αλλαγές στη στρατηγική ή μια αυξανόμενη πρόσβαση στο γνωσιακό φορτίο της φυσικής και στους πόρους της λύσης προβλημάτων».
Ένας από τους σκοπούς της μελέτης ήταν να εξερευνηθεί περαιτέρω πώς χρησιμοποιείται η μορφή διδασκαλίας Modeling Instruction, για να ενθαρρύνει τους σπουδαστές να χρησιμοποιούν τα δικά τους νοητικά μοντέλα για να κατανοούν νέες έννοιες. «Η ιδέα των νοητικών μοντέλων είναι κάτι για το οποίο οι άνθρωποι που ερευνούν τη μάθηση αγαπούν να μιλούν, όμως δεν έχουν στοιχεία του τι συμβαίνει μέσα στον εγκέφαλο εκτός από ότι οι άνθρωποι λένε ή κάνουν», είπε ο Brewe. «Στην πραγματικότητα αναζητούμε στοιχεία από το εσωτερικό του εγκεφάλου».
Ως εκ τούτου, ο Brewe και οι συνάδελφοί του ερευνητές θεωρούν ότι η έρευνά τους παρέχει μια καλή εικόνα σε αυτό που ίσως είναι τυπικό όταν αυτά τα «νοητικά μοντέλα» επικρατούν. Όμως γιατί φυσική; Τι την καθιστά ιδανικό θέμα για τη μελέτη της νοητικής μοντελοποίησης στον εγκέφαλο; Ο Brewe ανέφερε ότι έχει υπάρξει έρευνα στα δίκτυα του εγκεφάλου που σχετίζονται με τη μάθηση μαθηματικών και ανάγνωσης. Όμως η νοητική μοντελοποίηση είναι κατάλληλη ειδικά για τη φυσική, η οποία δεν έλαβε τη δέουσα προσοχή. «Η φυσική είναι αληθινά καλή περιοχή για να κατανοήσεις τη μάθηση για δυο λόγους», είπε ο Brewe. «Πρώτα, ασχολείται με πράγματα με τα οποία οι άνθρωποι έχουν άμεση εμπειρία, κάνοντας και τα δυο, την τυπική μάθηση της τάξης και την άτυπη γνώση, να σχετίζονται και που μερικές φορές ευθυγραμμίζονται – και άλλες φορές κοντράρονται. Δεύτερον η φυσική βασίζεται σε νόμους, έτσι υπάρχουν απόλυτα που διέπουν τον τρόπο που το σώμα λειτουργεί», ολοκληρώνει ο Brewe.
Κινούμενοι προς τα εμπρός, ο Brewe και ο συνεργάτες του συνεπαρμένοι με ότι η μελέτη αυτή ανοίγει στην προσπάθειά του να βελτιώσει τη μάθηση της φυσικής στις ΗΠΑ και πέρα από αυτές σχεδιάζουν τα επόμενα βήματά τους για τη διεύρυνση της έρευνάς τους αυτής.

Πηγή: Drexel University  egno.gr

Περισσότερα στη δημοσίευση: Toward a Neurobiological Basis for Understanding Learning in University Modeling Instruction Physics Courses. Frontiers in ICT.



*Το Πρόγραμμα Modeling Instruction άρχισε να αναπτύσσεται στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Arizona το 1980 υπό την καθοδήγηση του David Hestenes και την ενεργό συμμετοχή του Malcolm Wells. Αντίθετα από την παραδοσιακή προσέγγιση, στην οποία οι σπουδαστές/τριες προχωράνε μέσω μιας ατελείωτης σειράς φαινομενικά ασυσχέτιστων περιοχών, η Μέθοδος της Μοντελοποίησης οργανώνει το μάθημα γύρω από μικρές ομάδες επιστημονικών μοντέλων, κάνοντας έτσι την πορεία προς τη μάθηση συνεκτική. Το 2000 το πρόγραμμα επεκτάθηκε στις φυσικές επιστήμες και το 2005 στη Χημεία. Το 2011 ετοιμάστηκε και ένα νέο πρόγραμμα για τη Βιολογία.