Neuroscienze dell'apprendimento: Applicazioni Didattiche Ottimizzate

Negli ultimi anni si è assistito a un'ondata di interesse per la ricerca neurofisiologica che esplora lo sviluppo e il funzionamento del cervello. Molti educatori guardano alla ricerca sul cervello con interesse, perché credono che possa suggerire modi per rendere i materiali didattici e l'istruzione compatibili con il modo in cui i bambini elaborano le informazioni e imparano.

Sfortunatamente, la storia delle scienze comportamentali riflette una disconnessione tra la ricerca sul cervello e le teorie dell'apprendimento. La ricerca sul cervello e il comportamento non è nuova; si ricordi la teoria neurofisiologica di Hebb (1949) discussa in precedenza in questo capitolo. I teorici dell'apprendimento in varie tradizioni, pur riconoscendo l'importanza della ricerca sul cervello, hanno teso a formulare e testare le teorie indipendentemente dai risultati della ricerca sul cervello.

Questa situazione sta chiaramente cambiando. I ricercatori nel campo dell'istruzione credono sempre più che la comprensione dei processi cerebrali fornisca ulteriori spunti sulla natura dell'apprendimento e dello sviluppo (Byrnes & Fox, 1998). In effetti, alcune spiegazioni cognitive dell'apprendimento (ad esempio, l'attivazione delle informazioni nella memoria, il trasferimento di informazioni dalla WM alla LTM) coinvolgono i processi del SNC, e la psicologia del cervello ha iniziato a spiegare le operazioni coinvolte nell'apprendimento e nella memoria. I risultati della ricerca sul cervello supportano effettivamente molti risultati ottenuti negli studi di ricerca sull'apprendimento e la memoria (Byrnes, 2001; Byrnes & Fox, 1998).

È deplorevole che alcuni educatori abbiano generalizzato eccessivamente i risultati della ricerca sul cervello per formulare raccomandazioni didattiche ingiustificate. Sebbene le funzioni cerebrali siano in una certa misura localizzate, ci sono molte prove che i compiti richiedono l'attività di entrambi gli emisferi e che le loro differenze sono più relative che assolute (Byrnes & Fox, 1998). L'identificazione di studenti “con cervello destro” e “con cervello sinistro” si basa di solito su osservazioni informali piuttosto che su misure e strumenti scientificamente validi e affidabili. Il risultato è che alcuni metodi didattici vengono utilizzati con gli studenti non a causa di effetti comprovati sull'apprendimento, ma piuttosto perché presumibilmente utilizzano le presunte preferenze cerebrali degli studenti.

Questioni educative rilevanti per la ricerca sul cervello.

• Ruolo dell'educazione precoce
• Complessità dei processi cognitivi
• Diagnosi di specifiche difficoltà
• Natura multiforme dell'apprendimento

La ricerca sul cervello, e la ricerca sul SNC in generale, solleva molte questioni rilevanti per l'istruzione. Rispetto ai cambiamenti evolutivi, una questione riguarda il ruolo critico dell'educazione precoce. Il fatto che il cervello dei bambini sia super-denso implica che un numero maggiore di neuroni non sia necessariamente migliore. Probabilmente esiste uno stato di funzionamento ottimale in cui il cervello ha il numero “giusto” di neuroni e sinapsi—né troppo né troppo pochi. Lo sviluppo fisico, emotivo e cognitivo implica che il cervello si avvicini al suo stato ottimale. Uno sviluppo atipico—che si traduce in disabilità dello sviluppo—può verificarsi perché questo processo di riduzione non procede normalmente.

Questo processo di modellamento e formazione nel cervello suggerisce che l'educazione della prima infanzia è di fondamentale importanza. I periodi di sviluppo dell'infanzia e dell'età prescolare possono gettare le basi per l'acquisizione di competenze necessarie per avere successo a scuola (Byrnes & Fox, 1998). I programmi di intervento precoce (ad esempio, Head Start) hanno dimostrato di migliorare la preparazione scolastica e l'apprendimento dei bambini, e molti stati hanno implementato programmi di istruzione prescolare. La ricerca sul cervello giustifica questa enfasi sull'educazione precoce.

Una seconda questione riguarda l'idea che l'istruzione e le esperienze di apprendimento debbano essere pianificate tenendo conto della complessità dei processi cognitivi come l'attenzione e la memoria. La ricerca nelle neuroscienze ha dimostrato che l'attenzione non è un processo unitario, ma comprende piuttosto molte componenti (ad esempio, l'allerta a un cambiamento nello stato attuale, la localizzazione della fonte del cambiamento). La memoria è analogamente differenziata in tipi, come quella dichiarativa e procedurale. L'implicazione è che gli educatori non possono presumere che una particolare tecnica didattica “attiri l'attenzione degli studenti” o “li aiuti a ricordare.” Piuttosto, dobbiamo essere più specifici su quali aspetti dell'attenzione l'istruzione farà appello e quale tipo specifico di memoria viene affrontato.

Una terza questione riguarda la correzione delle difficoltà di apprendimento degli studenti. La ricerca sul cervello suggerisce che la chiave per correggere le carenze in una materia specifica è determinare con quali aspetti della materia lo studente ha difficoltà e quindi affrontarli specificamente. La matematica, ad esempio, comprende molte sottocomponenti, come la comprensione di numeri e simboli scritti, il recupero di fatti e la capacità di scrivere numeri. La lettura comprende processi ortografici, fonologici, semantici e sintattici. Dire che uno è un cattivo lettore non diagnostica dove risiede la difficoltà. Solo valutazioni precise possono fare tale identificazione, e quindi può essere implementata una procedura correttiva che affronterà la specifica carenza. Un programma di lettura generale che affronta tutti gli aspetti della lettura (ad esempio, identificazione delle parole, significati delle parole) è analogo a un antibiotico generale somministrato a una persona malata; potrebbe non essere la terapia migliore. Sembra pedagogicamente vantaggioso offrire un'istruzione correttiva in quelle aree che richiedono maggiormente correzione. Ad esempio, l'istruzione sulla strategia cognitiva nelle debolezze dei bambini può essere combinata con l'istruzione di lettura tradizionale (Katzir & Paré-Blagoev, 2006).

L'ultima questione riguarda la complessità delle teorie dell'apprendimento. La ricerca sul cervello ha dimostrato che le teorie sfaccettate dell'apprendimento sembrano catturare meglio lo stato reale delle cose rispetto ai modelli parsimoniosi. C'è molta ridondanza nelle funzioni cerebrali, il che spiega la comune scoperta che quando un'area del cervello nota per essere associata a una data funzione è traumatizzata, la funzione potrebbe non scomparire completamente (un altro motivo per cui le distinzioni tra “eremisfero destro” e “eremisfero sinistro” non hanno molta credibilità). Nel corso del tempo, le teorie dell'apprendimento sono diventate più complesse. Le teorie del condizionamento classico e operante sono molto più semplici della teoria cognitivo-sociale, della teoria dell'elaborazione delle informazioni cognitive e della teoria costruttivista. Queste ultime teorie riflettono meglio la realtà del cervello. Ciò suggerisce che gli educatori dovrebbero accettare la complessità degli ambienti di apprendimento scolastico e indagare i modi in cui i molteplici aspetti degli ambienti possono essere coordinati per migliorare l'apprendimento degli studenti.

Questo capitolo suggerisce alcune pratiche educative specificche che facilitano l'apprendimento e che sono supportate dalla ricerca sul cervello. Byrnes (2001) sosteneva che la ricerca sul cervello è rilevante per la psicologia e l'educazione nella misura in cui aiuta psicologi ed educatori a sviluppare una comprensione più chiara dell'apprendimento, dello sviluppo e della motivazione; cioè, è rilevante quando aiuta a convalidare le previsioni esistenti delle teorie dell'apprendimento.

Apprendimento Basato sui Problemi

L'apprendimento basato sui problemi è un metodo di apprendimento efficace. L'apprendimento basato sui problemi coinvolge gli studenti nell'apprendimento e aiuta a motivarli. Quando gli studenti lavorano in gruppo, possono anche migliorare le loro capacità di apprendimento cooperativo. L'apprendimento basato sui problemi richiede agli studenti di pensare in modo creativo e di applicare le loro conoscenze in modi unici. È particolarmente utile per progetti che non hanno un'unica soluzione corretta.

Pratiche educative supportate dalla ricerca sul cervello.

• Apprendimento basato sui problemi
• Simulazioni e giochi di ruolo
• Discussioni attive
• Grafica
• Clima positivo

L'efficacia dell'apprendimento basato sui problemi è supportata dalla ricerca sul cervello. Con le sue molteplici connessioni, il cervello umano è cablato per risolvere i problemi (Jensen, 2005). Gli studenti che collaborano per risolvere i problemi diventano consapevoli di nuovi modi in cui la conoscenza può essere utilizzata e combinata, il che forma nuove connessioni sinaptiche. Inoltre, l'apprendimento basato sui problemi è adatto a fare appello alla motivazione degli studenti e a generare coinvolgimento emotivo, che può anche creare reti neurali più estese.

Simulazioni e Giochi di Ruolo

Le simulazioni e i giochi di ruolo hanno molti degli stessi benefici dell'apprendimento basato sui problemi. Le simulazioni possono avvenire tramite computer, nella classe normale o in ambienti speciali (ad esempio, musei). Il gioco di ruolo è una forma di modellazione in cui gli studenti osservano gli altri. Sia le simulazioni che i giochi di ruolo offrono agli studenti opportunità di apprendimento che non sono normalmente disponibili. Questi metodi hanno benefici motivazionali e catturano l'attenzione degli studenti. Consentono agli studenti di interagire attivamente con il materiale e di investirsi emotivamente. Collettivamente, questi benefici aiutano a promuovere l'apprendimento.

Discussioni Attive

Molti argomenti si prestano bene alle discussioni degli studenti. Gli studenti che partecipano a una discussione sono costretti a partecipare; non possono essere osservatori passivi. Questo maggiore livello di coinvolgimento cognitivo ed emotivo porta a un migliore apprendimento. Inoltre, partecipando alle discussioni, gli studenti sono esposti a nuove idee e le integrano con le loro concezioni attuali. Questa attività cognitiva aiuta a costruire connessioni sinaptiche e nuovi modi di utilizzare le informazioni.

Grafica

Il corpo umano è strutturato in modo tale da assorbire più informazioni visivamente che attraverso tutti gli altri sensi (Wolfe, 2001). Le visualizzazioni aiutano a promuovere l'attenzione, l'apprendimento e la memorizzazione. I risultati collettivi della ricerca sull'apprendimento e sul cervello supportano i benefici della grafica. Gli insegnanti che utilizzano la grafica nel loro insegnamento e che fanno utilizzare la grafica agli studenti (ad esempio, lucidi, presentazioni PowerPoint©, dimostrazioni, disegni, mappe concettuali, organizzatori grafici) sfruttano l'elaborazione delle informazioni visive e sono in grado di migliorare l'apprendimento.

Clima Positivo

Abbiamo visto nella sezione sulle emozioni che l'apprendimento procede meglio quando gli studenti hanno un atteggiamento positivo e si sentono emotivamente sicuri. Al contrario, l'apprendimento non è facilitato quando gli studenti sono stressati o ansiosi, ad esempio quando temono di offrire risposte perché l'insegnante si arrabbia se le loro risposte sono errate. La ricerca sul cervello convalida l'effetto positivo che il coinvolgimento emotivo può avere sull'apprendimento e sulla costruzione di connessioni sinaptiche. Gli insegnanti che creano un clima positivo in classe scopriranno che i problemi di comportamento sono ridotti al minimo e che gli studenti diventano più investiti nell'apprendimento.

La neuroscienza dell'apprendimento è la scienza della relazione tra il sistema nervoso e l'apprendimento e il comportamento. Sebbene la ricerca neuroscientifica sia stata condotta per diversi anni in medicina e nelle scienze, recentemente è diventata di interesse per gli educatori a causa delle implicazioni didattiche dei risultati della ricerca. La ricerca neuroscientifica affronta il sistema nervoso centrale (SNC), che comprende il cervello e il midollo spinale e regola il comportamento volontario, e il sistema nervoso autonomo (SNA), che regola le azioni involontarie.

Il SNC è composto da miliardi di cellule nel cervello e nel midollo spinale. Ci sono due tipi principali di cellule: neuroni e cellule gliali. I neuroni inviano e ricevono informazioni attraverso muscoli e organi. Ogni neurone è composto da un corpo cellulare, migliaia di dendriti corti e un assone. I dendriti ricevono informazioni da altre cellule; gli assoni inviano messaggi alle cellule. La guaina mielinica circonda gli assoni e facilita il viaggio dei segnali. Gli assoni terminano in strutture ramificate (sinapsi) che si collegano con le estremità dei dendriti. I neurotrasmettitori chimici alle estremità degli assoni attivano o inibiscono le reazioni nei dendriti contratti. Questo processo consente di inviare rapidamente segnali attraverso strutture neurali e corporee. Le cellule gliali supportano il lavoro dei neuroni rimuovendo le sostanze chimiche non necessarie e le cellule cerebrali morte. Le cellule gliali stabiliscono anche la guaina mielinica.

Il cervello umano adulto (cervello) pesa circa tre libbre ed è circa le dimensioni di un cantalupo. La sua texture esterna è rugosa. A coprire il cervello c'è la corteccia cerebrale, un sottile strato che è la sostanza grigia rugosa del cervello. Le rughe consentono alla corteccia di avere più neuroni e connessioni neurali. La corteccia ha due emisferi (sinistro e destro), ciascuno dei quali ha quattro lobi (occipitale, parietale, temporale, frontale). Con alcune eccezioni, la struttura del cervello è approssimativamente simmetrica. La corteccia è l'area primaria coinvolta nell'apprendimento, nella memoria e nell'elaborazione delle informazioni sensoriali. Alcune altre aree chiave del cervello sono il tronco encefalico, la formazione reticolare, il cervelletto, il talamo, l'ipotalamo, l'amigdala, l'ippocampo, il corpo calloso, l'area di Broca e l'area di Wernicke.

L'emisfero sinistro del cervello generalmente governa il campo visivo destro, e viceversa. Molte funzioni cerebrali sono localizzate in una certa misura. Il pensiero analitico sembra essere centrato nell'emisfero sinistro, mentre l'elaborazione spaziale, uditiva, emotiva e artistica si verifica principalmente nell'emisfero destro. Allo stesso tempo, molte aree del cervello lavorano insieme per elaborare le informazioni e regolare le azioni. C'è molta sovrapposizione tra i due emisferi poiché sono uniti da fasci di fibre, il più grande dei quali è il corpo calloso.

Il lavoro congiunto di più aree cerebrali è chiaramente visibile nell'acquisizione e nell'uso del linguaggio. Il lato sinistro della corteccia cerebrale del cervello è fondamentale per la lettura. Regioni specifiche del cervello sono associate all'elaborazione ortografica, fonologica, semantica e sintattica richiesta nella lettura. L'area di Wernicke nell'emisfero sinistro controlla la comprensione del linguaggio e l'uso della sintassi corretta quando si parla. L'area di Wernicke lavora a stretto contatto con l'area di Broca nel lobo frontale sinistro, che è necessaria per parlare. Tuttavia, l'emisfero destro è fondamentale per interpretare il contesto e quindi il significato di gran parte del discorso.

Varie tecnologie vengono utilizzate per condurre la ricerca sul cervello. Questi includono raggi X, scansioni TAC, EEG, scansioni PET, MRI e fMRI. Il campo della ricerca sul cervello sta cambiando rapidamente e nuove tecnologie di maggiore sofisticazione continueranno a essere sviluppate.

Da una prospettiva neuroscientifica, l'apprendimento è il processo di costruzione e modifica delle connessioni e delle reti neurali (sinaptiche). Gli input sensoriali vengono elaborati nelle porzioni di memorie sensoriali del cervello; quelli che vengono conservati vengono trasferiti alla WM, che sembra risiedere in più parti del cervello ma principalmente nella corteccia prefrontale del lobo frontale. Le informazioni possono quindi essere trasferite alla LTM. Diverse parti del cervello sono coinvolte nella LTM a seconda del tipo di informazione (ad es. dichiarativa, procedurale). Con ripetute presentazioni di stimoli o informazioni, le reti neurali si rafforzano in modo tale che le risposte neurali si verifichino rapidamente. Il processo di stabilizzazione e rafforzamento delle connessioni sinaptiche è noto come consolidamento e, attraverso il consolidamento, la struttura fisica e l'organizzazione funzionale del cervello vengono modificate.

Fattori influenti sullo sviluppo del cervello sono la genetica, la stimolazione ambientale, la nutrizione, gli steroidi e i teratogeni. Durante lo sviluppo prenatale, il cervello cresce in dimensioni, struttura e numero di neuroni, cellule gliali e sinapsi. Il cervello si sviluppa rapidamente nei neonati; i bambini piccoli hanno connessioni neurali complesse. Man mano che i bambini perdono le sinapsi cerebrali, quelle che conservano dipendono in parte dalle attività in cui si impegnano. Sembrano esserci periodi critici durante i primi anni di vita per lo sviluppo del linguaggio, delle emozioni, delle funzioni motorie sensoriali, delle capacità uditive e della vista. Lo sviluppo precoce del cervello beneficia di ricche esperienze ambientali e del legame emotivo con genitori e caregiver. Cambiamenti importanti si verificano anche nel cervello degli adolescenti in termini di dimensioni, struttura, numero e organizzazione dei neuroni.

Due controparti neurali della motivazione coinvolgono le ricompense e gli stati motivazionali. Il cervello sembra avere un sistema per elaborare le ricompense e produce le proprie ricompense sotto forma di oppiacei che si traducono in un high naturale. Il cervello può essere predisposto a sperimentare e sostenere risultati piacevoli e la rete del piacere può essere attivata dall'aspettativa di una ricompensa. Gli stati motivazionali sono complesse connessioni neurali che includono emozioni, cognizioni e comportamenti. La chiave per l'istruzione è mantenere la motivazione per l'apprendimento entro un intervallo ottimale.

Il funzionamento delle emozioni nel SNC è complesso. Le reazioni emotive consistono in fasi, come l'orientamento all'evento, l'integrazione dell'evento, la selezione di una risposta e il mantenimento del contesto emotivo. L'attività emotiva legata al cervello può differire per le emozioni primarie e quelle culturalmente basate. Le emozioni possono facilitare l'apprendimento perché dirigono l'attenzione e influenzano l'apprendimento e la memoria. Il coinvolgimento emotivo è auspicabile per l'apprendimento; ma quando le emozioni diventano troppo grandi, l'apprendimento cognitivo è ostacolato.

I risultati della ricerca sul cervello supportano molti risultati ottenuti negli studi di ricerca cognitiva sull'apprendimento e sulla memoria. Ma è importante non generalizzare eccessivamente i risultati della ricerca sul cervello attraverso tale etichettatura degli studenti come cervello destro o sinistro. La maggior parte dei compiti di apprendimento richiede l'attività di entrambi gli emisferi e le differenze tra le funzioni cerebrali sono più relative che assolute.

La ricerca sul cervello suggerisce che l'educazione precoce è fondamentale, l'istruzione dovrebbe tenere conto delle complessità cognitive dei bambini, la valutazione di problemi specifici è necessaria per pianificare interventi adeguati e le teorie complesse dell'apprendimento catturano meglio il funzionamento del cervello rispetto alle teorie più semplici. Alcune pratiche educative efficaci basate sul cervello sono l'apprendimento basato sui problemi, le simulazioni e i giochi di ruolo, le discussioni attive, la grafica e un clima positivo.