Neirozinātne mācībās: Instruktīvi pielietojumi

Pēdējos gados ir vērojama liela interese par neirofizioloģiskiem pētījumiem, kas pēta smadzeņu attīstību un funkcionēšanu. Daudzi pedagogi ar interesi vēro smadzeņu pētījumus, jo uzskata, ka tie varētu ieteikt veidus, kā padarīt mācību materiālus un instrukcijas saderīgas ar to, kā bērni apstrādā informāciju un mācās.

Diemžēl uzvedības zinātnes vēsture atspoguļo atšķirības starp smadzeņu pētījumiem un mācību teorijām. Pētījumi par smadzenēm un uzvedību nav nekas jauns; atcerieties Heba (1949) neirofizioloģisko teoriju, kas tika apskatīta iepriekš šajā nodaļā. Mācību teorētiķi dažādās tradīcijās, atzīstot smadzeņu pētījumu nozīmi, ir tiekušies formulēt un pārbaudīt teorijas neatkarīgi no smadzeņu pētījumu atklājumiem.

Šī situācija acīmredzami mainās. Izglītības pētnieki arvien vairāk uzskata, ka smadzeņu procesu izpratne sniedz papildu ieskatu mācīšanās un attīstības būtībā (Byrnes & Fox, 1998). Patiešām, daži kognitīvie skaidrojumi par mācīšanos (piemēram, informācijas aktivizēšana atmiņā, informācijas pārsūtīšana no darba atmiņas uz ilgtermiņa atmiņu) ietver CNS procesus, un smadzeņu psiholoģija ir sākusi izskaidrot darbības, kas saistītas ar mācīšanos un atmiņu. Smadzeņu pētījumu atklājumi faktiski atbalsta daudzus rezultātus, kas iegūti pētījumos par mācīšanos un atmiņu (Byrnes, 2001; Byrnes & Fox, 1998).

Žēl, ka daži pedagogi ir pārāk vispārinājuši smadzeņu pētījumu rezultātus, lai sniegtu nepamatotus ieteikumus par apmācību. Lai gan smadzeņu funkcijas zināmā mērā ir lokalizētas, ir daudz pierādījumu tam, ka uzdevumi prasa abu pusložu aktivitāti un ka to atšķirības ir vairāk relatīvas nekā absolūtas (Byrnes & Fox, 1998). “Ar labo puslodi” un “Ar kreiso puslodi” domājošu studentu identificēšana parasti pamatojas uz neformāliem novērojumiem, nevis uz zinātniski pamatotiem un ticamiem mēriem un instrumentiem. Rezultātā dažas izglītības metodes tiek izmantotas ar studentiem nevis tāpēc, ka tām ir pierādīta ietekme uz mācīšanos, bet gan tāpēc, ka tās, iespējams, izmanto studentu pieņemtās smadzeņu preferences.

Ar smadzeņu pētījumiem saistīti izglītības jautājumi.

• Agrīnās izglītības loma
• Kognitīvo procesu sarežģītība
• Specifisku grūtību diagnostika
• Mācīšanās daudzšķautņainā daba

Smadzeņu pētījumi un CNS pētījumi kopumā rada daudzus jautājumus, kas attiecas uz izglītību. Attiecībā uz attīstības izmaiņām, viens no jautājumiem ir agrīnās izglītības kritiskā loma. Fakts, ka bērnu smadzenes ir īpaši blīvas, nozīmē, ka vairāk neironu ne vienmēr ir labāk. Iespējams, pastāv optimāls darbības stāvoklis, kurā smadzenēm ir “īstais” neironu un sinapšu skaits—ne pārāk daudz, ne pārāk maz. Fiziskā, emocionālā un kognitīvā attīstība ietver smadzeņu tuvošanos optimālajam stāvoklim. Atipiska attīstība—kas izraisa attīstības traucējumus—var rasties tāpēc, ka šis samazināšanas process nenotiek normāli.

Šis smadzeņu veidošanas un formas piešķiršanas process liecina, ka agrīnā bērnības izglītība ir ārkārtīgi svarīga. Zīdaiņu un pirmsskolas vecuma attīstības periodi var sagatavot pamatu kompetenču apguvei, kas nepieciešamas, lai gūtu panākumus skolā (Byrnes & Fox, 1998). Ir pierādīts, ka agrīnās intervences programmas (piemēram, Head Start) uzlabo bērnu gatavību skolai un mācīšanos, un daudzi štati ir ieviesuši pirmsskolas izglītības programmas. Smadzeņu pētījumi pamato šo uzsvaru uz agrīno izglītību.

Otrs jautājums attiecas uz ideju, ka mācību un mācīšanās pieredze ir jāplāno, ņemot vērā tādu kognitīvo procesu sarežģītību kā uzmanība un atmiņa. Neirozinātnes pētījumi ir parādījuši, ka uzmanība nav vienots process, bet gan ietver daudzas sastāvdaļas (piemēram, brīdināšana par izmaiņām pašreizējā stāvoklī, izmaiņu avota lokalizācija). Atmiņa ir līdzīgi diferencēta tipos, piemēram, deklaratīvā un procedurālā. Tas nozīmē, ka pedagogi nevar pieņemt, ka konkrēta mācību metode “iekaro skolēnu uzmanību” vai “palīdz viņiem atcerēties.” Drīzāk mums ir jābūt precīzākiem par to, kādiem uzmanības aspektiem mācības patiks un kāds konkrēts atmiņas veids tiek aplūkots.

Trešais jautājums attiecas uz skolēnu mācīšanās grūtību novēršanu. Smadzeņu pētījumi liecina, ka galvenais, lai novērstu trūkumus konkrētā priekšmetā, ir noteikt, ar kādiem priekšmeta aspektiem skolēnam ir grūtības, un pēc tam konkrēti tos risināt. Matemātika, piemēram, ietver daudzus apakškomponentus, piemēram, rakstītu skaitļu un simbolu izpratni, faktu iegūšanu un spēju rakstīt skaitļus. Lasīšana ietver ortogrāfiskus, fonoloģiskus, semantiskus un sintaktiskus procesus. Sakot, ka kāds ir slikts lasītājs, netiek diagnosticēts, kur ir grūtības. Tikai precīzi novērtējumi var veikt šo identifikāciju, un pēc tam var ieviest korektīvu procedūru, kas novērsīs konkrēto trūkumu. Vispārēja lasīšanas programma, kas risina visus lasīšanas aspektus (piemēram, vārdu identifikāciju, vārdu nozīmi), ir analoga vispārējai antibiotikai, ko dod slimniekam; tā var nebūt labākā terapija. Šķiet, ka izglītības ziņā ir izdevīgi piedāvāt korektīvās mācības tajās jomās, kuras visvairāk nepieciešamas korekcijas. Piemēram, kognitīvo stratēģiju apmācību bērnu vājībās var apvienot ar tradicionālo lasīšanas apmācību (Katzir & Paré-Blagoev, 2006).

Pēdējais jautājums attiecas uz mācību teoriju sarežģītību. Smadzeņu pētījumi ir parādījuši, ka daudzšķautņainas mācību teorijas, šķiet, labāk atspoguļo faktisko stāvokli nekā vienkārši modeļi. Smadzeņu funkcijās ir daudz lieku, kas izskaidro parasto konstatējumu, ka tad, kad tiek traumēta smadzeņu zona, kas, kā zināms, ir saistīta ar noteiktu funkciju, funkcija var pilnībā nepazust (vēl viens iemesls, kāpēc “labās smadzeņu puslodes” un “kreiso smadzeņu puslodes” atšķirības nav īpaši ticamas). Laika gaitā mācību teorijas ir kļuvušas sarežģītākas. Klasiskās un operantās kondicionēšanas teorijas ir daudz vienkāršākas nekā sociālā kognitīvā teorija, kognitīvās informācijas apstrādes teorija un konstruktīvisma teorija. Šīs pēdējās teorijas labāk atspoguļo smadzeņu realitāti. Tas liecina, ka pedagogiem vajadzētu pieņemt skolas mācību vides sarežģītību un izpētīt veidus, kā koordinēt daudzus vides aspektus, lai uzlabotu skolēnu mācīšanos.

Šajā nodaļā ir ierosināta īpaša izglītības prakse, kas atvieglo mācīšanos un ko apstiprina smadzeņu pētījumi. Bērnss (2001) apgalvoja, ka smadzeņu pētījumi ir svarīgi psiholoģijai un izglītībai tādā mērā, ciktāl tie palīdz psihologiem un pedagogiem izveidot skaidrāku izpratni par mācīšanos, attīstību un motivāciju; tas ir, tie ir svarīgi, ja tie palīdz pamatot esošās mācību teoriju prognozes.

Uz problēmām balstīta mācīšanās

Uz problēmām balstīta mācīšanās ir efektīva mācību metode. Uz problēmām balstīta mācīšanās iesaista skolēnus mācībās un palīdz viņus motivēt. Strādājot grupās, skolēni var arī uzlabot savas sadarbības prasmes. Uz problēmām balstīta mācīšanās prasa no skolēniem radoši domāt un izmantot savas zināšanas unikālā veidā. Tā ir īpaši noderīga projektiem, kuriem nav viena pareiza risinājuma.

Izglītības prakse, ko apstiprina smadzeņu pētījumi.

• Uz problēmām balstīta mācīšanās
• Simulācijas un lomu spēles
• Aktīvas diskusijas
• Grafika
• Pozitīvs klimats

Uz problēmām balstītas mācīšanās efektivitāti apstiprina smadzeņu pētījumi. Ar saviem daudzajiem savienojumiem cilvēka smadzenes ir paredzētas problēmu risināšanai (Jensen, 2005). Skolēni, kuri sadarbojas, lai atrisinātu problēmas, uzzina jaunus veidus, kā zināšanas var izmantot un apvienot, kas veido jaunus sinaptiskos savienojumus. Turklāt uz problēmām balstīta mācīšanās var piesaistīt skolēnu motivāciju un radīt emocionālu iesaisti, kas var arī radīt plašākus neironu tīklus.

Simulācijas un lomu spēles

Simulācijām un lomu spēlēm ir daudz tādu pašu priekšrocību kā uz problēmām balstītai mācīšanai. Simulācijas var notikt, izmantojot datorus, parastajā klasē vai īpašās vietās (piemēram, muzejos). Lomu spēle ir modelēšanas veids, kurā skolēni novēro citus. Gan simulācijas, gan lomu spēles nodrošina skolēnus ar mācību iespējām, kas parasti nav pieejamas. Šīm metodēm ir motivējošas priekšrocības un tās piesaista skolēnu uzmanību. Tās ļauj skolēniem aktīvi iesaistīties materiālā un emocionāli ieguldīties. Kopumā šīs priekšrocības palīdz veicināt mācīšanos.

Aktīvas diskusijas

Daudzas tēmas ir piemērotas skolēnu diskusijām. Skolēni, kuri piedalās diskusijā, ir spiesti piedalīties; viņi nevar būt pasīvi novērotāji. Šis paaugstinātais kognitīvās un emocionālās iesaistes līmenis veicina labāku mācīšanos. Turklāt, piedaloties diskusijās, skolēni tiek pakļauti jaunām idejām un integrē tās ar saviem pašreizējiem priekšstatiem. Šī kognitīvā aktivitāte palīdz veidot sinaptiskos savienojumus un jaunus informācijas izmantošanas veidus.

Grafika

Cilvēka ķermenis ir strukturēts tā, ka mēs iegūstam vairāk informācijas vizuāli nekā ar visām pārējām maņām (Wolfe, 2001). Vizuālie attēli palīdz veicināt uzmanību, mācīšanos un atmiņā paturēšanu. Mācību un smadzeņu pētījumu kopējie atklājumi atbalsta grafikas priekšrocības. Skolotāji, kuri savā mācīšanā izmanto grafiku un liek skolēniem izmantot grafiku (piemēram, caurspīdīgas lapas, PowerPoint© prezentācijas, demonstrācijas, zīmējumus, konceptu kartes, grafiskos organizatorus), izmanto vizuālās informācijas apstrādi un, iespējams, uzlabo mācīšanos.

Pozitīvs klimats

Emociju sadaļā mēs redzējām, ka mācīšanās norit labāk, ja skolēniem ir pozitīva attieksme un viņi jūtas emocionāli droši. Un otrādi, mācīšanās nav atvieglota, ja skolēni ir stresa vai nemiera stāvoklī, piemēram, ja viņi baidās brīvprātīgi sniegt atbildes, jo skolotājs sadusmojas, ja viņu atbildes ir nepareizas. Smadzeņu pētījumi apstiprina pozitīvo ietekmi, kāda emocionālai iesaistei var būt uz mācīšanos un sinaptisko savienojumu veidošanu. Skolotāji, kuri rada pozitīvu klases klimatu, atklās, ka uzvedības problēmas ir samazinātas un ka skolēni vairāk iegulda mācībās.

Mācīšanās neirozinātne ir zinātne par nervu sistēmas saistību ar mācīšanos un uzvedību. Lai gan neirozinātnes pētījumi medicīnā un zinātnē ir veikti jau vairākus gadus, pēdējā laikā tā ir kļuvusi interesanta pedagogiem, jo pētījumu rezultātiem ir ietekme uz mācību procesu. Neirozinātnes pētījumi pievēršas centrālajai nervu sistēmai (CNS), kas ietver smadzenes un muguras smadzenes un regulē brīvprātīgu uzvedību, un autonomajai nervu sistēmai (ANS), kas regulē neapzinātas darbības.

CNS sastāv no miljardiem šūnu smadzenēs un muguras smadzenēs. Ir divi galvenie šūnu veidi: neironi un glijas šūnas. Neironi sūta un saņem informāciju caur muskuļiem un orgāniem. Katrs neirons sastāv no šūnas ķermeņa, tūkstošiem īsu dendrītu un viena aksona. Dendrīti saņem informāciju no citām šūnām; aksoni sūta ziņas uz šūnām. Mielīna apvalks apņem aksonus un atvieglo signālu pārvietošanos. Aksoni beidzas ar zarošanās struktūrām (sinapses), kas savienojas ar dendrītu galiem. Ķīmiskie neirotransmiteri aksonu galos aktivizē vai inhibē reakcijas savienotajos dendrītos. Šis process ļauj signāliem ātri pārvietoties pa nervu un ķermeņa struktūrām. Glijas šūnas atbalsta neironu darbu, noņemot nevajadzīgas ķīmiskas vielas un atmirušās smadzeņu šūnas. Glijas šūnas arī veido mielīna apvalku.

Cilvēka pieauguša cilvēka smadzenes (smadzeņu puslodes) sver apmēram trīs mārciņas un ir apmēram kantalupas lielumā. To ārējā tekstūra ir grumbuļaina. Smadzenes klāj smadzeņu garoza, plāns slānis, kas ir smadzeņu grumbuļainā pelēkā viela. Grumbas ļauj garozai saturēt vairāk neironu un nervu savienojumu. Garozai ir divas puslodes (kreisā un labā), katrai no kurām ir četras daivas (pakauša, париetālā, deniņu, frontālā). Ar dažiem izņēmumiem smadzeņu struktūra ir aptuveni simetriska. Garoza ir galvenā joma, kas iesaistīta mācībās, atmiņā un sensorās informācijas apstrādē. Dažas citas galvenās smadzeņu zonas ir smadzeņu stumbrs, retikulārā formācija, smadzenītes, таламуs, hipotalāmus, амигдала, hippocampus, corpus callosum, Broka apgabals un Vernikes apgabals.

Smadzeņu kreisā puslode parasti pārvalda labo redzes lauku un otrādi. Daudzas smadzeņu funkcijas ir lokalizētas zināmā mērā. Analītiskā domāšana, šķiet, ir centrēta kreisajā puslodē, savukārt telpiskā, dzirdes, emocionālā un mākslinieciskā apstrāde galvenokārt notiek labajā puslodē. Tajā pašā laikā daudzas smadzeņu zonas strādā kopā, lai apstrādātu informāciju un regulētu darbības. Ir daudz pārklājumu starp abām puslodēm, jo tās savieno šķiedru saišķi, no kuriem lielākais ir corpus callosum.

Vairāku smadzeņu zonu sadarbība ir skaidri redzama valodas apguvē un lietošanā. Smadzeņu garozas kreisā puse ir būtiska lasīšanai. Konkrēti smadzeņu reģioni ir saistīti ar ortogrāfisku, fonoloģisku, semantisku un sintaktisku apstrādi, kas nepieciešama lasīšanai. Vernikes apgabals kreisajā puslodē kontrolē runas sapratni un pareizu sintakses lietošanu runājot. Vernikes apgabals cieši sadarbojas ar Broka apgabalu kreisajā pieres daivā, kas ir nepieciešams runāšanai. Tomēr labā puslode ir būtiska konteksta un tādējādi daudzas runas nozīmes interpretēšanai.

Smadzeņu pētījumu veikšanai tiek izmantotas dažādas tehnoloģijas. Tās ietver rentgena starus, CAT skenēšanu, EEG, PET skenēšanu, MRI un fMRI. Smadzeņu pētījumu joma strauji mainās, un turpinās attīstīties jaunas, sarežģītākas tehnoloģijas.

No neirozinātniskā viedokļa mācīšanās ir neironu (sinaptisko) savienojumu un tīklu veidošanas un pārveidošanas process. Sensorās ievades tiek apstrādātas smadzeņu sensorās atmiņas daļās; tās, kas tiek saglabātas, tiek pārsūtītas uz darba atmiņu (WM), kas, šķiet, atrodas vairākās smadzeņu daļās, bet galvenokārt pieres daivas priekšējā garozā. Pēc tam informāciju var pārsūtīt uz ilgtermiņa atmiņu (LTM). Atkarībā no informācijas veida (piemēram, deklaratīvā, procesuālā) LTM ir iesaistītas dažādas smadzeņu daļas. Atkārtoti prezentējot stimulus vai informāciju, neironu tīkli tiek stiprināti tā, ka neironu reakcijas notiek ātri. Sinaptisko savienojumu stabilizācijas un stiprināšanas process ir pazīstams kā konsolidācija, un, pateicoties konsolidācijai, tiek mainīta smadzeņu fiziskā struktūra un funkcionālā organizācija.

Ietekmīgi faktori smadzeņu attīstībai ir ģenētika, vides stimulācija, uzturs, steroīdi un teratogēni. Pirmsdzemdību attīstības laikā smadzenes aug izmērā, struktūrā un neironu, glijas šūnu un sinapses skaitā. Smadzenes strauji attīstās zīdaiņiem; maziem bērniem ir sarežģīti neironu savienojumi. Bērniem zaudējot smadzeņu sinapses, tās, ko viņi saglabā, daļēji ir atkarīgas no aktivitātēm, kurās viņi iesaistās. Šķiet, ka pirmajos dzīves gados ir kritiski periodi valodas, emociju, sensoro motoro funkciju, dzirdes spēju un redzes attīstībai. Agrīna smadzeņu attīstība gūst labumu no bagātīgas vides pieredzes un emocionālas saiknes ar vecākiem un aprūpētājiem. Lielas izmaiņas notiek arī pusaudžu smadzenēs izmērā, struktūrā un neironu skaitā un organizācijā.

Divas neironu motivācijas atbalsis ietver atlīdzības un motivācijas stāvokļus. Šķiet, ka smadzenēm ir sistēma atlīdzības apstrādei, un tās ražo savas atlīdzības opiātu veidā, kas izraisa dabisku augstu līmeni. Smadzenes var būt nosliece uz patīkamu rezultātu piedzīvošanu un uzturēšanu, un prieka tīklu var aktivizēt atlīdzības gaidīšana. Motivācijas stāvokļi ir sarežģīti neironu savienojumi, kas ietver emocijas, kognitīvos procesus un uzvedību. Izglītības atslēga ir motivācijas uzturēšana mācībām optimālā diapazonā.

Emociju darbība CNS ir sarežģīta. Emocionālās reakcijas sastāv no posmiem, piemēram, orientēšanās uz notikumu, notikuma integrēšana, atbildes izvēle un emocionālā konteksta uzturēšana. Ar smadzenēm saistīta emocionālā aktivitāte var atšķirties primārajām un kultūras emocijām. Emocijas var atvieglot mācīšanos, jo tās virza uzmanību un ietekmē mācīšanos un atmiņu. Emocionāla iesaistīšanās ir vēlama mācībām; bet, kad emocijas kļūst pārāk lielas, tiek kavēta kognitīvā mācīšanās.

Smadzeņu pētījumu rezultāti atbalsta daudzus rezultātus, kas iegūti kognitīvajos pētījumos par mācīšanos un atmiņu. Bet ir svarīgi nepārspīlēt smadzeņu pētījumu rezultātus, marķējot studentus kā labās vai kreisās smadzenes. Lielākajai daļai mācību uzdevumu ir nepieciešama abu puslodes aktivitāte, un atšķirības starp smadzeņu funkcijām ir vairāk relatīvas nekā absolūtas.

Smadzeņu pētījumi liecina, ka agrīna izglītība ir ļoti svarīga, mācībām jāņem vērā bērnu kognitīvās grūtības, konkrētu problēmu novērtēšana ir nepieciešama, lai plānotu pareizu iejaukšanos, un sarežģītas mācīšanās teorijas aptver smadzeņu darbību labāk nekā vienkāršākas teorijas. Dažas efektīvas smadzeņu balstītas izglītības prakses ir uz problēmām balstīta mācīšanās, simulācijas un lomu spēles, aktīvas diskusijas, grafika un pozitīvs klimats.