Принципы нейропедагогики и их применение в школах США

Принципы
нейропедагогики
и их применение
в школах США
© Чошанов М.А.
Техасский университет
Эль Пасо, Техас США
mouratt@utep.edu
“Начинай выступление,
также как и урок,
с постановки проблемы”
(Махмутов М. И., из бесед)
Если не c проблемы, то хотя
бы с проблемного вопроса…
Подсчитайте в уме:
•
6х7=
•
16х7=
•
16х17=
•
116х17=
•
116х117=
Почему мозг стал «зависать»
на последних примерах?
Алан Шоенфельд
“… it has been claimed that people can
keep no more than about nine “chunks” of
information (7±2) in working memory at
one time” (p. 644)
Schoenfeld, A. (2000). Purposes and methods of research
in mathematics education. Notices of the AMS, 641-649.
КЛЮЧЕВОЙ ВОПРОС
Как мозг человека
познает и
учится?
•
•
•
Начиная с конца 80-х годов XX-го столетия, в педагогике
США стали бурно развиваться исследования
нейропсихологических основ процесса обучения, о
чём свидетельствует многообразие тематик и количество
работ в этой области, опубликованных за этот период.
Сами американцы называют десятилетие на рубеже
2000-х “декадой мозга”, подчеркивая уровень внимания
педагогов к этой проблеме.
В этой связи, одной из интересных дидактических
проблем является проблема адаптации достижений
нейропсихологии в исследовании мозга к процессу
обучения.
Мозг левый, мозг правый
Что мы
об этом
знаем?
ТРАДИЦИОННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ
•
•
•
Традиционное представление о разделении функций левого и правого
полушарий мозга человека (о том, что левое полушарие - это слова,
числа, часть, логика, анализ, а правое - образы, фигуры, целое, интуиция,
синтез и т.д.) в свете современных достижений является
односторонним и неполным.
Исходя из устаревших представлений, некоторые авторы (И. Йенсен, Д.
Соуса, Л. Уильямс) рекомендуют использовать специальные приемы для
развития функций того или иного полушария мозга обучамого.
Так, например, для развития функций левого полушария Д. Соуса
предлагает использовать различные приемы чтения, письма,
арифметических вычислений. Соответственно, образное правое
полушарие, по мнению того же автора, для своего развития требует
больше использовать наглядность.
•
•
•
Отчасти, такое распределение функций разных
полушарий мозга человека - имеет место быть. Никто
не оспаривает тот факт, что, к примеру, образный
потенциал правого полушария выше левого.
Однако нельзя злоупотреблять этим упрощением и
возводить подобные детали в ранг научнопедагогических обобщений.
В действительности мозг функцинирует как
интегративное целое и выполняет те или иные
задачи (вербальные или визуальные) совместно
нейронными структурами как левого, так и правого
полушарий мозга.
ЭКСПЕРИМЕНТ
Приведем в качестве примера результаты
эксперимента по исследованию мозга человека в
процессе решения элементарной пространственной
задачи
“Определить расположение двух данных объектов:
а) какой из них находится выше другого?
б) превышает ли расстояние между ними 1 м?”
КАКАЯ ЭТО ЗАДАЧА: ЛЕВО- ИЛИ ПРАВО- ПОЛУШАРНАЯ?
•
•
•
•
Согласно традиционному представлению, это типично
“правополушарная” задача.
Однако данные эксперимента показывают, что первый пункт задачи
(пункт а), имеющий дело с категориальным пространственным
мышлением, преимущественно “выполнялся” активными зонами
левого полушария мозга испытуемых, а второй (пункт б),
направленный на координатное взаиморасположение объектов,
- стимулировал участки правого полушария мозга.
Более того, исследования показывают, что левое полушарие
мозга человека может с неменьшим успехом “решать”
визуальные пространственные задачи, чем правое.
Исследователи М. Поснер и М. Рейчл прямо заявляют, что
традиционное представление о том, что образное мышление
является функцией только правого полушария мозга человека есть заблуждение.
•
•
•
Другой “разоблачающий” пример. В соответствие с
традиционным представлением элементарная числовая
задача “Что больше 2 или 5?” является
“левополушарной” арифметической задачей.
Однако, исследования С. Дихейн свидетельствуют о том,
что при решении подобных задач мозг человека работает
как бы на двух языках: вербальном (когда мы
произносим названия чисел “два” и “пять”) и числовом
(когда мы пользуемся символической записью “2” и “5”).
В первом случае, как правило, активизируется участки
левого полушария, во-втором - возбуждаются нейронные
популяции одновременно обоих полушарий мозга
испытуемых.
Психология и нейропсихология
•
•
•
В течение достаточно продолжительного времени две, казалось
бы, смежные ветви научного знания: нейропсихология (как
наука о мозге) и психология (как наука о мышлении)
развивались совершенно разрозненно.
Нейропсихология, выражаясь компьютерным языком,
исследовала “hardware” (структуру и функции) мозга, а
психология самостоятельно, в отрыве от первой, изучала
“software” мозга (умственные механизмы познавательной
деятельности).
Тем временем, педагоги старались использовать отрывочные
знания из той или другой области в качестве научных основ
процесса обучения.
Как появилась нейропедагогика
•
•
•
Только лишь в последние 10-15 лет появилась реальная
возможность объединить эти исследования в так
называемое интегративное направление нейропедагогику (brain-based/compatible education, J.
Bruer).
С появлением этого направления стали очевидными
ошибки предыдущих попыток упрощенного приложения
достижений нейропсихологии к процессу обучения.
Вместе с тем, появилась возможность сформулировать
новую систему принципов нейропедагогики.
Принцип-1: Мозг как
параллельный процессор
•
•
•
Человеческий мозг может выполнять несколько функций одновременно.
Мышление, эмоции, воображение и другие сложные процессы могут
протекать в мозгу одновременно наряду с механизмами обработки
информации и социально-культурного взаимодействия (общения) с
другими людьми.
Исходя из этого принципа, учитель должен предусматривать широкие
возможности для вовлечения учащихся в разнообразную по
содержанию и формам учебно-познавательную деятельность,
применения различных методов и приемов обучения.
При этом недогрузка мозга, также как и его перегрузка, могут оказать
отрицательное воздействие на его развитие.
Принцип-2: Учение и познание как
естественные механизмы развития мозга
•
•
•
Учение также естественно для организма в целом, и для мозга в
частности, как процесс дыхания.
Природа наделила человека мозгом, способным к учению, и
поэтому любознательность и стремление к познанию естественные потребности мозга.
Дидактика как наука должна обеспечивать условия для
удовлетворения этих потребностей. Кроме того, учение и
познание - энергоемкие физиологические процессы для
человеческого мозга и поэтому очень важно обеспечивать
благоприятные условия в процессе учения с точки зрения
гигиены и питания.
Принцип-3: Опора на прежний опыт и
поиск смысла как врожденные качества
мозга
•
•
•
•
Человеческий мозг всегда функционирует в режиме связи
прежнего опыта с новой ситуацией.
Понимание и осмысление новой ситуации возникает тогда, когда
мозг находит опору в прежних знаниях и представлениях.
Отсюда вытекает важность постоянной актуализации прежнего
опыта для овладения новыми знаниями в процессе обучения.
Этот принцип подтверждает концепцию зоны актуального и
ближайшего развития Л.С. Выготского, который сейчас
необычайно популярен в педагогике и психологии США.
ЗАПОМНИТЕ ЧИСЛО
1123581321345589
Принцип-4: Мозг ищет смысл через
установление закономерностей
•
•
•
•
•
Беспорядочность и хаос усложняют продуктивную деятельность мозга. В
любой беспорядочно заданной ситуации или информации мозг пытается найти
какой-либо смысл через установление закономерностей.
Запомнить число: 1123581321345589. С первого взгляда для испытуемого эта задача
лишена какого-либо смысла...
В математике эта числовая закономерность носит название чисел Фибоначчи:
каждое последующее число (точнее - числовой фрагмент), начиная слева, равно
сумме двух предыдущих чисел.
Обучение, направленное на простое запоминание этого числа, - вредно для мозга; в
то время, как обучение, направленное на поиск закономерности в этом числовом
ряду, - полезно для мозга.
Иными словами, обучение эффективно тогда, когда потенциал мозга человека
развивается через преодоление интелектуальных трудностей в условиях поиска
смысла через установление закономерностей.
Принцип-5: Эмоции как необходимый
фактор продуктивной деятельности мозга
•
•
•
•
Удивление, возмущение, вдохновение, чувство прекрасного и даже чувство
юмора - постоянные “попутчики” полноценной интеллектуальной деятельности
человека.
“Эмоции и познание неразделимы”, - утверждают нейропсихологи.
Очевидна необходимость создания и постоянной поддержки в процессе
обучения благоприятного эмоционального фона через постановку проблем,
противоречий, парадоксальных ситуаций, включения в учебный процесс
элементов литературы, поэзии, музыки, юмора независимо от содержания
дисциплины, будь это математика, история или любой другой предмет.
Учебный материал, изученный в благоприятной эмоциональной атмосфере,
лучше запоминается и обладает устойчивыми связями с соответствующим
эмоциональным состоянием. Более того, эмоциональный фактор стимулирует
мышление и творческий потенциал обучаемого.
Принцип-6: Мозг способен одновременно
анализировать и синтезировать
поступающую информацию
•
•
•
Мозг обладает уникальной способностью “видеть” объект
одновременно “в целом и по частям”, “уметь” в одно и то же время
расчленить и собрать объект. Выполнение взаимно-обратных операций природная способность мозга.
Американские психологи отдают должное работам российской научной
школы С.Л. Рубинштейна в исследовании аналитико-синтетической
деятельности мозга человека.
Одностороннее обучение, направленное на формирование лишь только
аналитических умений или, как его называют иначе - “обучение по
частям”, несомненно, блокирует природный потенциал мозга, его
естественную способность к одновременному анализу и синтезу.
Пример с Танграмом
Составьте квадрат, используя:
• Только одну фигуру Танграма
• Только две фигуры
• ... три, четыре, пять, шесть,
• Все семь фигур Танграма
Прямая и обратная задача
Принцип-7: Мозг способен воспринимать информацию
одновременно в условиях сфокусированного внимания и
периферийного восприятия
•
•
•
Человеческий мозг может впитывать информацию, лежащую не
только в непосредственном поле внимания, но и за его
пределами.
Так, мозг ребенка, находящегося в классе, воспринимает как
слова учителя, так и посторонние звуки за окном, в коридоре
школы и т.д.
Если умело организовать процесс обучения, то можно
использовать особенности периферийного воcприятия
ребенка как конструктивный фактор обучения. Так, как например,
кинематографисты используют фоновую музыку для усиления
контекста фильма.
Принцип-8: Процессы сознания и
подсознания в мозге обучаемого
протекают одновременно
•
•
•
В процессе учения мы получаем гораздо больше информации, чем мы
можем себе это представить. Здесь уместно сравнение с айсбергом, где
подводная его часть образно выражает те процессы, которые протекают
в обучении на подсознательном уровне.
Периферийные сигналы (звуки, слова, образы, жесты…) поступают в
наш мозг “без разрешения” нашего сознания, устремляясь в глубинные
слои подсознания.
Достигнув подсознания, эти сигналы могут всплыть на уровне сознания с
определенной задержкой или же действовать опосредованно на
сознание человека как бы изнутри, через внутренние мотивы,
неосознанные желания, состояния и чувства.
ВОПРОС ПЕРВЫЙ
КАК ВЫ ПРОВЕЛИ ВЧЕРАШНИЙ
ВЕЧЕР?
ВОПРОС ВТОРОЙ
КАКОЙ НОМЕР ТЕЛЕФОНА ДЕКАНАТА
ВАШЕГО ФАКУЛЬТЕТА?
Принцип-9: Мозг оперирует, как минимум, двумя
системами памяти: системой визуальнопространственной памяти и системой “зубрежки”
•
•
•
Первая система - более природна, более естественна для
функционирования мозга обучаемого. Вторая - более искуственна и
трудоёмка.
Например, нам не стоит особого труда вопроизвести картину того, где и
как мы провели вчерашний вечер. Эта «картина» размещается и
кодируется визуально-пространственной системой памяти, которая тесно
связана с природной способностью мозга к осмысленному восприятию.
Вторая система памяти, условно названная системой “зубрежки”,
оказывает нам неоценимую помощь в тех случаях, когда необходимо
запомнить отдельные, разрозненные между собой фрагменты
информации (даты, номера телефонов, имена, числа, фразы,…).
Принцип-10: Человек понимает
и запоминает лучше тогда,
когда знания и умения
“запечатлеваются” в системе
визуально-пространственной
памяти (принцип визуализации)
САЙТ:
ВИЗУАЛЬНАЯ МАТЕМАТИКА
http://mourat.utep.edu/vis_math/visuala.html
Принцип-11: Принцип свободы творчества
•
•
•
Развитие мозга стимулируется в условиях свободы творчества и
блокируется в обстановке давления, принуждения и угрозы.
Стать творческой личностью можно под руководством либо
творческой личности, либо личности, способной создать условия
для свободы творчества.
Некоторые учителя в стремлении поддерживать строгую учебную
дисциплину в классе, сами того не замечая, “убивают” атмосферу
творчества. Конечно же, это ни в коей мере не означает, что
проблема дисциплины противоречит проблеме развития
творчества. Скорее, наоборот, решение проблемы творчества в
процессе обучения естественным образом снимает проблему
дисциплины в классе.
Принцип-12: Принцип уникальности
•
•
•
Мозг каждого человека уникален. Он имеет свои индивидуальные
характеристики с точки зрения объема и скорости обработки
информации, преобладания той или иной системы памяти,
гибкости мыслительных процессов и т.д.
Именно поэтому, каждый из нас имеет свой индивидуальный
стиль учения, собственное понимание окружающего мира,
оригинальный стиль мышления.
Задача учителя - всячески поддерживать уникальность учебнопознавательной деятельности каждого учащегося, его хода
рассуждений и формулировки мыслей, его способа видения
проблемы и т.д. Эта позиция является ключевой в теории
конструктивизма.
Приложение принципов нейропедагогики
к учебному процессу
Принципы нейропедагогики
Мозг как параллельный процессор
Учение и познание как естественные механизмы
развития мозга
Приложение к процессу обучения
Вариативность методов и форм обучения.
Обучение в малых группах и командах.
Сочетание различных форм представления
информации.
Обучение на оптимальном уровне сложности.
Применение поисковых методов учения.
Мини-исследования.
Поиск смысла как врожденное качество мозга
Практическая направленность обучения.
Межпредметные связи в обучении.
Методы проблемного обучения.
Закономерности как источник смысла для мозга
Решение задач на поиск закономерностей.
Доказательства и опровержения.
Использование контрпримеров и противоречий.
Принципы нейропедагогики
Приложение к процессу обучения
Эмоции как необходимый фактор продуктивной
деятельности мозга
Применение дидактических игр.
Использование эстетического фактора в обучении.
Парадоксы, софизмы и элементы занимательности в
обучении.
Анализ и синтез в функционировании мозга человека
Применение взаимно-обратных операций в обучении.
Формирование аналитико-синтетических умений при
решении задач.
Развитие системного мышления учащихся.
Функционирование мозга в условиях направленного и
периферийного внимания
Оформление учебного кабинета.
Эргономика учебного места.
Использование элементов фоновой музыки.
Участие сознания и подсознания в процессе учения
Опора на прежние знания и опыт учащихся.
Приемы индивидуализации обучения.
Развитие умений самоконтроля и самоанализа.
Принципы нейропедагогики
Приложение к процессу обучения
Визуально-пространственная память и система
“зубрежки”
Использование наглядности в обучении.
Сочетание вербальной, символической,
числовой, визуальной и других форм
представления информации.
Применение мыслительных карт (российский
аналог - опорные конспекты) в обучении.
Создание творческих проектов.
Сотрудничество в обучении.
Приемы развития творческого мышления
(мозговой штурм, синектика,…).
Принцип свободы творчества
Принцип уникальности
Приемы индивидуализации обучения.
Применение философии конструктивизма в
обучении.
Личностно-ориентированное обучение.
Вернёмся к визуализации
Визуализация визуализации рознь...
•
•
•
•
•
•
Иллюстративная и когнитивная визуализация
Статическая и динамическая визуализация
Пассивная и интерактивная визуализация
Изолированная и связная визуализация
Визуализация и другие типы представления
информации
Учебная и научная визуализация
ILLUSTRATIVE VS. COGNITIVE VISUALIZATION
•
•
•
•
Visualization could be illustrative and cognitive.
Illustrative visualization usually represents an answer to a low
cognitive demand question such as: what it is? For instance, if one
asks “what is an isosceles triangle?”, then a visual illustration of a
triangle with two congruent legs would satisfy the answer.
Cognitive visualization goes beyond just illustration: it unpacks the
meaning of the concept. For example, cognitive visualization is used
to develop students’ understanding of problem solving and proof in
mathematics.
Let say, we would like to visually represent the proof of the following
theorem “Sum of interior angles of a triangle is equal to a straight
angle”. The proof of this basic theorem requires multiple steps, which
are depicted in the following cognitive visual representation at author’s
“Visual mathematics” webpage:
http://mourat.utep.edu/vis_math/geometry.html.
STATIC VS. DYNAMIC VISUALIZATION
•
•
•
•
Visualization could be static and dynamic
Using the same example above, we could represent the final step as
a static visual image of the proof, or we could show the same proof in
dynamics as a series of steps
Most of the visual proofs presented in a fascinating series “Proof
without words: Exercises in visual thinking” (Nelsen 1993, 2000;
Nelsen and Alsina 2006) are primarily static
Dynamic visualization feature helps learners to develop their
conceptual understanding and it is intensively used in a variety of
software packages such as Geogebra, Geometer’s Sketchpad,
Cabri, Mathematica, to name a few.
EXAMPLE: DISTANCE, VELOCITY, ACCELERATION
https://www.youtube.com/watch?v=8A
7DiGzJUvg
Algebra
Calculus
y = ax2 + bx +c
y`=2ax + b
y``=2a
PASSIVE VS. INTERACTIVE VISUALIZATION
•
•
•
•
Visualization could be passive and interactive
Passive visualization requires little or no student involvement in the visualization
process whereas interactive visualization allows students to manipulate certain
parameters of the demonstration to better understand the concept
The open source Wolfram Demonstrations Project:
http://demonstrations.wolfram.com/AreaUnderACycloidII/ present interactive
visual solutions using computer animations and applets to various mathematics and
science problems where students can ‘play’ with the demonstration changing its
parameters.
For example, interactive visual solution to the problem of an area under cycloid has
multiple benefits compare to an analytic solution: students can visually follow the trace
of the cycloid, they can understand how the curve is produced, students can visualize
the concept of area under the cycloid, and finally, they can build conceptual
understanding of why the area under the cycloid produced by a circle with a radius R is
equal to three areas of a corresponding circle.
ISOLATED VS. CONNECTED VISUALIZATION
•
•
•
•
•
Visualization could be isolated and connected
Let consider the following problem “The cookie monster sneaks into the kitchen and
eats half of a cookie; on the second day he comes in and eats half of what remains
of the cookie from the first day; on the third day he comes in and eats half of what
remains from the second day. If the cookie monster continues this process four
days, how much of the cookie has he eaten? How much is left? If the process
continues forever, will he ever eat the entire cookie?”
The author used this problem in one of his graduate class with in-service teachers while
discussing possibilities of early introduction of the infinity concept at the middle school
level
In order to look for the solution, teachers usually start with making a table with values
given in the problem. Very few of them would use visualization as a problem solving tool
After whole class discussion on different methods of solving the “Cookie Monster”
problem, they admit that the visual solution is the best one in developing students’
understanding of the concept.
The discussion is further
extended to other visual
representations of the problem:
students get engaged in
considering number line (using a
bread stick instead of the squareshape cookie), pie model (using
circle-shape crackers), or even
cubic (using a 3D cubic-shape
brownie) visual representation of
the solution
The students understand that
within the same modality of
visualization there could be
multiple ways to represent the
same concept. Most importantly,
they see the difference between
isolated visual image and
multiple connected visual
solutions to the same problem.
Connected Visualization
ACADEMIC VS. SCIENTIFIC VISUALIZATION
•
•
•
•
•
Visualization could be academic and scientific
Visualization examples presented above are all academic by nature because
they are used to support student learning in a particular academic discipline
Scientific visualization is interdisciplinary branch of science which is
“recognized as important for understanding data, whether measured, sensed
remotely or calculated” (Wright 2007) and it is primarily concerned with the
visualization of three-dimensional phenomena in scientific research
Therefore, scientific visualization could be too advanced for students to grasp
and understand. An important question here is how to get students motivated
in searching for and appreciating the scientific visualization
For example, most of the high school and college students know how a 3-D
cube looks like. However, many of them might be curious to know and
surprised by how a 4-D cube looks like:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a2/Tesseract.ogv .
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
•
•
•
В целом, принципы нейропедагогики находят все больше сторонников
в среде не только ученых, педагогов, но и учителей-практиков.
Американские нейропедагоги убеждены, что обучение без учета
нейропсихологических принципов - “слепое” обучение, которое может
привести к ослаблению или нарушению природных механизмов
деятельности мозга обучаемых. В этом случае восстановление этих
механизмов или переобучение будет протекать гораздо сложнее и
медленнее, чем процесс “естественного” обучения, согласованного с
природными механизмами функционирования мозга.
У учителей появилась возможность строить учебный процесс в
соответствие с открытыми наукой естественными механизмами
функционирования мозга обучаемого, целенаправленно развивать
умственные способности учащихся, а не тормозить их развитие по
собственному незнанию.
ВОПРОСЫ
СПАСИБО!