南京市立贤小学：相长脑科学⑥ 脑科学研究与儿童数学学习

南京市立贤小学：相长脑科学⑥ 脑科学研究与儿童数学学习

目前，人类处于一个信息快速更迭的时代，大脑需要处理的信息量越来越大。据统计，人一天之内会见到16000个不同形式的数字，一年内累积可达600万个。认识和了解数字，获得一定的算术知识和计算技能，培养基本的数学素养和数学思维，既是每个人适应社会的基本要求，也是国内外研究者共同关注的话题。那么，人脑在数学学习中是如何工作的？我们又该以何种方式培养儿童的数学学习能力？由于脑是思维的器官，未来数学教育也是基于脑、适于脑和促进脑，因此数学能力的培养与发展需要建立在对数学认知发展和脑机制研究的基础之上。
近几十年来，功能磁共振成像、脑磁图、脑电图、近红外脑成像等一系列无创性脑科学技术的进步，为我们更直接、深入地探索人类在学习过程中的活动规律和发展规律提供了技术保障。基于此，本研究结合目前脑科学的研究成果，从数学学习的两大学习系统和两大学习能力入手，来分析数学学习的脑机制，以探求儿童数学能力的科学培养方式。
大脑可塑性与儿童数学学习
学习与脑的可塑性一直是脑与认知科学研究的一个重要主题。例如，Kolb等的研究显示，即使在大脑发育成熟以后，受经验的影响或经过长期的学习、训练，大脑结构仍然可以发生改变；王亚鹏等指出，大脑的可塑性是多层面、多通道的，大脑视觉、听觉、躯体感觉以及运动皮层都具有极强的可塑性。基于此，本研究建议从空间、语言等方面来总结儿童的数学学习方法，以培养和提升儿童的数学能力。

1 注重空间能力的科学培养同时提升语言能力
由前文分析可知，培养儿童的空间能力，同时注重提升儿童的语言能力，有助于促进儿童数学学习。基于此，本研究提出以下建议：
①在空间能力的培养上，可以借助音乐训练来培养学前儿童的空间思维能力。Elbert 等的研究证实，音乐教育可以提高儿童的空间能力，并且在进行音乐学习和实践时大脑早期的可塑性更强。因此，教育者可以挑选合适的音乐教学材料，以儿童喜欢的音乐形式进行数学教学，并借鉴“最近发展区”理论为儿童设定适当难度的目标，逐渐深化其对空间概念的理解，并提其空间思维能力；也可以通过一些特殊的训练手段，提升儿童的空间学习能力，如球类游戏和操作性玩具游戏等会促进学前儿童的视觉空间技能。国外有研究者开发了诸如数字棋盘游戏、数字方块游戏等数学学习辅助软件，用来帮助孩子掌握数概念和基本的计算操作，已被证明确实有效。我国幼儿园和小学中可以尝试引进并学习这些方法，并需要根据儿童的实际发展情况进行适当调整。

②在语言能力的提升上，由于数学这一精密学科经常涉及形形色色的专业术语，没有良好的语言能力支撑将很难探索深奥的数学知识，因此儿童的语言能力需要从小培养。例如，引导孩子阅读数学启蒙绘本和智慧故事、鼓励孩子结合生活实际进行叙述等，以增强儿童对数学语言的理解和使用技能，从而更好地开发其逻辑思维，促进数学学习。

2 倡导基于数感的数学能力促进儿童快乐学习
在儿童估算能力的发展过程中，数感的培养十分重要。目前，儿童估算能力的培养已成为国内外高度关注的课题。早在 2005 年，加拿大就颁布了《安大略数学课程（修订）》，将数感与运算能力纳入小学1～8年级数学课程内容；而在近年的PISA测试中，加拿大学生的数学成绩始终位居前列。而在我国，《全日制义务教育数学课程标准（实验稿）》和《义务教育数学课程标准（2011年版）》也将“数感”作为儿童数学学习的核心概念提出。可见，在数学教与学的过程中必须重视数感、强调学生数感能力的培养。对此，本研究建议：
①在早期学习中注重培养儿童的数感。儿童计算能力的发展是以估算为主逐渐过渡到以精算为主，因此在儿童初次接触数学时需要给以正确的引导，只要儿童能够用自己的方法进行数数、比较大小或简单的计算，就不需要去背诵枯燥无聊的公式，也不要去制止儿童“数手指”的行为，大可任其发展，因为随着知识的增长，这类行为便会自动消失。过分地增加儿童的认知负荷，只会让其丧失学习兴趣或是僵化数学思维。
②可以利用数字线或者数字棋盘游戏来培养儿童的数感。数字线游戏是给儿童呈现一个两端含有数字（如0～10）的线段，中间没有其它数字，儿童在数字线上定位给定的数字。虽然国外研究发现这种游戏难度过大，只适用于一二年级学生而对学前儿童无效，但研究表明我国学前儿童数学能力已相当于英美国家小学一二年级水平[38]，因此这种数字线任务对于我国学前儿童可能有效。数字棋盘游戏是数字线游戏的一种发展，形式更加丰富，但作用原理相同，都可以用作儿童数感的培养。
3 提供丰富适宜的学习环境刺激儿童大脑发育
大脑发育在很大程度上会受到环境的影响。由于在现实情境中儿童是通过对物体的操作和接触来建构、理解数的关系，因此在儿童教育中教师应尽可能地为儿童提供真实的操作物，创设具体形象的操作环境并提供各种操作机会，让儿童在现实的情境中体验并主动构建空间思维。
具体来说，本研究认为可从以下方面着手：
①教师在创设班级环境或区角环境时增加一些数学元素，如被分成相同大小块的食物图片、不同数量的两份大豆（或花生）比大小、不同形状的积木、数字识图等，将数概念以儿童容易理解的方式进行呈现；
②教师播放节奏感不同的儿歌，让儿童跟着打拍子，借助音乐的音节让儿童感受数量的变化；
③在课间休息或游戏时间，教师为儿童提供丰富多彩的游戏活动（如积木、棋牌、跳方格、折纸等）；
④教师可以和儿童一起合作设计与数学有关的主题墙并进行交流展示，让儿童通过与教师的合作一方面获得数学学习方面的宝贵经验，另一方面提升对数学的兴趣。这些潜移默化的数学环境有利于儿童提升数感、学习并运用数学专业术语，从而发展数概念，提高数学学习能力。
值得注意的是，运动对儿童大脑功能区的发育也有积极作用。例如，有规律的运动不仅能增加大脑前额皮层功能，提高儿童的注意力和自我控制能力，缓解紧张情绪，还能增大双侧海马体体积，增强记忆力；而精细运动能够使负责大脑视觉脑区和运动区的背侧通路得到充分发展，提高儿童的手眼协调能力。Laura 等证实，运动对儿童大脑白质结构有促进作用，并且对儿童的认知功能发展和学业成绩提高有重要帮助。因此，要特别关注丰富性刺激对儿童数学学习的影响，充分发挥环境对儿童脑发育的积极作用。总之，儿童数学学习不要局限在课堂里，而要让儿童走出教室、走入生活，感受真实的数学，从而更好地提升其数学学习能力。

转载：李婷婷 1,2 况 勇 3 何清华 1【通讯作者】
（1．西南大学 心理学部，重庆 400715；
2．重庆建筑工程职业学院 发展规划与科技处，重庆 400072；
3．西南大学 教育学部，重庆 400715）
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