證實了！學習物理真的能讓腦袋變靈活

　　Scanning using fMRI determined that physics learning activated new parts of the brain.Credit：Florida International University。

　　利用功能磁共振成像（fMRI）測量大腦中的血流量，由Eric Brewe領導的研究小組在受試者完成物理推理任務之前和之后，尋找到了他們大腦的哪些區域變得活躍。這項有趣的研究成果已于5月24日發表在Frontiers in ICT雜志上。

　　具體來說，這項試驗安排了50多名志愿者學生參加。他們均被教授了一門物理課程，該課程采用了“建模教學”（Modeling Instruction）的方式，它鼓勵學生積極參與學習。

　　在參加課程之前，學生們在進行fMRI時回答了Force Concept Inventory節略版中的問題（Force Concept Inventory是一種測試，用來評估早期大學物理課程中的基礎物理概念知識）。

　　在志愿者完成物理課程后，他們再次進行Force Concept Inventory問卷調查，并再次接受fMRI的監測。

　　腦活動的變化與解決物理問題有關

　　在預指令（pre-instruction）掃描中，研究人員已發現，大腦中與注意力、工作記憶和解決問題相關的部分——前額葉外側皮質和頂葉皮質，有時也被稱為大腦的“中央執行網絡”（brain's central executive network）顯示出活動。

　　“關鍵之一似乎是大腦的背側前額葉皮質，它能產生心智模擬。這表明學習物理是一個富有想象力的過程。”Brewe說。

　　受試者完成課程后，研究人員對學習前和學習后的掃描結果進行比較后發現，額葉的活動增加了，這是意料之中的，因為它們與學習有關；但還有另一個領域也變得活躍起來：扣帶回后皮層，它與情景記憶和自我參照思維聯系在一起。

　　“相對于教學前而言，大腦活動的這些變化可能與學生如何通過物理問題進行推理的行為變化有關，”Brewe和他的合著者寫道，“這可能包括戰略的轉變，以及增加對物理知識和解決問題資源的獲取。”

　　學習物理可輔助學生理解新概念

　　作者們稱，本研究的目的之一是進一步探索如何運用建模教學鼓勵學生運用自己的心智模型（mental models）去理解新概念。

　　Brewe說：“心智模型的概念是那些研究“學習”的人喜歡談論的東西，但除了人們說的或做的（這些表象）以外，沒有任何證據表明大腦內部正在發生什么。而我們的研究實際上是在從大腦內部尋找證據。”

　　因此，Brewe及其同事們認為他們的研究提供了一個很好的視角，即當這些“心智模型”成立時，典型的幕后推手是什么。

　　那么，為什么要選擇物理呢？是什么使它成為研究大腦心智模型的理想對象的呢？

　　“此前已有一些關于與學習數學和閱讀有關的大腦網絡的研究。但是心智建模特別適合于物理學，然而物理學并沒有得到太多的關注，” Brewe說，“我認為它是理解學習的好地方，原因有二。”

　　“首先，物理學涉及人們有直接經驗的事情，能使正規課堂學習和非正規理解產生一致或對比的相關性。”

　　“第二，物理是建立在法則基礎上的，所以我們的身體運作的方式是絕對的。”Brewe解釋道。

　　展望未來，Brewe對這項研究為他在美國和其他國家提高物理學習的探索所帶來的成果感到興奮。“我想繼續研究物理中的心智模擬問題，看看這在不同的物理學習水平和不同人群中的表現。”他總結道。