فعال شدن قسمت‌های جدیدی از مغز با یادگیری فیزیک

یک بررسی جدید نشان داد بخش‌هایی از مغز که ارتباط آنها با یادگیری علم تاکنون مشاهده نشده بود، در زمان حل مسائل درس فیزیک فعال می‌شوند. این مقاله توسط اریک برو، دارنده‌ی مدرک دکترا و استادیار دانشکده‌ی هنر و علوم دانشگاه درکسل رهبری می‌شود. پژوهشگران آن می‌گویند این نتیجه نشان می‌دهد که فعالیت مغز با اشکال مختلف آموزش تغییرپذیر است.

پژوهشگران برای اندازه‌گیری جریان‌خون در مغز، قبل و بعد از یک جلسه‌ی درسی از fMRI (تصویرسازی تشدید مغناطیسی کارکردی) استفاده کردند. این‌کار به‌منظور ترسیم مناطقی از مغز صورت گرفت که در زمان انجام یک مسئله‌ی استدلالی فیزیک فعال می‌شوند. دکتر برو بر طبق یافته‌ها که در Frontiers in ICT منتشر شد، گفت: فرآیندهای عصب-زیست‌شناختی که زیربنای یادگیری هستند، پیچیده بوده و همیشه الزاما به آنچه از روند یادگیری تصور می‌کنیم مربوط نمی‌شوند.

بیش از ۵۰ نفر دانش‌آموز داوطلب در این بررسی شرکت کردند. این افراد، یک دوره فیزیک با عنوان آموزش مدلسازی را گذرانده بودند؛ در این روش از تدریس، بر فعال بودن دانش‌آموزان در فرآیند یادگیری تایید می‌شود. پیش از شرکت کردن دانش‌آموزان در کلاس، آنها به سوالاتی از یک نسخه‌ی مختصر بر پرسشنامه‌ی مفاهیم نیرو تحت آزمایش fMRI پاسخ دادند. پرسشنامه‌ی مفاهیم نیرو یک آزمون برای ارزیابی سطح اطلاع دانش‌آموزان کلاس‌های فیزیک پیش‌دانشگاهی از مفاهیم عمومی و تدریس‌شده‌ی فیزیک است. دانش‌آموزان پس از به‌پایان رساندن این دوره، بار دیگر تحت آزمایش fMRI به پرسشنامه‌ی مفاهیم نیرو پاسخ دادند.

فعالیت بخش‌هایی از مغز که با توجه کردن، حافظه‌ی کاری و حل مسئله-قشر پیش‌پیشانی جانبی و قشر جداری، با نام شبکه‌ی اجرایی مرکزی-مرتبط هستند، در اسکن‌های انجام‌شده در مرحله‌ی پیش از آموزش مشاهده شد. دکتر برو می‌گوید: یکی از نقاط کلیدی، منطقه‌ی مشخصی از مغز است؛ این منطقه، قشر پیش‌پیشانی جانبی خلفی است که مسئول تولید شبیه‌سازی‌های ذهنی است. این موضوع نشان می‌دهد که یادگیری فیزیک، یک فرایند انگارشی است؛ تا به‌حال تصور مردم از فیزیک این‌گونه نبوده است.

پس از اتمام کلاس، اسکن‌های قبل و بعد از یادگیری دانش‌آموزان با هم مقایسه شد و نشان داد که فعالیت قطب‌های پیشانی افزایش یافته است؛ این نتیجه قابل‌ انتظار بود؛ چرا که این منطقه با یادگیری در ارتباط است. اما منطقه‌ی دیگری از مغز نیز در این حین فعال شد؛ این منطقه، قشر سینگولت خلفی است که با حافظه‌ی رویدادی و افکار خود-ارجاعی در ارتباط است. دکتر برو و دیگر نویسندگان این مقاله در ارتباط با این مقاله نوشته‌اند: این تغییرات در فعالیت مغز ممکن است در ارتباط با تغییرات رفتاری پیچیده‌تر در استدلال‌کردن دانش‌آموزان برای پاسخ به سوال‌های فیزیک در زمان قبل و بعد از یادگیری باشد. این تغییرات ممکن است شامل تغییر در استراتژی یا افزایش دسترسی به دانش فیزیک و منابع حل مسئله باشد.

یکی از اهداف این مقاله، بررسی بیشتر نحوه‌ی استفاده از روش آموزشی است؛ آموزش مدلسازی، دانش‌آموزان را به استفاده از مدل‌های ذهنی خود برای درک مفاهیم جدید تشویق می‌کند. دکتر برو می‌گوید: ایده‌ی مدل‌های ذهنی بسیار مورد توجه آن دسته از پژوهشگران یادگیری است که شواهدی از اتفاقات درون مغز ندارند؛ چرا که گفته یا اعمال افراد، چندان به بررسی این موضوع کمک نمیکند. ما نیازمند اطلاعاتی از اتفاقات درون مغز هستیم.

به‌همین ترتیب، برو و همکاران پژوهشگر او تصور می‌کنند که بررسی آن‌ها حاوی اطلاعاتی درخور در زمانی هستند که این مدل‌های ذهنی برقرار هستند.

اما چرا فیزیک این تغییر را ایجاد می‌کند؟ چه موردی در این رشته وجود دارد که آن را به بهترین گزینه برای بررسی مدلسازی ذهنی در مغز تبدیل می‌کند؟ دکتر برو می‌گوید که چند پژوهش در ارتباط با یادگیری ریاضی و خوانداری بر روی شبکه‌های مغزی مرتبط انجام شده است. اما مدلسازی ذهنی تنها در مورد فیزیک نمود پیدا کرده است؛ با این حال این موضوع، توجه چندانی  را جلب نکرده است.

دکتر برو می‌گوید: فیزیک، موقعیت مناسبی را برای درک یادگیری به دو دلیل فراهم می‌کند؛ اول این‌که با مواردی سروکار دارد که مردم با آن‌ها مواجهه‌ی مستقیم دارند و این موضوع، کلاس‌های رسمی یادگیری و درک غیررسمی را به موضوعی مرتبط، هم‌تراز و حتی مقابله‌ای تبدیل می‌کند. دوم این‌که فیزیک، براساس قوانین عمل می‌کند؛ بنابراین در آن قضایای مطلقی وجود دارد که نحوه‌ی عملکرد بدن را مشخص می‌کنند.

دکتر برو از حرکت رو‌به‌جلوی این بررسی، در بهبود یادگیری فیزیک در ایالات متحده و کشورهای دیگر هیجان‌زده است. او می‌گوید: من قصد دارم بررسی‌هایی در مورد شبیه‌سازی‌های ذهنی فیزیک انجام دهم تا حدود تحقق‌یابی این یافته‌ها در مورد سطح‌های مختلف یادگیری فیزیک و روی جمعیت‌های مختلف مردم را مشخص‌تر کنم. این مقاله همچنین راه را برای بررسی‌های بیشتر هموار می‌کند و من در مورد نحوه‌ی پیشرفت آن بسیار کنجکاو هستم.

فاطمه مختاری