山东师范大学硕士学位论文 帮助高中生发展高阶思维，提高学生的综合分析能力，培养学生的核心素养。 1.2选题意义 随着知识经济时代的到来，媒体信息技术的飞速发展，教育学的研究和实践越来越重 视参考和吸纳脑神经科学的研究成果，教育者们也开始尝试按照大脑神经的运作规律开展 教学活动。近现代的教育学理论大都以心理学的研究结果作为理论支撑，但是心理其实 是脑功能的外在表现，也是高级神经活动的功能表现，脑和神经系统的发育和成熟，是心 理发展的直接前提和物质基础。脑科学理论才是最基础、最根本的支撑教育学的理论。教 育工作者应该将脑科学的研究成果作为高效课堂教学的坚实理论支撑。回 本文基于脑科学的相关理论，对“静电场及其应用”的章节进行了单元整体设计和具 体课时的教学案例设计与实施。从实践的视角，可以为一线教师提供基于脑科学的教学设 计案例与实践的参考或借鉴：从理论的视角，重视教育神经学与具体学科课堂教学融合的 研究，探索基于教育神经科学的高中物理课堂教学的策略，为教育工作者的教学设计和课 堂教学实施提供有效的支撑。 1.3研究综述 教育神经科学研究起源于一些美国等发达国家对于脑科学的研究成果，比较广为人知 的有1961年的斯佩里对“裂脑人”进行的研究，提出了大脑功能一一侧化理论。m脑科学 本身就是神经科学、医学等学科的交叉学科，教育神经科学是将教育学、心理学、神经科 学整合起来，从大脑的生理结构出发，研究教有现象及其教育规律的交叉学科。侧“教育 神经科学”(Educational Neuroscience)一词最早被提出是在1978年美国国家教有研究会召 集最权威的神经科学家为教育工作者撰写的《脑与教育》这本书中，并得到了美国国家教 育研究协会、美国教育研究协会、美国国家科学基金会等相关组织与机构的积极倡导，成 为这个领域的学者普遍接受的、用来表征这个新兴领域的词。可 20世纪90年代被称为“脑的十年”，神经科学的研究也慢慢被纳入学习科学的研究 领域。1997年，在美国科学家们开始了对脑科学对早期教育的启示的探索，希望通过对脑 科学的探究提高早期教育质量。美国以凯因夫妇为代表的研究者专注于研究“基于脑的学 习”，他们认为，在教学实践中创设丰富多彩、动态发展、对儿童构成智力挑战的环境， 有利于开发儿童的潜能，促进儿童的成长发展。我国学者也在上个世纪九十年代开始， 以韦钰院士为代表的学者呼吁重视在脑科学与教育科学之间架设桥梁。2000年，我国香 (C)1994-022 China Academie Joumal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.enki.net
山东师范大学硕士学位论文 2 帮助高中生发展高阶思维，提高学生的综合分析能力，培养学生的核心素养。 1.2 选题意义 随着知识经济时代的到来，媒体信息技术的飞速发展，教育学的研究和实践越来越重 视参考和吸纳脑神经科学的研究成果，教育者们也开始尝试按照大脑神经的运作规律开展 教学活动。[5]近现代的教育学理论大都以心理学的研究结果作为理论支撑，但是心理其实 是脑功能的外在表现，也是高级神经活动的功能表现，脑和神经系统的发育和成熟，是心 理发展的直接前提和物质基础。脑科学理论才是最基础、最根本的支撑教育学的理论。教 育工作者应该将脑科学的研究成果作为高效课堂教学的坚实理论支撑。 [6] 本文基于脑科学的相关理论，对“静电场及其应用”的章节进行了单元整体设计和具 体课时的教学案例设计与实施。从实践的视角，可以为一线教师提供基于脑科学的教学设 计案例与实践的参考或借鉴；从理论的视角，重视教育神经学与具体学科课堂教学融合的 研究，探索基于教育神经科学的高中物理课堂教学的策略，为教育工作者的教学设计和课 堂教学实施提供有效的支撑。 1.3 研究综述 教育神经科学研究起源于一些美国等发达国家对于脑科学的研究成果，比较广为人知 的有 1961 年的斯佩里对“裂脑人”进行的研究，提出了大脑功能——侧化理论。 [7]脑科学 本身就是神经科学、医学等学科的交叉学科，教育神经科学是将教育学、心理学、神经科 学整合起来，从大脑的生理结构出发，研究教育现象及其教育规律的交叉学科。 [8]“教育 神经科学”(Educational Neuroscience)一词最早被提出是在 1978 年美国国家教育研究会召 集最权威的神经科学家为教育工作者撰写的《脑与教育》这本书中，并得到了美国国家教 育研究协会、美国教育研究协会、美国国家科学基金会等相关组织与机构的积极倡导，成 为这个领域的学者普遍接受的、用来表征这个新兴领域的词。[9] 20 世纪 90 年代被称为“脑的十年”，神经科学的研究也慢慢被纳入学习科学的研究 领域。1997 年，在美国科学家们开始了对脑科学对早期教育的启示的探索，希望通过对脑 科学的探究提高早期教育质量。美国以凯因夫妇为代表的研究者专注于研究“基于脑的学 习”，他们认为，在教学实践中创设丰富多彩、动态发展、对儿童构成智力挑战的环境， 有利于开发儿童的潜能，促进儿童的成长发展。 [10]我国学者也在上个世纪九十年代开始， 以韦钰院士为代表的学者呼吁重视在脑科学与教育科学之间架设桥梁。 [11]2000 年，我国香
山东师范大学硕士学位论文 港地区启动了“脑神经科学与教育：中英语文教育研究计划”，香港研究小组基于真实的 教育情境，开展了脑科学教学应用研究，历经四年获得了223个功能核磁共振显像个案和 26个脑电图个案，形成了脑科学教育研究的科学数据库。四 21世纪以来，教育神经科学的相关研究的发文量开始大幅增长，以“教育神经科学” 为主题的书籍和期刊论文越来越多。美国玛利亚·哈迪曼在其著作《脑科学与课堂一一以 脑为导向的教学模式》中首先向教育者普及了正确的神经科学知识，根据己有的脑神经科 学知识，具体系统地阐述了以脑为导向的教学设计模式应该具备的特征。她在书中提出了 一种新的教学模式一一BTT(Brain-Targeted teaching)模式，ta试图为教师提供一种完整 的框架，帮助教育者理解来自神经核认知科学的研究成果，并把它们应用到自己的工作之 中。大卫·苏泽在《教育与脑神经科学》一书中系统介绍了人脑的结构和功能，以及不同 性别、不同年龄阶段、不同认知需求的大脑认知的特征，并向教育者提供了有助于学生学 习的与各类大脑契合的教学策略：舒缓大脑的策略、激活大脑的策略、吸引大脑的策略和 振奋大脑的策略。国内学者学者也发表了越来越多的“教育神经科学”相关的期刊论文， 纷纷从不同角度来分析这一新学科的性质和内容。2004年，华东师范大学从事脑科学研究 的周加仙教授在其博士论文《基于脑的教育研究：反思与对策》中，从脑科学与教育的融 合发展的历程发展中，提出了对教育神经科学的学科形成和发展的构想，并明确给出了她 对教育神经科学的定义：“教育神经科学是将神经科学、心理学、教育学整合起来，研究 人类教育现象及其一般规律的、横跨文理的新兴交叉学科”。学者胡谊等认为，教育神 经科学本质上是认知神经科学的一个分支。还有一些教育研究者认为，该学科的本质是 教育学，如韦钰将神经教育学定义为“新形成的基于科学研究的教育学”。四 随者教育神经科学的学科性质和内容的研究逐渐清明，近十年来，该领域的研究重点 也逐渐偏向于“教育神经科学”理论与教育实践相结合的研究，一部分学者开始尝试基于 教育神经科学理论提出课堂教学策略，比如，华东师范大学的学者许红硕士在其2007 年的硕士论文中试图将脑科学的教学策略运用于课堂实践，结合成熟的部分脑科学理论， 提出了在课堂上可以根据大脑注意、迁移、情绪的特点科学施教：冯春艳学者在《脑科 学知识及其在教学中的应用》中，将脑科学知识甄别闸述，并结合脑科学相关研究总结出 以脑科学为原理的基于意义建构、情境认知、情绪环境等的教学策略。还有一部分研究者 开始将教育神经科学理论带入课堂教学设计中，尝试利用该理论指导实际教学，研究该理 论在课堂教学实践中的具体效果。学者张莎2014年根据与教学活动相关的脑科学研究成 3 (C)1994-2022 China Academie Joumal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.enki.net
山东师范大学硕士学位论文 3 港地区启动了“脑神经科学与教育：中英语文教育研究计划”，香港研究小组基于真实的 教育情境，开展了脑科学教学应用研究，历经四年获得了 223 个功能核磁共振显像个案和 26 个脑电图个案，形成了脑科学教育研究的科学数据库。[12] 21 世纪以来，教育神经科学的相关研究的发文量开始大幅增长，以“教育神经科学” 为主题的书籍和期刊论文越来越多。美国玛利亚·哈迪曼在其著作《脑科学与课堂——以 脑为导向的教学模式》中首先向教育者普及了正确的神经科学知识，根据已有的脑神经科 学知识，具体系统地阐述了以脑为导向的教学设计模式应该具备的特征。她在书中提出了 一种新的教学模式——BTT（Brain-Targeted teaching）模式，[13]试图为教师提供一种完整 的框架，帮助教育者理解来自神经核认知科学的研究成果，并把它们应用到自己的工作之 中。大卫·苏泽在《教育与脑神经科学》一书中系统介绍了人脑的结构和功能，以及不同 性别、不同年龄阶段、不同认知需求的大脑认知的特征，并向教育者提供了有助于学生学 习的与各类大脑契合的教学策略：舒缓大脑的策略、激活大脑的策略、吸引大脑的策略和 振奋大脑的策略。 [14]国内学者学者也发表了越来越多的“教育神经科学”相关的期刊论文， 纷纷从不同角度来分析这一新学科的性质和内容。2004 年，华东师范大学从事脑科学研究 的周加仙教授在其博士论文《基于脑的教育研究：反思与对策》中，从脑科学与教育的融 合发展的历程发展中，提出了对教育神经科学的学科形成和发展的构想，并明确给出了她 对教育神经科学的定义：“教育神经科学是将神经科学、心理学、教育学整合起来，研究 人类教育现象及其一般规律的、横跨文理的新兴交叉学科”。 [15]学者胡谊等认为，教育神 经科学本质上是认知神经科学的一个分支。 [16]还有一些教育研究者认为，该学科的本质是 教育学，如韦钰将神经教育学定义为“新形成的基于科学研究的教育学”。 [17] 随着教育神经科学的学科性质和内容的研究逐渐清明，近十年来，该领域的研究重点 也逐渐偏向于“教育神经科学”理论与教育实践相结合的研究，一部分学者开始尝试基于 教育神经科学理论提出课堂教学策略，比如，华东师范大学的学者许红硕士[18]在其 2007 年的硕士论文中试图将脑科学的教学策略运用于课堂实践，结合成熟的部分脑科学理论， 提出了在课堂上可以根据大脑注意、迁移、情绪的特点科学施教；冯春艳学者[19]在《脑科 学知识及其在教学中的应用》中，将脑科学知识甄别阐述，并结合脑科学相关研究总结出 以脑科学为原理的基于意义建构、情境认知、情绪环境等的教学策略。还有一部分研究者 开始将教育神经科学理论带入课堂教学设计中，尝试利用该理论指导实际教学，研究该理 论在课堂教学实践中的具体效果。学者张莎[20]2014 年根据与教学活动相关的脑科学研究成
山东师范大学硕士学位论文 果，脑功能发展受环境影响、情感对大脑的认知过程有重要的影响等，对教学设计进行了 思考。程志学者和范爱华学者在《现代脑科学研究及其对教学设计的启示》中通过对脑科 学研究成果的梳理，对应着不同的脑科学成果分别给出了对应的课堂教学设计的建议，比 如：根据脑功能的发展受到环境的影响，建议教师可以多借助信息技术为学生创设丰富的 学习环境等。四华东师范大学的学者王薇的硕士论文《基于脑科学的小学古诗课堂教学实 践研究》中，将脑科学的研究成果应用在小学古诗课堂教学实践中，并选择了实验班和对 照班进行了教学实验研究，得出了基于脑科学的小学古诗课堂能够明显激发学生的学习兴 趣、教学效果显著较好的结论。四 从以上文献梳理过程中，笔者发现教育神经科学的研究中己经积累了大量的基于大脑 神经影像了解到的大脑的神经机制认知，可以为教育者提供新的教育理论指导。将教育神 经科学研究成果应用在课堂教学实践是该领域新的研究重点，目前在该方向的研究成果还 非常少，将教有神经科学应用于高中物理课堂上的研究更加稀少。笔者以“教育神经科学， 物理教学”和“脑科学，物理教学”在中国知网上进行搜索，只查到了三篇有效相关的文 献，其中山东师范大学的米帅帅学者在其硕士论文《教育神经科学视角下高中物理教学中 最近发展区的评估研究》中，通过对高中学生的最近发展区进行课堂动态评估和施测评估， 对脑神经科学如何对物理教学提供教学策略提供理论支撑给出了有关建议：游永永和罗 婉华在《脑科学对物理教学的启示》中，基于脑的学习原则理论，得到了其应用到中学物 理教学中的五条教学启示：顾雪松在《运用“脑科学”指导物理教学》中，根据脑科学 的人类大脑认知活动机制，给常见的一些物理教学问题做了科学解答。 物理学是自然科学的重要基础学科之一，蕴含着人类认识和研究自然物质规律的重要 科学视角，物理学在发展学生的科学逻辑思维、科学探究能力和科学精神上发挥着至关重 要的作用。然而物理学科的抽象性和复杂性，导致物理学科的教学难度较大，而起兴于21 世纪的教育神经科学，基于人脑的认知神经机制，可以给高中物理课堂提供更加科学有效 的教学理论指导，基于教育神经科学理论，构建出可以指导物理课堂的教学策略，并开展 具体课堂的教学设计研究，具有非常重要的现实意义，这也是本文选题的意义和创新之处。 1.4研究思路及目标 本研究通过对脑科学、教育神经科学、物理课堂教学以及三者相融合的有关文献的梳 理和分析，确定研究的课题，明确研究的意义。尝试构建教育神经科学视域下的高中物理 (C)1994-022 China Academie Joumal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.enki.net
山东师范大学硕士学位论文 4 果，脑功能发展受环境影响、情感对大脑的认知过程有重要的影响等，对教学设计进行了 思考。程志学者和范爱华学者在《现代脑科学研究及其对教学设计的启示》中通过对脑科 学研究成果的梳理，对应着不同的脑科学成果分别给出了对应的课堂教学设计的建议，比 如：根据脑功能的发展受到环境的影响，建议教师可以多借助信息技术为学生创设丰富的 学习环境等。[21]华东师范大学的学者王薇的硕士论文《基于脑科学的小学古诗课堂教学实 践研究》中，将脑科学的研究成果应用在小学古诗课堂教学实践中，并选择了实验班和对 照班进行了教学实验研究，得出了基于脑科学的小学古诗课堂能够明显激发学生的学习兴 趣、教学效果显著较好的结论。 [22] 从以上文献梳理过程中，笔者发现教育神经科学的研究中已经积累了大量的基于大脑 神经影像了解到的大脑的神经机制认知，可以为教育者提供新的教育理论指导。将教育神 经科学研究成果应用在课堂教学实践是该领域新的研究重点，目前在该方向的研究成果还 非常少，将教育神经科学应用于高中物理课堂上的研究更加稀少。笔者以“教育神经科学， 物理教学”和“脑科学，物理教学”在中国知网上进行搜索，只查到了三篇有效相关的文 献，其中山东师范大学的米帅帅学者在其硕士论文《教育神经科学视角下高中物理教学中 最近发展区的评估研究》中，通过对高中学生的最近发展区进行课堂动态评估和施测评估， 对脑神经科学如何对物理教学提供教学策略提供理论支撑给出了有关建议； [23]游永永和罗 婉华在《脑科学对物理教学的启示》中，基于脑的学习原则理论，得到了其应用到中学物 理教学中的五条教学启示； [24]顾雪松在《运用“脑科学”指导物理教学》中，根据脑科学 的人类大脑认知活动机制，给常见的一些物理教学问题做了科学解答。[25] 物理学是自然科学的重要基础学科之一，蕴含着人类认识和研究自然物质规律的重要 科学视角，物理学在发展学生的科学逻辑思维、科学探究能力和科学精神上发挥着至关重 要的作用。然而物理学科的抽象性和复杂性，导致物理学科的教学难度较大，而起兴于 21 世纪的教育神经科学，基于人脑的认知神经机制，可以给高中物理课堂提供更加科学有效 的教学理论指导，基于教育神经科学理论，构建出可以指导物理课堂的教学策略，并开展 具体课堂的教学设计研究，具有非常重要的现实意义，这也是本文选题的意义和创新之处。 1.4 研究思路及目标 本研究通过对脑科学、教育神经科学、物理课堂教学以及三者相融合的有关文献的梳 理和分析，确定研究的课题，明确研究的意义。尝试构建教育神经科学视域下的高中物理
山东师范大学硕士学位论文 课堂教学策略，并选择高中物理“静电场及其应用”一章进行了单元教学设计和两种课型 的课时教学设计。在实习学校中实施两种课型的课堂教学，并通过访谈法对教学效果进行 评价分析。通过教学反思又对先前的教学策略和教学设计做出进一步修改和完善。本研究 通过从理论到实际课例的对教育神经科学视域下高中物理课堂教学的设计和实施，初步形 成可以为其他物理教师提供可参考的成果。 研究目标：(1)界定脑科学、教育神经科学、基于教育神经科学的教学设计等核心 概念：(2)探究基于教育神经科学的高中物理教学策略：(3)针对高中物理人教版2019 版新教材“静电场及其应用”单元教学设计和课时教学设计；(4)实施不同课型的基于 教育神经科学的课堂教学，并对教学效果进行评价， 1.5研究方法 (1)文献研究法 在前期确定研究内容阶段，对国内外文献关于脑科学、教育神经科学及教学设计进行 研究的相关文献进行查阅，确定该领域目前的研究现状，为下一步确定及完善论文框架打 好理论基础：在论文撰写过程阶段，查阅教育神经科学领域的最新文献，构建基于教育神 经科学的教学策略和方法，以提供进行教育神经科学视域下的教学设计研究的思路。 (2)行动研究法 行动研究法是要求教育实践者，在教育实践中，通过观察和反思，运用相关的教学理 论和研究方法分析问题，改善教学。通过行动研究法将设计的教学案例进行实施并总结教 育神经科学视域下的物理教学设计的优缺点。在行动研究中用教育神经科学的理论指导课 堂教学，探究更加高效的物理教学模式，促进学校课堂教育改革。 (3)观察法 观察法是指研究者通过感官借助一定的科学仪器，在一定的时间内有目的、有计划地 记录、描述客观对象的表现来收集研究资料的一种方法。例如，要研究物理课上课堂教学 模式、师生互动的类型等，我们可以通过实际观察或教室录像观察，详细记录教师的教学 环节和教学活动形式，师生互动的形式，提问的方式和类型，学生的反应和应答水平等。 本文在教育神经科学视域下对高中物理“静电场及其应用”一单元进行教学设计研究，并 进行课堂实践，然后运用观察法进行分析课堂中学生的表现情况。 (C)1994-022 China Academie Joural Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
山东师范大学硕士学位论文 5 课堂教学策略，并选择高中物理“静电场及其应用”一章进行了单元教学设计和两种课型 的课时教学设计。在实习学校中实施两种课型的课堂教学，并通过访谈法对教学效果进行 评价分析。通过教学反思又对先前的教学策略和教学设计做出进一步修改和完善。本研究 通过从理论到实际课例的对教育神经科学视域下高中物理课堂教学的设计和实施，初步形 成可以为其他物理教师提供可参考的成果。 研究目标：（1）界定脑科学、教育神经科学、基于教育神经科学的教学设计等核心 概念；（2）探究基于教育神经科学的高中物理教学策略；（3）针对高中物理人教版 2019 版新教材“静电场及其应用”单元教学设计和课时教学设计；（4）实施不同课型的基于 教育神经科学的课堂教学，并对教学效果进行评价。 1.5 研究方法 （1）文献研究法 在前期确定研究内容阶段，对国内外文献关于脑科学、教育神经科学及教学设计进行 研究的相关文献进行查阅，确定该领域目前的研究现状，为下一步确定及完善论文框架打 好理论基础；在论文撰写过程阶段，查阅教育神经科学领域的最新文献，构建基于教育神 经科学的教学策略和方法，以提供进行教育神经科学视域下的教学设计研究的思路。 （2）行动研究法 行动研究法是要求教育实践者，在教育实践中，通过观察和反思，运用相关的教学理 论和研究方法分析问题，改善教学。通过行动研究法将设计的教学案例进行实施并总结教 育神经科学视域下的物理教学设计的优缺点。在行动研究中用教育神经科学的理论指导课 堂教学，探究更加高效的物理教学模式，促进学校课堂教育改革。 （3）观察法 观察法是指研究者通过感官借助一定的科学仪器，在一定的时间内有目的、有计划地 记录、描述客观对象的表现来收集研究资料的一种方法。例如，要研究物理课上课堂教学 模式、师生互动的类型等，我们可以通过实际观察或教室录像观察，详细记录教师的教学 环节和教学活动形式，师生互动的形式，提问的方式和类型，学生的反应和应答水平等。 本文在教育神经科学视域下对高中物理“静电场及其应用”一单元进行教学设计研究，并 进行课堂实践，然后运用观察法进行分析课堂中学生的表现情况
山东师范大学硕士学位论文 (4)访谈法 在后期实践中，为了了解基于教育神经科学的课堂设计的实施效果，笔者设计合适的 访谈问题对实施课堂的教师和学生进行访谈，给予教育神经科学视野下的物理课堂实施效 果反馈，根据反馈得出结论，并反思不足。 6 (C)194-022 China Academie Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.enki.net
山东师范大学硕士学位论文 6 （4）访谈法 在后期实践中，为了了解基于教育神经科学的课堂设计的实施效果，笔者设计合适的 访谈问题对实施课堂的教师和学生进行访谈，给予教育神经科学视野下的物理课堂实施效 果反馈，根据反馈得出结论，并反思不足