山东师范大学硕士学位论文 第二章概念界定与理论基础 2.1核心概念界定 2.1.1脑科学 脑科学是对大脑组成结构、运作规律和神经功能进行相关的科学研究的科学。大量脑 科学实验研究数据表明，人类的大脑具有可以长期可塑性，大脑的这一特性形成的原因是 基于神经联结的可变性，通过学习的过程可以不断促进神经元之间产生新的联结。由于 脑并不是孤立存在的，所以研究的对象不只局限于大脑，而是包括与大脑紧密联系的整个 神经系统，甚至包括了各个感觉器官，因此，脑科学又被叫做神经科学。网教师可以基于 脑科学的研究成果，更好地把握学生的认知特点、记忆特性和情绪特征。 2.1.2教育神经科学 教育神经科学是一门新兴交叉学科，它综合运用生物学、神经生理学、神经心理学、 认知神经科学、发展与教育科学的视角和方法研究教育活动。它从基因、分子、突触、 神经元、神经网络、神经系统、课堂行为等不同层面揭示学生学习行为产生的完整过程， 以对学生的学习行为提供因果解释，研究学习和教育的规律。教育神经科学的多学科交 叉并不是神经科学、心理学和教育学三门学科的简单相加，而是将多个学科进行有机的整 合研究。它的研究关注点聚焦在儿童发展、语言获得、思维、推理以及阅读、数学、科学 等多种技能与知识学习的脑与认知科学研究，并把这些研究成果运用于教育决策以及相应 的教育实践中。m教育神经科学致力于研究神经科学与教育之间的相互作用，它搭建了认 知科学和神经科学与教育实践的桥梁，不仅可以为教育方法提供信息，还可以为大脑工作 过程与课堂中的学习行为之间的关系提供科学的见解。m 作为一个崭新的交叉学科，教育神经科学进一步扩大了教育科学研究的范畴，为传统 的教学科学研究增添了对科学实证的新探究方向。它主要强调学与教的大脑生理机制，并 且将教育的基础理论与实验探究范式作为研究的重点，并明确地指出了教育决策和实施过 程的科学性，在当代以及有许多国家将其作为教育发展策略的重要组成部分，其发展成果 可以极大提升国民素质以及国家综合国力，有着重大的历史价值和意义 2.1.3教学设计 教学设计是根据课程标准的要求和教学对象的特点，在一定的教学策略指导下，将教 学各个要素有序安排，确定合适的教学方案的设想和计划。从课程设计的角度出发，可以 > (C)1994-02 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 7 第二章 概念界定与理论基础 2.1 核心概念界定 2.1.1 脑科学 脑科学是对大脑组成结构、运作规律和神经功能进行相关的科学研究的科学。大量脑 科学实验研究数据表明，人类的大脑具有可以长期可塑性，大脑的这一特性形成的原因是 基于神经联结的可变性，通过学习的过程可以不断促进神经元之间产生新的联结。[26]由于 脑并不是孤立存在的，所以研究的对象不只局限于大脑，而是包括与大脑紧密联系的整个 神经系统，甚至包括了各个感觉器官，因此，脑科学又被叫做神经科学。[27]教师可以基于 脑科学的研究成果，更好地把握学生的认知特点、记忆特性和情绪特征。 2.1.2 教育神经科学 教育神经科学是一门新兴交叉学科，它综合运用生物学、神经生理学、神经心理学、 认知神经科学、发展与教育科学的视角和方法研究教育活动。 [28]它从基因、分子、突触、 神经元、神经网络、神经系统、课堂行为等不同层面揭示学生学习行为产生的完整过程， 以对学生的学习行为提供因果解释，研究学习和教育的规律。[29]教育神经科学的多学科交 叉并不是神经科学、心理学和教育学三门学科的简单相加，而是将多个学科进行有机的整 合研究。它的研究关注点聚焦在儿童发展、语言获得、思维、推理以及阅读、数学、科学 等多种技能与知识学习的脑与认知科学研究，并把这些研究成果运用于教育决策以及相应 的教育实践中。[30]教育神经科学致力于研究神经科学与教育之间的相互作用，它搭建了认 知科学和神经科学与教育实践的桥梁，不仅可以为教育方法提供信息，还可以为大脑工作 过程与课堂中的学习行为之间的关系提供科学的见解。 [31] 作为一个崭新的交叉学科，教育神经科学进一步扩大了教育科学研究的范畴，为传统 的教学科学研究增添了对科学实证的新探究方向。它主要强调学与教的大脑生理机制，并 且将教育的基础理论与实验探究范式作为研究的重点，并明确地指出了教育决策和实施过 程的科学性，在当代以及有许多国家将其作为教育发展策略的重要组成部分，其发展成果 可以极大提升国民素质以及国家综合国力，有着重大的历史价值和意义。 2.1.3 教学设计 教学设计是根据课程标准的要求和教学对象的特点，在一定的教学策略指导下，将教 学各个要素有序安排，确定合适的教学方案的设想和计划。从课程设计的角度出发，可以
山东师范大学硕士学位论文 将教学设计分为宏观、中观、微观三个不同的层面：宏观设计是一个学期、一门课程的教 学计划纲要，即课程标准；微观设计是具体一节课的教学设计：中观设计是针对一个主题 单元或模块的设计，是承接宏观设计的课程标准与微观设计的课时教案的重要桥梁。四以 往教师进行教学设计时主要将微观的课时教案设计作为核心和重点，往往缺乏对一个知识 单元的教学的思考，仅仅只是被动地依据教材的编排顺序进行整个单元的教学，而缺少了 单元教学设计这一必要环节。使得位于同一单元下每个专题的教学缺少整体认知和全局 设计，这就必然在课堂教学中，无法对整个单元的教学目标、教学活动等作出合理的整合 和协调，也不能很好地帮助学生进行知识的建构，教学效果难免不佳。所以，教师必须改 变以往的单一认知：认为教学设计就是课时教案的设计，应该重视学习和实践单元教学设 计，并从此入手改革教学设计。基于此，本文的教育设计研究就是对“静电场及其应用” 单元进行了整体单元设计之后，再进行的具体教学案例的设计。 2.1.4教育神经科学视域下的教学设计 教育神经科学视域下的教学设计，即在教育神经科学的相关理论指导下，对课堂教学 过程的设计。本文根据教育神经科学的一些理论，整理、归纳、提出可以指导教学设计的 教学策略，根据相关的教学策略进行教学设计，尽可能符合学生大脑思考和认知特点，结 合物理学科的特点，和“静电场”主题的学习特点。用教育神经科学的视角去分析和研究 “静电场及其应用”的教学设计，创新发展学生的电场物质观、空间想象力和推理能力的 教学策略，应用这些教学策略去对“静电场及其应用”单元做整体设计，并设计不同课型 的教学案例，为教有神经科学理论应用于物理课堂教学提供可参考的样例。 2.2教育神经科学的核心理论 1脑可以生长新的神经元，大脑神经的联结会因为我们的不断使用而增强。 神经元是执行脑和全部神经系统功能的核心，人们对周围世界的感知以及做出的每 个动作、情绪、想法都源于大脑神经元之间的沟通。近年来研究者发现，大脑可以生长出 新的神经元，并且这种神经元的再生紧密关系着人们的情绪、记忆和学习。在本世纪初， 有新的研究表明，通过学习的过程以及各种感官感觉输入或者肢体动作之后，神经突触间 的连接强度会发生改变，大脑中的网络联结随着环境的信息输入而不断增强，这个过程称 为神经可塑性，也就是人的大脑可以自我重塑。教师需要认识到在学生大脑的“可塑性”， (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 8 将教学设计分为宏观、中观、微观三个不同的层面：宏观设计是一个学期、一门课程的教 学计划纲要，即课程标准；微观设计是具体一节课的教学设计；中观设计是针对一个主题 单元或模块的设计，是承接宏观设计的课程标准与微观设计的课时教案的重要桥梁。 [32]以 往教师进行教学设计时主要将微观的课时教案设计作为核心和重点，往往缺乏对一个知识 单元的教学的思考，仅仅只是被动地依据教材的编排顺序进行整个单元的教学，而缺少了 单元教学设计这一必要环节。 [33]使得位于同一单元下每个专题的教学缺少整体认知和全局 设计，这就必然在课堂教学中，无法对整个单元的教学目标、教学活动等作出合理的整合 和协调，也不能很好地帮助学生进行知识的建构，教学效果难免不佳。所以，教师必须改 变以往的单一认知：认为教学设计就是课时教案的设计，应该重视学习和实践单元教学设 计，并从此入手改革教学设计。基于此，本文的教育设计研究就是对“静电场及其应用” 单元进行了整体单元设计之后，再进行的具体教学案例的设计。 2.1.4 教育神经科学视域下的教学设计 教育神经科学视域下的教学设计，即在教育神经科学的相关理论指导下，对课堂教学 过程的设计。本文根据教育神经科学的一些理论，整理、归纳、提出可以指导教学设计的 教学策略，根据相关的教学策略进行教学设计，尽可能符合学生大脑思考和认知特点，结 合物理学科的特点，和“静电场”主题的学习特点。用教育神经科学的视角去分析和研究 “静电场及其应用”的教学设计，创新发展学生的电场物质观、空间想象力和推理能力的 教学策略，应用这些教学策略去对“静电场及其应用”单元做整体设计，并设计不同课型 的教学案例，为教育神经科学理论应用于物理课堂教学提供可参考的样例。 2.2 教育神经科学的核心理论 1.脑可以生长新的神经元，大脑神经的联结会因为我们的不断使用而增强。 神经元是执行脑和全部神经系统功能的核心，人们对周围世界的感知以及做出的每一 个动作、情绪、想法都源于大脑神经元之间的沟通。近年来研究者发现，大脑可以生长出 新的神经元，并且这种神经元的再生紧密关系着人们的情绪、记忆和学习。 [34]在本世纪初， 有新的研究表明，通过学习的过程以及各种感官感觉输入或者肢体动作之后，神经突触间 的连接强度会发生改变，大脑中的网络联结随着环境的信息输入而不断增强，这个过程称 为神经可塑性，也就是人的大脑可以自我重塑。 [35]教师需要认识到在学生大脑的“可塑性
山东师范大学硕士学位论文 对待学生一视同仁，因材施教，利用适当的教学手段干预，帮助每个学生更好地形成新的 突触连接，修正或者剪切已经存在的神经连接。阚 2.情绪对学习有着巨大的影响，积极的情绪有利于更好地认知。 脑科学的研究表明，大脑中的杏仁核调节个体的情绪反应，它能阻止或促进学习。网 在特定的条件下，少量的压力可以提高成绩、增强记忆，但是持续的压力会减少信息的获 取、保持和重现。比如，Schwabe和Wolf发现，学习新单词的同时处于压力情境之下，受 试者的成绩至少下降30%。侧压力等负面情绪对学生的学习具有不利的影响，积极的情绪 同样也会对学习有积极有利的影响。比如，Freerickson就指出积极情绪能够让人在创造性 思维的测量中获得更好的成绩。青春期正处于生理快速发展、情绪变化跌宕起伏的阶段， 教师更应当注重利用学生的情绪特征，努力营造一种有利于学生学习的积极的情绪氛围， 以帮助其更好的认知发展。 3脑功能是分区的，不同的脑区发有时间不同，不同类型的学习存在关键期。 “左右半脑分工”理论己经被证明是没有脑科学证据的，被列为“神经神话”【之一， 人脑不是单纯的左右两半各司其职，互不干扰，大量研究表明，复杂任务的加工并不局限 于右半球或左半球，而是左、右脑共同参与的结果。人的大脑是由不同的主要功能区组成 的，各个功能区之间也是相互协作相互配合的。人的大脑主要分为三大系统：间脑、边缘 系统和大脑，其中间脑包括脑桥、延髓和小脑：边缘系统包括丘脑、下丘脑、海马体和杏 仁核：大脑包含大脑半球和胼胝体，大脑半球又有顶叶、额叶、颗叶和枕叶四个“叶”的 区域。不同的的大脑区域负责的主要功能是不同，不同大脑区的发育成熟的快慢也是不 样的。不同的神经细胞功能重点发育时间不同，致使儿童的不同年龄阶段重点学习的对象 不同。大脑从环境中接收特定的输入信息并经此创建或巩固神经网络的重要时期叫做“机 会之窗”，也叫关键期。特定的一些认知功能如果错过关键期，可能就无法实现了，比 如十岁之前如果不会说话，这个人的一生可能很难学说话了。大部分脑神经的生长发育在 3一12岁就已经发育完全，而主管理性思考和高级思维的大脑额叶的前额叶皮层，成熟的 却比较缓慢。采用磁共振成像技术(MRI)对20多岁的年轻人脑部研究表明，额叶此时 仍在继续生长，所以青少年还不能全面控制过激情绪，比成人更容易做出不理性的行为。 同高中阶段，对于处于青少年时期的学生，前额叶的发育使得高中生高级思维可以得到大 步发展，教师要关注和理解其额叶的功能和发育特点，探究出适合培养其高阶思维的教学 9 (C)1994-02 China Academie Joural Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.enki.net
山东师范大学硕士学位论文 9 对待学生一视同仁，因材施教，利用适当的教学手段干预，帮助每个学生更好地形成新的 突触连接，修正或者剪切已经存在的神经连接。[36] 2.情绪对学习有着巨大的影响，积极的情绪有利于更好地认知。 脑科学的研究表明，大脑中的杏仁核调节个体的情绪反应，它能阻止或促进学习。 [37] 在特定的条件下，少量的压力可以提高成绩、增强记忆，但是持续的压力会减少信息的获 取、保持和重现。比如，Schwabe 和 Wolf 发现，学习新单词的同时处于压力情境之下，受 试者的成绩至少下降 30%。 [38]压力等负面情绪对学生的学习具有不利的影响，积极的情绪 同样也会对学习有积极有利的影响。比如，Freerickson 就指出积极情绪能够让人在创造性 思维的测量中获得更好的成绩。 [39]青春期正处于生理快速发展、情绪变化跌宕起伏的阶段， 教师更应当注重利用学生的情绪特征，努力营造一种有利于学生学习的积极的情绪氛围， 以帮助其更好的认知发展。 3.脑功能是分区的，不同的脑区发育时间不同，不同类型的学习存在关键期。 “左右半脑分工”理论已经被证明是没有脑科学证据的，被列为“神经神话” [40]之一， 人脑不是单纯的左右两半各司其职，互不干扰，大量研究表明，复杂任务的加工并不局限 于右半球或左半球，而是左、右脑共同参与的结果。人的大脑是由不同的主要功能区组成 的，各个功能区之间也是相互协作相互配合的。人的大脑主要分为三大系统：间脑、边缘 系统和大脑，其中间脑包括脑桥、延髓和小脑；边缘系统包括丘脑、下丘脑、海马体和杏 仁核；大脑包含大脑半球和胼胝体，大脑半球又有顶叶、额叶、颞叶和枕叶四个“叶”的 区域。不同的的大脑区域负责的主要功能是不同，不同大脑区的发育成熟的快慢也是不一 样的。不同的神经细胞功能重点发育时间不同，致使儿童的不同年龄阶段重点学习的对象 不同。大脑从环境中接收特定的输入信息并经此创建或巩固神经网络的重要时期叫做“机 会之窗”，也叫关键期。 [41]特定的一些认知功能如果错过关键期，可能就无法实现了，比 如十岁之前如果不会说话，这个人的一生可能很难学说话了。大部分脑神经的生长发育在 3—12 岁就已经发育完全，而主管理性思考和高级思维的大脑额叶的前额叶皮层，成熟的 却比较缓慢。 [42]采用磁共振成像技术（MRI）对 20 多岁的年轻人脑部研究表明，额叶此时 仍在继续生长，所以青少年还不能全面控制过激情绪，比成人更容易做出不理性的行为。 [43]高中阶段，对于处于青少年时期的学生，前额叶的发育使得高中生高级思维可以得到大 步发展，教师要关注和理解其额叶的功能和发育特点，探究出适合培养其高阶思维的教学
山东师范大学硕士学位论文 策略和方法，发展学生的创造性、发散性思维。 4丰富的环境刺激可以促进新突触的形成，复杂的情境能够帮助大脑学习。 大脑的认知和思考的工作，是通过神经元之间的信号传递来完成的。如果来自其他神 经元的输入信号兴奋性达到某种临界值，那么接收这些信号的神经元将会放电，将这些信 号传送到它的邻近神经元，通过这个过程，信号沿着复杂的、贯穿大脑的神经元通路，从 一个神经元传至下一个神经元，从而产生我们所有的想法和行为活动。Donald Hebb提 出过这样的观点：当成群的神经元组同时活跃地产生信号（放电）时，神经元之间的连结 得到增强。也就是说丰富的环境刺激多个神经元组群同时放电次数越多，它们之间的传 递的信号就越强、越高效，这样可以长时间增强产生的联结。神经科学家格里诺和他的同 事通过对大鼠的研究也得到了类似的结论。后来，在人类身上研究者们也发现了类似的 研究结果，这说明了丰富的环境刺激可以促进新突触的形成，并使得更多的神经元组群同 时放电，传递信号更强更高效，帮助大脑更好地习得新知并形成长时记忆。所以在进行教 学时，想让学生更好的学习新知，就要尽可能地调动学生的多种感官，使学生全身心地投 入到丰富的学习情境中，这样不仅习得新知的效率比较高，记忆效果也更好。 2.3相关理论依据 2.3.1建构主义学习理论 建构主义兴起于上个世纪80年代，其代表性观点认为，学习的过程是学习者借助合 适的学习材料、在一定的社会情境或者特定背景之下进行积极的意义建构，从而获得结构 化的知识的过程。在这个过程中，教师是指引者：教材为学生学习知识提供材料参考：媒 体是学生进行交流学习的途径：良好的学习环境促进学生知识建构形成。建构主义认为， 学习是学习者主动获取知识的过程，知识不是通过教师的传授得到的，而是学习者在一定 的学习情境下，即通过与周围人（包括教师和同学）的交流合作活动，利用必要的学习资 料，通过意义建构的方式而获得。建构主义的两个关键思想包括知识建构和学习文化， 它关注社会情境如何提供机会帮助学习者对正在学习的知识建立联结，而教育神经科学中 注重有意义的知识建构和多元学习情境的构建，因此建构主义学习理论是主要参考理论之 一。在构建基于教育神经科学的高中物理课堂时，就是要基于教育神经科学的研究成果， 教师通过创设协作学习的环境，营造出一个师生互动、生生互动的学习环境，让学生在与 教师同学的互动中有效地调动其内在积极性，实现大脑的意义建构。 10 (C)1994-2022 China Academie Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
山东师范大学硕士学位论文 10 策略和方法，发展学生的创造性、发散性思维。 4.丰富的环境刺激可以促进新突触的形成，复杂的情境能够帮助大脑学习。 大脑的认知和思考的工作，是通过神经元之间的信号传递来完成的。如果来自其他神 经元的输入信号兴奋性达到某种临界值，那么接收这些信号的神经元将会放电，将这些信 号传送到它的邻近神经元，通过这个过程，信号沿着复杂的、贯穿大脑的神经元通路，从 一个神经元传至下一个神经元，从而产生我们所有的想法和行为活动。 [44]Donald Hebb 提 出过这样的观点：当成群的神经元组同时活跃地产生信号（放电）时，神经元之间的连结 得到增强。 [45]也就是说丰富的环境刺激多个神经元组群同时放电次数越多，它们之间的传 递的信号就越强、越高效，这样可以长时间增强产生的联结。神经科学家格里诺和他的同 事通过对大鼠的研究也得到了类似的结论。[46]后来，在人类身上研究者们也发现了类似的 研究结果，这说明了丰富的环境刺激可以促进新突触的形成，并使得更多的神经元组群同 时放电，传递信号更强更高效，帮助大脑更好地习得新知并形成长时记忆。所以在进行教 学时，想让学生更好的学习新知，就要尽可能地调动学生的多种感官，使学生全身心地投 入到丰富的学习情境中，这样不仅习得新知的效率比较高，记忆效果也更好。 2.3 相关理论依据 2.3.1 建构主义学习理论 建构主义兴起于上个世纪 80 年代，其代表性观点认为，学习的过程是学习者借助合 适的学习材料、在一定的社会情境或者特定背景之下进行积极的意义建构，从而获得结构 化的知识的过程。在这个过程中，教师是指引者；教材为学生学习知识提供材料参考；媒 体是学生进行交流学习的途径；良好的学习环境促进学生知识建构形成。建构主义认为， 学习是学习者主动获取知识的过程，知识不是通过教师的传授得到的，而是学习者在一定 的学习情境下，即通过与周围人（包括教师和同学）的交流合作活动，利用必要的学习资 料，通过意义建构的方式而获得。 [47]建构主义的两个关键思想包括知识建构和学习文化， 它关注社会情境如何提供机会帮助学习者对正在学习的知识建立联结，而教育神经科学中 注重有意义的知识建构和多元学习情境的构建，因此建构主义学习理论是主要参考理论之 一。在构建基于教育神经科学的高中物理课堂时，就是要基于教育神经科学的研究成果， 教师通过创设协作学习的环境，营造出一个师生互动、生生互动的学习环境，让学生在与 教师同学的互动中有效地调动其内在积极性，实现大脑的意义建构
山东师范大学硕士学位论文 2.3.2情境认知理论 情境认知理论兴起于上个世纪90年代，其代表性观点认为，知识存在于日常生活的 各个领域，不能将知识与情境区分开，教学的过程中要促进知识与现实生活情境的双向互 动。【侧在这个过程中，教师是指引者，是教学情境的构建者，媒体是学生进行情境学习的 有效途径。情境认知理论认为，学习是学习的过程中要创造一种与现实生活相关的情境， 培养学生在现实生活中解决问题的能力，实现“从现实中来，到现实中去”的学习过程。 在构建基于教育神经科学的高中物理课堂时，就是要基于教育神经科学的研究成果，教 师通过创设与现实生活相关的生活情境，让学生基于现实问题，应用所学理论去解决问题。 这样不仅让学生认识到所学物理知识是与生活生产紧密相关的、有意义的、促进学生的学 习热情，更能在让学生解决实际问题的实践过程中，实现大脑的意义建构。 2.3.3系统科学理论 系统科学认为要把研究的对象作为一个系统，关注整个系统的结构和整体功能，从宏 观的角度去进行研究，研究时要注重整个系统内各个要素之间的联系。在课堂教学中，教 学环境、学生、教师、教学工具和内容相互作用构成一个系统结构，教育者要注意整个系 统各个要素之间的联系。侧在教育神经科学的应用研究中，特别注重整体性和系统性，并 且特别关注整个学习环境的对学生学习的影响。另外，系统科学理论在物理学科上应用时， 还会紧密结合现代信息科学技术的研究工具，比如模拟动画，仿真实验等信息手段，这也 与教育神经科学所倡导的给予学生多感官刺激（视觉刺激）的理念相通。比如，物理学中 “静电场”的抽象性高，光凭教师的口头描述和课本的文字描写，学生很难形成良好的物 质观念，利用虚拟和仿真系统将电磁场中的现象可视化，可以帮助学生的树立良好的物理 观念。 (C)94-02 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 11 2.3.2 情境认知理论 情境认知理论兴起于上个世纪 90 年代，其代表性观点认为，知识存在于日常生活的 各个领域，不能将知识与情境区分开，教学的过程中要促进知识与现实生活情境的双向互 动。 [48]在这个过程中，教师是指引者，是教学情境的构建者，媒体是学生进行情境学习的 有效途径。情境认知理论认为，学习是学习的过程中要创造一种与现实生活相关的情境， 培养学生在现实生活中解决问题的能力，实现“从现实中来，到现实中去”的学习过程。 [49]在构建基于教育神经科学的高中物理课堂时，就是要基于教育神经科学的研究成果，教 师通过创设与现实生活相关的生活情境，让学生基于现实问题，应用所学理论去解决问题。 这样不仅让学生认识到所学物理知识是与生活生产紧密相关的、有意义的、促进学生的学 习热情，更能在让学生解决实际问题的实践过程中，实现大脑的意义建构。 2.3.3 系统科学理论 系统科学认为要把研究的对象作为一个系统，关注整个系统的结构和整体功能，从宏 观的角度去进行研究，研究时要注重整个系统内各个要素之间的联系。在课堂教学中，教 学环境、学生、教师、教学工具和内容相互作用构成一个系统结构，教育者要注意整个系 统各个要素之间的联系。 [50]在教育神经科学的应用研究中，特别注重整体性和系统性，并 且特别关注整个学习环境的对学生学习的影响。另外，系统科学理论在物理学科上应用时， 还会紧密结合现代信息科学技术的研究工具，比如模拟动画，仿真实验等信息手段，这也 与教育神经科学所倡导的给予学生多感官刺激（视觉刺激）的理念相通。比如，物理学中 “静电场”的抽象性高，光凭教师的口头描述和课本的文字描写，学生很难形成良好的物 质观念，利用虚拟和仿真系统将电磁场中的现象可视化，可以帮助学生的树立良好的物理 观念