证实了！学习物理真的能让脑袋变灵活

　　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）测量大脑中的血流量，由Eric Brewe领导的研究小组在受试者完成物理推理任务之前和之后，寻找到了他们大脑的哪些区域变得活跃。这项有趣的研究成果已于5月24日发表在Frontiers in ICT杂志上。

　　具体来说，这项试验安排了50多名志愿者学生参加。他们均被教授了一门物理课程，该课程采用了“建模教学”（Modeling Instruction）的方式，它鼓励学生积极参与学习。

　　在参加课程之前，学生们在进行fMRI时回答了Force Concept Inventory节略版中的问题（Force Concept Inventory是一种测试，用来评估早期大学物理课程中的基础物理概念知识）。

　　在志愿者完成物理课程后，他们再次进行Force Concept Inventory问卷调查，并再次接受fMRI的监测。

　　脑活动的变化与解决物理问题有关

　　在预指令（pre-instruction）扫描中，研究人员已发现，大脑中与注意力、工作记忆和解决问题相关的部分——前额叶外侧皮质和顶叶皮质，有时也被称为大脑的“中央执行网络”（brain's central executive network）显示出活动。

　　“关键之一似乎是大脑的背侧前额叶皮质，它能产生心智模拟。这表明学习物理是一个富有想象力的过程。”Brewe说。

　　受试者完成课程后，研究人员对学习前和学习后的扫描结果进行比较后发现，额叶的活动增加了，这是意料之中的，因为它们与学习有关；但还有另一个领域也变得活跃起来：扣带回后皮层，它与情景记忆和自我参照思维联系在一起。

　　“相对于教学前而言，大脑活动的这些变化可能与学生如何通过物理问题进行推理的行为变化有关，”Brewe和他的合著者写道，“这可能包括战略的转变，以及增加对物理知识和解决问题资源的获取。”

　　学习物理可辅助学生理解新概念

　　作者们称，本研究的目的之一是进一步探索如何运用建模教学鼓励学生运用自己的心智模型（mental models）去理解新概念。

　　Brewe说：“心智模型的概念是那些研究“学习”的人喜欢谈论的东西，但除了人们说的或做的（这些表象）以外，没有任何证据表明大脑内部正在发生什么。而我们的研究实际上是在从大脑内部寻找证据。”

　　因此，Brewe及其同事们认为他们的研究提供了一个很好的视角，即当这些“心智模型”成立时，典型的幕后推手是什么。

　　那么，为什么要选择物理呢？是什么使它成为研究大脑心智模型的理想对象的呢？

　　“此前已有一些关于与学习数学和阅读有关的大脑网络的研究。但是心智建模特别适合于物理学，然而物理学并没有得到太多的关注，” Brewe说，“我认为它是理解学习的好地方，原因有二。”

　　“首先，物理学涉及人们有直接经验的事情，能使正规课堂学习和非正规理解产生一致或对比的相关性。”

　　“第二，物理是建立在法则基础上的，所以我们的身体运作的方式是绝对的。”Brewe解释道。

　　展望未来，Brewe对这项研究为他在美国和其他国家提高物理学习的探索所带来的成果感到兴奋。“我想继续研究物理中的心智模拟问题，看看这在不同的物理学习水平和不同人群中的表现。”他总结道。