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1、ByBy基于学习科学的高效教与学方法困惑困惑学生不爱听？听也听不懂？学了不会用？人是如何学习的脑科学脑科学神经科学神经科学认知心理学认知心理学人工智能人工智能课程教学论课程教学论教育技术学教育技术学学 习科 学L earni ng Sci ence人是如何学习的理解脑的基本工作规律学习科学导论脑的基本工作规律1.学习是脑神经细胞激活和建立连接的过程大脑神经元细胞有个每个神经元有个突触千亿每个神经元有个突触1万脑的基本工作规律1.学习是脑神经细胞激活和建立连接的过程Fire Fire togethertogether,Work together,Work together巴甫洛夫巴甫洛夫巴甫洛夫
2、的狗的狗条件反射条件反射的内在作用机理的内在作用机理重 复 放 电 自 动 化 放 电神经通路形成，即学会脑的基本工作规律1.学习是脑神经细胞激活和建立连接的过程推论推论1：学习不可能一蹴而就，需要提供持续支持学习不可能一蹴而就，需要提供持续支持会爬吗？如何建立新的神经通路？知道方向吗？通路A（分泌唾液）通路C（听到铃声）通路B（看到食物）如何建立新连接（学会新知识）通路A（分泌唾液）通路C（听到铃声）通路B（看到食物）固有的连接（强）增加新刺激（弱）新连接得以建立脑的基本工作规律1.学习是脑神经细胞激活和建立连接的过程推论推论1：学习不可能一蹴而就，需要提供持续支持推论推论2：激活原有神经通
3、路激活原有神经通路(经验经验)，是学习的关键，是学习的关键学习者原有经验学习者学习者感官通路感官通路学习的第一性原理学习即联接“鱼牛”的故事“风吹草低见牛羊”草高？牛羊高？解释信息，必须依靠原有经验高速公路边的报警电话110解释信息，必须依靠原有经验学习者学习者 只有借助只有借助原有经验原有经验才能走到才能走到 原有经验的原有经验的对立面对立面pp学习的本质，就是在信息之间学习的本质，就是在信息之间创建联接创建联接内部经验外部信息的联接外 部 信 息 之 间 的联 接内 部 经 验 之 间 的联 接首都最发达的港口城市蒙 内 铁 路 是 个 什 么 鬼脑会在自动在外部信息间 寻 找关 联 性学
4、习者的已知美国认知心理学家奥苏贝尔在已知未知之间建立联接pp老师教的老师教的不是知识不是知识，而是，而是联系联系 或者说，应该用或者说，应该用联系的方式联系的方式来教知识来教知识积分中值定理如何给小学生讲 微积分如何给小学生讲 微积分关键：如何在微积分和小学生的经验之间建立联系微积分原有经验求曲线面积求矩形面积细分矩形再累加圆面积计算方法面积盈亏抵消法平行四边形面积学 术 创 新 的 本 源p我一眼就看出：这两幅图似乎互补性！疟原虫流行的地方，癌症发病率都很低。陈小平教授陈小平教授梦 中 的 创 造（2）化学家凯库勒梦见苯环结构需要创造全新的信息组合形式需借助形式相似事物启发灵感pp创新创新的
5、本质的本质，是在事物之间，是在事物之间创建创建全新的全新的关系关系社 会 创 新 的 本 质飞机头等舱汽车+头等舱沙发+头等舱社 会 创 新 的 本 质果汁啤酒果啤果汁醋果醋学习者的已知美国认知心理学家奥苏贝尔在已知未知之间创建联接新知识原有经验形式形式/结构结构相似性相似性借助理解创造了信息之间的全新关系组合学 习即联 结，学习即创 造一道残阳铺水中半江瑟瑟半江红完全没有经验=无法理解经 验 生 涩=理 解 生 涩pp学习的本质，就是在信息之间学习的本质，就是在信息之间创建联接创建联接内部经验外部信息的联接外 部 信 息 之 间 的联 接内 部 经 验 之 间 的联 接没有经验怎么办？语 义
6、 情 境 化2语 义 理 解基 本 原 理创 建 情 境常 用方 法语义与情境先 后 顺 序语 义 学 习两 种 路 径语 义 理 解基 本 原 理什 么 是“语 义”？语义是客观事物在人们头脑中的反映的语言语言表现（比如“人”），它是一种概括性的认知，是对逻辑形式系统中各种符号符号的解释。指学科概念或术语学科概念或术语。由于学科知识是成体系的，因而它必然是由一系列互相关联的语义共同组成的一个大的语义体系（语义网络）语义系统表象系统信息加工双重编码理论表象情 境经 验老师创建的集合形成学生脑中的文字情境记得住是因为感受深刻内核塑造什么人物表达什么观点说明什么思想揭示什么道理语言虽然听得见/看得
7、到但记不住教 师 表 达 的学 生 理 解 的教 学 不 是 信 息 传 递 过 程概念理解依赖于情境！不理解不理解概念概念需从情境方面找问题需从情境方面找问题语 义 理 解基 本 原 理创 建 情 境常 用方 法语义与情境先 后 顺 序语 义 学 习两 种 路 径创 建 情 境常用 方法创 建 情 境常 用 方 法视觉情境场景可视化，就是情境化化学的可视化表象的作用视觉解析自动化：可视即理解视觉解析自动化：可视即理解昼夜现象是怎么产生的？创 建 情 境常 用 方 法语言情境视觉情境场景可视化，就是情境化我梦想有一天在佐治亚的红山上昔日奴隶的儿子和奴隶主的儿子能够坐在一起共叙兄弟情谊根据地对于
8、红军，就像人的屁股。马克思主义的全部意义就是充当马克思主义的全部意义就是充当医治中国这个医治中国这个病人的的药物。很多很多资本家就像放在热水中的就像放在热水中的大龙虾那样，当温度升高时，不声那样，当温度升高时，不声不响地就变成了不响地就变成了红色。生生活活化化+比比喻喻猜猜这是什么课？浙大高数段子手苏德矿一 元 复 合 函 数 的 求 导生生活活化化+类类比比 就像最近天突然热起来，你要脱衣服。脱到怎样合适呢？一件一件脱，脱到不热了为止。复合函数也一样，一层一层求导，直到内函数的导数有公式，就成了。偏导函数 当你喜欢一个人的时候，他的一举一动，一点变动你都看在眼里，别人都变成了常数，他才是惟一
9、的变量，只为他倾倒，如此偏爱称为偏导。既然他把你看成常数，那你也把他看作常数好了，找到对的人互相倾倒才有意义。”生生 活活 化化+类类比比程序设计中函数定义的类比函数，是若干程序代码的集合，它可以根据输入完成特定的功能，并将结果输出，返回给调用它的函数（如主函数）。函数四要素：名 称：一串英文字符，可被引用即“调用”输入值：调用时，从外部传入函数的值功 能：一段程序，能对输入值进行处理返回值：将处理后的值返回给调用者老师请很多人帮忙干活，其中请你来帮忙测试同学们的视力老师喊：王梓旭，请测试A同学你做：按照测试视力的规定流程，测量A同学的视力你反馈给老师：1.51.5p电荷与电流一课的重要概念是
10、：摩擦起电的实质是“电子的转移”而非质子的转移。p讲这个知识点时，我会先给学生提供如下情景：两个国家，城堡分别位于两个国家的中心，而卫兵守卫着这座城堡。当两国交战时，是士兵冲锋陷阵，在城堡屹立不动。而质子就如同城堡，位于原子的核心固定不动，而电子就像是卫兵围绕着质子不断运动。p工作原理：发送数据前 先侦听信道是否空闲,若空闲，则立即发送数据工作步骤p载波监听p先听后发p冲突监测p随机延迟黑屋子开会p是否有人发言p安静时即可发言p有人同时发言则停止p任意延迟N秒现代物理学的反讽之处在于：一方面它试图寻找现实的最基本形式，并用数学来表示，另一方面我们却对这些超越了数学的基础完全无法理解。认识宇宙的
11、唯一方法是借助类比借助类比。爱因斯坦的火车相对论薛定谔的猫量子理论膨胀的气球大爆炸理论橡胶水管弦理论创 建 情 境常 用 方 法语言情境视觉情境生活与具像比喻与类比场景可视化，就是情境化创 建 情 境常 用 方 法语言情境视觉情境故事情境场景可视化，就是情境化生活与具像比喻与类比故 事 具 有启 发 思 考、打 动 人 心的 力 量在天堂，两个老太太正在聊天，一个来自中国，一个来自美国。中国老太太说：“我攒了30年钱，临死前终于买了一套房子。”美国老太太说：“我30年前贷款买了房子，临死前终于还清了全部贷款。”原房改组组长：孟晓苏p故事，激活经验与兴趣p故事，饱含类比和隐喻p故事，天然碎片整合
12、器设计感娱乐感意义感著名未来学家 凡尼尔平克故事力交响力共情力三 感三 力未 来 人 才 最 需 要 的6种 能 力有故事一定要讲，没有故事德国数学家 克莱茵学生在学习中遇到的困难，也是数学家历史上遇到的困难，数学史可作为数学教育的指南多从学科发展史中找故事！多从学科发展史中找故事！创 建 情 境常 用 方 法语言情境视觉情境场景可视化，就是情境化故事情境碎片整合器类比与隐喻经验与兴趣生活与具像比喻与类比创 建 情 境常 用 方 法语言情境视觉情境故事情境体验式情境生活与具像比喻与类比场景可视化，就是情境化碎片整合器类比与隐喻经验与兴趣化学原理的模拟情境经验是具身感知反身抽象 是为知识中 南
13、大 学 化 工 学 院 金 一 粟p这次我给每人发了一张闭环控制图，然后让每个人都跟我一起做“手指实验”：p伸出左手食指，指向右手p用右手食指，对接左手食指p再要求大家闭眼，右手转三圈再去对接p几乎没有一个同学可以对准，同学们感觉很新奇。p然后我让他们对照控制图，思考在这个游戏过程中，设定值、干扰、检测装置、被控变量、调节变量等等分别是什么。p这样一分析，大家都明白了！再回到化工生产中，绝大部分同学都弄懂了经验是具身感知反身抽象 是为知识经验是具身感知反身抽象 是为知识p北部湾大学 王明娟：往年都是在理论课上讲PPT，最后给大家看效果图，或用仿真软件模拟这次去到实验室开展理论教学。我为每个组同
14、学分配了自动夜灯的元器件，带领大家一起搭建电路。同时引导大家想象神奇的结果会是什么？同学们都非常好奇，最终大家都主动完成了电路搭建。理实一体化教学做一体化创 建 情 境常 用 方 法语言情境视觉情境故事情境体验式情境感知思考探索互动大脑参与度极高场景可视化，就是情境化生活与具像比喻与类比碎片整合器类比与隐喻经验与兴趣创 建 情 境常 用 方 法语言情境视觉情境故事情境体验式情境案例情境感知思考探索互动大脑参与度极高知识应用的具体场景生活与具像比喻与类比场景可视化，就是情境化碎片整合器类比与隐喻经验与兴趣哈佛商学院：案例教学法概念获得有两种基本形式：概念获得有两种基本形式：1.通过定义定义性特征
15、2.通过样例样例或原型对一个连续信号x(t)进行采样，采样频率fs已知，该如何写出采样后所得到的离散序列x(n)的公式。p一人骑自行车，车的轨迹就是连续线条，即连续信号x(t)。p每隔十秒记录一下车的位置（这就是采样周期，那采样频率就是0.1HZ）p一分钟后，就会有6个位置点，这6个点就组成了x(n)。这些点都在原来的连续轨迹上，只是单独取出来而已。问题问题样例教学样例教学p就是把x(t)公式中的 t 换成采样周期的整数倍，即nT。T和fs又是倒数，所以只需要把 t 换成 n/fs。p做法很简单，也讲了好几次。这次再问，还是一群懵的脸。语义语义教学教学通过学习解决问题的样例，获得解决问题的规则
16、、图式或方法、图式或方法的一种教学方式p需要时间少p认知负荷轻p迁移效果好样例效应样例效应教学优势教学优势概念的具像化案例p儿童是如何掌握语法的？冒 泡 排 序 法的 案 例 情 境1.比较相邻的元素，如果前一个比后一个大，就把它们调换位置。2.对后续每一对相邻的元素，重复上述步骤。这样，当第一轮循环结束后，最大的数会被交换到末尾（该数排序已完成）。3.针对剩余元素重复以上步骤。这样，每当一轮循环结束后，都会将该队列中最大的数交换到队列末尾（该数排序完成）。4.重复上述步骤，直至最后一个数，此时排序全部完成。案例：5，9，8，3第 一 轮第1次第2次第3次5 5，9 9，8，35，8 8，9 9，35，8，3 3，9 9第 二 轮5 5，8 8，3，95，3 3，8 8，9第 三 轮3 3，5 5，8，9最后一个就位倒数第二个就位倒数第三个就位抽 象具 体具 体抽 象自顶向下严谨性自底向 上易懂性语义情境新知经验定义样例创 建 情 境常 用 方 法语言情境视觉情境故事情境体验式情境案例情境感知思考探索互动大脑参与度最深知识应用的具体场景生活与具像场景可视化，就是情境化比喻与类比碎片整合
