一项新研究显示，当人们面临解决物理问题时，传统上与​​学习科学无关的大脑部分变得活跃起来。

由德雷塞尔大学艺术与科学学院副教授Eric Brewe博士领导的研究人员表示，这表明大脑的活动可以通过不同形式的教学进行修改。

使用fMRI(功能磁共振成像)测量大脑中的血流量，研究人员希望在完成物理推理任务时绘制哪些区域变得活跃，无论是在概念课程还是之后。

“支持学习的神经生物学过程很复杂，并不总是与我们认为的学习方式直接相关，”Brewe谈到发现于ICT前沿的研究结果。

超过50名志愿学生参加了这项研究，在这项研究中，他们学习了一门物理课程，该课程采用了“建模教学”，这种教学方式鼓励学生积极参与学习。

在他们参加课程之前，学生们在进行功能磁共振成像时，从一个简化版的力量概念库中回答了问题。力概念量表是一种测试，用于评估早期大学物理课程中常见的物理概念知识。

在志愿者学生完成他们的物理课程后，他们再次接受了力量概念库存，再次由fMRI监控。

在预指导扫描中，与注意力，工作记忆和解决问题相关的大脑部分 - 侧前额叶皮层和顶叶皮层，有时称为大脑的“中央执行网络” - 显示出活动。

“其中一个关键似乎是大脑的一个区域，背侧外侧前额叶皮层，产生心理模拟，”Brewe说。“这表明学习物理学是一个富有想象力的过程，而这通常不是人们对它的看法。”

在受试者完成课程后，对学习前和学习后扫描的比较显示，前极的活动增加，这是预期的，因为它们与学习有关。但另一个领域也变得活跃：后扣带皮层，与情节记忆和自我指涉思想有关。

“大脑活动的这些变化可能与学生如何通过物理学问题相对于预教学进行更复杂的行为改变有关，”Brewe和他的合作者撰写了关于这项研究的文章。“这些可能包括战略转变或增加获得物理知识和解决问题的资源。”

该研究的目的之一是进一步探索教学形式如何使用建模教学，鼓励学生使用自己的心理模型来理解新概念。

“心理模型的想法是研究学习的人喜欢谈论的东西，但没有证据表明除了人们所说或做的事情之外，大脑内部正在发生什么，”Brewe说。“我们实际上正在寻找大脑内部的证据。”

因此，Brewe和他的研究人员认为，他们的研究可以很好地了解这些“心理模型”占据的典型情况。

但为什么物理呢?是什么使它成为研究大脑心理建模的理想主题?

Brewe说，对与学习数学和阅读相关的大脑网络进行了一些研究。但是，心理建模尤其适用于物理学，而物理学并没有受到太多关注。

“物理学是一个理解学习的好地方，原因有两个，”Brewe说。“首先，它涉及人们直接经历的事情，使正式的课堂学习和非正式理解既相关又有时一致 - 有时甚至是对比。”

“其次，物理学是以法律为基础的，因此有绝对的方式来管理身体的运作方式，”Brewe说完。

展望未来，Brewe对这项研究在改善美国及其他地区的物理学习方面所开辟的内容感到非常兴奋。

他说：“我想跟进物理学中心理模拟的问题，看看在不同层次的物理学习和不同人群中出现的情况。” “但整个研究开辟了许多新的研究领域，我对它将如何发挥作用感到非常兴奋。”