به‌کارگیری علوم‌اعصاب (نوروساینس) در کلاس‌های آموزشی

مغز ما با یادگیری، به طور تدریجی تغییر می‌کند. از نوباوگی تا ابتدای کودکی، تمام تجربه‌های طبیعی یادگیری‌مان، از خاله‌بازی با یک دوست گرفته تا دوباره شنیدن داستان قبل خواب، سبب بهبود ساختار و عمل[1] مدارهای مغزی می‌شوند که نقش اساسی در چگونگی دیدن، شنیدن، حس کردن و عمل‌کردن‌مان در دنیا دارند. وقتی کودکان به مدرسه می‌روند، باید این مدارهای مغزی را با راه‌های تازه و اساسی تطبیق دهند تا یاد بگیرند که چگونه حروف را به واژگان، واژگان را به ایده‌ها و اعداد را به مفاهیم ریاضی تبدیل کنند. اکنون، دانشمندان و آموزگاران با همکاری یکدیگر در حال مطالعه‌ی تاثیر یادگیری بر روی سیر رشد مغزی[2]  هستند و بر آنند که از آنچه که از این مطالعه یاد می‌گیرند در بهبود روند آموزش استفاده کنند.

در یک روز عادی در مدرسه‌ی سیناپس[3]  منلوپارک[4]  کالیفرنیا[5]  که تیم پژوهشگران علوم‌اعصاب ما از دانشگاه استنفورد[6]  در آن در کنار معلمان کار می‌کنند، دانش‌آموزان ممکن است سَری به مرکز آموزشی برِینوِیو[7]  بزنند؛ یک ازمایشگاه تحقیقاتی مستقر که در آن می‌توانند کلاه‌های کش‌سان دارای صدها حسگر کوچک اسفنجی را روی سرشان بگذارند. این حسگر‌ها امواج مغزی طبیعی دانش‌آموزان را که به محض انجام بازی‌های آموزشی یا مدیتیشنِ هدایت‌شده[8]  به نوسان در می‌آیند، اندازه‌گیری می‌کنند. دانش‌آموزان هم می‌توانند پخش زنده‌ی تغییر امواج مغزی‌شان را هنگام تمرکز روی فعالیت‌ها یا مراقبه، بر روی صفحه‌ی کامپیوتر ببینند. این تجربه‌ی فعالانه برای هر کودک فرصتی را فراهم می‌کند تا فعالیت مغز خود را ببینند و درباره‌اش بیاندیشند. که چگونه با یادگیری یا حتی با تغییرات لحظه‌به‌لحظه‌ی طرز فکر، تغییر می‌کند. این فعالیت کمک می‌کند دانش‌آموز نسبت به فرایند یادگیری‌اش احساس مالکیت کند. در عین حال، فعالیت مغزی القاء‌شده هنگام انجام بازی‌های آموزشی، داده‌های مهمی را برای مطالعات جاری درباره‌ی مغز و سیر رشدش فراهم می‌کند.

این پژوهش نوپا دو جهان متفاوت را به هم پیوند می‌زند: اول، عرصه‌ی به سرعت در حال پیشرفت علوم‌اعصاب شناختی[9]   که به مطالعه‌ی تغییرات مغز هنگام یادگیری می‌پردازد، و دیگر، دامنه‌ی پیچیده‌ی مدارس، معلمان و برنامه‌های تحصیلی که آموزش‌ را پشتیبانی کرده و به آن شکل می‌دهد. این عرصه‌ی در حال ظهور علوم‌اعصاب آموزشی[10]   فراتر از چیزیست که هر یک از این دو جهان خود به تنهایی بتواند از عهده‌ی آن برآید و پرسش‌های مهمی را پاسخ می‌دهد: یادگیری در کلاس درس چگونه مدارهای معینی از مغز را وادار به تغییر می‌کند؟ آیا در این مدارها تفاوت‌هایی وجود دارد که به ما در فهم دلیل اینکه چرا بعضی کودکان در یادگیری مشکل دارند کمک کند؟ آیا ما با روش‌هایی می‌توانیم آموزش‌ را بهبود دهیم تا به کودکانی که با این چالش‌ها مواجه هستند کمک کنیم؟

فهم ما از چگونگی تغییر سیر رشد مغزی در سال‌های ابتدایی تحصیل به سرعت در حال وسعت‌یافتن است. نسل کنونی کودکان، اولین نسلی هستند که در دورانی رشد کرده‌اند که ابزاری مانند ام‌آر‌آی[11] و حسگر‌‌های پوشیدنی امواج مغز به طور گسترده وجود دارند. در همین حال، شیوه‌های تعاملی علم-‌باز[12]   مانند به اشتراک‌گذاری داده‌ها، در حال تبدیل شدن به هنجارهای رایج هستند. این امر باعث گسترش دانش بنیادی ما درباره‌ی سیر رشد مدارهای مغزی دخیل در تمرکز خواندن و ریاضیات شده و همچنین نمونه‌گیری‌ از جمعیت‌های وسیع از کودکان محصل با دامنه‌ای از تنوع عصبی[13]   را ممکن ساخته است.

برای مثال، در همین سال گذشته بیش از ۱۱۰۰۰ کودک کلاس سومی، پروتکل‌های اسکن مغزی گسترده‌ای را در چندین شهر در سراسر کشور تکمیل کرده‌اند. هر یک از این کودکان متعهد شده است که این اسکن‌ها را هر دو سال یک بار هنگام ورودش به دبستان، راهنمایی و دبیرستان تکرار کند؛ و بزرگترین پژوهش سیر رشد مغزی را ممکن سازد تا پژوهشگران را به پیگیری تغییرات ساختار و عمل مدارهای مغزیِ معین و بررسی تنوع مسیرهای رشد مغز کودکان قادر سازد. مهم‌تر اینکه ما می‌توانیم این مسئله را که چگونه این تنوع غنی در سیر رشد مغزی با آموزش جاری هر کودک ارتباط دارد، با ارزیابی‌های دقیق دستاورد‌های تحصیلی، محیط خانه و مدرسه، استفاده از شبکه‌های مجازی و فراگیری هنر و ورزش بررسی کنیم.

مدار‌هایی که در سنین بسیار پایین اختصاصی شده‌اند تا چهر‌ه‌ها و اجسام را شناسایی کنند، بازآرایی می‌شوند تا هزاران واژه‌ی دیدنی را شناسایی کنند.

ولی تجربه‌های آموزشی چگونه می‌توانند به طور مستقیم با تغییرات ساختار و عمل مغز ارتباط داشته باشند؟ قابل توجه است که بسیاری از تکنولوژی‌های تصویر‌برداری مغزی اکنون به تغییرات مدارهای مغزی‌ در طول هفته حساس هستند و پژوهشگران را قادر به درک بهتر این موضوع می‌کند که چگونه تجربه‌های آموزشی معین تغییراتی را در ساختار و عمل مغز پیش می‌برد. در یک مطالعه، پژوهشگران از ام‌آر‌آی استفاده کردند تا تصاویری بگیرند از مغز افرادی در طیف خوانش‌پریشی[14] با مشکل در خواندن که چند هفته کلاس‌های خصوصی فشرده را می‌گذراندند. اسکن‌های مغزی که هر دو هفته جمع‌آوری می‌شد، تغییرات چشمگیری را در توانایی خواندن و در میزان فیبر‌های ماده‌ی سفید[15] (دسته‌های فیبری بلند که بخشی از مغز را به دیگری متصل می‌کنند) نشان می‌داد. اسکن یک گروه شاهد در طی روند عادی تحصیل‌شان به پژوهشگران این اجازه را داد که درباره‌ی میزان تغییراتی که کلاس‌های خصوصی واقعا بر روی مدار‌های مغزی گذاشته بود، ادعاهای محکمی بکنند. این نتایج در حال به چالش کشیدن و حتی دگرگون کردن فهم ما از اصطلاح «اختلال یادگیری[16]» هستند. این یافته‌ها بر تاثیر مثبت پشتیبانی صحیح در یادگیری بر ذهن و مغز تمرکز بیشتری دارند.

ما همچنین می‌توانیم با مشاهده‌ی آزمایش‌های طبیعی که همواره در سیستم آموزشی انجام می‌شوند، به مطالعه‌ی تغییرات تجمیعی در طول سال تحصیلی بپردازیم. برای مثال، مدارس باید تصمیم بگیرند که چه زمان دانش‌آموز می‌تواند وارد دوره‌ی مهد‌کودک شود و چه زمان باید صبر کند. فرض کنید گروهی از کودکان پنج‌ساله در سپتامبر یک سال به دنیا آمدند و مهد‌کودک محله‌شان اصرار بر این دارد که تولد ورودی‌های آن قبل از پانزدهم ماه باشد. پس از یک سال، دانش‌آموزان مهدکودک که عملا میزان بلوغ یکسانی دارند را می‌توان با آن‌هایی که باید صبر می‌کردند مقایسه کرد. این نیم‌نگاه با‌ارزشی است از تاثیری که آموزش رسمی مهد‌کودک در تقابل با گزینه‌های دیگر مانند مراکز نگه‌داری کودکان[17] بر روی مغز‌های در حال رشد می‌گذارد. این مطالعات اکنون نشان می‌دهند که چگونه تجربه‌های مهدکودکی به تقویت رشد شبکه‌های مغزی مرتبط به مهارت‌هایی مانند توجه طولانی‌مدت منجر می‌شوند.

قاعدتا معلمان نقش اساسی در هدایت تجربه‌‌ی تحصیلی کودک دارند. روشی که معلم با آن دانش‌آموز را متمرکز می‌کند، می‌تواند بر روی تغییرات مدار‌های مغزی که با آموزش القاء می‌شوند، تاثیر بگذارد. یک مطالعه‌ی اخیر تصویر‌برداری مغزی، از دانش‌آموزان خواست تا یاد بگیرند کلماتی را که از دسته نماد‌های انتزاعی که دانش‌آموز تا به حال ندیده، و نه حروف رایج و سنتی، ساخته ‌شده‌اند بخوانند. دو دسته‌ی متفاوت دستورالعمل آموزشی کودکان را یا به سمت استراتژی «کلمات-کامل»[18] و یا استراتژی «حرف-صدا»[19] سوق داد. کلماتی که طبق دستورالعمل استراتژی «کلمات-کامل» یاد گرفته شدند، الگوی فعالیت مغزی‌ای را تولید کردند که هنگام مواجهه با کلمات ناشناخته در دانش‌آموزان ناشی دیده می‌شود. در مقابل، کلماتی که طبق دستورالعمل «حرف-صدا» یادگرفته‌شدند، واکنشی در نیم‌کره‌ی چپ مخ در نواحی مرتبط با شناسایی کلمات در بزرگسالان القاء کردند. این به بدنه‌ی در حال رشد مطالعاتی که ادعا دارند معلمان با راهنمایی و دستور‌العمل‌های‌شان نقش اساسی در کمک کردن به هدایت یادگیری دارند، می‌افزاید؛ که می‌تواند بر روی اینکه کدام مدارهای مغزی در این بین تغییر می‌کنند نیز تاثیر بگذارد.

هنگامی که کودکان درک کنند مغزشان چگونه با یادگیری چیزهای جدید تغییر می‌کند، مفهوم یادگیری در مدرسه نیز می‌تواند به طور اساسی برایشان دگرگون شود.

تلفیق علم خواندن و ریاضی با تصویر‌برداری مغزی، به ما چشم‌انداز‌هایی را نشان می‌دهد از اینکه چگونه با ماهر شدن کودک در این مهارت‌های بنیادین تحصیلی، مدار‌های مغزی تغییر می‌کنند. ما می‌دانیم که مغز خواننده‌های نوظهور به دو شکل اساسی تغییر می‌کند: اول اینکه مدار‌هایی که در سنین بسیار پایین اختصاصی شده‌اند تا چهر‌ه‌ها و اجسام را شناسایی کنند، بازآرایی می‌شوند تا هزاران واژه‌ی دیدنی را شناسایی کنند؛ و دوم اینکه مدار‌هایی که در ابتدا نمو یافته بودند تا کلمات را بشنوند و ادا کنند، تطبیق پیدا می‌کنند تا صوت‌های مرتبط با هجا‌ها و حروف را شناسایی کنند. در حین اینکه کودکان خواندن را یاد می‌گیرند، این مدار‌ها به تدریج کار پردازش خطوط کوچک، منحنی‌ها و فضاهای در‌هم‌آمیخته را بر عهده می‌گیرند و آن‌ها را به الگو‌های شناخته‌شده از حروف، ترکیب‌هایی از حروف، و کلمات آشنا تبدیل می‌کنند مانند «خرگوش[20]»، که از معدود کلمات پنج‌ حرفی است که کلاس‌اولی‌های مدرسه‌ی سیناپس به شکل دیداری می‌شناسند. تا دوره‌ی راهنمایی، مدار‌های مغزی دانش‌آموزان بیشتر تکامل می‌یابند تا آن‌ها به شناسایی هر یک از هزاران کلمه‌ای که به طور روزمره در مدرسه‌ی سیناپس با آن‌ها مواجه می‌شدند، در کم‌تر از یک پلک زدن قادر شوند.

در عین حال ما می‌دانیم که ریاضیات با تغییراتی در بخش‌های دیگری از مغز همراه است که شامل ناحیه‌ای می‌شود که سیستم‌های دیداری نماد و ظاهر اعداد را شناسایی می‌کنند. مسلط شدن به ریاضی نیازمند این است که کودکان یاد بگیرند مفهوم عدد را به طور خودکار به این نماد‌های ظاهری ارتباط دهند؛ مثلا اینکه مفهوم کمیتی هفت را به شکل ۷ می‌نویسیم. این مدل مشخص از یادگیری ریاضی آن دسته مدار‌های مغزی را تغییر می‌دهند که بیشتر برای ارتباطات فضا و مکانی[21] تخصص یافتند تا مدارهایی که برای زبان هستند. با ورود دانش‌آموزان به دوره‌ی راهنمایی، مغزشان شروع می‌کند به استحکام بخشیدن و بازیابی نکات تا به آسانی بین اعداد ارتباط برقرار کنند.

هر کلاس از مهد‌کودکی‌های مدرسه‌ی سیناپس در طول سال تحصیلی به طور فعالانه این فرایند‌ها را پشت سر می‌گذارد. هر دانش‌آموز با خود تنوعی از مهارت‌های در حال رشد را در حوزه‌ی زبان، بینش، توجه و معیار‌های دیگر شناختی که می‌توان به صورت امن و به راحتی در آزمایشگاه مستقر برینویو اندازه‌گرفت، به همراه دارد. هنگامی که دانش‌آموزان شبکه‌های حسگردار را روی سرشان می‌گذارند، ما می‌توانیم به وسیله‌ی اندازه‌‌گیری میدان‌های الکتریکی تولید‌شده طی فعالیت مغزی کودک، در هر ثانیه هزاران تصویر از فعالیت مغزش بگیریم.

پس از گذر شش ماه آموزشی، دانش‌آموزان دوباره پیش ما می‌آیند و به ما اجازه می‌دهند تا سیر رشد مدار‌های مغزشان را دنبال کنیم. بازدید‌های پی‌در‌پی در طی سال‌های تحصیلی به تیم پژوهشی ما و کارکنان مدرسه این اجازه را می‌دهد تا تغییر مدار‌های مغزی کودکان را در طول رشدشان از مهد‌کودکی‌های مبتدی تا دانش‌آموزان دوره‌ی راهنمایی که ساعت‌هایی در روز را به یادگیری از طریق خواندن می‌پردازند، مشاهده کنیم. به ویژه، ما این اندازه‌گیری‌های مغزی را با ارزیابی‌های شناختی خواندن‌شان تلفیق می‌کنیم. هدف این است که با استفاده از دست‌آورد‌های مشابه یا مکمل این رویکرد‌ها، به درک بهتری از برهمکنش بین تجربه‌های آموزشی و نقاط قوت و ضعف شخصی دانش‌آموز برسیم تا چالش‌های پیش‌ رو را پیش‌بینی کنیم و به‌سرعت بر آن‌ها چیره شویم.

این دانش می‌تواند به عنوان دستور‌العمل کمکی برای یک دانش‌آموز نوپا عمل کند. مثلا می‌تواند توجه بیشتری را به صوت‌شناسی یا تمرکز دیداری او جلب کند. همینطور ما می‌دانیم که مشکلات اولیه‌ی کودکان در مرتب کردن و ترکیب کردن دسته‌هایی از اشیاء و مشکلات شناسایی الگوهای فضایی و درک‌ کمیت (حس کلی اینکه چقدر از چیزی وجود دارد)، با دستاورد‌های ریاضی‌شان در آینده ارتباط تنگاتنگ دارد. پس این دانش همچنین می‌تواند کمک کند تا قدرت شبکه‌های مغزی مرتبط با توانایی ریاضی دانش‌آموز نوپا را تقویت کنیم. واضح است که ما باید از دید سنتی توصیف عملکرد دانش‌آموزان، یعنی نمره دادن بر اساس اینکه آیا سطح آن‌ها بالاتر یا پایین‌تر از استاندارد‌هایی که ما توقع داریم است، فراتر رویم؛ و چشم‌انداز‌هایی را فراهم کنیم که منجر به بررسی برخی روش‌های مشخص آموزشی گردند و بررسی کنیم که چرا این روش‌ها بر روی بعضی دانش‌آموزان جواب می‌دهند.

در سراسر دنیا، میان دانشمندان علوم‌اعصاب شناختی و مدارسی که می‌خواهند با مسائلی فراتر از خواندن و ریاضیات مواجه شوند، همکاری بیشتری در حال رخ دادن است. این اتفاق به ما کمک می‌کند تا تاثیر عوامل کلیدی مانند هم‌دلی، خلاقیت، خود-کنترلی[22] و حل مسئله را بر روی تجربه‌ی تحصیل درک کنیم؛ و متوجه شویم چگونه مدارس می‌توانند بر روی مدار‌های مغزی که سبب می‌شوند ما انسان باشیم، تاثیر بگذارند.

این اساس همکاری ما با مدرسه‌ی سیناپس است؛ جایی که آموزش اجتماعی-عاطفی[23] یک اصل بنیادی است. دانش‌آموزان سیناپس از همان دوره‌ی مهدکودک تمرین‌های مراقبه و آگاهی، مانند تمرین تنفس در یک «دقیقه‌ی آرامش و آگاهی» را انجام می‌دهند. از آنجایی که اعضای کلیدی تیم پژوهش ما نیز به طور تمام‌وقت در این مدرسه‌ کار می‌کنند، درک عمیقی از تمرین‌های مخصوص این مدرسه و ارزش‌های‌شان داریم. وقتی دانش‌آموزان این تمرین «دقیقه‌ی آرامش و آگاهی» را هنگام پوشیدن شبکه‌ی حسگردار روی سرشان انجام می‌دهند، می‌توانند تغییر امواج مغزی خود را هنگام انجام این تمرین مرسوم در کلاس‌هایشان ببینند.

این آگاهی تنها به دلیل ارتباط بین آزمایشگاه و مدرسه امکان‌پذیر است. کودکان نیز با بزرگسالانی کار می‌کنند که با آن‌ها آشنا هستند و به آنان اعتماد دارند. دانشمند علوم‌اعصابی که شبکه‌ی حسگردار ظاهرا مسخره را روی سر کودکان می‌گذارد، همان کسی است که هفته‌ی پیش وقتی کودک دندان شیری‌اش را در زنگ تفریح از دست داد آنجا بود؛ یا همان کسی است که در یک روز دیگر در کلاس‌شان به انجام پروژه‌ای کمک می‌کرد. از آنجا که این مرز‌های بین آزمایشگاه علوم‌اعصاب و محیط مدرسه مشترک هستند، ما می‌توانیم موانع سنتی را پشت سر گذاشته، به سمت دید بهتری از تاثیر مدرسه بر روی تغییر مغز حرکت کنیم.

دانشمندان علوم‌اعصاب با به‌طور‌مستقیم کار کردن در مدارس، خود در حال یادگیری درباره‌ی مفهوم یادگیری هستند. دانش‌آموزان این مدارس نیز می‌توانند دانشمندان را در حال عمل ببینند. آن‌ها همچنین این فرصت را دارند تا پژوهشگران را در حال کار ببیند؛ و مغز خودشان را، به عنوان یک انسان پیچیده، در حال تغییر و تطبیق با تجارب‌شان مشاهده کنند. این درس مهمی برای همه‌ی ما است: هنگامی که کودکان درک کنند مغزشان چگونه با یادگیری چیزهای جدید تغییر می‌کند، مفهوم یادگیری در مدرسه نیز می‌تواند به طور اساسی برایشان دگرگون شود.

نتیجه

واضح است که ما باید از دید سنتی توصیف عملکرد دانش‌آموزان فراتر رویم؛ و چشم‌انداز‌هایی را فراهم کنیم که منجر به بررسی برخی روش‌های مشخص آموزشی گردند و بررسی کنیم که چرا این روش‌ها بر روی بعضی دانش‌آموزان جواب می‌دهند.

بیشتر بدانید:

• ریاضی، پایه‌ی زندگانی​
• بررسی دو جهان آموزش پایه‌ی ریاضی
• معرفی بسته ریاضی آموز ادبی لولوپی