Zrozumienie procesu konstruowania wiedzy oraz określenie warunków go wspierających wymaga opisania tego, w jaki sposób mózg przetwarza infor-macje, bodźce dostarczane z różnych źródeł. Mózg człowieka składa się z około 100 miliardów aktywnych komórek nerwowych, zwanych neuronami. Waży tyl-ko 1200–1600 gramów, co stanowi nieznaczny procent wagi ludzkiego ciała. Jest nieco większy od grapefruita i mniejszy od główki sałaty. Wygląda niepozornie, ale jego powierzchnia jest równa dwóm kortom tenisowym. Od momentu nasze-go przyjścia na świat między neuronami wytwarzają się połączenia, dzięki którym możemy się uczyć. To właśnie połączenia decydują o potędze naszego mózgu. Każdy neuron przypomina komputer o dużej mocy i może rozwinąć od 2 do 20 tysięcy takich połączeń (a według niektórych źródeł – nawet około 250 tysię-cy). W połączeniach między neuronami mogłoby się pomieścić co najmniej tysiąc razy więcej informacji niż w największej wielotomowej encyklopedii. W jednej chwili układ nerwowy przetwarza miliony informacji, a niektóre neurony prze-kazują nawet powyżej tysiąca impulsów na sekundę. Zapewne z tych powodów mózg potrzebuje do pracy 16 procent ogólnego zaopatrzenia w krew.
Badania nad mózgiem i procesami pamięci wsparły odkrycie, że każdy czło-wiek posiada „dwa mózgi”. Mózg składa się z dwóch półkul: lewej i prawej.
14 J. Bruner, Kultura edukacji, dz. cyt.; R.S. Grabinger, Rich Environments for Active Learning [w:] D.H. Jonassen (red.), Handbook of Research for Educational Communications and Tech-nology, Macmillan, London 1996; J. Piaget, Równoważenie struktur..., dz. cyt.; B.J. Wad-sworth, Teoria Piageta. Poznawczy i emocjonalny rozwój dziecka, PWN, Warszawa 1998; L. Wygotski, Wybrane prace psychologiczne II..., dz. cyt.
104
Poznać – Zrozumieć – Doświadczyć. Teoretyczne podstawy praktycznego kształcenia... Półkule mózgowe nie odgrywają dokładnie tej samej roli. Każda z nich odpo-wiedzialna jest za inne funkcje myślowe oraz w odmienny sposób przetwarza informacje. Oczywiście w każdej sekundzie naszego życia aktywne są obie półku-le mózgowe, jednak przy niektórych działaniach dominuje jedna, a przy innych druga. Preferencja w wykorzystaniu półkul mózgowych dotyczy tego, co robimy z danymi – jak je przetwarzamy, czyli jak o nich myślimy i jak je przechowujemy, gdy dotrą do mózgu. Upraszczając znacznie sprawę, można przyjąć, że lewą pół-kulą żyją naukowcy, a prawą artyści. Lewa myśli, a prawa się śmieje. O osobach, które rozwinęły zdolność posługiwania się obiema półkulami mózgu, mówi się, że używają mózgu w sposób zintegrowany. Zintegrowana praca obu półkul uła-twia w znacznym stopniu uczenie się, gdyż zwiększają się naturalne możliwości przetwarzania informacji.Ludzki mózg posiada cztery podstawowe części na trzech poziomach. Dolna część mózgu to pień nerwowy, zwany mózgiem gadzim (allocortex). W tej części mózgu jest niewiele miejsca na nowe informacje i zachowania, a jego możliwości w zakresie uczenia się są mocno ograniczone. Większość wzorców zachowań jest tu biologicznie zaprogramowana, co oznacza, że pień mózgowy zawiaduje jedynie podstawowymi odruchami, takimi jak bicie serca czy oddychanie. Środ-kowa część mózgu, czyli układ limbiczny kontroluje uczucia i sferę doznań sek-sualnych. Dzięki tym strukturom człowiek jest w dużym stopniu niezależny od wrodzonego programu biologicznego. System limbiczno-podwzgórzowy kieruje uczeniem się z doświadczeń, tu również „zaczyna się” pamięć, dlatego na przy-kład psa łatwiej niż kota można nauczyć podawać łapę i aportować. Górna część mózgu to kora mózgowa (neocortex), która odpowiedzialna jest za planowanie, koordynowanie myśli i działania, mowę, rozumienie i tworzenie. Dzięki niej mo-żemy się także posługiwać symbolami (np. w komunikacji językowej, matematy-ce, logice), myślimy abstrakcyjnie i logicznie, doświadczamy sumienia, poczucia moralności, empatii i estetyki. Z tyłu mózgu znajduje się móżdżek, w którym mieści się „[...] pamięć kinestetyczna: czyli to, co zapamiętujemy poprzez wyko-nywanie czynności, na przykład jeżdżenie na rowerze czy pływanie”15. Wszystkie te części mózgu współpracują ze sobą w odbieraniu, przechowywaniu, zapamię-tywaniu, przetwarzaniu i odtwarzaniu informacji.
Komórki nerwowe zbudowane są z ciała komórkowego, dendrytów, aksonu i kolbek synaptycznych. Dendryty przechowują informacje oraz odbierają je od innych komórek. Otoczone są około 900 miliardami komórek glejowych, które spajają ze sobą wszystkie części mózgu. Informacje między neuronami są przesy-łane metodą elektryczno-chemiczną przez włókno osiowe zwane aksonem. Waż-ną rolę w tym procesie odgrywają także kolbki synaptyczne, które znajdują się na końcach rozwidleń aksonu. Nie dotykają one bezpośrednio dendrytów
następ-15 G. Dryden, J. Vos, Rewolucja w uczeniu, tłum. B. Jóźwiak, Wyd. Moderski i S-ka, Poznań 2000, s. 117.
nego neuronu, ale do tej niewielkiej szczeliny zwanej synapsą uwalniają od czasu do czasu substancję chemiczną, tzw. neuroprzekaźnik, poprzez który informacja z jednego neuronu przekazywana jest do dendrytów odbiorczych drugiego neu-ronu. Informacja przechodzi od dendrytów do ciała komórki, gdzie jest przetwa-rzana i wędruje do następnego neuronu przez akson16. Niektóre sygnały nerwowe osiągają prędkość 360 kilometrów na godzinę, czyli 100 metrów na sekundę.
Mózg człowieka jest niezrównanym narzędziem, jeśli chodzi o przechowywa-nie i przetwarzaprzechowywa-nie informacji, a więc uczeprzechowywa-nie się. Nabywaprzechowywa-nie określonych pojęć budujących wiedzę ucznia, konstruowanie całościowych i dokładnych schematów wymaga jego wielozmysłowego pobudzenia. Pojęcia, ich znaczenia i rozumienie rozwijają się u dziecka stopniowo w następstwie kojarzenia zróżnicowanych wra-żeń, odczuć, które wywoływane są przez bodźce sensoryczne, dostarczane do mózgu głównymi kanałami informacyjnymi: wzrokowym, słuchowym, dotyko-wym, smakowym i zapachowym. Im więcej wrażeń zmysłowych uzyskuje dziecko w kontakcie z określonym obiektem poznania, tym konstruuje bogatsze i bardziej zróżnicowane struktury wiedzy. Znajdujące się bowiem w narządach zmysłu re-ceptory odbierają i przekazują informację określoną drogą nerwową (projekcją) do odpowiedniego miejsca w korze mózgowej (reprezentacja), gdzie poddawana jest ona analizie. W przekazywaniu informacji bierze udział kilka grup neuro-nów, które dostarczają informację do różnych struktur mózgowych (czuciowych i ruchowych) uczestniczących w analizie bodźca. W proces analizowania i prze-twarzania informacji zaangażowanych jest wiele struktur mózgowych, które ko-munikują się ze sobą za pomocą połączeń neuronalnych. Ich liczba, podobnie jak ich schematy, może być przekształcana i modyfi kowana przez doświadczenia jednostki. Im częściej jednostka wykonuje daną czynność, tym szybciej i spraw-niej komunikują się ze sobą jej struktury mózgowe. Brak treningu w tym zakresie (tzn. zaniechanie wykonywania określonej czynności) powoduje zanikanie wcześ-niej wytworzonych połączeń nerwowych17. Mózg uczy się, przypomina sobie in-formacje nabyte przez całe życie, ale musi być nieustannie stymulowany. Ucząc się, pobudzamy go do pracy i wzmacniamy połączenia międzykomórkowe. Nie-używane połączenia ulegają atrofi i, ale przy kolejnych, nowych pobudzeniach mogą wytworzyć się nowe synapsy. Podejmując wiele zróżnicowanych czynności, ucząc się, trenując pamięć, można maksymalizować wydajność i sprawność swo-jego mózgu. Uczenie się staje się zatem podstawową funkcją mózgu.
W procesie przetwarzania informacji niezwykle pomocne są te obszary kory mózgowej, które zwane są miejscami kojarzenia (tzw. kora skojarzeniowa). Ob-szary te pozwalają łączyć ze sobą podobne elementy pochodzące z różnych
„ban-16
R.J. Sternberg, Psychologia poznawcza, tłum. E. Czerniawska, A. Matczak, WSiP, War-szawa 2001.
17 R. Michalak, Dziecko w sytuacji konfl iktu poznawczego [w:] M. Cywińska (red.), Sytuacje trudne w życiu dziecka, WN UAM, Poznań 2008, s. 183–184.
106
Poznać – Zrozumieć – Doświadczyć. Teoretyczne podstawy praktycznego kształcenia... ków pamięci” (np. wzrokowego, słuchowego, dotykowego), co oznacza, że nowa informacja jest tu porównywana do informacji uzyskanych przez inne zmysły i pochodzących z ośrodków analizy emocji. Rezultatem tego wnikliwego proce-su jest nadanie informacji określonego znaczenia. Należy jednak zaznaczyć, że odszyfrowanie przez mózg tej samej informacji odbieranej przez zmysły może czasem znacznie się różnić u poszczególnych osób. Powodem tych różnic jest to, w jaki sposób mózg nadaje sens określonym bodźcom. Sposób ten jest zdeter-minowany dotychczasowymi zasobami pamięci jednostki – jej uprzednią wiedzą. To bowiem, co składa się na wiedzę jednostki, nie jest prostym odbiciem rze-czywistości. Już na poziomie odbioru zmysłowego bodziec ulega modyfi kacji zgodnie z doświadczeniami jednostki, jej sposobem myślenia o świecie i o sobie. Zmysły są wrażliwe tylko na określone, wybrane cechy bodźca i jedynie tych ak-tywnie poszukują. Do mózgu trafi ają zatem subiekak-tywnie istotne cechy obiektu, z których jednostka rekonstruuje wybrany wycinek świata. Jego obraz jest spójny z jej dotychczasową wiedzą. Jeśli informacja nie pasuje do aktualnej wiedzy jed-nostki (to oznacza, że nie może zostać do niej zasymilowana), musi albo ulec mo-dyfi kacji jeszcze przed wprowadzeniem jej do układu, albo musi ulec zmianom struktura wiedzy jednostki przez dopasowanie niektórych elementów wiedzy do nowej informacji (mówimy wówczas o akomodacji). Umysł, przyjmując nową informację, nastawiony jest na nadanie jej sensu i poszukanie spójności z dotych-czasową wiedzą jednostki.Każda kolejna dawka informacji, aby wejść do układu, musi jakoś się z nim powiązać. Jeśli nowa i stara informacja pozostają ze sobą w sprzeczności, mózg przekształci jedną z nich tak, aby obie do siebie pasowały. Może to cza-sami wymagać takiej interpretacji nowej wiedzy, która ją bardzo zniekształca. Ale może też mieć miejsce proces odwrotny: nowa informacja weryfi kuje sta-rą. To, który z tych procesów przeważy, zależy od tego, jak silnie ugruntowana jest dana porcja informacji: czy była zbudowana na własnym doświadczeniu, wielomodalnym strumieniu informacji, powiązanym z silnymi emocjami, czy pochodziła z zewnątrz18.
Proces budowania wiedzy zależy zatem od stopnia zaangażowania ucznia w jej poszukiwanie i odkrywanie. Im więcej doświadczeń uczeń zdobywa na drodze po-lisensorycznego poznawania bodźca i silnego zaangażowania emocjonalnego, tym dłużej będzie on zakotwiczony w jego pamięci i tym bogatsza będzie jego treść.
Proces konstruowania wiedzy przebiega o wiele efektywniej także wtedy, kie-dy organizm znajduje się jednocześnie w stanie gotowości i odprężenia, a więc doświadcza przyjemnych przeżyć, odczuć i emocji. Rodzaj emocji ma niezwykłe znaczenie dla pracy mózgu i zachodzących w nim procesów. Determinuje przede
18 A. Kozłowska-Rajewicz, Neurobiologia a konstruktywizm [w:] E. Arciszewska, S. Dylak (red.), Nauczanie przyrody. Wybrane zagadnienia, Wyd. CODN, Warszawa 2005, s. 92.
wszystkim proces zapamiętywania informacji, kojarzenia czy myślenia. Stres, bo tak zwykle określa się reakcję organizmu na sytuację trudną, jest dynamiczną siłą aktywizującą organizm do działania i przeżycia. Według F. Kassaya19 przy powstawaniu sytuacji trudnej, a nawet na długo przed jej pojawieniem się, orga-nizm przygotowuje się do zwiększonego obciążenia. Mobilizuje swoje rezerwy psychiczne i fi zyczne, żeby się obronić w sytuacji zagrożenia. Fizjologicznym efektem przygotowania organizmu do obciążenia jest między innymi zwiększe-nie poziomu adrenaliny we krwi, która powoduje zmiany w dystrybucji krwi do serca, mózgu i mięśni. Pozwala to zaspokoić zwiększone zapotrzebowanie na energię przy intensywnym wykorzystywaniu mięśni. Towarzyszy temu między innymi spowalnianie procesu trawienia w żołądku i jelitach, rozszerzają się źre-nice. Organizm reaguje tak samo, a często jeszcze intensywniej, nie tylko na sprawdzanie wiadomości, odpytywanie na lekcji, ale i na sam strach na przykład przed egzaminowaniem. Zbyt silny i długo utrzymujący się stres bywa przyczyną słabej wydajności organizmu, blokuje procesy myślenia, rozumowania czy zapa-miętywania, a w skrajnych przypadkach powoduje wycieńczenie, a nawet śmierć. Jeśli organizm znajduje się zatem w stanie dobrego samopoczucia, bezpieczeń-stwa psychicznego i lekkiego pobudzenia, wówczas mózg produkuje endorfi ny, tak zwane hormony szczęścia, które działają jak środki uspokajające. Endorfi ny pobudzają organizm do produkowania acetylocholiny, ważnego neuroprzekaź-nika (uwalnianego do szczeliny synaptycznej) w procesach pamięci. Podstawą sukcesu w przyswajaniu nowych informacji i ich zapamiętywaniu jest więc dosta-tecznie silny bodziec dla neuronów. Końcowa aktywność neuronu jest w końcu równa ilości energii, którą otrzymuje. Istotny jest przy tym także udział neuro-nów spowalniających. Reagują one i wysyłają silne sygnały właśnie w stanie stre-su, podczas przeżywania nowych i silnych emocji albo strachu. Wszystko to dzie-je się również w organizmie, w którym włączyły się mechanizmy awaryjne albo obronne, takie jak wydzielanie hormonów i enzymów z gruczołów wydzielania wewnętrznego. One wzmacniają transmisję sygnałów do kolejnych neuronów20.