脑科学提供了基于大概念的教学理论基础。
神经科学与基于大概念的教学研究旨趣一致。
有关脑科学的研究，可以观察到人类大脑的学习和思考过程以及如何产生情绪、情感、行为，它们在教育教学中的应用体现为教师的课堂能对学生大脑的结构与功能发挥重要的可塑性。因此，关于脑科学的新知识可以改进教学实践，基于大概念的教学研究的目的也是改进教学实践。
脑科学对教学设计的某些建议与基于大概念的教学思想有许多相通之处。基于大概念的教学就是要让学生注意寻找和利用知识之间的联结开展学习活动，充分调动学生的情感、动作、思维等多方面技能，对学习内容进行深度思考，产生有意义的联系，以有利于形成深度学习。在脑科学研究中，虽然人的左脑和右脑都各自拥有自己的特征，但两个脑半球一直处于协同工作的状态，无论进入左脑还是右脑的信息都可以很快被左右脑使用。也就是说人的左脑和右脑时刻有着紧密的协调与配合。反映在基于大概念的教学中，就是注意知识的结构与联结。新知与旧知之间，部分与整体之间都存在着密切的联系，不要让学生只学习碎片化的知识，而是要让学生建立起知识的框架与逻辑关系图。采取单元整体学习方式，可以帮助学生建立知识的网络，创设合适的情境激发学生学习兴趣，让学生开展一定的活动，进行积极的情感投入，创设友好、积极的氛围。
基于大概念的教学顺应了脑科学研究成果。
首先，基于大概念的教学是目标导向的，注重学习成果的生成。这使得大脑有明确的目标，迫使学习者精力集中，搜索与目标相关的各种信息，信息来自各种感觉器系统，如听觉，视觉，味觉，嗅觉，触觉等，同时还来自感觉神经末梢，如肌肉，关节，内部器官等。大脑在信息加工过程中要消耗大量的能量，可以吸收与处理信息。
其次，基于大概念的教学中的核心问题与自带动力的任务对大脑构成了挑战。在脑后下部有一个“感觉摄入过滤器”，称为“网状激活系统”，这一系统会优先接受新的，不同的，有变化的和意想不到的信息。这些有着足够新奇性的信息，会激活大脑的多巴胺奖励系统，吸引学生的注意力，激发学生解决问题的动机。
再次，大概念需要持续理解，不断强化，建立比较上位的抽象概念。人脑有一定的认知结构，新的知识通过通化与顺应，不断进入到大脑的认知结构中，从而形成更完善的认知体系。这种持之以恒的反馈过程会促进前额皮层的活动，不断体验理解之后带来的快乐感，形成良性循环，从而更加努力的获得这种深入感悟与理解。
最后，基于大概念的教学的学习机制是高通路迁移，是从具体进行抽象然后再应用于具体的过程。这是在不断加强神经网络，形成神经可塑性反应。神经网络在人的一生中都可以不断的增长与扩展，每一个有意义的信息进入人脑之后都会激活神经元之间的电信号，形成神经回路，使神经回路进一步加强和优化。神经元之间的连接越多，活跃度就越高，反应速度就越快，接受与处理信息的能力也会随之增强。上升到大概念的学习，更有利于学生编织起属于自己的概念网络，使得一些零散的知识能够被统帅与连接起来，形成易于持久理解与长时间记忆的知识网络。
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