深圳子科生物報道:

通過教學(xué)，將人類世代積累起來的知識傳遞下去，是人類文明得以延續(xù)和繁榮的重要途徑。中國是一個人口大國，更是一個教育大國，教育在我國社會經(jīng)濟發(fā)展中更是發(fā)揮著舉足輕重的作用。但是，教學(xué)是如何進行的？在教學(xué)過程中，老師和學(xué)生的大腦是如何工作的呢？

長期以來，由于研究手段的限制，研究者無法對教學(xué)過程的腦機制開展實證研究。以往研究的局限性主要表現(xiàn)在兩個方面：一方面，腦科學(xué)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，但是卻忽略了老師，特別是忽略了師生互動在學(xué)習(xí)過程中的重要作用；另一方面，教育學(xué)等學(xué)科雖然關(guān)注教學(xué)過程，但是主要采用思辨和描述性的方法，無法了解人腦的工作機理。因此，通過腦科學(xué)的手段探討教學(xué)過程中師生互動的神經(jīng)機制是當(dāng)前教育學(xué)、心理學(xué)、腦科學(xué)等各個領(lǐng)域的迫切需求。

7月5日，腦科學(xué)領(lǐng)域的重要雜志 Human Brain Mapping 以封面文章的形式發(fā)表了認知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)國家重點實驗室盧春明課題組的研究論文 Enhancement of teaching outcome through neural prediction of the students' knowledge state。該論文采用基于功能性近紅外光譜成像（fNIRS）的多人同時腦成像技術(shù)，在較為真實的教學(xué)情境下，探討了師生間的腦活動同步在教學(xué)過程中的關(guān)鍵作用機制。

本期封面。圖示為孔子在向弟子講學(xué)，上方的彩色光代表fNIRS技術(shù)。文言文的譯文為：“老師慢慢而有步驟地，善于引導(dǎo)人，用詩文典籍開闊我的眼光與思路，用道德規(guī)范約束我的為人與言行，讓人想停止不前都不可能。”

著名教育學(xué)家維果斯基提出了著名的“最近發(fā)展區(qū)”假設(shè)。該假設(shè)認為，在教學(xué)過程中，教師需要對學(xué)生的知識水平做出恰當(dāng)?shù)墓烙?，進而制定學(xué)習(xí)目標(biāo)。這個目標(biāo)不能太難，太難了學(xué)生就學(xué)不會；但是也不能太簡單，太簡單了學(xué)生就沒有學(xué)習(xí)興趣了。因此，這個目標(biāo)一定是學(xué)生通過“適當(dāng)?shù)呐Α本湍軌驅(qū)崿F(xiàn)的，即所謂的“跳一跳，摘桃子”?；谶@一假設(shè)，該研究提出了教學(xué)過程的“預(yù)測—傳遞”模型，即教師在教學(xué)過程中提前對學(xué)生的知識水平進行動態(tài)、實時的預(yù)測，以此形成恰當(dāng)?shù)闹R表征，然后師生間再進行有效的知識傳遞。

為了檢驗上述模型，該研究要求老師分別采用“講授式”、“討論式”以及“視頻”三種教學(xué)方法，以一對一的教學(xué)方式向三組學(xué)生分別講授數(shù)字推理知識。學(xué)生在教學(xué)前后分別完成有關(guān)的知識測驗。在教學(xué)過程中，采用fNIRS同時測量了老師和學(xué)生的腦功能信號，并計算了老師和學(xué)生的腦活動隨著時間共同變化的關(guān)系，即腦活動同步。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，教師的腦活動與大約10秒后學(xué)生的腦活動有顯著的腦間同步，并且該同步出現(xiàn)在教師的顳頂聯(lián)合區(qū)和學(xué)生的顳葉前部。以往研究表明，顳頂聯(lián)合區(qū)主要負責(zé)預(yù)測社會互動時對方的心理狀態(tài)，而顳葉前部則是概念知識表征的重要腦區(qū)。因此，這些結(jié)果提示，教師可能通過腦間同步，提前預(yù)測學(xué)生的知識表征狀態(tài)。以往采用類似方法的研究雖然也發(fā)現(xiàn)師生間在存在腦同步，但是并未對腦同步的預(yù)測機制進行探討。因此，盧春明課題組的該項研究為“預(yù)測—傳遞”模型的預(yù)測機制提供了重要的支持證據(jù)。

研究進一步發(fā)現(xiàn)，無論采用哪種教學(xué)方法，老師—學(xué)生的腦間同步越強，教學(xué)效果就越好。而且，上述腦間同步在教學(xué)過程進行到大約一分半鐘左右（總時長平均為20分鐘）時，就已經(jīng)能夠很好的預(yù)測最終的教學(xué)效果了。而與知識的實時傳遞有關(guān)的腦間同步（即教師和學(xué)生在同一時刻的腦活動同步）在教學(xué)進行過半后才能夠顯著預(yù)測最終的教學(xué)效果。可見，通過腦間同步發(fā)生的預(yù)測發(fā)生在知識傳遞之前，并對教學(xué)效果有顯著的促進作用。

這項工作是盧春明課題組系列工作的一部分。該課題擬將最新的腦科學(xué)研究方法應(yīng)用于教育科學(xué)領(lǐng)域，系統(tǒng)探討教育教學(xué)領(lǐng)域的重要理論問題，并希望為教育教學(xué)實踐提供啟示。這些工作對促進教育科學(xué)研究的實證化，促進腦科學(xué)、教育學(xué)、心理學(xué)的深度融合將產(chǎn)生重要影響。

論文的第一作者鄭麗芬本科畢業(yè)于福州大學(xué)，2013年考入北京師范大學(xué)認知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)國家重點實驗室，跟隨盧春明教授攻讀博士學(xué)位，并擔(dān)任上述課題的負責(zé)人。目前她的工作主要采用fNIRS、tDCS等無創(chuàng)腦成像和腦刺激技術(shù)深入探討教學(xué)情境下師生社會性互動的認知和腦機制。

這項研究是盧春明課題組與加州大學(xué)爾灣分校的陳傳聲教授以及重點實驗室語言認知與障礙研究團隊的同事共同完成。該研究得到了國家自然科學(xué)基金（31622030 和 31421130158）和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項基金（2017EYT32 和2017XTCX04）等基金項目的資助。

原文標(biāo)題：

Enhancement of teaching outcome through neural prediction of the students' knowledge state