深圳子科生物報(bào)道:

通過教學(xué)，將人類世代積累起來的知識(shí)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(gè)人口大國，更是一個(gè)教育大國，教育在我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(duì)教學(xué)過程的腦機(jī)制開展實(shí)證研究。以往研究的局限性主要表現(xiàn)在兩個(gè)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(dòng)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(jī)理。因此，通過腦科學(xué)的手段探討教學(xué)過程中師生互動(dòng)的神經(jīng)機(jī)制是當(dāng)前教育學(xué)、心理學(xué)、腦科學(xué)等各個(gè)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(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(shí)腦成像技術(shù)，在較為真實(shí)的教學(xué)情境下，探討了師生間的腦活動(dòng)同步在教學(xué)過程中的關(guān)鍵作用機(jī)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(rèn)為，在教學(xué)過程中，教師需要對(duì)學(xué)生的知識(shí)水平做出恰當(dāng)?shù)墓烙?jì)，進(jìn)而制定學(xué)習(xí)目標(biāo)。這個(gè)目標(biāo)不能太難，太難了學(xué)生就學(xué)不會(huì)；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(gè)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(duì)學(xué)生的知識(shí)水平進(jìn)行動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)的預(yù)測，以此形成恰當(dāng)?shù)闹R(shí)表征，然后師生間再進(jìn)行有效的知識(shí)傳遞。

為了檢驗(yàn)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(duì)一的教學(xué)方式向三組學(xué)生分別講授數(shù)字推理知識(shí)。學(xué)生在教學(xué)前后分別完成有關(guān)的知識(shí)測驗(yàn)。在教學(xué)過程中，采用fNIRS同時(shí)測量了老師和學(xué)生的腦功能信號(hào)，并計(jì)算了老師和學(xué)生的腦活動(dòng)隨著時(shí)間共同變化的關(guān)系，即腦活動(dòng)同步。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，教師的腦活動(dòng)與大約10秒后學(xué)生的腦活動(dòng)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(fù)責(zé)預(yù)測社會(huì)互動(dòng)時(shí)對(duì)方的心理狀態(tài)，而顳葉前部則是概念知識(shí)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(shí)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(duì)腦同步的預(yù)測機(jī)制進(jìn)行探討。因此，盧春明課題組的該項(xiàng)研究為“預(yù)測—傳遞”模型的預(yù)測機(jī)制提供了重要的支持證據(jù)。

研究進(jìn)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(qiáng)，教學(xué)效果就越好。而且，上述腦間同步在教學(xué)過程進(jìn)行到大約一分半鐘左右（總時(shí)長平均為20分鐘）時(shí)，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(shí)的實(shí)時(shí)傳遞有關(guān)的腦間同步（即教師和學(xué)生在同一時(shí)刻的腦活動(dòng)同步）在教學(xué)進(jìn)行過半后才能夠顯著預(yù)測最終的教學(xué)效果?？梢姡ㄟ^腦間同步發(fā)生的預(yù)測發(fā)生在知識(shí)傳遞之前，并對(duì)教學(xué)效果有顯著的促進(jìn)作用。

這項(xiàng)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(shí)踐提供啟示。這些工作對(duì)促進(jìn)教育科學(xué)研究的實(shí)證化，促進(jìn)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(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(fù)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(huì)性互動(dòng)的認(rèn)知和腦機(jī)制。

這項(xiàng)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室語言認(rèn)知與障礙研究團(tuán)隊(duì)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?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金（2017EYT32 和2017XTCX04）等基金項(xiàng)目的資助。

原文標(biāo)題：

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