腦間同步：師生課堂互動(dòng)的最佳狀態(tài)

鄭麗芬

上課的時(shí)候，多數(shù)老師和學(xué)生都有過類似的經(jīng)歷，學(xué)生對(duì)老師上課的節(jié)奏和內(nèi)容達(dá)到一種融會(huì)貫通的狀態(tài)，接受知識(shí)的能力和速度遠(yuǎn)超平時(shí)。而老師也通過學(xué)生的面部表情或者言語回應(yīng)，感覺到學(xué)生極佳的配合，因而授課的流暢度大大提升，甚至講出很多超出備課的提升內(nèi)容。

這就是我們通常所說的“心有靈犀一點(diǎn)通”的狀態(tài)。這種狀態(tài)在師生互動(dòng)過程中，可以說是知識(shí)傳遞的最佳狀態(tài)。

這種最佳狀態(tài)是如何形成的？通過對(duì)一線教育工作者的調(diào)研，很多老師表示確實(shí)經(jīng)歷過類似的狀態(tài)，能夠感受到學(xué)生的高配合度對(duì)于自己的幫助，甚至經(jīng)常在課后回味這種狀態(tài)，以期待其能夠經(jīng)常出現(xiàn)。但老師們同時(shí)也表示，這種狀態(tài)是極少出現(xiàn)的，尤其在一對(duì)多的大課堂上，也許僅有某個(gè)學(xué)生在某個(gè)時(shí)間段有這種配合度。

如何更好地了解并運(yùn)用這種狀態(tài)？腦科學(xué)為我們提供了精準(zhǔn)的研究方法。

教育神經(jīng)科學(xué)：揭秘師生腦活動(dòng)的新方法

以往的研究，更多依賴行為科學(xué)和心理學(xué)的手段與工具來揭示教學(xué)規(guī)律。大腦是教育和學(xué)習(xí)的神經(jīng)基礎(chǔ)，如果僅從行為層面進(jìn)行探索，大腦就如同“黑匣子”一般，難以揭示其蘊(yùn)含的規(guī)律。

腦成像技術(shù)的成熟發(fā)展推動(dòng)了認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的誕生，支持研究者們研究人腦的高級(jí)功能，厘清認(rèn)知、行為和大腦之間的關(guān)系。將認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)引入教育學(xué)中，由此衍生出了教育神經(jīng)科學(xué)。它是神經(jīng)科學(xué)、教育學(xué)和心理學(xué)交叉而成的新興學(xué)科，通過腦科學(xué)的手段和心理學(xué)的研究方法揭示教育教學(xué)過程的一般規(guī)律。

通過腦間同步達(dá)到師生心有靈犀

早期的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)只能觀測(cè)單人的腦活動(dòng)，不利于研究多人交互行為。新興的超掃描技術(shù)，也叫多人腦成像技術(shù)（hyperscanning），則可以使用腦成像設(shè)備，如腦電圖（electroencephalograph， EEG）、功能性近紅外光譜技術(shù)（functional near-infrared spectroscopy，fNIRS）等，同時(shí)記錄多人在進(jìn)行同一個(gè)活動(dòng)或任務(wù)時(shí)的大腦活動(dòng)狀態(tài)。研究者們將該研究范式引入教學(xué)互動(dòng)研究中，可以在師生互動(dòng)的同時(shí)記錄師生雙方的腦活動(dòng)，幫助我們更好地理解知識(shí)傳遞的腦基礎(chǔ)。

研究者們采用腦間同步的方法刻畫師生互動(dòng)的言語交流過程，腦間同步是指互動(dòng)雙方大腦活動(dòng)模式在時(shí)間和頻率上趨近相似。已有研究表明在言語交流過程中，說話者與聽眾在語言網(wǎng)絡(luò)會(huì)出現(xiàn)相似的腦活動(dòng)模式，并且相似度越高，理解得越好。這就表明說話者和聽眾的腦活動(dòng)和諧一致時(shí)，可以幫助他們進(jìn)入“心有靈犀”的狀態(tài)。

基礎(chǔ)好的學(xué)生容易與教師達(dá)到腦間同步

來自瑞士蘇黎世大學(xué)醫(yī)學(xué)院的麗莎·霍爾普，在2013年首次將超掃描技術(shù)運(yùn)用到教學(xué)領(lǐng)域，考察了17對(duì)師生在進(jìn)行蘇格拉底式對(duì)話教學(xué)過程中的腦機(jī)制。蘇格拉底教學(xué)法是一個(gè)經(jīng)典的教學(xué)范式，意指啟發(fā)互動(dòng)的教學(xué)法，即教師不直接給出答案，而是通過問題引導(dǎo)學(xué)生回答并解決問題。

研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，成功學(xué)習(xí)組的學(xué)生和未成功學(xué)習(xí)組的學(xué)生的前額葉的腦活動(dòng)模式不同。前者的激活水平比較低，和老師的腦活動(dòng)模式比較一致;后者的激活程度則一直處于比較高的水平。這是因?yàn)槌晒W(xué)習(xí)組的學(xué)生對(duì)特定任務(wù)已經(jīng)有較高水平的處理能力，不需要太多的資源來學(xué)習(xí)。通過對(duì)教師和學(xué)生腦活動(dòng)的相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)成功學(xué)習(xí)組的師生腦活動(dòng)變化成正相關(guān)，而在未成功學(xué)習(xí)組則表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)。這表明了成功學(xué)習(xí)組的教師和學(xué)生腦活動(dòng)步調(diào)一致。

腦間同步與學(xué)生課堂卷入程度呈正相關(guān)

另一項(xiàng)研究從實(shí)驗(yàn)情景拓展到了自然的課堂教學(xué)中。該研究是紐約大學(xué)蘇珊娜·迪克團(tuán)隊(duì)，用便攜式EEG設(shè)備測(cè)量了12名高中生在上生物課程時(shí)的腦活動(dòng)，結(jié)果表明通過學(xué)生們的腦間同步可以預(yù)測(cè)他們的課堂卷入程度。

來自倫敦大學(xué)的喬伊迪普·巴塔查里亞同年在《Current Biology》雜志評(píng)論了迪克等人的這項(xiàng)研究。他認(rèn)為迪克等人開創(chuàng)了神經(jīng)科學(xué)和教育的新篇章，從傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室中的單人研究拓展到自然情境下的研究，建立了群體水平上互動(dòng)的大腦和行為之間的聯(lián)結(jié)，標(biāo)志著認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)里程碑。但是在該實(shí)驗(yàn)中，師生的腦間同步不能預(yù)測(cè)行為表現(xiàn)，這可能是由于被試樣本量少、交流時(shí)間短、實(shí)驗(yàn)所采用便攜式的EEG設(shè)備精確度較低等原因而導(dǎo)致的。

教師對(duì)學(xué)生知識(shí)水平的預(yù)測(cè)可增強(qiáng)腦間同步

近年來，國(guó)內(nèi)的研究團(tuán)隊(duì)也緊隨其后，開展了師生互動(dòng)的腦機(jī)制研究。來自北京師范大學(xué)的盧春明教授研究團(tuán)隊(duì)，在國(guó)內(nèi)首次采用腦科學(xué)的方法為教育學(xué)理論提供神經(jīng)層面上的證據(jù)支持。研究基于近紅外光學(xué)成像的超掃描（相比EEG設(shè)備空間精度更高），考察了60對(duì)師生的腦間同步與教學(xué)效果的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際的知識(shí)傳遞過程中，師生的腦間同步越高，教學(xué)效果越好，這說明教師和學(xué)生節(jié)奏一致，便可以相互理解對(duì)方。

此外，當(dāng)教師提前10秒對(duì)學(xué)生的知識(shí)水平進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)（這10秒對(duì)應(yīng)的是師生問答的時(shí)間），教師右側(cè)顳頂聯(lián)合區(qū)和學(xué)生的顳上回的腦活動(dòng)會(huì)表現(xiàn)出顯著的同步性，且同步性程度和教學(xué)效果正相關(guān)。該結(jié)果表明，教師能提前預(yù)測(cè)學(xué)生的回答，以及根據(jù)回答情況準(zhǔn)備后續(xù)問題。教師對(duì)學(xué)生知識(shí)水平的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，可以提高教學(xué)效果。在該研究的基礎(chǔ)之上，另一個(gè)研究進(jìn)一步揭示了靜息態(tài)下的腦間同步可以預(yù)測(cè)師生關(guān)系的質(zhì)量，且社會(huì)互動(dòng)調(diào)節(jié)了這個(gè)關(guān)系聯(lián)結(jié)的過程。

社會(huì)互動(dòng)可增強(qiáng)腦間同步

與此同時(shí)，華東師范大學(xué)的胡誼教授和李先春教授的研究團(tuán)隊(duì)也開展了系列研究探討互動(dòng)程度對(duì)學(xué)習(xí)效果的影響。其中一項(xiàng)研究基于近紅外光學(xué)成像記錄了教師在教授學(xué)生學(xué)習(xí)音樂歌曲過程的腦活動(dòng)。研究結(jié)果表明，在互動(dòng)程度高的學(xué)習(xí)策略條件下，雙方在額下會(huì)有更高的腦間同步，并且學(xué)生的行為表現(xiàn)得更優(yōu)秀。最近一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)了教學(xué)方式和學(xué)生的知識(shí)狀態(tài)都對(duì)交流效果有重要影響。在互動(dòng)式教學(xué)中，有先驗(yàn)知識(shí)的學(xué)生與教師在左側(cè)前額葉有更高的腦活動(dòng)同步，并且有更好的行為成績(jī)。這些結(jié)果都表明，社會(huì)互動(dòng)的程度影響著雙方的學(xué)習(xí)效果。

將腦科學(xué)運(yùn)用到實(shí)際教學(xué)中

上述系列研究擺脫了嚴(yán)格實(shí)驗(yàn)環(huán)境的限制，用超掃描范式在自然的情境下開展教育神經(jīng)科學(xué)研究，架起了神經(jīng)科學(xué)和實(shí)際教學(xué)活動(dòng)的連接橋梁。研究初步揭示了教育教學(xué)的一般規(guī)律，輔以神經(jīng)科學(xué)的證據(jù)支持。如同“心有靈犀一點(diǎn)通”，教師和學(xué)生的腦間同步越高，教學(xué)效果就越好。具體而言，師生們之間高質(zhì)量的互動(dòng)交流，常伴隨著更好的腦間同步，最終影響學(xué)業(yè)表現(xiàn)。

當(dāng)代的研究趨勢(shì)是將腦科學(xué)的成果應(yīng)用到實(shí)際的教學(xué)過程中。盡管當(dāng)前教育神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域處于蓬勃發(fā)展的狀態(tài)，但研究成果轉(zhuǎn)化成實(shí)際應(yīng)用還存在著溝壑。正如著名教育學(xué)和心理學(xué)家布魯納所指出的：“心理、腦和教育的研究仍然缺乏強(qiáng)有力的神經(jīng)科學(xué)證據(jù)，神經(jīng)科學(xué)與教育之間仍然存在著一條巨大的鴻溝”。

教育者們應(yīng)持有批判的精神，科學(xué)理性地看待腦科學(xué)研究成果，正確運(yùn)用神經(jīng)科學(xué)的知識(shí)輔助改進(jìn)教育教學(xué)方法、制定相關(guān)教育政策。教育神經(jīng)科學(xué)作為新興的交叉學(xué)科，未來還需通過教育學(xué)家、心理學(xué)家和腦科學(xué)專家多方的跨界合作和溝通，從而迎來更加美好健康的發(fā)展。