課堂教學(xué)中腦機(jī)接口實(shí)證調(diào)查

姜彥麗 劉新玉

摘要：針對課堂教學(xué)中腦機(jī)接口的應(yīng)用研究已有大量文獻(xiàn)報(bào)道，但目前研究主要是從研究者的角度出發(fā)，對于使用者的認(rèn)知情況鮮有關(guān)注。本文針對腦機(jī)接口在課堂教學(xué)中存在的問題，通過問卷調(diào)查的方式，以大學(xué)生群體為對象，分析了學(xué)生對腦機(jī) 接口的認(rèn)知情況和課堂教學(xué)中的應(yīng)用瓶頸。數(shù)據(jù)結(jié)果表明，大學(xué)生對腦機(jī)接口前景比較看好，但大部分學(xué)生對腦機(jī)接口的認(rèn)知存在較大偏見。對于課堂教學(xué)，腦機(jī)接口在技術(shù)成熟度、認(rèn)知偏見、倫理問題、制度保障等方面存在諸多應(yīng)用瓶頸，還需深入研究尋找破解之道。此外，本文認(rèn)為腦機(jī)接口對于主流教學(xué)方式的改變有限，但是，如果能將腦機(jī)接口技術(shù)與現(xiàn)有教學(xué)方式相結(jié)合，將有助于在課堂中提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)習(xí)效率。

關(guān)鍵詞：腦機(jī)接口；課堂教學(xué)；調(diào)查問卷；大學(xué)生

引言

腦機(jī)接口即腦－計(jì)算機(jī)接口（brain-computer interface，BCI），又稱腦－機(jī)器接口（brain-machine interface，BMI），是新一代人工智能技術(shù)，通過直接連接人腦與外部設(shè)備，使個體可以通過腦電信號與計(jì)算機(jī)或其他外部設(shè)備進(jìn)行通信和控制，從而實(shí)現(xiàn)意識意圖和外部行為之間的無縫溝通[1]。作為腦科學(xué)領(lǐng)域較成熟的技術(shù)，腦機(jī)接口的迅速發(fā)展引起了國內(nèi)外大量資本的支持。教育是腦機(jī)接口極力進(jìn)入的應(yīng)用領(lǐng)域之一，已成為國內(nèi)外研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)之一。相關(guān)研究成果已經(jīng)在各種形式的文獻(xiàn)中得到了廣泛報(bào)道[2-4]。

在教育領(lǐng)域，腦機(jī)接口最廣泛研究的方向之一是利用神經(jīng)反饋訓(xùn)練技術(shù)來提升學(xué)習(xí)者的專注力[5-6]。具體而言，這項(xiàng)技術(shù)基于生物反饋原理，通過監(jiān)測個體的神經(jīng)活動，并將這些信息以可視化或聽覺化的方式反饋給個體，使其能夠意識到自身的神經(jīng)狀態(tài)，并學(xué)會調(diào)節(jié)這些狀態(tài)以達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。例如，德貝滕科特（De Bettencourt）等[7]讓學(xué)生通過反復(fù)的訓(xùn)練和反饋，逐漸學(xué)會調(diào)節(jié)自身的神經(jīng)活動，極大地提高了學(xué)生特定的認(rèn)知或行為表現(xiàn)。但是，在課堂上腦機(jī)接口的使用還相對較少，而且爭議也較大。

針對腦機(jī)接口是否適用于課堂教學(xué)這一問題，本文以最可能接觸到腦機(jī)接口技術(shù)的大學(xué)生群體為對象，通過調(diào)查問卷的方式，從使用者的角度對大學(xué)課堂教學(xué)中腦機(jī)接口的認(rèn)知現(xiàn)狀、應(yīng)用瓶頸和應(yīng)用前景等進(jìn)行了實(shí)證分析。本文共包括課堂教學(xué)中腦機(jī)接口技術(shù)概述、學(xué)生對腦機(jī)接口的認(rèn)知情況分析、課堂教學(xué)中腦機(jī)接口應(yīng)用瓶頸、課堂教學(xué)中腦機(jī)接口應(yīng)用前景等四個部分，系統(tǒng)分析了腦機(jī)接口在課堂教學(xué)應(yīng)用中存在的問題和未來的發(fā)展前景。

1. 數(shù)據(jù)來源與基本概述

設(shè)計(jì)的調(diào)查問卷共有9個問題，通過微信平臺進(jìn)行問卷調(diào)查的發(fā)放和收集，調(diào)查問卷設(shè)計(jì)如表1所示。4天的時間內(nèi)共收到1026份問卷，通過對IP地址識別，去除了49份重復(fù)問卷，得到有效問卷。從提交問卷的時間來看，填寫時間的均值為54秒，中值為39秒，最小值為10秒，最大值為1527秒。從提交問卷的IP地址所屬省份來看，共有28個省份的學(xué)生參與了調(diào)查，其中人數(shù)最多的為河南省，共有724份，占比74.1%。

2. 調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析

針對問卷中的9個問題，被調(diào)查者填寫的基本情況如圖1所示。在收集到的977份問卷中，從性別分布來看，男生參與度較高，有682人，占比69.8%；從年級分布來看，包含從大一到大四所有年級，但從大一到大四，參與人數(shù)依次遞減；對于腦機(jī)接口了解情況，有一半以上的學(xué)生沒有聽說過，而知道并接觸過的僅占10.5%；在腦機(jī)接口是否會改變生活這一項(xiàng)，高達(dá)80.9%的被調(diào)查者選擇了會；在腦機(jī)接口應(yīng)用于教育上，盡管大部分學(xué)生選擇了支持，但與是否會改變生活這一項(xiàng)相比，支持的人數(shù)降低了16.3%；對于腦機(jī)接口是否有助于學(xué)習(xí)，76.2%的學(xué)生認(rèn)為會，結(jié)合上一個問題，這意味著大部分同學(xué)認(rèn)為腦機(jī)接口可以幫助學(xué)習(xí)，但是對其在教育上應(yīng)用稍不自信；對于在課堂上使用腦機(jī)接口這一問題，結(jié)果和預(yù)期基本一致，42.7%的學(xué)生能接受別的同學(xué)使用，但只有29.6%的學(xué)生明確表示自己愿意使用腦機(jī)接口；在腦機(jī)接口是否存在危害這一問題上，結(jié)果出乎意料，有51.1%的學(xué)生明確認(rèn)為有危害，認(rèn)為沒有危害的僅有4.1%，不確定的占到了44.8%。

從數(shù)據(jù)分析結(jié)果來看，腦機(jī)接口對于大部分學(xué)生來說還是比較陌生，接觸過的大學(xué)生并不多，而且大部分學(xué)生認(rèn)為腦機(jī)接口可能會對身體造成危害。不過，絕大部分大學(xué)生對其前景還是比較樂觀，無論是在生活領(lǐng)域還是在教育領(lǐng)域，支持度都超過了60%。但是，對于在課堂上使用腦機(jī)接口，大部分學(xué)生還是持謹(jǐn)慎態(tài)度，無論是自己還是其他同學(xué)，接受程度都在1/3左右。這一結(jié)果表明，學(xué)生真正接受腦機(jī)接口應(yīng)用于課堂還任重道遠(yuǎn)。

3. 學(xué)生對腦機(jī)接口的認(rèn)知情況

3.1 對腦機(jī)接口基本認(rèn)知情況

在大學(xué)生對腦機(jī)接口基本情況的認(rèn)知上，進(jìn)一步分析了不同性別和不同年級學(xué)生對腦機(jī)接口的了解情況，分別計(jì)算了知道與不知道腦機(jī)接口學(xué)生人數(shù)的比值，在計(jì)算過程中，將知道并接觸過和知道但沒見過歸為同一類。在性別上，男生和女生對腦機(jī)接口的了解情況基本一致，但是相比之下，男生知道腦機(jī)接口的比例（1.07%）要高于女生（0.64%）；在年級分布上，隨著年級增長，知道腦機(jī)接口的比例呈逐漸增加的趨勢。但奇怪的是，大一學(xué)生中知道腦機(jī)接口的比例要高于大二和大三，這可能與調(diào)查的時間選擇了大學(xué)下半學(xué)期有關(guān)，也可能是由于2000年以后出生的學(xué)生對科技比較關(guān)注，具體原因尚不清楚。

3.2 對腦機(jī)接口作用的認(rèn)知情況

在對腦機(jī)接口作用的了解上，分別分析了知道腦機(jī)接口的學(xué)生和不知道腦機(jī)接口的學(xué)生在腦機(jī)接口改變生活、應(yīng)用于教育、有助于學(xué)習(xí)這三個問題的情況。對于這三個問題，知道腦機(jī)接口的學(xué)生的支持度（91.9%、73.3%和84.4%）都要顯著高于不知道腦機(jī)接口的學(xué)生（70.7%、56.6%和68.8%），這一結(jié)果可能意味著對腦機(jī)接口越了解的人對腦機(jī)接口的前景越看好。

3.3 對腦機(jī)接口課堂使用的認(rèn)知情況

在對腦機(jī)接口課堂使用的接受情況分析上，同樣分別分析了知道腦機(jī)接口和不知道腦機(jī)接口的學(xué)生在自己使用和他人使用的態(tài)度。知道腦機(jī)接口的學(xué)生，無論是自己使用還是同學(xué)使用，都有一半左右的學(xué)生是持支持態(tài)度的，接受度分別為41.5%和54.9%，明確不支持的都低于20%；對于不知道腦機(jī)接口的學(xué)生，態(tài)度則比較保守，大部分學(xué)生都選擇了進(jìn)行觀望的態(tài)度，明確表示支持的分別為18.7%和31.4%。這一結(jié)果表明，知道腦機(jī)接口的學(xué)生在課堂上還是愿意嘗試使用這一高科技的。

3.4 對腦機(jī)接口危害的認(rèn)知情況

在對腦機(jī)接口危害的認(rèn)知上，分別分析了知道腦機(jī)接口和不知道腦機(jī)接口的學(xué)生在腦機(jī)接口是否有危害的統(tǒng)計(jì)情況。對于這個問題，知道腦機(jī)接口的學(xué)生的判斷可能會更有說服力，但是出乎意料的是，在知道腦機(jī)接口的學(xué)生中卻有高達(dá)59.8%的人明確認(rèn)為腦機(jī)接口是存在危害的，雖然有41.4%的學(xué)生選擇了不清楚有什么危害，但是認(rèn)為沒有危害的只占7.1%；對于不知道腦機(jī)接口的學(xué)生，大部分學(xué)生（55.6%）都選擇了不確定有什么危害，這一結(jié)果也符合預(yù)期，但是不知道腦機(jī)接口的學(xué)生大部分（43%）在潛意識里也認(rèn)為腦機(jī)接口對使用者是有危害的。這一結(jié)果表明，大部分學(xué)生對腦機(jī)接口還是存有偏見。

4. 腦機(jī)接口課堂應(yīng)用的障礙分析

在課堂應(yīng)用中腦機(jī)接口技術(shù)并不成熟，在技術(shù)、認(rèn)識、倫理、制度等方面還存在諸多障礙，如果未來能夠克服這些障礙，將會極大地促進(jìn)腦機(jī)接口的實(shí)踐應(yīng)用。關(guān)于腦機(jī)接口課堂應(yīng)用的主要障礙，具體分析如下。

4.1 技術(shù)尚未成熟

技術(shù)的成熟度不足可能是影響腦機(jī)接口在課堂中應(yīng)用的主要瓶頸。作為一項(xiàng)跨學(xué)科技術(shù)，腦機(jī)接口目前在工程和理論方面都面臨著挑戰(zhàn)。在工程方面，主要問題包括：（1）腦機(jī)接口信號采集不穩(wěn)定，導(dǎo)致信號質(zhì)量不佳，從而影響了接口的性能和準(zhǔn)確性；（2）腦機(jī)接口使用煩瑣，一般需要具有專業(yè)背景的人士輔助；（3）腦機(jī)接口設(shè)備的體積及重量還較大，使用者不能像佩戴耳機(jī)或手表一樣簡單快捷；（4）腦機(jī)接口價格相對昂貴，昂貴的價格和實(shí)際使用效果并不匹配；（5）腦機(jī)接口行業(yè)發(fā)展還不成熟，尤其是專業(yè)人才缺乏，滿足不了市場需求。更重要的是，腦科學(xué)還存在大量的理論黑洞，使其對腦機(jī)接口實(shí)踐應(yīng)用的理論支撐還十分薄弱，對腦機(jī)接口課堂應(yīng)用在技術(shù)上還存在較大差距。

4.2 存在認(rèn)識誤解

隨著腦機(jī)接口初創(chuàng)公司的發(fā)展及部分產(chǎn)品的上市，使得人們對腦機(jī)接口在認(rèn)識上的誤解越來越突出，主要包括：（1）性能夸大，人們賦予了腦機(jī)接口技術(shù)過多的超能力，如直接控制物體移動或?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離通信等，使其名不副實(shí)；（2）安全隱患，有些人可能擔(dān)心腦機(jī)接口設(shè)備會對大腦造成傷害或干擾正常的神經(jīng)功能；（3）忽視人的意愿，有些人可能認(rèn)為腦機(jī)接口技術(shù)會剝奪人們的自由意志或控制個人思想；（4）技術(shù)取代人類，一些人可能擔(dān)心腦機(jī)接口技術(shù)會導(dǎo)致人類失去對自身行為和思想的控制，甚至取代人類勞動力。這些誤解可能源于對腦機(jī)接口技術(shù)認(rèn)識的片面或不充分，因此，在推廣和應(yīng)用腦機(jī)接口技術(shù)時，需要加強(qiáng)對公眾的科普和教育，消除其對技術(shù)的不必要擔(dān)憂和誤解。

4.3 倫理問題突出

倫理問題對于腦機(jī)接口技術(shù)的課堂應(yīng)用一直是比較突出的問題，得到了人們的極大關(guān)注和擔(dān)憂[8]。在課堂應(yīng)用中，腦機(jī)接口技術(shù)可能還涉及以下幾個方面的倫理問題：（1）隱私權(quán)，腦機(jī)接口技術(shù)可以讀取大腦內(nèi)部的意圖和想法，因此，可能涉及個人隱私權(quán)的問題。保護(hù)個人數(shù)據(jù)的安全和隱私成為重要任務(wù)，以確保個人的思想和意圖不被濫用或泄露。（2）自主權(quán)和知情同意權(quán)，個體在使用腦機(jī)接口技術(shù)之前，應(yīng)充分了解技術(shù)的性質(zhì)、目的和潛在風(fēng)險(xiǎn)，并有權(quán)決定是否參與和使用。（3）道德責(zé)任和法律法規(guī)，腦機(jī)接口技術(shù)的應(yīng)用可能涉及技術(shù)的濫用、誤用或潛在的倫理風(fēng)險(xiǎn)。（4）社會影響和文化變革，腦機(jī)接口技術(shù)的應(yīng)用可能對社會和文化產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，如個體與技術(shù)的關(guān)系、人類身份和意識的重新定義等。

4.4 制度尚不完善

在教育領(lǐng)域，腦機(jī)接口的市場潛力是無法估量的，這種巨大的市場潛力勢必會引起大量資本的涌入，如何建立完善的制度保障對于腦機(jī)接口技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用意義重大[9]。目前腦機(jī)接口在制度上可能存在的問題包括：（1）缺乏相關(guān)法律法規(guī)，針對腦機(jī)接口技術(shù)的法律法規(guī)尚不完善，存在空白或模糊的地方；（2）缺乏標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，腦機(jī)接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化工作尚未完善，缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程；（3）保護(hù)用戶權(quán)益不足，在腦機(jī)接口技術(shù)的應(yīng)用中，用戶的權(quán)益保護(hù)可能存在不足；（4）道德審查和倫理審核不足，在腦機(jī)接口技術(shù)的應(yīng)用中，缺乏有效的道德審查和倫理審核機(jī)制；（5）數(shù)據(jù)隱私保護(hù)不足，腦機(jī)接口技術(shù)涉及大量個人數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸，數(shù)據(jù)隱私和安全保障尚未得到充分重視和保障。

結(jié)語

從醫(yī)療康復(fù)到智能家居，從游戲娛樂到教育科技，腦機(jī)接口影響著以智能交互為核心的數(shù)個高新科技領(lǐng)域。尤其是在教育科技領(lǐng)域，無論是課堂教學(xué)還是教育輔助，腦機(jī)接口技術(shù)都被認(rèn)為具有巨大潛力。本文基于問卷調(diào)查的方式，針對大學(xué)生這一群體，分析了其對腦機(jī)接口的認(rèn)知情況，并在此基礎(chǔ)上論述了腦機(jī)接口的應(yīng)用瓶頸和應(yīng)用前景。盡管目前在課堂教學(xué)，甚至在教育科技領(lǐng)域，腦機(jī)接口技術(shù)已得到大量的應(yīng)用和研究，但是總體上目前走的是非主流路線，理論基礎(chǔ)并不完善，作用也不明顯。

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作者簡介：姜彥麗，本科，助理工程師，研究方向：科技信息化管理。

課題項(xiàng)目：河南省本科高校研究性教改項(xiàng)目——機(jī)器人課程“五位一體”研究性教學(xué)模式的探究與實(shí)踐（編號：2022SYJXLX109）。