“教學腦”的研究與教學的有效性

/ 華東師范大學

有效教學即關注教學效益的教學，教學的效益主要通過一段時間的教學后，在學生的進步和發展中體現出來。因此，“學生有無進步或發展是衡量有效教學的唯一指標”。教學的效益通過教學前的有效準備、具體適量的教學內容、靈活貼切的教學方法或者教學策略、合理安排的課堂組織形式來實現。

預測的腦際神經活動同步性是有效教學的前提

教學涉及教師與學生之間的共同心智活動，其中，最為重要的是在任何教學發生之前，教師必須預測學生的知識狀態，即了解學生的“最近發展區”（Vygotsky， 1978）。最近發展區由維果茨基提出，他認為學生的發展有兩種水平：一種是學生獨立活動時所能達到的解決問題的水平；另一種是學生通過教學所獲得的水平。兩者之間的差異就是“最近發展區”。教師在教學之前了解了學生的最近發展區，就可以為學生提供帶有適當難度的內容，確定適當的教學方法，就可以有效地將教學的內容傳遞給學生，進而促使學生超越自己的最近發展區，達到下一發展階段的水平。因此，預測學生的最近發展區是有效教學的必要條件。

為了了解學生已有的知識狀態，師生之間會展開對話活動。與普通對話不同，教學中師生之間的對話涉及兩者之間知識狀態的不對稱性，即教師和學生之間存在著知識的差距，教師的知識比學生多。但是，無論是教學對話過程還是普通對話過程，都會涉及聽話者對說話者的心理預期過程。聽話者的大腦活動與說話者的大腦活動之間有一段時間的延遲，聽話者用這個延遲的時間對說話者的思維進行預測，這有助于其理解隨后說話者的語言信息。

最近，北京師范大學的盧春明教授及其團隊通過神經科學的研究來證明教學過程中的這個預測與傳遞過程（Zheng， et al.， 2018）。研究發現，教師右側顳頂聯合區（TPJ）的活動與10秒鐘后學生左側顳上回前部（aSTC）的活動具有腦際同步性，而且這一腦際神經活動同步性的增加與教學結果有顯著的相關性。顳頂聯合區主要負責預測社會互動時對方的心理狀態，而顳上回前部區域是概念知識的表征區。10秒鐘的時間延遲大致相當于教師提問的時間或者學生回答問題的時間。在教師提出問題之前以及學生們回答問題之前，這兩個區域的腦際神經同步性活動比其他時間點要高得多。教師可能是利用這段時間來預測學生的答案，并思考接下來要問什么問題（圖1）。腦際神經活動的同步性在教學過程進行到大約一分半鐘左右（總時長平均為20分鐘）時，就已經能夠很好地預測最終的教學效果了。可見，通過腦際神經活動同步性而表現出來的心理預測發生在知識傳遞之前，并對教學效果有顯著的促進作用。

圖1 腦際神經活動同步性與教學結果的相關性（Zheng，et al.，2018）。

腦際神經活動同步性標志著學生遷移和理解能力的形成

古希臘著名哲學家、教育家蘇格拉底常用“詰問式”的對話，揭示對方提出的各種命題、學說中的矛盾，以動搖對方論證的基礎，指明對方的無知，一步步引導對方得出結論。其中，最為著名的對話是在蘇格拉底與美諾的奴隸圍繞著“如何將正方形的面積擴大到原來的2倍”這個數學問題而展開的。有研究者（Holper，et al.，2013）把這50個題目作為實驗材料，將研究志愿者分為教師與學生，運用功能性近紅外光譜成像技術，對教師與學生進行掃描。研究發現，師生在對話過程中腦際神經活動的同步性是學生遷移能力形成的標志。當學生真正理解教師的意圖后，師生雙方大腦的激活模式更接近。能夠遷移的學生腦的平均激活量與教師腦的平均激活量具有顯著的正相關，即當學生的腦活動增加時，教師的腦活動也增加；不能夠遷移的學生的腦與教師的腦的平均激活量呈負相關關系，也就是說，教師腦激活強的時候，學生腦的激活更弱。這個研究表明，如果師生之間的神經活動是相關的，則教學是有效的；如果師生之間的神經活動是不相關的，則教學是失敗的。因此，教育對話的有效性指標可以實時測量，成功的教學在師生之間的大腦活動上會產生同步性（圖2）。

圖2 學生知識的遷移與教師腦神經活動的同步性（Holper，et al.，2013）

師生腦際神經活動的同步也是學生理解能力出現的標志。研究者（Takeuchi，Mori， Suzukamo，and Izumi，2017）在游戲教學中發現，隨著教與學過程的進展，教師和學生的左前額皮質產生了同步性的神經活動變化，這種同步性活動與學生的理解能力有關。前額葉皮質參與社會認知互動、認知控制和心智理論等功能有關的活動，這些功能與自我評價、整合與比較自己和他人相關信息的神經活動有關。教學作為一種師生之間互動的現象，會隨著教師和學生之間的反饋和信息交換而發生動態的改變。在教學的過程中，教師不僅需要計劃和監督自己的教學狀態，還需要評估學生知道什么以及學生能做什么，需要對自己的教學過程和學生的學習狀態的信息進行整合。教師和學生之間的這種雙向動態反饋是有效教學不可或缺的一部分。這些研究結果還表明，左前額皮質對有關自己教學過程和學生學習狀態信息的整合與比較是為了監督而非調整教學過程中的教學策略。

腦際神經活動的同步性越強，教學的效益越高

教學方式是指教學原則指導下，教師和學生為實現教學目的，運用教與學的手段與方法，完成教學任務而采取的教與學相互作用的活動方式的總稱。教學方式表明了教學活動實際呈現的形式，如講授法中的講述、講解、講演等。不同的教學方式會產生不同的教學結果。為了研究課堂中不同教學方式的教學效果，探索大聲朗讀、講授式教學、觀看教學視頻、參與小組討論這四種教學方式所激發的神經同步性活動與課堂參與程度和社會互動的關系，有研究者（Dikker， et al.， 2017）運用便攜式EEG系統，記錄了某一班級的12名高中學生在一個學期的正規課程活動。他們的研究發現：在上述這四種教學方式中，學生更喜歡觀看視頻和參與小組討論，而不喜歡聽教師朗讀或講課。研究者進一步比較了視頻教學方式（教師的參與度最小）和講授式教學方式（教師的參與度最大）對學生與小組之間腦際神經活動同步性的影響，發現：總體而言，學生對視頻教學方式的神經活動的同步性始終高于講授式教學方式；但是學生對教師的喜愛程度也會影響教學方式的教學效果，學生對教師越喜愛，學生在視頻教學方式（沒有教師參與的教學方式）和講授式教學方式之間的神經活動同步性的差異就越小。

教學的有效性還會受到多種因素的影響，例如，學生受到的關注程度、學生在群體中的親和力和共情傾向等。研究表明，學生受到的關注程度與腦際神經活動的同步性具有相關性——受到更多關注的學生會表現出更高的神經活動同步性。腦際神經活動的同步性與學生在群體中的親和力和共情傾向這些個性特征也有關系。學生的人格特質對腦際神經活動同步性的影響力遠大于教學方式本身的影響。

教學腦的研究雖然剛剛起步，但是已經深入到教學領域的許多方面。這些基于實證依據的研究，將為有效的教學奠定科學的基礎。