腦間同步：師生課堂互動的最佳狀態

鄭麗芬

上課的時候，多數老師和學生都有過類似的經歷，學生對老師上課的節奏和內容達到一種融會貫通的狀態，接受知識的能力和速度遠超平時。而老師也通過學生的面部表情或者言語回應，感覺到學生極佳的配合，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容。

這就是我們通常所說的“心有靈犀一點通”的狀態。這種狀態在師生互動過程中，可以說是知識傳遞的最佳狀態。

這種最佳狀態是如何形成的？通過對一線教育工作者的調研，很多老師表示確實經歷過類似的狀態，能夠感受到學生的高配合度對于自己的幫助，甚至經常在課后回味這種狀態，以期待其能夠經常出現。但老師們同時也表示，這種狀態是極少出現的，尤其在一對多的大課堂上，也許僅有某個學生在某個時間段有這種配合度。

如何更好地了解并運用這種狀態？腦科學為我們提供了精準的研究方法。

教育神經科學：揭秘師生腦活動的新方法

以往的研究，更多依賴行為科學和心理學的手段與工具來揭示教學規律。大腦是教育和學習的神經基礎，如果僅從行為層面進行探索，大腦就如同“黑匣子”一般，難以揭示其蘊含的規律。

腦成像技術的成熟發展推動了認知神經科學的誕生，支持研究者們研究人腦的高級功能，厘清認知、行為和大腦之間的關系。將認知神經科學引入教育學中，由此衍生出了教育神經科學。它是神經科學、教育學和心理學交叉而成的新興學科，通過腦科學的手段和心理學的研究方法揭示教育教學過程的一般規律。

通過腦間同步達到師生心有靈犀

早期的認知神經科學只能觀測單人的腦活動，不利于研究多人交互行為。新興的超掃描技術，也叫多人腦成像技術（hyperscanning），則可以使用腦成像設備，如腦電圖（electroencephalograph， EEG）、功能性近紅外光譜技術（functional near-infrared spectroscopy，fNIRS）等，同時記錄多人在進行同一個活動或任務時的大腦活動狀態。研究者們將該研究范式引入教學互動研究中，可以在師生互動的同時記錄師生雙方的腦活動，幫助我們更好地理解知識傳遞的腦基礎。

研究者們采用腦間同步的方法刻畫師生互動的言語交流過程，腦間同步是指互動雙方大腦活動模式在時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絡會出現相似的腦活動模式，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和諧一致時，可以幫助他們進入“心有靈犀”的狀態。

基礎好的學生容易與教師達到腦間同步

來自瑞士蘇黎世大學醫學院的麗莎·霍爾普，在2013年首次將超掃描技術運用到教學領域，考察了17對師生在進行蘇格拉底式對話教學過程中的腦機制。蘇格拉底教學法是一個經典的教學范式，意指啟發互動的教學法，即教師不直接給出答案，而是通過問題引導學生回答并解決問題。

研究結果發現，成功學習組的學生和未成功學習組的學生的前額葉的腦活動模式不同。前者的激活水平比較低，和老師的腦活動模式比較一致;后者的激活程度則一直處于比較高的水平。這是因為成功學習組的學生對特定任務已經有較高水平的處理能力，不需要太多的資源來學習。通過對教師和學生腦活動的相關分析，發現成功學習組的師生腦活動變化成正相關，而在未成功學習組則表現出負相關。這表明了成功學習組的教師和學生腦活動步調一致。

腦間同步與學生課堂卷入程度呈正相關

另一項研究從實驗情景拓展到了自然的課堂教學中。該研究是紐約大學蘇珊娜·迪克團隊，用便攜式EEG設備測量了12名高中生在上生物課程時的腦活動，結果表明通過學生們的腦間同步可以預測他們的課堂卷入程度。

來自倫敦大學的喬伊迪普·巴塔查里亞同年在《Current Biology》雜志評論了迪克等人的這項研究。他認為迪克等人開創了神經科學和教育的新篇章，從傳統實驗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的大腦和行為之間的聯結，標志著認知神經科學領域的一個里程碑。但是在該實驗中，師生的腦間同步不能預測行為表現，這可能是由于被試樣本量少、交流時間短、實驗所采用便攜式的EEG設備精確度較低等原因而導致的。

教師對學生知識水平的預測可增強腦間同步

近年來，國內的研究團隊也緊隨其后，開展了師生互動的腦機制研究。來自北京師范大學的盧春明教授研究團隊，在國內首次采用腦科學的方法為教育學理論提供神經層面上的證據支持。研究基于近紅外光學成像的超掃描（相比EEG設備空間精度更高），考察了60對師生的腦間同步與教學效果的關系。結果發現，在實際的知識傳遞過程中，師生的腦間同步越高，教學效果越好，這說明教師和學生節奏一致，便可以相互理解對方。

此外，當教師提前10秒對學生的知識水平進行預測時（這10秒對應的是師生問答的時間），教師右側顳頂聯合區和學生的顳上回的腦活動會表現出顯著的同步性，且同步性程度和教學效果正相關。該結果表明，教師能提前預測學生的回答，以及根據回答情況準備后續問題。教師對學生知識水平的準確預測，可以提高教學效果。在該研究的基礎之上，另一個研究進一步揭示了靜息態下的腦間同步可以預測師生關系的質量，且社會互動調節了這個關系聯結的過程。

社會互動可增強腦間同步

與此同時，華東師范大學的胡誼教授和李先春教授的研究團隊也開展了系列研究探討互動程度對學習效果的影響。其中一項研究基于近紅外光學成像記錄了教師在教授學生學習音樂歌曲過程的腦活動。研究結果表明，在互動程度高的學習策略條件下，雙方在額下會有更高的腦間同步，并且學生的行為表現得更優秀。最近一項研究發現了教學方式和學生的知識狀態都對交流效果有重要影響。在互動式教學中，有先驗知識的學生與教師在左側前額葉有更高的腦活動同步，并且有更好的行為成績。這些結果都表明，社會互動的程度影響著雙方的學習效果。

將腦科學運用到實際教學中

上述系列研究擺脫了嚴格實驗環境的限制，用超掃描范式在自然的情境下開展教育神經科學研究，架起了神經科學和實際教學活動的連接橋梁。研究初步揭示了教育教學的一般規律，輔以神經科學的證據支持。如同“心有靈犀一點通”，教師和學生的腦間同步越高，教學效果就越好。具體而言，師生們之間高質量的互動交流，常伴隨著更好的腦間同步，最終影響學業表現。

當代的研究趨勢是將腦科學的成果應用到實際的教學過程中。盡管當前教育神經科學領域處于蓬勃發展的狀態，但研究成果轉化成實際應用還存在著溝壑。正如著名教育學和心理學家布魯納所指出的：“心理、腦和教育的研究仍然缺乏強有力的神經科學證據，神經科學與教育之間仍然存在著一條巨大的鴻溝”。

教育者們應持有批判的精神，科學理性地看待腦科學研究成果，正確運用神經科學的知識輔助改進教育教學方法、制定相關教育政策。教育神經科學作為新興的交叉學科，未來還需通過教育學家、心理學家和腦科學專家多方的跨界合作和溝通，從而迎來更加美好健康的發展。