“教學(xué)腦”的研究與教學(xué)的有效性

/ 華東師范大學(xué)

有效教學(xué)即關(guān)注教學(xué)效益的教學(xué)，教學(xué)的效益主要通過(guò)一段時(shí)間的教學(xué)后，在學(xué)生的進(jìn)步和發(fā)展中體現(xiàn)出來(lái)。因此，“學(xué)生有無(wú)進(jìn)步或發(fā)展是衡量有效教學(xué)的唯一指標(biāo)”。教學(xué)的效益通過(guò)教學(xué)前的有效準(zhǔn)備、具體適量的教學(xué)內(nèi)容、靈活貼切的教學(xué)方法或者教學(xué)策略、合理安排的課堂組織形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

預(yù)測(cè)的腦際神經(jīng)活動(dòng)同步性是有效教學(xué)的前提

教學(xué)涉及教師與學(xué)生之間的共同心智活動(dòng)，其中，最為重要的是在任何教學(xué)發(fā)生之前，教師必須預(yù)測(cè)學(xué)生的知識(shí)狀態(tài)，即了解學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”（Vygotsky， 1978）。最近發(fā)展區(qū)由維果茨基提出，他認(rèn)為學(xué)生的發(fā)展有兩種水平：一種是學(xué)生獨(dú)立活動(dòng)時(shí)所能達(dá)到的解決問(wèn)題的水平；另一種是學(xué)生通過(guò)教學(xué)所獲得的水平。兩者之間的差異就是“最近發(fā)展區(qū)”。教師在教學(xué)之前了解了學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，就可以為學(xué)生提供帶有適當(dāng)難度的內(nèi)容，確定適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法，就可以有效地將教學(xué)的內(nèi)容傳遞給學(xué)生，進(jìn)而促使學(xué)生超越自己的最近發(fā)展區(qū)，達(dá)到下一發(fā)展階段的水平。因此，預(yù)測(cè)學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)是有效教學(xué)的必要條件。

為了了解學(xué)生已有的知識(shí)狀態(tài)，師生之間會(huì)展開(kāi)對(duì)話活動(dòng)。與普通對(duì)話不同，教學(xué)中師生之間的對(duì)話涉及兩者之間知識(shí)狀態(tài)的不對(duì)稱(chēng)性，即教師和學(xué)生之間存在著知識(shí)的差距，教師的知識(shí)比學(xué)生多。但是，無(wú)論是教學(xué)對(duì)話過(guò)程還是普通對(duì)話過(guò)程，都會(huì)涉及聽(tīng)話者對(duì)說(shuō)話者的心理預(yù)期過(guò)程。聽(tīng)話者的大腦活動(dòng)與說(shuō)話者的大腦活動(dòng)之間有一段時(shí)間的延遲，聽(tīng)話者用這個(gè)延遲的時(shí)間對(duì)說(shuō)話者的思維進(jìn)行預(yù)測(cè)，這有助于其理解隨后說(shuō)話者的語(yǔ)言信息。

最近，北京師范大學(xué)的盧春明教授及其團(tuán)隊(duì)通過(guò)神經(jīng)科學(xué)的研究來(lái)證明教學(xué)過(guò)程中的這個(gè)預(yù)測(cè)與傳遞過(guò)程（Zheng， et al.， 2018）。研究發(fā)現(xiàn)，教師右側(cè)顳頂聯(lián)合區(qū)（TPJ）的活動(dòng)與10秒鐘后學(xué)生左側(cè)顳上回前部（aSTC）的活動(dòng)具有腦際同步性，而且這一腦際神經(jīng)活動(dòng)同步性的增加與教學(xué)結(jié)果有顯著的相關(guān)性。顳頂聯(lián)合區(qū)主要負(fù)責(zé)預(yù)測(cè)社會(huì)互動(dòng)時(shí)對(duì)方的心理狀態(tài)，而顳上回前部區(qū)域是概念知識(shí)的表征區(qū)。10秒鐘的時(shí)間延遲大致相當(dāng)于教師提問(wèn)的時(shí)間或者學(xué)生回答問(wèn)題的時(shí)間。在教師提出問(wèn)題之前以及學(xué)生們回答問(wèn)題之前，這兩個(gè)區(qū)域的腦際神經(jīng)同步性活動(dòng)比其他時(shí)間點(diǎn)要高得多。教師可能是利用這段時(shí)間來(lái)預(yù)測(cè)學(xué)生的答案，并思考接下來(lái)要問(wèn)什么問(wèn)題（圖1）。腦際神經(jīng)活動(dòng)的同步性在教學(xué)過(guò)程進(jìn)行到大約一分半鐘左右（總時(shí)長(zhǎng)平均為20分鐘）時(shí)，就已經(jīng)能夠很好地預(yù)測(cè)最終的教學(xué)效果了?？梢?jiàn)，通過(guò)腦際神經(jīng)活動(dòng)同步性而表現(xiàn)出來(lái)的心理預(yù)測(cè)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。

圖1 腦際神經(jīng)活動(dòng)同步性與教學(xué)結(jié)果的相關(guān)性（Zheng，et al.，2018）。

腦際神經(jīng)活動(dòng)同步性標(biāo)志著學(xué)生遷移和理解能力的形成

古希臘著名哲學(xué)家、教育家蘇格拉底常用“詰問(wèn)式”的對(duì)話，揭示對(duì)方提出的各種命題、學(xué)說(shuō)中的矛盾，以動(dòng)搖對(duì)方論證的基礎(chǔ)，指明對(duì)方的無(wú)知，一步步引導(dǎo)對(duì)方得出結(jié)論。其中，最為著名的對(duì)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(kuò)大到原來(lái)的2倍”這個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題而展開(kāi)的。有研究者（Holper，et al.，2013）把這50個(gè)題目作為實(shí)驗(yàn)材料，將研究志愿者分為教師與學(xué)生，運(yùn)用功能性近紅外光譜成像技術(shù)，對(duì)教師與學(xué)生進(jìn)行掃描。研究發(fā)現(xiàn)，師生在對(duì)話過(guò)程中腦際神經(jīng)活動(dòng)的同步性是學(xué)生遷移能力形成的標(biāo)志。當(dāng)學(xué)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(xué)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(guān)，即當(dāng)學(xué)生的腦活動(dòng)增加時(shí)，教師的腦活動(dòng)也增加；不能夠遷移的學(xué)生的腦與教師的腦的平均激活量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，也就是說(shuō)，教師腦激活強(qiáng)的時(shí)候，學(xué)生腦的激活更弱。這個(gè)研究表明，如果師生之間的神經(jīng)活動(dòng)是相關(guān)的，則教學(xué)是有效的；如果師生之間的神經(jīng)活動(dòng)是不相關(guān)的，則教學(xué)是失敗的。因此，教育對(duì)話的有效性指標(biāo)可以實(shí)時(shí)測(cè)量，成功的教學(xué)在師生之間的大腦活動(dòng)上會(huì)產(chǎn)生同步性（圖2）。

圖2 學(xué)生知識(shí)的遷移與教師腦神經(jīng)活動(dòng)的同步性（Holper，et al.，2013）

師生腦際神經(jīng)活動(dòng)的同步也是學(xué)生理解能力出現(xiàn)的標(biāo)志。研究者（Takeuchi，Mori， Suzukamo，and Izumi，2017）在游戲教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，隨著教與學(xué)過(guò)程的進(jìn)展，教師和學(xué)生的左前額皮質(zhì)產(chǎn)生了同步性的神經(jīng)活動(dòng)變化，這種同步性活動(dòng)與學(xué)生的理解能力有關(guān)。前額葉皮質(zhì)參與社會(huì)認(rèn)知互動(dòng)、認(rèn)知控制和心智理論等功能有關(guān)的活動(dòng)，這些功能與自我評(píng)價(jià)、整合與比較自己和他人相關(guān)信息的神經(jīng)活動(dòng)有關(guān)。教學(xué)作為一種師生之間互動(dòng)的現(xiàn)象，會(huì)隨著教師和學(xué)生之間的反饋和信息交換而發(fā)生動(dòng)態(tài)的改變。在教學(xué)的過(guò)程中，教師不僅需要計(jì)劃和監(jiān)督自己的教學(xué)狀態(tài)，還需要評(píng)估學(xué)生知道什么以及學(xué)生能做什么，需要對(duì)自己的教學(xué)過(guò)程和學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)的信息進(jìn)行整合。教師和學(xué)生之間的這種雙向動(dòng)態(tài)反饋是有效教學(xué)不可或缺的一部分。這些研究結(jié)果還表明，左前額皮質(zhì)對(duì)有關(guān)自己教學(xué)過(guò)程和學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)信息的整合與比較是為了監(jiān)督而非調(diào)整教學(xué)過(guò)程中的教學(xué)策略。

腦際神經(jīng)活動(dòng)的同步性越強(qiáng)，教學(xué)的效益越高

教學(xué)方式是指教學(xué)原則指導(dǎo)下，教師和學(xué)生為實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的，運(yùn)用教與學(xué)的手段與方法，完成教學(xué)任務(wù)而采取的教與學(xué)相互作用的活動(dòng)方式的總稱(chēng)。教學(xué)方式表明了教學(xué)活動(dòng)實(shí)際呈現(xiàn)的形式，如講授法中的講述、講解、講演等。不同的教學(xué)方式會(huì)產(chǎn)生不同的教學(xué)結(jié)果。為了研究課堂中不同教學(xué)方式的教學(xué)效果，探索大聲朗讀、講授式教學(xué)、觀看教學(xué)視頻、參與小組討論這四種教學(xué)方式所激發(fā)的神經(jīng)同步性活動(dòng)與課堂參與程度和社會(huì)互動(dòng)的關(guān)系，有研究者（Dikker， et al.， 2017）運(yùn)用便攜式EEG系統(tǒng)，記錄了某一班級(jí)的12名高中學(xué)生在一個(gè)學(xué)期的正規(guī)課程活動(dòng)。他們的研究發(fā)現(xiàn)：在上述這四種教學(xué)方式中，學(xué)生更喜歡觀看視頻和參與小組討論，而不喜歡聽(tīng)教師朗讀或講課。研究者進(jìn)一步比較了視頻教學(xué)方式（教師的參與度最?。┖椭v授式教學(xué)方式（教師的參與度最大）對(duì)學(xué)生與小組之間腦際神經(jīng)活動(dòng)同步性的影響，發(fā)現(xiàn)：總體而言，學(xué)生對(duì)視頻教學(xué)方式的神經(jīng)活動(dòng)的同步性始終高于講授式教學(xué)方式；但是學(xué)生對(duì)教師的喜愛(ài)程度也會(huì)影響教學(xué)方式的教學(xué)效果，學(xué)生對(duì)教師越喜愛(ài)，學(xué)生在視頻教學(xué)方式（沒(méi)有教師參與的教學(xué)方式）和講授式教學(xué)方式之間的神經(jīng)活動(dòng)同步性的差異就越小。

教學(xué)的有效性還會(huì)受到多種因素的影響，例如，學(xué)生受到的關(guān)注程度、學(xué)生在群體中的親和力和共情傾向等。研究表明，學(xué)生受到的關(guān)注程度與腦際神經(jīng)活動(dòng)的同步性具有相關(guān)性——受到更多關(guān)注的學(xué)生會(huì)表現(xiàn)出更高的神經(jīng)活動(dòng)同步性。腦際神經(jīng)活動(dòng)的同步性與學(xué)生在群體中的親和力和共情傾向這些個(gè)性特征也有關(guān)系。學(xué)生的人格特質(zhì)對(duì)腦際神經(jīng)活動(dòng)同步性的影響力遠(yuǎn)大于教學(xué)方式本身的影響。

教學(xué)腦的研究雖然剛剛起步，但是已經(jīng)深入到教學(xué)領(lǐng)域的許多方面。這些基于實(shí)證依據(jù)的研究，將為有效的教學(xué)奠定科學(xué)的基礎(chǔ)。