“教学脑”的研究与教学的有效性

/ 华东师范大学

有效教学即关注教学效益的教学，教学的效益主要通过一段时间的教学后，在学生的进步和发展中体现出来。因此，“学生有无进步或发展是衡量有效教学的唯一指标”。教学的效益通过教学前的有效准备、具体适量的教学内容、灵活贴切的教学方法或者教学策略、合理安排的课堂组织形式来实现。

预测的脑际神经活动同步性是有效教学的前提

教学涉及教师与学生之间的共同心智活动，其中，最为重要的是在任何教学发生之前，教师必须预测学生的知识状态，即了解学生的“最近发展区”（Vygotsky， 1978）。最近发展区由维果茨基提出，他认为学生的发展有两种水平：一种是学生独立活动时所能达到的解决问题的水平；另一种是学生通过教学所获得的水平。两者之间的差异就是“最近发展区”。教师在教学之前了解了学生的最近发展区，就可以为学生提供带有适当难度的内容，确定适当的教学方法，就可以有效地将教学的内容传递给学生，进而促使学生超越自己的最近发展区，达到下一发展阶段的水平。因此，预测学生的最近发展区是有效教学的必要条件。

为了了解学生已有的知识状态，师生之间会展开对话活动。与普通对话不同，教学中师生之间的对话涉及两者之间知识状态的不对称性，即教师和学生之间存在着知识的差距，教师的知识比学生多。但是，无论是教学对话过程还是普通对话过程，都会涉及听话者对说话者的心理预期过程。听话者的大脑活动与说话者的大脑活动之间有一段时间的延迟，听话者用这个延迟的时间对说话者的思维进行预测，这有助于其理解随后说话者的语言信息。

最近，北京师范大学的卢春明教授及其团队通过神经科学的研究来证明教学过程中的这个预测与传递过程（Zheng， et al.， 2018）。研究发现，教师右侧颞顶联合区（TPJ）的活动与10秒钟后学生左侧颞上回前部（aSTC）的活动具有脑际同步性，而且这一脑际神经活动同步性的增加与教学结果有显著的相关性。颞顶联合区主要负责预测社会互动时对方的心理状态，而颞上回前部区域是概念知识的表征区。10秒钟的时间延迟大致相当于教师提问的时间或者学生回答问题的时间。在教师提出问题之前以及学生们回答问题之前，这两个区域的脑际神经同步性活动比其他时间点要高得多。教师可能是利用这段时间来预测学生的答案，并思考接下来要问什么问题（图1）。脑际神经活动的同步性在教学过程进行到大约一分半钟左右（总时长平均为20分钟）时，就已经能够很好地预测最终的教学效果了。可见，通过脑际神经活动同步性而表现出来的心理预测发生在知识传递之前，并对教学效果有显著的促进作用。

图1 脑际神经活动同步性与教学结果的相关性（Zheng，et al.，2018）。

脑际神经活动同步性标志着学生迁移和理解能力的形成

古希腊著名哲学家、教育家苏格拉底常用“诘问式”的对话，揭示对方提出的各种命题、学说中的矛盾，以动摇对方论证的基础，指明对方的无知，一步步引导对方得出结论。其中，最为著名的对话是在苏格拉底与美诺的奴隶围绕着“如何将正方形的面积扩大到原来的2倍”这个数学问题而展开的。有研究者（Holper，et al.，2013）把这50个题目作为实验材料，将研究志愿者分为教师与学生，运用功能性近红外光谱成像技术，对教师与学生进行扫描。研究发现，师生在对话过程中脑际神经活动的同步性是学生迁移能力形成的标志。当学生真正理解教师的意图后，师生双方大脑的激活模式更接近。能够迁移的学生脑的平均激活量与教师脑的平均激活量具有显著的正相关，即当学生的脑活动增加时，教师的脑活动也增加；不能够迁移的学生的脑与教师的脑的平均激活量呈负相关关系，也就是说，教师脑激活强的时候，学生脑的激活更弱。这个研究表明，如果师生之间的神经活动是相关的，则教学是有效的；如果师生之间的神经活动是不相关的，则教学是失败的。因此，教育对话的有效性指标可以实时测量，成功的教学在师生之间的大脑活动上会产生同步性（图2）。

图2 学生知识的迁移与教师脑神经活动的同步性（Holper，et al.，2013）

师生脑际神经活动的同步也是学生理解能力出现的标志。研究者（Takeuchi，Mori， Suzukamo，and Izumi，2017）在游戏教学中发现，随着教与学过程的进展，教师和学生的左前额皮质产生了同步性的神经活动变化，这种同步性活动与学生的理解能力有关。前额叶皮质参与社会认知互动、认知控制和心智理论等功能有关的活动，这些功能与自我评价、整合与比较自己和他人相关信息的神经活动有关。教学作为一种师生之间互动的现象，会随着教师和学生之间的反馈和信息交换而发生动态的改变。在教学的过程中，教师不仅需要计划和监督自己的教学状态，还需要评估学生知道什么以及学生能做什么，需要对自己的教学过程和学生的学习状态的信息进行整合。教师和学生之间的这种双向动态反馈是有效教学不可或缺的一部分。这些研究结果还表明，左前额皮质对有关自己教学过程和学生学习状态信息的整合与比较是为了监督而非调整教学过程中的教学策略。

脑际神经活动的同步性越强，教学的效益越高

教学方式是指教学原则指导下，教师和学生为实现教学目的，运用教与学的手段与方法，完成教学任务而采取的教与学相互作用的活动方式的总称。教学方式表明了教学活动实际呈现的形式，如讲授法中的讲述、讲解、讲演等。不同的教学方式会产生不同的教学结果。为了研究课堂中不同教学方式的教学效果，探索大声朗读、讲授式教学、观看教学视频、参与小组讨论这四种教学方式所激发的神经同步性活动与课堂参与程度和社会互动的关系，有研究者（Dikker， et al.， 2017）运用便携式EEG系统，记录了某一班级的12名高中学生在一个学期的正规课程活动。他们的研究发现：在上述这四种教学方式中，学生更喜欢观看视频和参与小组讨论，而不喜欢听教师朗读或讲课。研究者进一步比较了视频教学方式（教师的参与度最小）和讲授式教学方式（教师的参与度最大）对学生与小组之间脑际神经活动同步性的影响，发现：总体而言，学生对视频教学方式的神经活动的同步性始终高于讲授式教学方式；但是学生对教师的喜爱程度也会影响教学方式的教学效果，学生对教师越喜爱，学生在视频教学方式（没有教师参与的教学方式）和讲授式教学方式之间的神经活动同步性的差异就越小。

教学的有效性还会受到多种因素的影响，例如，学生受到的关注程度、学生在群体中的亲和力和共情倾向等。研究表明，学生受到的关注程度与脑际神经活动的同步性具有相关性——受到更多关注的学生会表现出更高的神经活动同步性。脑际神经活动的同步性与学生在群体中的亲和力和共情倾向这些个性特征也有关系。学生的人格特质对脑际神经活动同步性的影响力远大于教学方式本身的影响。

教学脑的研究虽然刚刚起步，但是已经深入到教学领域的许多方面。这些基于实证依据的研究，将为有效的教学奠定科学的基础。