脑间同步：师生课堂互动的最佳状态

郑丽芬

上课的时候，多数老师和学生都有过类似的经历，学生对老师上课的节奏和内容达到一种融会贯通的状态，接受知识的能力和速度远超平时。而老师也通过学生的面部表情或者言语回应，感觉到学生极佳的配合，因而授课的流畅度大大提升，甚至讲出很多超出备课的提升内容。

这就是我们通常所说的“心有灵犀一点通”的状态。这种状态在师生互动过程中，可以说是知识传递的最佳状态。

这种最佳状态是如何形成的？通过对一线教育工作者的调研，很多老师表示确实经历过类似的状态，能够感受到学生的高配合度对于自己的帮助，甚至经常在课后回味这种状态，以期待其能够经常出现。但老师们同时也表示，这种状态是极少出现的，尤其在一对多的大课堂上，也许仅有某个学生在某个时间段有这种配合度。

如何更好地了解并运用这种状态？脑科学为我们提供了精准的研究方法。

教育神经科学：揭秘师生脑活动的新方法

以往的研究，更多依赖行为科学和心理学的手段与工具来揭示教学规律。大脑是教育和学习的神经基础，如果仅从行为层面进行探索，大脑就如同“黑匣子”一般，难以揭示其蕴含的规律。

脑成像技术的成熟发展推动了认知神经科学的诞生，支持研究者们研究人脑的高级功能，厘清认知、行为和大脑之间的关系。将认知神经科学引入教育学中，由此衍生出了教育神经科学。它是神经科学、教育学和心理学交叉而成的新兴学科，通过脑科学的手段和心理学的研究方法揭示教育教学过程的一般规律。

通过脑间同步达到师生心有灵犀

早期的认知神经科学只能观测单人的脑活动，不利于研究多人交互行为。新兴的超扫描技术，也叫多人脑成像技术（hyperscanning），则可以使用脑成像设备，如脑电图（electroencephalograph， EEG）、功能性近红外光谱技术（functional near-infrared spectroscopy，fNIRS）等，同时记录多人在进行同一个活动或任务时的大脑活动状态。研究者们将该研究范式引入教学互动研究中，可以在师生互动的同时记录师生双方的脑活动，帮助我们更好地理解知识传递的脑基础。

研究者们采用脑间同步的方法刻画师生互动的言语交流过程，脑间同步是指互动双方大脑活动模式在时间和频率上趋近相似。已有研究表明在言语交流过程中，说话者与听众在语言网络会出现相似的脑活动模式，并且相似度越高，理解得越好。这就表明说话者和听众的脑活动和谐一致时，可以帮助他们进入“心有灵犀”的状态。

基础好的学生容易与教师达到脑间同步

来自瑞士苏黎世大学医学院的丽莎·霍尔普，在2013年首次将超扫描技术运用到教学领域，考察了17对师生在进行苏格拉底式对话教学过程中的脑机制。苏格拉底教学法是一个经典的教学范式，意指启发互动的教学法，即教师不直接给出答案，而是通过问题引导学生回答并解决问题。

研究结果发现，成功学习组的学生和未成功学习组的学生的前额叶的脑活动模式不同。前者的激活水平比较低，和老师的脑活动模式比较一致;后者的激活程度则一直处于比较高的水平。这是因为成功学习组的学生对特定任务已经有较高水平的处理能力，不需要太多的资源来学习。通过对教师和学生脑活动的相关分析，发现成功学习组的师生脑活动变化成正相关，而在未成功学习组则表现出负相关。这表明了成功学习组的教师和学生脑活动步调一致。

脑间同步与学生课堂卷入程度呈正相关

另一项研究从实验情景拓展到了自然的课堂教学中。该研究是纽约大学苏珊娜·迪克团队，用便携式EEG设备测量了12名高中生在上生物课程时的脑活动，结果表明通过学生们的脑间同步可以预测他们的课堂卷入程度。

来自伦敦大学的乔伊迪普·巴塔查里亚同年在《Current Biology》杂志评论了迪克等人的这项研究。他认为迪克等人开创了神经科学和教育的新篇章，从传统实验室中的单人研究拓展到自然情境下的研究，建立了群体水平上互动的大脑和行为之间的联结，标志着认知神经科学领域的一个里程碑。但是在该实验中，师生的脑间同步不能预测行为表现，这可能是由于被试样本量少、交流时间短、实验所采用便携式的EEG设备精确度较低等原因而导致的。

教师对学生知识水平的预测可增强脑间同步

近年来，国内的研究团队也紧随其后，开展了师生互动的脑机制研究。来自北京师范大学的卢春明教授研究团队，在国内首次采用脑科学的方法为教育学理论提供神经层面上的证据支持。研究基于近红外光学成像的超扫描（相比EEG设备空间精度更高），考察了60对师生的脑间同步与教学效果的关系。结果发现，在实际的知识传递过程中，师生的脑间同步越高，教学效果越好，这说明教师和学生节奏一致，便可以相互理解对方。

此外，当教师提前10秒对学生的知识水平进行预测时（这10秒对应的是师生问答的时间），教师右侧颞顶联合区和学生的颞上回的脑活动会表现出显著的同步性，且同步性程度和教学效果正相关。该结果表明，教师能提前预测学生的回答，以及根据回答情况准备后续问题。教师对学生知识水平的准确预测，可以提高教学效果。在该研究的基础之上，另一个研究进一步揭示了静息态下的脑间同步可以预测师生关系的质量，且社会互动调节了这个关系联结的过程。

社会互动可增强脑间同步

与此同时，华东师范大学的胡谊教授和李先春教授的研究团队也开展了系列研究探讨互动程度对学习效果的影响。其中一项研究基于近红外光学成像记录了教师在教授学生学习音乐歌曲过程的脑活动。研究结果表明，在互动程度高的学习策略条件下，双方在额下会有更高的脑间同步，并且学生的行为表现得更优秀。最近一项研究发现了教学方式和学生的知识状态都对交流效果有重要影响。在互动式教学中，有先验知识的学生与教师在左侧前额叶有更高的脑活动同步，并且有更好的行为成绩。这些结果都表明，社会互动的程度影响着双方的学习效果。

将脑科学运用到实际教学中

上述系列研究摆脱了严格实验环境的限制，用超扫描范式在自然的情境下开展教育神经科学研究，架起了神经科学和实际教学活动的连接桥梁。研究初步揭示了教育教学的一般规律，辅以神经科学的证据支持。如同“心有灵犀一点通”，教师和学生的脑间同步越高，教学效果就越好。具体而言，师生们之间高质量的互动交流，常伴随着更好的脑间同步，最终影响学业表现。

当代的研究趋势是将脑科学的成果应用到实际的教学过程中。尽管当前教育神经科学领域处于蓬勃发展的状态，但研究成果转化成实际应用还存在着沟壑。正如著名教育学和心理学家布鲁纳所指出的：“心理、脑和教育的研究仍然缺乏强有力的神经科学证据，神经科学与教育之间仍然存在着一条巨大的鸿沟”。

教育者们应持有批判的精神，科学理性地看待脑科学研究成果，正确运用神经科学的知识辅助改进教育教学方法、制定相关教育政策。教育神经科学作为新兴的交叉学科，未来还需通过教育学家、心理學家和脑科学专家多方的跨界合作和沟通，从而迎来更加美好健康的发展。