趙肖倩 孫炳海 李偉健

[摘? ?要]良好的課堂師生互動(dòng)不僅能提高課堂教學(xué)質(zhì)量，也能有效地提高學(xué)生素質(zhì)和教師素質(zhì)。以師生互動(dòng)為出發(fā)點(diǎn)，了解超掃描技術(shù)及近年來(lái)該技術(shù)在教師教育領(lǐng)域的運(yùn)用，將幫助我國(guó)教育者了解國(guó)內(nèi)外基礎(chǔ)教育的新動(dòng)態(tài)，為未來(lái)運(yùn)用認(rèn)知神經(jīng)技術(shù)進(jìn)一步探索教師教育領(lǐng)域提供方向和借鑒。

[關(guān)鍵詞]超掃描技術(shù);師生互動(dòng);教育

一、超掃描技術(shù)在教育領(lǐng)域的研究背景

教育部等五部門聯(lián)合發(fā)布的《教師教育振興行動(dòng)計(jì)劃（2018—2022年）》提出了五大目標(biāo)任務(wù)、十大行動(dòng)，用5年左右時(shí)間建設(shè)一支高素質(zhì)專業(yè)化創(chuàng)新型教師隊(duì)伍。然而，當(dāng)前教師隊(duì)伍的培養(yǎng)和考察仍然基于學(xué)科核心能力[1]，對(duì)于影響教師職業(yè)發(fā)展具有重要作用的教師社會(huì)性能力重視不足。教師角色需由知識(shí)的傳遞者向?qū)W習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)者和指導(dǎo)者轉(zhuǎn)變，使師生關(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)樾滦偷膶W(xué)習(xí)伙伴關(guān)系，這對(duì)教師的社會(huì)性能力提出了更高的要求。良好的課堂師生互動(dòng)不僅能提高課堂教學(xué)質(zhì)量，也能有效提高學(xué)生素質(zhì)和教師素質(zhì)[2]。

對(duì)課堂中師生互動(dòng)的研究表明，探索潛在的神經(jīng)活動(dòng)可能有助于從教師和學(xué)生的角度理解和預(yù)測(cè)教育成果[3]。傳統(tǒng)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的研究重點(diǎn)是理解相關(guān)刺激對(duì)單個(gè)大腦的影響，但這種方法不足以研究現(xiàn)實(shí)生活中的社會(huì)互動(dòng)[4]。2002年，蒙塔歌（Montague）首次提出超掃描技術(shù)的概念，即通過(guò)借助功能磁共振成像（fMRI）、腦電圖（EEG）、功能性近紅外光譜成像（fNIRS）等神經(jīng)科學(xué)技術(shù)同時(shí)記錄兩人或多人的大腦神經(jīng)活動(dòng)[5]。通常以被試間的大腦神經(jīng)活動(dòng)的同步性（即腦際神經(jīng)同步）作為衡量個(gè)體間互動(dòng)情況的指標(biāo)。

2013年，霍爾普（Holper）等人首次將fNIRS超掃描技術(shù)運(yùn)用于課堂，以了解復(fù)雜而真實(shí)的教學(xué)互動(dòng)，為成功的教學(xué)提供科學(xué)指導(dǎo)。運(yùn)用認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)手段，尤其是超掃描技術(shù)探討自然情境中教師教育活動(dòng)的神經(jīng)機(jī)制，為發(fā)現(xiàn)、解釋互動(dòng)教學(xué)中的問(wèn)題提供了新視角。

二、超掃描技術(shù)在教師教育領(lǐng)域的運(yùn)用

1.教師差異

自20世紀(jì)70 年代后期開始，“專家—新手”比較范式就被應(yīng)用于教師研究領(lǐng)域。研究者們?cè)噲D探明新手教師與專家型教師的差異，進(jìn)而通過(guò)精準(zhǔn)培養(yǎng)，促進(jìn)新手教師快速成長(zhǎng)為專家型教師[6]。根據(jù)以往的行為研究，專家型教師在教學(xué)領(lǐng)域的表現(xiàn)優(yōu)于新手教師，如課前規(guī)劃和課后反思。但在與學(xué)生的合作方面是否也如此尚不清楚。在前人研究的基礎(chǔ)上，孫（Sun）等人在2020年基于教師的專業(yè)發(fā)展階段（職稱）和經(jīng)驗(yàn)（教齡）將教師劃分為專家與新手，通過(guò)教師與學(xué)生的聯(lián)合決策任務(wù)考察了不同類型教師與學(xué)生合作的差異[7]。在該項(xiàng)研究中，屏幕中央放置一個(gè)方程，如“（ ）+（ ）=3的倍數(shù)”，方程下方顯示1到9的數(shù)字。教師要與學(xué)生共同完成特定的加法算數(shù)任務(wù)，使兩人選擇的數(shù)字之和為3或3的倍數(shù)。選擇完成后屏幕會(huì)呈現(xiàn)是否正確，每個(gè)數(shù)字只能被選擇一次。每對(duì)師生一共完成六輪，每輪九次選擇。

結(jié)果顯示，在教師與學(xué)生各自與計(jì)算機(jī)完成合作算數(shù)任務(wù)時(shí)，被試間的準(zhǔn)確率不存在顯著差異。但當(dāng)教師與學(xué)生合作完成算數(shù)任務(wù)時(shí)，在準(zhǔn)確率方面，專家型教師顯著高于新手教師。同時(shí)，在合作條件下，專家型教師和學(xué)生在左側(cè)背外側(cè)前額葉腦區(qū)出現(xiàn)了顯著的人際間神經(jīng)同步，而新手教師和學(xué)生之間沒有發(fā)現(xiàn)這種顯著的同步。這表明，相比于新手教師，專家型教師與學(xué)生的合作更好，且其觀點(diǎn)采擇能力與師生間準(zhǔn)確率及腦際神經(jīng)同步呈正相關(guān)。這可能是由于專家型教師豐富的經(jīng)驗(yàn)使他們更能采用他人視角來(lái)推斷同伴意圖并預(yù)測(cè)其行為，所以與學(xué)生合作得更好。故未來(lái)對(duì)于新手教師的培訓(xùn)可考慮增強(qiáng)其觀點(diǎn)采擇能力。

2.教學(xué)組織

一些研究表明，在學(xué)習(xí)抽象材料時(shí)，講授比互動(dòng)教學(xué)更利于學(xué)生理解。還有研究認(rèn)為，視頻教學(xué)與傳統(tǒng)的面對(duì)面教學(xué)同樣有效[8]。2018年，鄭（Zheng）等人比較了線下教學(xué)、線上教學(xué)和視頻教學(xué)對(duì)教學(xué)效果的影響[9]。研究者選擇用數(shù)字推理內(nèi)容評(píng)估教學(xué)效果，事先將講解例題和解題步驟發(fā)給教師，教師通過(guò)準(zhǔn)備和練習(xí)后向研究者演示教學(xué)，直到表現(xiàn)獲得研究者的認(rèn)可。之后教師通過(guò)線下教學(xué)、線上教學(xué)或事先錄制的視頻教學(xué)，以一對(duì)一的方式將內(nèi)容傳授給學(xué)生。教師講解知識(shí)點(diǎn)后，學(xué)生有一定的思考時(shí)間。結(jié)果顯示，三種教學(xué)方式都使學(xué)生的成績(jī)比教學(xué)前有了顯著提高，但三種方式間的差異不顯著，即效果相似。線下教學(xué)與線上教學(xué)的腦際神經(jīng)同步增幅無(wú)顯著差異，但都顯著高于視頻教學(xué)。無(wú)論采用哪種教學(xué)方式，教師與學(xué)生的腦際神經(jīng)同步與教學(xué)效果呈正相關(guān)，腦際神經(jīng)同步越強(qiáng)，教學(xué)效果越好。研究還發(fā)現(xiàn)，成功的知識(shí)傳遞與師生間的大腦活動(dòng)相關(guān)，因此，通過(guò)師生間的大腦活動(dòng)情況可推測(cè)課堂教學(xué)效果。該研究結(jié)果也為新冠肺炎疫情期間的線上教學(xué)提供了支持，即線上教學(xué)方式不一定會(huì)削弱教學(xué)效果。

3.教師教學(xué)技巧

霍爾普等人在2017年以“蘇格拉底對(duì)話”為載體，用fNIRS同步記錄師生對(duì)話期間大腦前額葉的活動(dòng)[10]。研究者事先告知參與實(shí)驗(yàn)的教師，在與學(xué)生的交談過(guò)程中按照結(jié)構(gòu)化對(duì)話進(jìn)行。對(duì)話由50個(gè)問(wèn)題組成，代表了一個(gè)關(guān)于算術(shù)問(wèn)題的結(jié)構(gòu)化討論，如“怎樣使一個(gè)正方形的面積翻倍”。對(duì)話目的是通過(guò)自我闡述來(lái)幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)解決問(wèn)題的方法，包括使用強(qiáng)制性問(wèn)題（必須回答）、條件性問(wèn)題（當(dāng)回答錯(cuò)誤時(shí)……）和線性問(wèn)題（按順序提問(wèn)）。研究結(jié)果顯示，教師引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注正方形的對(duì)角線時(shí)，提出了一個(gè)新的幾何推理路徑，使問(wèn)題得以解決。在這個(gè)信息傳遞的關(guān)鍵時(shí)刻，學(xué)生和教師的大腦活動(dòng)同步。并且研究發(fā)現(xiàn)，在成功的教育對(duì)話中（即學(xué)生能進(jìn)行知識(shí)遷移），學(xué)生的大腦激活模式與教師相似。

2018年，潘（Pan）等人通過(guò)近紅外超掃描技術(shù)考察了師生歌曲教學(xué)中整體教學(xué)方式占優(yōu)還是部分教學(xué)的式占優(yōu)[11]。在整體教學(xué)方式中，教師演唱完整首歌曲后學(xué)生模仿;在部分教學(xué)方式中，教師唱一句，學(xué)生模仿一句，直到學(xué)完整首歌。兩種方式的不同在于師生互動(dòng)的數(shù)量。根據(jù)卷入理論，學(xué)生和教師之間的互動(dòng)量是促進(jìn)學(xué)習(xí)的關(guān)鍵因素。結(jié)果顯示，接受部分教學(xué)方式的學(xué)生在實(shí)驗(yàn)后的測(cè)試中表現(xiàn)更好，并且與教師的腦際神經(jīng)同步更高，尤其是在學(xué)生觀察階段。此外，潘等人還考察了支架式教學(xué)法與解釋式教學(xué)法對(duì)學(xué)生概念學(xué)習(xí)的影響[12]。結(jié)果表明，當(dāng)教師使用支架式教學(xué)法（如提示）時(shí)，學(xué)生與教師的腦際神經(jīng)同步增強(qiáng)，且腦際神經(jīng)同步的強(qiáng)度與學(xué)習(xí)效果存在顯著正相關(guān)。

以上研究表明，選擇適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方式（如結(jié)構(gòu)化討論、分解教學(xué)）可以增強(qiáng)師生間的大腦神經(jīng)同步，提高學(xué)生的表現(xiàn)?？赡芤?yàn)檫@些方式更注重師生互動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生成為了教學(xué)活動(dòng)的主體。

4.課堂互動(dòng)質(zhì)量

2017年，迪克爾（Dikker）等人使用便捷式腦電在現(xiàn)實(shí)中自然課堂活動(dòng)期間對(duì)12位高中生的大腦神經(jīng)活動(dòng)同時(shí)進(jìn)行掃描和記錄，探討學(xué)生間的大腦同步程度是否可以預(yù)測(cè)學(xué)生的課堂參與程度[13]。學(xué)生需要在11個(gè)實(shí)驗(yàn)日里（為期三個(gè)月）持續(xù)使用EEG，期間學(xué)生會(huì)體驗(yàn)四種不同的教學(xué)方式（大聲朗讀、觀看視頻、講座和教學(xué)討論）并完成問(wèn)卷評(píng)分（如課堂滿意度）。這項(xiàng)研究主要關(guān)注學(xué)生之間的相互依賴關(guān)系以及學(xué)生課堂參與程度，可以使研究者分析學(xué)生在三個(gè)社會(huì)層面上大腦之間的同步，即群體同步、學(xué)生和群體的同步以及學(xué)生和學(xué)生之間的同步。

結(jié)果顯示，學(xué)生更喜歡觀看視頻和參加教學(xué)討論，這在后半學(xué)期的評(píng)分中更為明顯。結(jié)合腦電數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生與群體的同步表現(xiàn)與學(xué)生評(píng)分有很強(qiáng)的正相關(guān)：后半學(xué)期學(xué)生評(píng)分越高，學(xué)生群體的同步時(shí)間越多，且面對(duì)面有言語(yǔ)互動(dòng)的學(xué)生之間的同步性最高。研究表明，課堂上面對(duì)面的交流增加了學(xué)生之間的腦際神經(jīng)同步，這種同步可以看成是人際關(guān)系的“活化劑”，學(xué)生之間的神經(jīng)同步可以反映學(xué)生在課堂上的參與度。

三、結(jié)語(yǔ)

師生互動(dòng)不僅是保證教學(xué)目的達(dá)成的重要形式，也是促進(jìn)學(xué)生社會(huì)性、行為和認(rèn)知發(fā)展的重要途徑。研究者認(rèn)為腦際神經(jīng)同步可以被看做是評(píng)估人際互動(dòng)的一個(gè)有效的神經(jīng)指標(biāo)。通過(guò)比較不同情境下教師與學(xué)生的腦際神經(jīng)同步，可以幫助教育者理解和尋找更為適合的教學(xué)方式。上述研究也表明，腦際同步可能是課堂互動(dòng)中的一個(gè)靈敏的神經(jīng)標(biāo)志，可以預(yù)測(cè)動(dòng)態(tài)的課堂互動(dòng)。未來(lái)的研究可以借助認(rèn)知神經(jīng)手段在教師教育領(lǐng)域進(jìn)行更多探索，為教師的教學(xué)及育人過(guò)程提供科學(xué)指導(dǎo)。

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（責(zé)任編輯? 郭向和）