王宇 陳晨 楊韻瑩 鄭婭峰 董艷

[摘? ?要] 同伴互動(dòng)是人類獲取知識(shí)的重要途徑，揭示其內(nèi)在學(xué)習(xí)機(jī)制與規(guī)律對(duì)優(yōu)化學(xué)習(xí)策略、提升學(xué)習(xí)效果具有積極意義。認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)為大腦交互研究提供了基礎(chǔ)，打破了以往無(wú)法解釋互動(dòng)學(xué)習(xí)模式的認(rèn)知黑箱，為多維視角探究同伴互動(dòng)的內(nèi)在機(jī)制提供了跨學(xué)科研究的新路徑。研究通過(guò)探尋同伴互動(dòng)的認(rèn)知科學(xué)神經(jīng)基礎(chǔ)與技術(shù)應(yīng)用，揭示出現(xiàn)有研究聚焦于發(fā)現(xiàn)或驗(yàn)證單一互動(dòng)行為的神經(jīng)指標(biāo)、復(fù)雜互動(dòng)行為背后人際腦同步指標(biāo)及其影響因素。已有成果為聚焦以學(xué)生為中心的教學(xué)實(shí)踐提供融合生理、心理和行為三者模態(tài)數(shù)據(jù)的有效根據(jù)，為教師優(yōu)化學(xué)生協(xié)作學(xué)習(xí)的策略提供科學(xué)、精準(zhǔn)的依據(jù)。最后，作者從數(shù)據(jù)融合、情境聚焦、設(shè)備研發(fā)、方法整合等方面對(duì)未來(lái)研究進(jìn)行了展望。

[關(guān)鍵詞] 同伴互動(dòng); 認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制; 神經(jīng)影像技術(shù); 人際腦交互; 協(xié)作學(xué)習(xí)

[中圖分類號(hào)] G434? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

[作者簡(jiǎn)介] 王宇（1992—），女，新疆烏魯木齊人。博士研究生，主要從事STEM教育、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)研究。E-mail：fergie_w@163.com。董艷為通訊作者，E-mail：98086@bnu.edu.cn。

一、引? ?言

同伴互動(dòng)是人類獲取知識(shí)的重要途徑之一。同伴互動(dòng)促進(jìn)合作學(xué)習(xí)或協(xié)作學(xué)習(xí)，成為認(rèn)知發(fā)展和知識(shí)習(xí)得的重要策略[1]。積極有效的同伴互動(dòng)可促進(jìn)學(xué)生優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、提升合作學(xué)習(xí)效果，消極、低效的同伴互動(dòng)會(huì)產(chǎn)生低效合作，甚至產(chǎn)生小組矛盾[2]。同伴互動(dòng)發(fā)生機(jī)制，有助于設(shè)計(jì)有效的同伴寫作教學(xué)策略。傳統(tǒng)教育學(xué)領(lǐng)域的互動(dòng)研究主要采用行為分析、問(wèn)卷調(diào)查、訪談?dòng)^察等，其結(jié)果難以反映復(fù)雜環(huán)境下學(xué)習(xí)者認(rèn)知過(guò)程和學(xué)習(xí)狀態(tài)，亟須發(fā)掘、整合新的研究視角和技術(shù)方法對(duì)其進(jìn)行表征。作為將神經(jīng)科學(xué)與認(rèn)知心理學(xué)相結(jié)合的跨學(xué)科研究領(lǐng)域，認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)利用神經(jīng)影像技術(shù)，將互動(dòng)行為、大腦神經(jīng)活動(dòng)機(jī)制與影響因素三者聯(lián)系起來(lái)，較為完整地描述互動(dòng)過(guò)程，為教育實(shí)踐提供充實(shí)的理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

本研究通過(guò)梳理同伴互動(dòng)的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制相關(guān)研究，從互動(dòng)中的個(gè)體和群體層面闡述主要研究觀點(diǎn)，并從單一互動(dòng)行為和復(fù)雜互動(dòng)行為兩個(gè)視角總結(jié)當(dāng)下研究的焦點(diǎn)及其主要發(fā)現(xiàn)，并結(jié)合當(dāng)前我國(guó)教育發(fā)展的實(shí)際情況，對(duì)教育認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)視角下的同伴互動(dòng)研究的發(fā)展前景進(jìn)行展望，以期促進(jìn)當(dāng)前跨學(xué)科教育研究的發(fā)展。

二、同伴互動(dòng)神經(jīng)機(jī)制研究的發(fā)展進(jìn)程

本研究基于同伴互動(dòng)研究從孕育、萌芽再到迅速發(fā)展的過(guò)程梳理，發(fā)現(xiàn)社會(huì)學(xué)及教育學(xué)領(lǐng)域的互動(dòng)研究大體經(jīng)歷了“互動(dòng)行為的研究—互動(dòng)行為背后的神經(jīng)機(jī)制—群體互動(dòng)的多腦網(wǎng)絡(luò)”三大發(fā)展階段，如圖1所示。初期互動(dòng)行為的研究屬于認(rèn)知心理學(xué)范疇。隨后，神經(jīng)科學(xué)進(jìn)一步探索了互動(dòng)行為背后的神經(jīng)機(jī)制，為認(rèn)知過(guò)程增加了生理學(xué)證據(jù)。近年來(lái)，神經(jīng)影像科學(xué)技術(shù)的發(fā)展促使社會(huì)神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的研究不僅實(shí)現(xiàn)了同時(shí)獲取多人互動(dòng)的“行為—大腦”數(shù)據(jù)，還能通過(guò)構(gòu)建多腦網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步揭示同伴互動(dòng)背后的大腦神經(jīng)活動(dòng)機(jī)制及其影響因素。

（一）同伴互動(dòng)行為研究

早期研究主要聚焦行為層面，是對(duì)互動(dòng)質(zhì)量、影響因素、結(jié)構(gòu)關(guān)系最為直觀的評(píng)價(jià)和解釋方法。行為層面的研究主要基于簡(jiǎn)單的互動(dòng)任務(wù)，如言語(yǔ)交流、目光交流和合作游戲等。協(xié)作學(xué)習(xí)的核心是互動(dòng)行為的發(fā)生及其產(chǎn)生的學(xué)習(xí)效果，因此，這類研究主要關(guān)注互動(dòng)行為和互動(dòng)效果?；?dòng)行為以學(xué)習(xí)者個(gè)體的口頭語(yǔ)言、肢體動(dòng)作或面部表情等為基礎(chǔ)，從而體現(xiàn)同伴互動(dòng)過(guò)程中外顯交互行為的相互關(guān)聯(lián)，其指標(biāo)主要包括次數(shù)、時(shí)間和頻率等;互動(dòng)效果則以任務(wù)完成的時(shí)長(zhǎng)、正確率、作品質(zhì)量或能力高低為表現(xiàn)載體，其指標(biāo)主要包括測(cè)試分?jǐn)?shù)、能力高低、產(chǎn)品質(zhì)量等。在同伴互動(dòng)過(guò)程中，學(xué)習(xí)者為從那里獲得技能和知識(shí)，就要協(xié)調(diào)彼此的行為——促進(jìn)彼此行為上的人際行為同步。這種行為層面上的人際同步是一種溝通和相互理解的手段，不僅能夠促進(jìn)群體認(rèn)知過(guò)程的協(xié)調(diào)，還有助于增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)凝聚力。多學(xué)科研究范式的整合為教育情境中的相關(guān)研究提供實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集和分析等支持。

（二）個(gè)體互動(dòng)行為背后的神經(jīng)機(jī)制

行為層面的研究能發(fā)現(xiàn)互動(dòng)特征和影響因素，但無(wú)法歸因。近十多年來(lái)，人們開始好奇互動(dòng)過(guò)程中行為發(fā)生和觀點(diǎn)產(chǎn)生是從大腦哪個(gè)區(qū)域生成的？人際行為同步背后的神經(jīng)活動(dòng)是怎樣的，又如何控制的？為打開這一認(rèn)知黑箱，研究者開始運(yùn)用神經(jīng)科學(xué)的手段探索個(gè)體與外界發(fā)生互動(dòng)時(shí)大腦內(nèi)部神經(jīng)活動(dòng)的特性。由于初探時(shí)期的技術(shù)水平有限，加之社會(huì)互動(dòng)的復(fù)雜性，研究者大多孤立考察單個(gè)被試執(zhí)行互動(dòng)行為時(shí)的神經(jīng)活動(dòng)。

該層面的研究是為了揭示大腦內(nèi)的神經(jīng)活動(dòng)與行為之間的關(guān)聯(lián)性，即從個(gè)體水平上探究有哪些功能腦區(qū)參與了互動(dòng)過(guò)程。首先，要確定神經(jīng)影像實(shí)驗(yàn)中的自變量和因變量，自變量是個(gè)體所發(fā)出的不同行為或接收到的刺激調(diào)控（語(yǔ)言、動(dòng)作、創(chuàng)造、搭建等），因變量為個(gè)體大腦神經(jīng)響應(yīng)。其次，針對(duì)研究問(wèn)題，根據(jù)先前的理論選擇興趣腦區(qū)、設(shè)計(jì)互動(dòng)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，并確定數(shù)據(jù)收集、分析方法。在獲得行為和大腦神經(jīng)活動(dòng)的數(shù)據(jù)后，可計(jì)算得出興趣腦區(qū)的激活狀態(tài)以及功能連接（兩個(gè)腦區(qū)信號(hào)在時(shí)間上存在相關(guān)性），進(jìn)而建立互動(dòng)行為與神經(jīng)活動(dòng)之間的關(guān)系，也能夠?yàn)樘剿魍榛?dòng)相關(guān)認(rèn)知功能的神經(jīng)基礎(chǔ)提供證據(jù)。

（三）群體互動(dòng)的多腦網(wǎng)絡(luò)

個(gè)體水平的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)研究范式幫助研究者發(fā)掘社交互動(dòng)學(xué)習(xí)相關(guān)的神經(jīng)標(biāo)記，但對(duì)于多個(gè)個(gè)體而言，有關(guān)大腦活動(dòng)間動(dòng)態(tài)聯(lián)系的寶貴信息總是會(huì)被忽略。認(rèn)知科學(xué)家通過(guò)神經(jīng)影像實(shí)驗(yàn)研究探索不同社會(huì)情境下的多個(gè)個(gè)體間大腦活動(dòng)的動(dòng)態(tài)聯(lián)系特征，并發(fā)現(xiàn)互動(dòng)行為背后的神經(jīng)表征“人際腦同步”——當(dāng)個(gè)體間發(fā)生社會(huì)互動(dòng)時(shí)，其大腦活動(dòng)之間會(huì)表現(xiàn)出一種腦同步提升的現(xiàn)象[3]。

近年來(lái)，多人同步交互掃描（超掃描）應(yīng)運(yùn)而生，即同時(shí)記錄兩人或多人互動(dòng)過(guò)程。超掃描技術(shù)由Montague在2002年首次創(chuàng)用，是一種適用于自然教育情境的、高生態(tài)效度的研究范式[3]。不僅可以反映互動(dòng)雙方的心理、認(rèn)知活動(dòng)和學(xué)習(xí)策略，還可以探索互動(dòng)過(guò)程中神經(jīng)層面信息的傳輸和交換[4]。

構(gòu)建多腦網(wǎng)絡(luò)主要關(guān)注的指標(biāo)包括相關(guān)性、相干性、空間模式相似性，大致流程如圖2所示。相關(guān)性是指用相關(guān)性分析兩名被試的fNIRS腦活動(dòng)數(shù)據(jù)，表示兩人在互動(dòng)過(guò)程中大腦活動(dòng)在時(shí)域上的關(guān)聯(lián)程度。相干性有兩種：第一種是雙腦活動(dòng)的相干性，主要是指互動(dòng)過(guò)程中互動(dòng)雙方的腦活動(dòng)在頻域上的關(guān)聯(lián)性;第二種是雙腦活動(dòng)的小波相干性，即人際腦同步或者人際神經(jīng)同步，是指互動(dòng)雙方的腦活動(dòng)在特定時(shí)間、頻率范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)聯(lián)系?？臻g模式相似性是指互動(dòng)過(guò)程中不同個(gè)體目標(biāo)腦區(qū)所構(gòu)成的腦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的相似性。

三、同伴互動(dòng)神經(jīng)機(jī)制的研究層次

從上述歷程來(lái)看，個(gè)體層面研究不僅是神經(jīng)科學(xué)探索大腦內(nèi)部結(jié)構(gòu)、內(nèi)部功能與外部行為之間聯(lián)系的基本內(nèi)容，也是后續(xù)群體層面及整個(gè)互動(dòng)領(lǐng)域的基石。為深入揭示多人同伴互動(dòng)過(guò)程中行為、神經(jīng)活動(dòng)以及環(huán)境因素之間的動(dòng)態(tài)聯(lián)系，群體層面研究利用超掃描、小波變換相干等新穎實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析方法發(fā)掘群體互動(dòng)行為與腦網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)之間的動(dòng)態(tài)聯(lián)系。

（一）同伴互動(dòng)的個(gè)體層面

個(gè)體層面的研究主要是在同伴互動(dòng)的過(guò)程中，利用設(shè)備分別采集不同個(gè)體大腦神經(jīng)活動(dòng)數(shù)據(jù)，然后將其與行為數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)同分析，探究個(gè)體與他人發(fā)生互動(dòng)行為時(shí)的認(rèn)知過(guò)程、神經(jīng)活動(dòng)特征的差異以及影響因素，其數(shù)據(jù)收集和分析內(nèi)容主要包括興趣腦區(qū)的激活狀態(tài)和程度、行為表現(xiàn)和任務(wù)績(jī)效等。

基于不同實(shí)驗(yàn)方式和互動(dòng)任務(wù)，先前研究已探索出不同行為受控于不同的大腦結(jié)構(gòu)。例如：個(gè)體合作互動(dòng)時(shí)，大腦的獎(jiǎng)賞系統(tǒng)和顳頂聯(lián)合區(qū)被激活，當(dāng)進(jìn)一步對(duì)互動(dòng)形式進(jìn)行細(xì)分時(shí)，言語(yǔ)互動(dòng)和非言語(yǔ)互動(dòng)行為所激活的腦區(qū)則又不盡相同，言語(yǔ)互動(dòng)時(shí)初級(jí)聽覺(jué)區(qū)、背外側(cè)前額葉、眶額回和內(nèi)側(cè)前額葉會(huì)被激活[5]，非言語(yǔ)互動(dòng)又主要涉及鏡像神經(jīng)元系統(tǒng)（Mirror Neuron System，MNS）和心理化系統(tǒng)（Mentalizing System，MS） [6]。隨著神經(jīng)影像數(shù)據(jù)獲取和分析技術(shù)的進(jìn)步，越來(lái)越多的研究者進(jìn)一步驗(yàn)證前額葉皮層、顳頂聯(lián)合區(qū)、額極、頂葉、顳葉等區(qū)域在多人互動(dòng)過(guò)程中的激活狀態(tài)及人際腦同步特征[7-10]。

雖然近些年不少研究通過(guò)記錄個(gè)體大腦活動(dòng)的研究范式來(lái)探討社會(huì)互動(dòng)背后的神經(jīng)機(jī)制，但通過(guò)文獻(xiàn)梳理不難發(fā)現(xiàn)，不同任務(wù)下的互動(dòng)行為所涉及的大腦結(jié)構(gòu)及其活動(dòng)狀態(tài)也不盡相同。例如：雙人面對(duì)面哼唱互動(dòng)時(shí)激活的是右側(cè)額下回[11];合作積木搭建時(shí)激活的是右側(cè)前額葉和右側(cè)顳上鉤[12]。甚至稍稍改變同一任務(wù)特征，也會(huì)造成大腦活動(dòng)差異。由此可見，不同互動(dòng)任務(wù)涉及的大腦活動(dòng)差異巨大，幾乎難以找到一致性規(guī)律。研究需要探討如何從群體層面展開，從分散個(gè)體數(shù)據(jù)提煉共性結(jié)論，發(fā)掘行為、神經(jīng)活動(dòng)特征和因素之間的動(dòng)態(tài)聯(lián)系。

（二）同伴互動(dòng)的群體層面

神經(jīng)影像技術(shù)發(fā)展使我們能從群體層面全面、深入地研究互動(dòng)機(jī)制、影響因素及干預(yù)策略。認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制研究與人際腦同步的測(cè)量有關(guān)。實(shí)證研究結(jié)果表明，人際腦同步是一個(gè)可以說(shuō)明思維交互之間關(guān)系的可靠指標(biāo)[13]。作為社交互動(dòng)活動(dòng)的神經(jīng)標(biāo)記，人際腦同步在社交及教育領(lǐng)域的許多研究中已被采用，如互動(dòng)決策、溝通交流和互動(dòng)教學(xué)等。

1. 人際腦同步的神經(jīng)指標(biāo)

早期超掃描研究包括發(fā)掘互動(dòng)過(guò)程中人際腦同步的神經(jīng)指標(biāo)并創(chuàng)新多腦數(shù)據(jù)的分析方法。2011年，F(xiàn)unane等人首次利用fNIRS進(jìn)行同伴互動(dòng)超掃描研究，發(fā)現(xiàn)兩人小組在互動(dòng)完成合作按鍵任務(wù)過(guò)程中，彼此的前額葉皮層發(fā)生神經(jīng)同步現(xiàn)象[14]。隨后，Cui等人通過(guò)小波變換相干分析方法進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，額上皮層的人際相干性能追蹤兩個(gè)同伴在0.08～0.3Hz（相當(dāng)于周期3.2～12.8s）頻率范圍內(nèi)的合作互動(dòng)行為[15]。頻率范圍體現(xiàn)互動(dòng)過(guò)程的時(shí)間結(jié)構(gòu)，說(shuō)明互動(dòng)時(shí)的人際腦同步與互動(dòng)學(xué)習(xí)任務(wù)本身的時(shí)間結(jié)構(gòu)有關(guān)。從那時(shí)起，小波變換相干逐漸成為量化分析腦間同步性的流行方法。

隨著技術(shù)和研究范式的發(fā)展，更多研究證實(shí)，當(dāng)個(gè)體間發(fā)生互動(dòng)行為時(shí)大腦之間會(huì)出現(xiàn)人際腦同步。眾多研究提出兩種具有代表性的假說(shuō)：合作互動(dòng)假說(shuō)和相似任務(wù)假說(shuō)。一方面，不少研究為合作互動(dòng)假說(shuō)提供支持，認(rèn)為腦同步的出現(xiàn)可能意味著個(gè)體間發(fā)生了合作互動(dòng)。大量研究發(fā)現(xiàn)合作性互動(dòng)會(huì)發(fā)生腦同步[7]，并且腦同步與教學(xué)效果或?qū)W習(xí)表現(xiàn)密切相關(guān)[16-18]。另一方面，也有研究為相似任務(wù)假說(shuō)提供證據(jù)，表明當(dāng)不同個(gè)體單獨(dú)完成同樣任務(wù)時(shí)，個(gè)體間腦同步仍有提升現(xiàn)象[19]。

2. 人際腦同步的影響因素

不少研究者探索了人際腦同步的影響因素。首先，小組內(nèi)部的性別結(jié)構(gòu)。例如：前額葉區(qū)域的人際腦同步很大程度上取決于同伴性別，異性同伴互動(dòng)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)更高的人際腦同步，指出性別異質(zhì)可能會(huì)促進(jìn)雙人同伴的小組合作[20]。其次，不同性別在互動(dòng)中會(huì)影響互動(dòng)行為和互動(dòng)效果。例如：研究發(fā)現(xiàn)包含男性的小組互動(dòng)績(jī)效優(yōu)于女性雙人組[21]。最后，同伴關(guān)系的差異也會(huì)影響互動(dòng)過(guò)程中的人際腦同步。在對(duì)戀人、朋友、陌生人三種關(guān)系的互動(dòng)研究發(fā)現(xiàn)，戀人組的互動(dòng)表現(xiàn)比朋友組和陌生人組更好，因?yàn)橹挥袘偃私M的上額皮層在互動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)了人際腦同步，且其互動(dòng)表現(xiàn)與人際腦同步的增強(qiáng)呈正相關(guān)[13]。這類研究為組內(nèi)性別結(jié)構(gòu)以及人際關(guān)系在同伴互動(dòng)中的作用提供了重要的依據(jù)。

人際腦同步是探究同伴互動(dòng)神經(jīng)基礎(chǔ)、互動(dòng)質(zhì)量及相關(guān)因素的重要指標(biāo)，它與大腦神經(jīng)響應(yīng)的分析結(jié)果能夠彼此補(bǔ)充，從而完善研究結(jié)論。然而，也有不少研究發(fā)現(xiàn)，在同伴互動(dòng)過(guò)程中，個(gè)體與同伴發(fā)生人際腦同步的對(duì)應(yīng)大腦區(qū)域不一定相同，這也暗示著未來(lái)教育研究中僅對(duì)學(xué)習(xí)者某一腦區(qū)的激活狀態(tài)進(jìn)行分析仍然無(wú)法確定該區(qū)域在整個(gè)互動(dòng)過(guò)程中的作用。因此，想要驗(yàn)證“互動(dòng)是否真實(shí)有效的發(fā)生”，要在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步從群體層面分析。只有結(jié)合個(gè)體與群體層面的研究，才能構(gòu)成描述同伴互動(dòng)神經(jīng)機(jī)制的完整畫面。

四、同伴互動(dòng)神經(jīng)機(jī)制的研究焦點(diǎn)

本研究發(fā)現(xiàn)，同伴互動(dòng)神經(jīng)機(jī)制的研究焦點(diǎn)總體上可分為單一互動(dòng)行為和復(fù)雜互動(dòng)行為兩方面。一方面，單一互動(dòng)行為是同伴互動(dòng)的基本元素，包括對(duì)話、手勢(shì)、眼神等，其主要關(guān)注信息傳遞的認(rèn)知過(guò)程及相對(duì)應(yīng)的大腦結(jié)構(gòu)及功能;另一方面，復(fù)雜互動(dòng)行為針對(duì)社會(huì)和教育情境的復(fù)雜性，往往基于包含多個(gè)認(rèn)知過(guò)程和互動(dòng)行為的互動(dòng)過(guò)程來(lái)探索其背后的神經(jīng)基礎(chǔ)和影響因素。兩方面研究彼此補(bǔ)充，促進(jìn)教育學(xué)與腦科學(xué)研究在不同情境場(chǎng)域下的深度融合，成為未來(lái)研究的熱點(diǎn)和趨勢(shì)。

（一）單一互動(dòng)行為

1. 言語(yǔ)交流

言語(yǔ)交流是同伴互動(dòng)最重要的形式。研究者大多基于不同的對(duì)話任務(wù)，探究不同互動(dòng)方式、環(huán)境條件下發(fā)生同伴互動(dòng)時(shí)個(gè)體大腦中的神經(jīng)機(jī)制。

首先，基于不同互動(dòng)形式，研究證明了面對(duì)面交流相比于遠(yuǎn)距離同伴互動(dòng)的優(yōu)勢(shì)。研究者先通過(guò)在同樣時(shí)間內(nèi)獲取兩人交流時(shí)的腦活動(dòng)數(shù)據(jù)來(lái)監(jiān)控目標(biāo)腦區(qū)的激活狀態(tài)，再通過(guò)人際腦同步高低來(lái)評(píng)價(jià)交流的有效性。例如：有研究發(fā)現(xiàn)，只有在面對(duì)面對(duì)話的過(guò)程中，互動(dòng)雙方的左下額葉皮層的神經(jīng)同步顯著增加，并且這種神經(jīng)同步主要來(lái)自伙伴之間的直接互動(dòng)[22]。這些研究表明，面對(duì)面的對(duì)話交流具有其他類型的互動(dòng)交流所沒(méi)有的特殊神經(jīng)特征，并且能夠通過(guò)互動(dòng)伙伴之間的人際腦同步反映出來(lái)，其研究結(jié)果不僅為項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、跨學(xué)科STEM教育等協(xié)作學(xué)習(xí)新模式所具有的優(yōu)勢(shì)提供了腦科學(xué)證據(jù)，更為在線協(xié)作學(xué)習(xí)投入研究提供了新的研究思路。

其次，言語(yǔ)交流的參與人數(shù)也是研究焦點(diǎn)之一。最初的研究受設(shè)備和數(shù)據(jù)分析技術(shù)的限制，僅通過(guò)分析兩人的腦活動(dòng)數(shù)據(jù)來(lái)發(fā)現(xiàn)相關(guān)腦區(qū)激活及兩人間的人際腦同步[22]。得益于超掃描技術(shù)的發(fā)展，研究者在實(shí)驗(yàn)中增加了研究人數(shù)?；谌诵〗M無(wú)領(lǐng)導(dǎo)討論的任務(wù)，研究者針對(duì)左側(cè)顳頂聯(lián)合區(qū)（社會(huì)思考的重要領(lǐng)域），成功通過(guò)人際腦同步指標(biāo)發(fā)現(xiàn)了小組討論中的領(lǐng)導(dǎo)者[23]。四人同伴合作完成日語(yǔ)文字鏈游戲的研究證實(shí)了前額葉皮層在多人同伴互動(dòng)中的作用[24]。不難發(fā)現(xiàn)，對(duì)互動(dòng)團(tuán)體規(guī)模的研究不僅驗(yàn)證了更多的神經(jīng)指標(biāo)，還能夠幫助研究者識(shí)別個(gè)體在同伴互動(dòng)中的不同角色，為課堂中的分組策略提供科學(xué)依據(jù)。

最后，基于不同言語(yǔ)交流任務(wù)的研究在驗(yàn)證相關(guān)腦區(qū)的同時(shí)，發(fā)現(xiàn)了更加有效的交流方式。例如：在協(xié)作完成創(chuàng)造性問(wèn)題解決任務(wù)時(shí)，超掃描研究發(fā)現(xiàn)，輪流回答的方式比頭腦風(fēng)暴更能夠激發(fā)學(xué)習(xí)者的互動(dòng)興趣、個(gè)體會(huì)表現(xiàn)出更多的換位思考行為，因而其團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)造性表現(xiàn)也更好[10];另一項(xiàng)研究基于面對(duì)面的經(jīng)濟(jì)博弈任務(wù)指出，右側(cè)顳定聯(lián)合區(qū)的人際腦同步增強(qiáng)是同伴間積極互動(dòng)的神經(jīng)標(biāo)志，也意味著面對(duì)面能夠增加陌生同伴之間的共同意圖，從而導(dǎo)致更加積極地相信合作決策并在游戲中獲得更多實(shí)際收益[7]。

2. 注意與模仿

注意與模仿是簡(jiǎn)單互動(dòng)行為研究的重要內(nèi)容。注意是模仿行為發(fā)生的前提，是個(gè)體捕捉周圍信息的重要行為，聯(lián)合注意是指多人在第三個(gè)對(duì)象上的共同關(guān)注焦點(diǎn)，既可以由自我發(fā)起，也可以由同伴發(fā)起[25]。同伴發(fā)起的聯(lián)合注意是個(gè)體的關(guān)注點(diǎn)能夠跟隨他人的手勢(shì)和注視方向的能力，而自我發(fā)起的聯(lián)合注意是指使用手勢(shì)或眼神凝視來(lái)引導(dǎo)他人注意力的能力[26]。在同伴互動(dòng)的過(guò)程中，主導(dǎo)者也可能會(huì)主動(dòng)發(fā)起共同的注意力以引導(dǎo)學(xué)習(xí)者的注意力，而學(xué)習(xí)者在跟隨主導(dǎo)者的指示時(shí)，也可能會(huì)接著發(fā)起其他注意請(qǐng)求。

對(duì)同伴互動(dòng)中注意與模仿行為的研究大多是基于合作按鍵任務(wù)。實(shí)施時(shí)被試者雙方面對(duì)面或并排坐在電腦前，根據(jù)屏幕中的閃光提示共同按鍵，或一人在盡可能短的時(shí)間內(nèi)模仿同伴的按鍵行為。這一類研究主要探索了注意與模仿行為的神經(jīng)指標(biāo)，而基于不同模仿任務(wù)的研究發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)人際腦同步的腦區(qū)有所不同，有的研究通過(guò)對(duì)比被試在獨(dú)自敲擊鍵盤和雙人互動(dòng)模仿敲擊鍵盤兩種模式下的神經(jīng)活動(dòng)，確定了前運(yùn)動(dòng)皮層的人際腦同步可以作為模仿行為的神經(jīng)指標(biāo)[27]，而其他基于按鍵任務(wù)的研究又將前額葉皮層的人際腦同步作為同伴互相模仿的神經(jīng)指標(biāo)，這意味著在教育情境下，學(xué)習(xí)者在不同的學(xué)習(xí)任務(wù)中與同伴進(jìn)行互動(dòng)時(shí)所利用的大腦區(qū)域和認(rèn)知功能也有所不同。

（二）復(fù)雜互動(dòng)行為

學(xué)習(xí)是一個(gè)復(fù)雜的認(rèn)知活動(dòng)，雖然基于單一互動(dòng)行為的神經(jīng)機(jī)制研究能夠有效排除實(shí)驗(yàn)中的無(wú)關(guān)變量，清晰地揭示其背后的神經(jīng)指標(biāo)和相關(guān)因素，但也忽視了眾多自然互動(dòng)情境下無(wú)法避免的影響因素，限制了研究結(jié)論的現(xiàn)實(shí)意義。當(dāng)前對(duì)復(fù)雜互動(dòng)行為的研究主要集中在同伴交流的協(xié)調(diào)與交替、合作與競(jìng)爭(zhēng)模式對(duì)互動(dòng)效果的影響，下文對(duì)相關(guān)研究進(jìn)行介紹，為未來(lái)豐富教育認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究的研究情境、范式、理論基礎(chǔ)提供參考。

1. 協(xié)調(diào)與交替

行為的協(xié)調(diào)與交替是同伴互動(dòng)的重要特征，也是感知、理解和情感傳播的重要媒介[28]。在同伴互動(dòng)中，不同個(gè)體所扮演的角色有所不同，例如：在雙人互動(dòng)學(xué)習(xí)中，往往會(huì)存在一名“教師”和一名“學(xué)習(xí)者”。為了從“教師”那里獲得技能和知識(shí)，“學(xué)習(xí)者”必須與“教師”協(xié)調(diào)自己的行為。根據(jù)合作互動(dòng)假說(shuō)，這種行為協(xié)調(diào)會(huì)潛在促進(jìn)二人之間的人際腦同步，進(jìn)而促進(jìn)二者之間認(rèn)知過(guò)程的協(xié)調(diào)[17]。此外，同伴互動(dòng)還需要學(xué)習(xí)者之間的輪流交替行為，例如：在交談的過(guò)程中輪流發(fā)表觀點(diǎn)。

腦科學(xué)領(lǐng)域的研究多關(guān)注游戲、討論、唱歌以及樂(lè)器合奏等互動(dòng)過(guò)程中的協(xié)調(diào)合作，探索不同互動(dòng)行為和干預(yù)因素下的神經(jīng)活動(dòng)特征。例如：有研究通過(guò)對(duì)比大學(xué)生在互動(dòng)協(xié)調(diào)或獨(dú)立兩種模式下完成任務(wù)時(shí)左中額葉的人際腦同步，發(fā)現(xiàn)其能夠作為同伴互動(dòng)過(guò)程中親社會(huì)效應(yīng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)[29]。并且相對(duì)于獨(dú)立模式，互動(dòng)協(xié)調(diào)模式下的兩人具有更高的共享意向，因而表現(xiàn)出更優(yōu)的同步行為和更大的后續(xù)互助傾向[13]。還有研究初步探索了社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位差異影響下親社會(huì)交流行為的神經(jīng)機(jī)制，發(fā)現(xiàn)差異較大的兩人在互動(dòng)時(shí)前額葉皮層的人際腦同步更高，并進(jìn)一步解釋親社會(huì)傾向、社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位與人際腦同步之間的相關(guān)性，從而提出了與共享認(rèn)知相關(guān)的神經(jīng)機(jī)制[29]。這類研究揭示了協(xié)調(diào)與交替在不同影響因素下的神經(jīng)指標(biāo)，為未來(lái)協(xié)作學(xué)習(xí)研究中的小組結(jié)構(gòu)策略提供參考。

2. 合作與競(jìng)爭(zhēng)

在同伴互動(dòng)學(xué)習(xí)過(guò)程中，教師或指導(dǎo)者需要設(shè)計(jì)有效的干預(yù)策略以更高效地實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)，其中，合作與競(jìng)爭(zhēng)就是教育研究者和腦科學(xué)研究者常采用的干預(yù)策略。在該類實(shí)驗(yàn)中，被試往往會(huì)被告知將與同伴分別在合作或競(jìng)爭(zhēng)情境下完成任務(wù)。

首先，探索合作與競(jìng)爭(zhēng)模式下同伴互動(dòng)行為的神經(jīng)指標(biāo)是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。相互理解和心智理論是合作的重要前提，所涉及腦區(qū)有額葉、顳葉和杏仁核等，它們?cè)谔幚砩缃恍畔⒎矫娴淖饔没檠a(bǔ)充，以促使或阻礙個(gè)體間的合作[6]。例如：在合作互動(dòng)時(shí)，兩人的背膜前額葉皮層的人際腦同步增加，表明當(dāng)同伴互動(dòng)合作需要心智理論時(shí)，該區(qū)域可能會(huì)被激活[12]。此外，還有研究發(fā)現(xiàn)，合作過(guò)程中兩人的右后顳上溝的人際腦同步增加，由于該區(qū)域涉及互動(dòng)雙方對(duì)彼此想法的理解，因此，判斷其可以作為合作投入度增加的神經(jīng)指標(biāo)[7]。

其次，研究合作和競(jìng)爭(zhēng)的任務(wù)形式非常多樣，所驗(yàn)證的神經(jīng)指標(biāo)也各不相同。例如：基于按鍵任務(wù)的超掃描研究中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示在合作模式下，兩方的額上回皮層的人際腦同步增加[15];當(dāng)兩人小組合作完成基于計(jì)算機(jī)的建造游戲時(shí)，他們的協(xié)助行為會(huì)激活其伙伴的雙側(cè)頂葉下頂葉，而在競(jìng)爭(zhēng)條件下，該腦區(qū)的激活程度則會(huì)受到對(duì)手的阻礙行為的影響而減弱[30]。還有研究基于搭積木的互動(dòng)任務(wù)，發(fā)現(xiàn)雙人同伴在合作和競(jìng)爭(zhēng)模式下的互動(dòng)過(guò)程中都會(huì)出現(xiàn)右側(cè)額中回和額上回區(qū)域人際腦同步的增加，表明該區(qū)域參與了目標(biāo)導(dǎo)向的同伴互動(dòng)，例如：復(fù)雜的搭建動(dòng)作和思考決策[12]。除了對(duì)腦區(qū)激活和人際腦同步的探討，在任務(wù)績(jī)效上，研究發(fā)現(xiàn)在完成創(chuàng)造性任務(wù)時(shí)，合作模式的互動(dòng)效果要比競(jìng)爭(zhēng)模式更好[31]。

最后，針對(duì)團(tuán)體合作過(guò)程，不少研究探討了團(tuán)體成員構(gòu)成對(duì)互動(dòng)合作效果的影響，其研究結(jié)論卻不盡相同。有的研究發(fā)現(xiàn)，在解決創(chuàng)造性問(wèn)題時(shí)，創(chuàng)造力較低的兩人的合作績(jī)效更優(yōu)，且對(duì)神經(jīng)指標(biāo)和行為指標(biāo)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果都表明，當(dāng)兩個(gè)較低創(chuàng)造力的人一起解決創(chuàng)造力問(wèn)題時(shí)，他們傾向于相互合作[8]。與其相反，還有一些研究則發(fā)現(xiàn)，同伴的智商與創(chuàng)造性任務(wù)成果的創(chuàng)造性、流暢性和獨(dú)創(chuàng)性正相關(guān)[9]。對(duì)于性別因素，研究則認(rèn)為，性別構(gòu)成不會(huì)對(duì)同伴完成創(chuàng)造性任務(wù)的效果產(chǎn)生影響[32]。

上述研究為探索不同情境、任務(wù)及干預(yù)下互動(dòng)行為及效果背后的神經(jīng)機(jī)制提供了一些指導(dǎo)和應(yīng)用建議，但對(duì)教育研究的啟示還存在局限。首先，由上文可知，人們完成任務(wù)時(shí)發(fā)生互動(dòng)行為所利用的腦區(qū)及其神經(jīng)活動(dòng)狀態(tài)有很大差異，即使是在完成同一任務(wù)時(shí)受不同因素影響也會(huì)造成神經(jīng)活動(dòng)的差異，很難找到其共有的特征和規(guī)律，教育研究應(yīng)當(dāng)采取哪些任務(wù)來(lái)探索其普遍機(jī)制呢？其次，無(wú)論基于什么設(shè)備，數(shù)據(jù)分析時(shí)采用的方法都是將多個(gè)被試、多次實(shí)驗(yàn)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均后進(jìn)行“配對(duì)成像相減”的方法得出差異值，這種結(jié)果往往只能說(shuō)明特定腦區(qū)在特定實(shí)驗(yàn)任務(wù)和條件下的激活狀態(tài)，不能說(shuō)明該指標(biāo)能夠反映所有相似任務(wù)中的互動(dòng)有效性[33]。最后，大多相關(guān)研究面臨生態(tài)效度問(wèn)題，fMRI研究?jī)H限于被試兩人平躺在設(shè)備中進(jìn)行話語(yǔ)或小動(dòng)作的互動(dòng)交流，而多通道的EEG和fNIRS雖然不會(huì)限制被試的手部活動(dòng)，但多數(shù)需要被試靜坐在椅子上完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。真實(shí)教育場(chǎng)景下的同伴互動(dòng)是復(fù)雜的、持續(xù)的且受諸多環(huán)境因素影響的，這對(duì)神經(jīng)影像技術(shù)的應(yīng)用提出了新挑戰(zhàn)。

五、未來(lái)研究展望

隨著研究方法的更新進(jìn)步，神經(jīng)影像技術(shù)在教育神經(jīng)領(lǐng)域的應(yīng)用有巨大潛力。本研究結(jié)合上述分析，提出如下展望：

（一）實(shí)現(xiàn)多維數(shù)據(jù)融合，構(gòu)建同伴互動(dòng)過(guò)程的分析模型

除大腦內(nèi)部的神經(jīng)活動(dòng)以外，同伴互動(dòng)過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生文本、對(duì)話、表情、手勢(shì)等多樣態(tài)的交互數(shù)據(jù)，多源數(shù)據(jù)有效融合才能精準(zhǔn)反映學(xué)習(xí)者與同伴互動(dòng)的學(xué)習(xí)效果。因此，將神經(jīng)活動(dòng)數(shù)據(jù)、行為數(shù)據(jù)以及調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)同分析，并科學(xué)解釋其中蘊(yùn)含的實(shí)際教學(xué)意義是研究面臨的重要任務(wù)之一。未來(lái)研究需要借助神經(jīng)影像技術(shù)、學(xué)習(xí)分析技術(shù)、觀察訪談、問(wèn)卷調(diào)查等多種途徑來(lái)獲取同伴互動(dòng)過(guò)程中的生理、神經(jīng)、認(rèn)知活動(dòng)以及社會(huì)交互等數(shù)據(jù)，將來(lái)自不同時(shí)間和空間維度的多模態(tài)數(shù)據(jù)彼此補(bǔ)充、有效融合，構(gòu)建多維分析模型，為后續(xù)研究建立基礎(chǔ)的理論框架，這對(duì)于教育認(rèn)知神經(jīng)學(xué)視角下的同伴互動(dòng)分析研究具有重要的基礎(chǔ)性意義。

（二）聚焦具體教育場(chǎng)景，促進(jìn)認(rèn)知神經(jīng)技術(shù)在教育中的應(yīng)用

本文對(duì)研究焦點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)后發(fā)現(xiàn)利用神經(jīng)影像技術(shù)探索同伴互動(dòng)學(xué)習(xí)的認(rèn)知過(guò)程的研究依然有限，缺少真實(shí)的教學(xué)場(chǎng)景和具有教育意義的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，且任務(wù)時(shí)長(zhǎng)也較短，因而其研究結(jié)論難以被教育研究者借鑒。新冠肺炎疫情時(shí)期，在線學(xué)習(xí)的價(jià)值迅速凸顯，且STEM教育、創(chuàng)客教育和項(xiàng)目式學(xué)習(xí)等新型學(xué)習(xí)模式也在教育實(shí)踐中得到越來(lái)越多的應(yīng)用，但大量教師卻因缺乏科學(xué)指導(dǎo)而無(wú)法選擇有效的協(xié)作模式和互動(dòng)策略。未來(lái)研究需要細(xì)化不同教育情境、教學(xué)方式、學(xué)科任務(wù)等場(chǎng)域下的同伴互動(dòng)，加強(qiáng)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與教育教學(xué)研究者之間的跨領(lǐng)域?qū)υ捙c合作，通過(guò)應(yīng)用跨學(xué)科的知識(shí)、研究方法和技術(shù)促進(jìn)認(rèn)知神經(jīng)技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，豐富教育認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的理論和知識(shí)體系。

（三）關(guān)注個(gè)體差異，為個(gè)性化互動(dòng)策略提供依據(jù)

認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制不僅是揭示認(rèn)知過(guò)程的有效手段，也可有效證明其對(duì)個(gè)體學(xué)習(xí)效果和能力提升的作用，可否通過(guò)認(rèn)知神經(jīng)技術(shù)對(duì)互動(dòng)過(guò)程不同階段中的影響因素進(jìn)行識(shí)別，并對(duì)表現(xiàn)欠佳的學(xué)習(xí)者進(jìn)行診斷呢？倘若能夠找到大腦結(jié)構(gòu)發(fā)育或認(rèn)知活動(dòng)障礙的緣由，教師就能有效選擇干預(yù)或治療措施來(lái)提升互動(dòng)水平，從而影響學(xué)習(xí)效果。目前已有研究探討了學(xué)習(xí)者同伴互動(dòng)心理等因素對(duì)個(gè)體在團(tuán)隊(duì)中互動(dòng)行為及情感投入的影響[34]。接著，進(jìn)一步通過(guò)腦掃描實(shí)驗(yàn)對(duì)比探究同伴互動(dòng)中大腦活動(dòng)的個(gè)體差異，推斷不同學(xué)習(xí)者的認(rèn)知能力發(fā)展需求，進(jìn)而采取更有針對(duì)性的個(gè)性化學(xué)習(xí)策略。

（四）積極研發(fā)便攜式神經(jīng)影像設(shè)備，拓展研究情境

雖然當(dāng)前神經(jīng)影像設(shè)備的性能比起若干年前已有很大提升，但其便攜性和生態(tài)效度仍有限。情境認(rèn)知和具身認(rèn)知的研究表明，身體的放松姿態(tài)、自由流暢的手部活動(dòng)、外部空間的自由等，均對(duì)創(chuàng)造力有著顯著影響[33]。實(shí)際上，成本低、易操作、通道數(shù)量較少的便攜式神經(jīng)影像設(shè)備亦可滿足對(duì)互動(dòng)過(guò)程中神經(jīng)活動(dòng)的初步探索。例如：雙通道fNIRS設(shè)備和依托腦機(jī)接口技術(shù)開發(fā)的穿戴式腦電設(shè)備就能夠探索課堂情境下的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)活動(dòng)的神經(jīng)機(jī)制[35-36]。因此，未來(lái)鼓勵(lì)教育技術(shù)、認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)和計(jì)算機(jī)工程領(lǐng)域?qū)W者的跨學(xué)科合作，研發(fā)能夠即時(shí)、持續(xù)地采集多模態(tài)行為或生理數(shù)據(jù)的設(shè)備和技術(shù)平臺(tái)。

（五）以教育理論為主要指導(dǎo)，整合多元化研究方法

教育神經(jīng)科學(xué)視角下的同伴互動(dòng)研究可獲得關(guān)于該過(guò)程的三維數(shù)據(jù)：神經(jīng)活動(dòng)數(shù)據(jù)、外顯行為數(shù)據(jù)以及內(nèi)隱的情感態(tài)度數(shù)據(jù)。受限于單一學(xué)科研究方法，大多數(shù)研究未能將三類科學(xué)證據(jù)很好關(guān)聯(lián)，因而難以用于建構(gòu)內(nèi)涵豐富、科學(xué)的教育知識(shí)和理論，也難以指導(dǎo)教育實(shí)踐。未來(lái)研究需要依托相關(guān)理論開展，利用各種神經(jīng)影像技術(shù)、情感分析、行為監(jiān)測(cè)以及基于人工智能的數(shù)據(jù)分析等技術(shù)手段，整合神經(jīng)影像實(shí)驗(yàn)法、準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)法、行動(dòng)研究法等多種研究范式，為教育認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的研究提供解決問(wèn)題、知識(shí)創(chuàng)新的新路徑。

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