传统上,当学生被测试一个主题时,他们使用纸和铅笔,或者可能是电脑,来证明他们学到了什么。但是,如果大脑扫描可以显示他们在获取知识的过程中,然后将其应用到问题和问题中,结果会怎样呢?

这个问题推动着教育学助理教授、心理脑科学研究生导师戴维·克雷默(David Kraemer)与他的研究生和本科生团队在教育部达特茅斯认知神经科学学习实验室(Dartmouth Cognitive Neuroscience of Learning Laboratory)进行的研究。  

“我们正在寻找与学习相关的大脑活动模式,而不是没有学过。”关于在学校学习如何改变大脑的数据非常少,特别是在单个学生的水平上,”Kraemer说。

实验室成员使用先进的技术,包括功能磁共振成像扫描和虚拟现实设备,来绘制导致成功学习的经验、条件和策略。克雷默与夏舟和德文·巴尔克姆(Devin Balkcom)密切合作,他们都是计算机科学的副教授。 

实验室的工作中贯穿着一条共同的主线:考察个人的学习能力。但具体实验的目的各不相同。例如,一项研究的结果可能有助于教师更有效地教授STEM概念。另一组实验可以使手语学习者进步得更快。第三个项目探索如何防止人们在处理信息时受到他们先前信念的偏见。

这座桥要塌了吗?

实验室的干学习研究,与维基可能合作,工程教授塞耶工程学院和所罗门钻石,塞耶工程副教授,看不同中间工科学生和同行没有先进的物理或工程教育掌握相关概念结构的稳定性。Joshua Cetron ’16也参与了这个项目,首先是他的神经科学高级荣誉论文然后是实验室的全职研究员。

两组学生都得到了牛顿第三定律的简要概述:每一个作用力都有一个大小相等、方向相反的反作用力。然后向他们展示图片——桥梁、灯柱、建筑物等等——并询问叠加在图片上的箭头是否准确地描述了起作用的力。中等水平的工科学生的正确率约为75%,而他们的新同学的正确率约为一半(与猜测的正确率相同)。

测试分数与大脑扫描相关。“两组人实际上看到的是一样的东西,”克雷默说,他指的是扫描图像中进行视觉处理的部分。“但他们在用不同的方式思考他们看到的东西。”

更高级的工科学生的大脑在那些初学者大脑不太活跃的地方显示出神经活动:在运动皮层,有趣的是,它控制着手,以及处理更高层次分类知识的视觉皮层区域。这增加了成功的学习者通过实践教学获得有价值信息的可能性,该团队目前正在对这一假设进行后续研究。

“例如,这些结果对于教育课程的开发人员来说是相当有意义的,”Kraemer说。“当你在开发一种教学方法时,你可能会有焦点小组,一个班以一种方式学习,另一个班以另一种方式学习。你可以在最后给他们一个测试,看看他们学到了多少,也可以给他们做一个大脑扫描,看看大脑测试和传统测试一起是否能预测哪些课程能带来更好的学习和长期记忆。”

学习美国手语

另一项关于认知的研究可能会改变美国手语(ASL)的在线教学方式。参加者戴上虚拟现实眼镜和手套。他们学习了一小部分常用的手语,并试着用它们来交流,因为手套和电脑摄像头里的传感器被用来比较他们的手部动作和正确的姿势。这项与华盛顿特区的加劳德特大学(Gallaudet University)合作进行的研究还处于初级阶段,不过初步的试点测试似乎很有希望。完成后,它可以增强自动引导的ASL教程。

Kraemer说,这样的系统不会取代面对面的学习,但它可以改善实践。然后问题是,你能比你自己更快地从中学习吗?接下来,我们还想知道大脑是如何理解最初不熟悉的手部动作的。”

检测的动机推理

大脑成像能揭示逻辑思维和有选择地使用事实来支持既定结论之间的区别吗?后者被称为“动机推理”,这是20世纪加里尼的凯瑟琳·阿尔弗雷德在政府教授布伦丹·尼汉的指导下,在实验室里所做工作的重点。研究人员向参与者提供了两组数据,这两组数据涉及两个截然不同的问题:“控枪法案在降低犯罪率方面有效吗?”以及“这种护肤霜在减少皮疹方面有效吗?”

阿尔弗雷德说:“这样我们就能很好地比较人们处理问题的方式,即只使用一种中性的内容——润肤霜——与他们先前对枪支有强烈观念的内容。”“我们正在研究推理过程如何随着主题的不同而变化,以及旨在改善推理过程的干预措施。”

Kraemer说,所有这些实验都得出了类似的结论。

你所学到的东西可以改变你看待事物的方式。“而另一些人可能看到同样的事情,却在想非常不同的事情。”

可以联系到夏洛特·奥尔布赖特(Charlotte Albright) [email protected]。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.dartmouth.edu/news/2019/12/what-brain-waves-tell-us-about-teaching-and-learning