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文獻(xiàn)解讀：真實(shí)課堂教學(xué)促進(jìn)學(xué)生知識(shí)建構(gòu)的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制
2025年2月7日，Advanced Science雜志在線發(fā)表了北京師范大學(xué)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室盧春明課題組的研究 “A Rapid Cortical Learning Process Supporting Students’ Knowledge Construction during Real Classroom Teaching”。該研究融合可穿戴腦功能近紅外光譜成像和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，突破以往課堂教學(xué)認(rèn)知神經(jīng)機(jī)理研究的局限，率先揭示了真實(shí)課堂情境下有效教學(xué)促進(jìn)學(xué)生知識(shí)建構(gòu)的內(nèi)隱認(rèn)知機(jī)制及其神經(jīng)基礎(chǔ)，為教育神經(jīng)科學(xué)基礎(chǔ)理論提供了實(shí)證依據(jù)，為一線教育教學(xué)實(shí)踐提供了理論支撐，具有重要的科學(xué)價(jià)值和實(shí)踐意義。
無(wú)論是對(duì)人類個(gè)體的認(rèn)知能力發(fā)展還是對(duì)整個(gè)社會(huì)的文明演進(jìn)來(lái)說(shuō)，課堂教學(xué)都發(fā)揮著不可替代的獨(dú)特作用。正如著名教育思想家夸美紐斯 (John Amos Comenius) 所言，“年輕人最好還是在班級(jí)里一起上課”。然而，課堂教學(xué)過(guò)程中究竟發(fā)生了什么？如何“教”和“學(xué)”才是有效的？“教”與“學(xué)”如何相互影響？以往的傳統(tǒng)教育理論多基于經(jīng)驗(yàn)推演和個(gè)人思辨，而大量的認(rèn)知神經(jīng)實(shí)證研究又局限于嚴(yán)格控制的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下人類個(gè)體或動(dòng)物的學(xué)習(xí)，與課堂教學(xué)大相徑庭。因此，幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，有效課堂教學(xué)的底層機(jī)理并不清楚。
維特洛克的生成學(xué)習(xí)理論指出，學(xué)生會(huì)在有限的時(shí)間和注意范圍內(nèi)，把新舊知識(shí)“拼接”進(jìn)已有知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整知識(shí)片段的邊界及其相互關(guān)系，形成更深層次的理解。因此，有效教學(xué)的核心可能在于促進(jìn)學(xué)生的知識(shí)建構(gòu)。然而，課堂教學(xué)能否真正為這種“知識(shí)建構(gòu)”提供足夠空間？以往的教育界一直存在爭(zhēng)論。一部分觀點(diǎn)認(rèn)為，課堂教學(xué)時(shí)間有限，教學(xué)主要停留在知識(shí)傳遞層面；另一部分研究則發(fā)現(xiàn)，合理的教學(xué)設(shè)計(jì)可以在有限時(shí)間內(nèi)促進(jìn)知識(shí)建構(gòu)。這兩種觀點(diǎn)催生了兩種截然不同的教學(xué)模式：一是直接講授，即教師以高結(jié)構(gòu)化的方式講解內(nèi)容，學(xué)生被動(dòng)接收知識(shí)(H-only)；二是混合教學(xué)，即將低結(jié)構(gòu)化教學(xué)（學(xué)生自主探究）與高結(jié)構(gòu)化教學(xué)（教師講授）相結(jié)合(LH, Low-to-High structured teaching)，學(xué)生先在課堂上回憶和自學(xué)，再接收教師的系統(tǒng)講授。盡管這兩種教學(xué)模式都得到廣泛應(yīng)用，但其背后的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制并不清楚。
1. 建立了可開(kāi)展20人以上真實(shí)課堂教學(xué)認(rèn)知神經(jīng)機(jī)理研究的腦智教室以及相應(yīng)的方法體系
為解決以上問(wèn)題并檢驗(yàn)不同教學(xué)模式的內(nèi)隱認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制，盧春明課題組長(zhǎng)期聚焦自然場(chǎng)景下人際互動(dòng)的理論和方法研究，形成了獨(dú)特的教育神經(jīng)科學(xué)研究理論框架和方法體系。近年來(lái)，與北京師范大學(xué)教育學(xué)部聯(lián)合，共同開(kāi)發(fā)了可開(kāi)展20人以上真實(shí)課堂教學(xué)認(rèn)知神經(jīng)機(jī)理研究的腦智教室以及相應(yīng)的方法體系，能夠在真實(shí)、自然的課堂教學(xué)過(guò)程中同時(shí)采集和分析師生的大腦活動(dòng)、音視頻、文本以及認(rèn)知行為等多模態(tài)數(shù)據(jù)，深度解析課堂情景下的真實(shí)教與學(xué)。這一技術(shù)平臺(tái)和方法體系的建立將為教育神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展帶來(lái)重要契機(jī)。
在本研究中，課題組充分發(fā)揮該平臺(tái)和方法的優(yōu)勢(shì)，以真實(shí)的大學(xué)課堂為場(chǎng)景，解析并比較了自學(xué)+講授的混合 (LH) 和傳統(tǒng)的講授 (H-only) 兩種教學(xué)模式。在混合教學(xué)模式中，學(xué)生先通過(guò)回憶(recalling) 進(jìn)行自學(xué)，然后聆聽(tīng)教師講授(lecturing)；在傳統(tǒng)講授模式中，只包含教師的講授。
2. 先自學(xué)再教學(xué)的混合教學(xué)模式有效促進(jìn)了學(xué)生的知識(shí)建構(gòu)
結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)和表征相似性分析發(fā)現(xiàn)，在相同的講授環(huán)節(jié)，混合教學(xué)模式下的學(xué)生通過(guò)額中回 (MFC) 對(duì)知識(shí)進(jìn)行表征，且該神經(jīng)表征與最終的學(xué)習(xí)成績(jī)顯著相關(guān)；而在單純講授模式下，學(xué)生則主要通過(guò)顳頂聯(lián)合區(qū) (TPJ) 進(jìn)行知識(shí)表征。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，在混合教學(xué)模式下，學(xué)生的MFC通過(guò)重新切割知識(shí)片段，改變了知識(shí)片段的邊界，構(gòu)建了新的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；而在單純講授教學(xué)模式下，TPJ對(duì)知識(shí)的表征仍遵循原始知識(shí)結(jié)構(gòu)，沒(méi)有進(jìn)行重新建構(gòu)。這些結(jié)果表明，混合教學(xué)模式下的自學(xué)可能激活了學(xué)生已有的先驗(yàn)知識(shí)（如先驗(yàn)圖式），從而在教師講授的的有限時(shí)間內(nèi)，通過(guò)MFC實(shí)現(xiàn)了快速的知識(shí)建構(gòu)，并顯著提升了學(xué)習(xí)效果。因此，以MFC為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的大腦皮層快速學(xué)習(xí)系統(tǒng)可能是有效教學(xué)促進(jìn)學(xué)生知識(shí)建構(gòu)的神經(jīng)基礎(chǔ)。
進(jìn)一步分析解析了學(xué)生知識(shí)建構(gòu)的機(jī)制，發(fā)現(xiàn)在講授之前的自學(xué)階段，從MFC解碼出來(lái)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)全局結(jié)構(gòu)與原有知識(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)顯著不同，但是每個(gè)知識(shí)片段的邊界并未改變，表明學(xué)生自學(xué)優(yōu)先處理了知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的全局結(jié)構(gòu)，但是并未處理知識(shí)片段的邊界細(xì)節(jié)。在之后的講授階段，不僅從MFC解碼出來(lái)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)全局結(jié)構(gòu)在個(gè)體之間出現(xiàn)很大的差異，而且每個(gè)知識(shí)片段的邊界位置也發(fā)生了改變，表明教師講授優(yōu)先促進(jìn)了學(xué)生對(duì)知識(shí)片段的局部再分割�？梢�(jiàn)，在混合教學(xué)模式中，學(xué)生的知識(shí)建構(gòu)可能在講授之前的自學(xué)階段就已開(kāi)始，但講授階段對(duì)其起到了顯著的促進(jìn)作用，表現(xiàn)為從優(yōu)先處理知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的全局屬性轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)先處理知識(shí)片段的局部屬性。
4. 課前預(yù)習(xí)比課后練習(xí)更有效
為檢驗(yàn)混合教學(xué)模式中教學(xué)順序?qū)χR(shí)建構(gòu)的影響，我們進(jìn)一步對(duì)比了“先自學(xué)后講授” (LH) 與“先講授后自學(xué)”(HL) 兩種混合教學(xué)模式。結(jié)果顯示，在HL模式的講授后自學(xué)階段，雖然學(xué)生的MFC也進(jìn)行了知識(shí)建構(gòu)，但其僅體現(xiàn)了對(duì)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)全局屬性的優(yōu)先處理，缺少對(duì)知識(shí)片段局部屬性的加工。更為重要的是，HL模式下MFC知識(shí)建構(gòu)的強(qiáng)度與學(xué)習(xí)成績(jī)未出現(xiàn)顯著相關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)表明，如果自學(xué)發(fā)生在教師講授之前，學(xué)生能更有效地利用先驗(yàn)知識(shí)框架，為后續(xù)的結(jié)構(gòu)化知識(shí)輸入建立認(rèn)知錨點(diǎn)，從而促進(jìn)知識(shí)建構(gòu)，提升學(xué)習(xí)成績(jī)，完成從全局屬性到局部屬性的轉(zhuǎn)變；但是沒(méi)有預(yù)習(xí)的講授和講授后練習(xí)則可能難以實(shí)現(xiàn)上述目的。
5. 師生大腦同步顯著促進(jìn)學(xué)生的知識(shí)建構(gòu)
為了進(jìn)一步考察教師在學(xué)生知識(shí)建構(gòu)過(guò)程中的作用，我們分析了師生間的神經(jīng)同步。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在混合教學(xué)模式下，當(dāng)教師的TPJ活動(dòng)領(lǐng)先于學(xué)生MFC的活動(dòng)8-10秒時(shí)，師生之間會(huì)出現(xiàn)顯著的時(shí)滯神經(jīng)同步，并且這種時(shí)滯神經(jīng)同步水平與學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)顯著正相關(guān)，表明在學(xué)生的MFC成功完成知識(shí)建構(gòu)之前，教師的TPJ已經(jīng)對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了定向投射，師生跨腦區(qū)的時(shí)滯神經(jīng)同步促進(jìn)了學(xué)生的個(gè)性化知識(shí)建構(gòu)。可見(jiàn)，即便知識(shí)建構(gòu)發(fā)生在學(xué)生的大腦皮層，但是仍然離不開(kāi)教師的有效教學(xué)。教師的引導(dǎo)作用仍然不可或缺。
6. 對(duì)教學(xué)實(shí)踐的啟示
本研究在真實(shí)課堂教學(xué)情境下驗(yàn)證了大腦皮層快速學(xué)習(xí)系統(tǒng)在學(xué)生知識(shí)建構(gòu)中的核心作用，闡明了有效教學(xué)促進(jìn)學(xué)生知識(shí)建構(gòu)的內(nèi)隱認(rèn)知機(jī)制及其神經(jīng)基礎(chǔ)。這些發(fā)現(xiàn)不僅對(duì)于教育神經(jīng)科學(xué)的理論構(gòu)建具有重要意義，而且也為教育教學(xué)實(shí)踐提供了重要啟示。具體而言：
（1）混合教學(xué)的結(jié)構(gòu)化革新：采用“低結(jié)構(gòu)化自學(xué)→高結(jié)構(gòu)化講授”的有序雙階段教學(xué)設(shè)計(jì)，有助于為知識(shí)建構(gòu)搭建兼顧全局屬性和局部屬性的加工橋梁。例如，可以在講授新課前，預(yù)留10-15分鐘引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)口頭復(fù)述、畫(huà)思維導(dǎo)圖等方式自主激活先驗(yàn)圖式。
（2）預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)并重：以往教學(xué)實(shí)踐對(duì)課后復(fù)習(xí)和完成作業(yè)強(qiáng)調(diào)較多，本研究則提示，有效的預(yù)習(xí)可能與完成作業(yè)同樣重要，甚至前者在促進(jìn)有效教學(xué)方面具有更加獨(dú)特的價(jià)值。
（3）知識(shí)加工的階段適配：遵循“整體優(yōu)先→局部深化”建構(gòu)規(guī)則，可以在教學(xué)初期通過(guò)概念地圖等工具促進(jìn)全局網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，后期采用精細(xì)編碼策略（如分段講解、對(duì)比分析）強(qiáng)化知識(shí)邊界劃分。
（4）利用好教學(xué)互動(dòng)的神經(jīng)同步窗口：教師可以抓住“8-10秒”的神經(jīng)引導(dǎo)窗口，在關(guān)鍵概念講解前，提供前置提示 (pre-cueing) 或類比引導(dǎo) (analogical scaffolding)，以增強(qiáng)師生間的神經(jīng)同步，為神經(jīng)層面的知識(shí)投射建構(gòu)通道。
該論文第一作者馮小丹是北京師范大學(xué)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在讀博士生，博士生徐昕然、蔣嘉浩，已畢業(yè)碩士生孟兆楠為共同作者，通訊作者為盧春明教授。北京師范大學(xué)教育學(xué)部裴淼教授和鄭永和教授也對(duì)研究做出了重要貢獻(xiàn)。感謝研究過(guò)程中眾多同行的大力支持和無(wú)私幫助，以及選修課程的同學(xué)們的參與。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究課題 (62293550, 62293551) 的資助。
論文鏈接
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202416610
無(wú)論是對(duì)人類個(gè)體的認(rèn)知能力發(fā)展還是對(duì)整個(gè)社會(huì)的文明演進(jìn)來(lái)說(shuō)，課堂教學(xué)都發(fā)揮著不可替代的獨(dú)特作用。正如著名教育思想家夸美紐斯 (John Amos Comenius) 所言，“年輕人最好還是在班級(jí)里一起上課”。然而，課堂教學(xué)過(guò)程中究竟發(fā)生了什么？如何“教”和“學(xué)”才是有效的？“教”與“學(xué)”如何相互影響？以往的傳統(tǒng)教育理論多基于經(jīng)驗(yàn)推演和個(gè)人思辨，而大量的認(rèn)知神經(jīng)實(shí)證研究又局限于嚴(yán)格控制的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下人類個(gè)體或動(dòng)物的學(xué)習(xí)，與課堂教學(xué)大相徑庭。因此，幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，有效課堂教學(xué)的底層機(jī)理并不清楚。
維特洛克的生成學(xué)習(xí)理論指出，學(xué)生會(huì)在有限的時(shí)間和注意范圍內(nèi)，把新舊知識(shí)“拼接”進(jìn)已有知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整知識(shí)片段的邊界及其相互關(guān)系，形成更深層次的理解。因此，有效教學(xué)的核心可能在于促進(jìn)學(xué)生的知識(shí)建構(gòu)。然而，課堂教學(xué)能否真正為這種“知識(shí)建構(gòu)”提供足夠空間？以往的教育界一直存在爭(zhēng)論。一部分觀點(diǎn)認(rèn)為，課堂教學(xué)時(shí)間有限，教學(xué)主要停留在知識(shí)傳遞層面；另一部分研究則發(fā)現(xiàn)，合理的教學(xué)設(shè)計(jì)可以在有限時(shí)間內(nèi)促進(jìn)知識(shí)建構(gòu)。這兩種觀點(diǎn)催生了兩種截然不同的教學(xué)模式：一是直接講授，即教師以高結(jié)構(gòu)化的方式講解內(nèi)容，學(xué)生被動(dòng)接收知識(shí)(H-only)；二是混合教學(xué)，即將低結(jié)構(gòu)化教學(xué)（學(xué)生自主探究）與高結(jié)構(gòu)化教學(xué)（教師講授）相結(jié)合(LH, Low-to-High structured teaching)，學(xué)生先在課堂上回憶和自學(xué)，再接收教師的系統(tǒng)講授。盡管這兩種教學(xué)模式都得到廣泛應(yīng)用，但其背后的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制并不清楚。
1. 建立了可開(kāi)展20人以上真實(shí)課堂教學(xué)認(rèn)知神經(jīng)機(jī)理研究的腦智教室以及相應(yīng)的方法體系
為解決以上問(wèn)題并檢驗(yàn)不同教學(xué)模式的內(nèi)隱認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制，盧春明課題組長(zhǎng)期聚焦自然場(chǎng)景下人際互動(dòng)的理論和方法研究，形成了獨(dú)特的教育神經(jīng)科學(xué)研究理論框架和方法體系。近年來(lái)，與北京師范大學(xué)教育學(xué)部聯(lián)合，共同開(kāi)發(fā)了可開(kāi)展20人以上真實(shí)課堂教學(xué)認(rèn)知神經(jīng)機(jī)理研究的腦智教室以及相應(yīng)的方法體系，能夠在真實(shí)、自然的課堂教學(xué)過(guò)程中同時(shí)采集和分析師生的大腦活動(dòng)、音視頻、文本以及認(rèn)知行為等多模態(tài)數(shù)據(jù)，深度解析課堂情景下的真實(shí)教與學(xué)。這一技術(shù)平臺(tái)和方法體系的建立將為教育神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展帶來(lái)重要契機(jī)。
在本研究中，課題組充分發(fā)揮該平臺(tái)和方法的優(yōu)勢(shì)，以真實(shí)的大學(xué)課堂為場(chǎng)景，解析并比較了自學(xué)+講授的混合 (LH) 和傳統(tǒng)的講授 (H-only) 兩種教學(xué)模式。在混合教學(xué)模式中，學(xué)生先通過(guò)回憶(recalling) 進(jìn)行自學(xué)，然后聆聽(tīng)教師講授(lecturing)；在傳統(tǒng)講授模式中，只包含教師的講授。
圖1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
2. 先自學(xué)再教學(xué)的混合教學(xué)模式有效促進(jìn)了學(xué)生的知識(shí)建構(gòu)
結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)和表征相似性分析發(fā)現(xiàn)，在相同的講授環(huán)節(jié)，混合教學(xué)模式下的學(xué)生通過(guò)額中回 (MFC) 對(duì)知識(shí)進(jìn)行表征，且該神經(jīng)表征與最終的學(xué)習(xí)成績(jī)顯著相關(guān)；而在單純講授模式下，學(xué)生則主要通過(guò)顳頂聯(lián)合區(qū) (TPJ) 進(jìn)行知識(shí)表征。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，在混合教學(xué)模式下，學(xué)生的MFC通過(guò)重新切割知識(shí)片段，改變了知識(shí)片段的邊界，構(gòu)建了新的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；而在單純講授教學(xué)模式下，TPJ對(duì)知識(shí)的表征仍遵循原始知識(shí)結(jié)構(gòu)，沒(méi)有進(jìn)行重新建構(gòu)。這些結(jié)果表明，混合教學(xué)模式下的自學(xué)可能激活了學(xué)生已有的先驗(yàn)知識(shí)（如先驗(yàn)圖式），從而在教師講授的的有限時(shí)間內(nèi)，通過(guò)MFC實(shí)現(xiàn)了快速的知識(shí)建構(gòu)，并顯著提升了學(xué)習(xí)效果。因此，以MFC為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的大腦皮層快速學(xué)習(xí)系統(tǒng)可能是有效教學(xué)促進(jìn)學(xué)生知識(shí)建構(gòu)的神經(jīng)基礎(chǔ)。
圖2 混合教學(xué)促進(jìn)了知識(shí)建構(gòu)
3. 學(xué)生自學(xué)優(yōu)先處理知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的全局結(jié)構(gòu)，教師講授優(yōu)先促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)片段的局部分割進(jìn)一步分析解析了學(xué)生知識(shí)建構(gòu)的機(jī)制，發(fā)現(xiàn)在講授之前的自學(xué)階段，從MFC解碼出來(lái)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)全局結(jié)構(gòu)與原有知識(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)顯著不同，但是每個(gè)知識(shí)片段的邊界并未改變，表明學(xué)生自學(xué)優(yōu)先處理了知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的全局結(jié)構(gòu)，但是并未處理知識(shí)片段的邊界細(xì)節(jié)。在之后的講授階段，不僅從MFC解碼出來(lái)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)全局結(jié)構(gòu)在個(gè)體之間出現(xiàn)很大的差異，而且每個(gè)知識(shí)片段的邊界位置也發(fā)生了改變，表明教師講授優(yōu)先促進(jìn)了學(xué)生對(duì)知識(shí)片段的局部再分割�？梢�(jiàn)，在混合教學(xué)模式中，學(xué)生的知識(shí)建構(gòu)可能在講授之前的自學(xué)階段就已開(kāi)始，但講授階段對(duì)其起到了顯著的促進(jìn)作用，表現(xiàn)為從優(yōu)先處理知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的全局屬性轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)先處理知識(shí)片段的局部屬性。
圖3 知識(shí)建構(gòu)是一個(gè)由整體加工逐步向局部加工轉(zhuǎn)變的過(guò)程
4. 課前預(yù)習(xí)比課后練習(xí)更有效
為檢驗(yàn)混合教學(xué)模式中教學(xué)順序?qū)χR(shí)建構(gòu)的影響，我們進(jìn)一步對(duì)比了“先自學(xué)后講授” (LH) 與“先講授后自學(xué)”(HL) 兩種混合教學(xué)模式。結(jié)果顯示，在HL模式的講授后自學(xué)階段，雖然學(xué)生的MFC也進(jìn)行了知識(shí)建構(gòu)，但其僅體現(xiàn)了對(duì)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)全局屬性的優(yōu)先處理，缺少對(duì)知識(shí)片段局部屬性的加工。更為重要的是，HL模式下MFC知識(shí)建構(gòu)的強(qiáng)度與學(xué)習(xí)成績(jī)未出現(xiàn)顯著相關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)表明，如果自學(xué)發(fā)生在教師講授之前，學(xué)生能更有效地利用先驗(yàn)知識(shí)框架，為后續(xù)的結(jié)構(gòu)化知識(shí)輸入建立認(rèn)知錨點(diǎn)，從而促進(jìn)知識(shí)建構(gòu)，提升學(xué)習(xí)成績(jī)，完成從全局屬性到局部屬性的轉(zhuǎn)變；但是沒(méi)有預(yù)習(xí)的講授和講授后練習(xí)則可能難以實(shí)現(xiàn)上述目的。
圖4 課前預(yù)習(xí)比課后練習(xí)更有效
5. 師生大腦同步顯著促進(jìn)學(xué)生的知識(shí)建構(gòu)
為了進(jìn)一步考察教師在學(xué)生知識(shí)建構(gòu)過(guò)程中的作用，我們分析了師生間的神經(jīng)同步。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在混合教學(xué)模式下，當(dāng)教師的TPJ活動(dòng)領(lǐng)先于學(xué)生MFC的活動(dòng)8-10秒時(shí)，師生之間會(huì)出現(xiàn)顯著的時(shí)滯神經(jīng)同步，并且這種時(shí)滯神經(jīng)同步水平與學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)顯著正相關(guān)，表明在學(xué)生的MFC成功完成知識(shí)建構(gòu)之前，教師的TPJ已經(jīng)對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了定向投射，師生跨腦區(qū)的時(shí)滯神經(jīng)同步促進(jìn)了學(xué)生的個(gè)性化知識(shí)建構(gòu)。可見(jiàn)，即便知識(shí)建構(gòu)發(fā)生在學(xué)生的大腦皮層，但是仍然離不開(kāi)教師的有效教學(xué)。教師的引導(dǎo)作用仍然不可或缺。
圖5 師生神經(jīng)同步對(duì)學(xué)生知識(shí)建構(gòu)具有促進(jìn)作用
6. 對(duì)教學(xué)實(shí)踐的啟示
本研究在真實(shí)課堂教學(xué)情境下驗(yàn)證了大腦皮層快速學(xué)習(xí)系統(tǒng)在學(xué)生知識(shí)建構(gòu)中的核心作用，闡明了有效教學(xué)促進(jìn)學(xué)生知識(shí)建構(gòu)的內(nèi)隱認(rèn)知機(jī)制及其神經(jīng)基礎(chǔ)。這些發(fā)現(xiàn)不僅對(duì)于教育神經(jīng)科學(xué)的理論構(gòu)建具有重要意義，而且也為教育教學(xué)實(shí)踐提供了重要啟示。具體而言：
（1）混合教學(xué)的結(jié)構(gòu)化革新：采用“低結(jié)構(gòu)化自學(xué)→高結(jié)構(gòu)化講授”的有序雙階段教學(xué)設(shè)計(jì)，有助于為知識(shí)建構(gòu)搭建兼顧全局屬性和局部屬性的加工橋梁。例如，可以在講授新課前，預(yù)留10-15分鐘引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)口頭復(fù)述、畫(huà)思維導(dǎo)圖等方式自主激活先驗(yàn)圖式。
（2）預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)并重：以往教學(xué)實(shí)踐對(duì)課后復(fù)習(xí)和完成作業(yè)強(qiáng)調(diào)較多，本研究則提示，有效的預(yù)習(xí)可能與完成作業(yè)同樣重要，甚至前者在促進(jìn)有效教學(xué)方面具有更加獨(dú)特的價(jià)值。
（3）知識(shí)加工的階段適配：遵循“整體優(yōu)先→局部深化”建構(gòu)規(guī)則，可以在教學(xué)初期通過(guò)概念地圖等工具促進(jìn)全局網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，后期采用精細(xì)編碼策略（如分段講解、對(duì)比分析）強(qiáng)化知識(shí)邊界劃分。
（4）利用好教學(xué)互動(dòng)的神經(jīng)同步窗口：教師可以抓住“8-10秒”的神經(jīng)引導(dǎo)窗口，在關(guān)鍵概念講解前，提供前置提示 (pre-cueing) 或類比引導(dǎo) (analogical scaffolding)，以增強(qiáng)師生間的神經(jīng)同步，為神經(jīng)層面的知識(shí)投射建構(gòu)通道。
該論文第一作者馮小丹是北京師范大學(xué)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在讀博士生，博士生徐昕然、蔣嘉浩，已畢業(yè)碩士生孟兆楠為共同作者，通訊作者為盧春明教授。北京師范大學(xué)教育學(xué)部裴淼教授和鄭永和教授也對(duì)研究做出了重要貢獻(xiàn)。感謝研究過(guò)程中眾多同行的大力支持和無(wú)私幫助，以及選修課程的同學(xué)們的參與。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究課題 (62293550, 62293551) 的資助。
論文鏈接
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202416610
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