脑间同步：师生课堂互动的最佳状态

郑

在课堂上，大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都做到了一个掌握，接受知识的能力和速度都远远高于平时。老师也通过学生的面部表情或言语反应感受到了他们的优秀配合，所以教学的流畅性大大提高，甚至讲了很多备课之外的推广内容。

这就是我们通常所说的“然而我感觉到神圣独角兽和谐的心跳”的状态。这种状态可以说是师生互动过程中知识传递的最佳状态。

这种最优状态是怎么形成的？通过对一线教育工作者的调查，很多老师都表示自己经历过类似的情况，能够感受到学生高度配合的帮助，甚至经常在课后回忆这种情况，以期待这种情况经常出现。但老师们也表示，这种状态并不多见，尤其是在一对多的大班里，或许在某段时间内只有某个学生有这种程度的配合。

如何更好的理解和运用这种状态？脑科学为我们提供了精确的研究方法。

教育神经科学:揭示师生大脑活动的新方法

以往的研究更多依靠行为科学和心理学的手段和工具来揭示教学规律。大脑是教育和学习的神经基础。如果只从行为层面去探究，大脑就像一个“黑匣子”，很难揭示其中蕴含的规律。

脑成像技术的成熟发展促进了认知神经科学的诞生，支持研究人员研究人脑的高级功能，阐明认知、行为与大脑的关系。认知神经科学被引入教育学，由此衍生出教育神经科学。它是一门横跨神经科学、教育学和心理学的新学科。它借助脑科学和心理学的研究方法，揭示教育教学过程的一般规律。

通过大脑同步，老师和学生可以产生联系。

早期的认知神经科学只能观察单个人的大脑活动，不利于研究多人的交互行为。新兴的超级扫描技术，又称多人脑成像技术(hyperscanning)，可以使用脑成像设备，如脑电图仪(EEG)、功能近红外光谱仪(fNIRS)等。，同时记录多人在进行同一项活动或任务时的大脑活动状态。研究者将这一研究范式引入教学互动研究，可以记录师生双方互动时的大脑活动，帮助我们更好地理解知识转移的大脑基础。

研究者用脑间同步的方法来描述师生互动的言语交流过程。脑间同步是指双方的大脑活动模式在时间和频率上相似。研究表明，在言语交际过程中，说话者和听话者在语言网络中具有相似的大脑活动模式，相似度越高，理解越好。这说明当演讲者和听众的大脑活动协调一致时，可以帮助他们进入“心与心”的状态。

好学生很容易和老师同步。

瑞士苏黎世大学医学院的Lisa Horb于2013年首次将超级扫描技术应用于教学领域，调查了17对师生在苏格拉底对话教学时的大脑机制。苏格拉底教学法是经典的教学范式，指的是互动教学法，即教师不直接给出答案，而是引导学生通过提问来回答和解决问题。

结果显示，成功学习组的学生前额叶的大脑活动模式与不成功学习组的学生不同。前者的激活水平相对较低，与老师的大脑活动模式一致；后者的激活度一直处于较高水平。这是因为成功学习组的学生已经具有较高水平的特定任务处理能力，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性分析，发现学习成功组的教师和学生的脑活动呈正相关，而学习不成功组的教师和学生的脑活动呈负相关。这表明，成功学习小组中教师和学生的大脑活动是同步的。

大脑同步与学生的课堂参与度正相关。

另一项研究从实验情境扩展到自然课堂教学。这项研究是由纽约大学的苏珊·迪克团队进行的。用便携式脑电图仪测量了12名高中生生物课上的脑活动。结果表明，学生的大脑同步可以预测他们在课堂上的参与程度。

同年，伦敦大学的Joyidip bhattacharya评论了Dick在当代生物学方面的研究。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扩展到自然情境中的研究，并在群体水平上建立了交互式大脑和行为之间的联系，这标志着认知神经科学领域的一个里程碑。但在本次实验中，师生之间的大脑同步并不能预测行为，这可能是由于实验中使用的便携式脑电设备样本量小、通讯时间短、准确率低造成的。

教师对学生知识水平的预测可以增强大脑同步性。

近年来，国内研究团队紧随其后，开展了师生互动的脑机制研究。北师大鲁春明教授的研究团队在国内首次采用脑科学的方法，为教育学理论提供了神经层面的证据支持。以近红外光学成像为基础，研究了超扫描(比脑电图设备空)技术，考察了60对师生的大脑同步性与教学效果的关系。研究发现，在实际的知识传递过程中，师生之间的大脑同步度越高，教学效果越好，说明师生在节奏一致的情况下是可以相互理解的。

此外，当教师提前10秒预测学生的知识水平时(这10秒对应师生问答时间)，教师的右侧颞顶叶结合部和学生的颞上回的脑活动会呈现显著的同步性，同步程度与教学效果呈正相关。结果表明，教师可以提前预测学生的答案，并根据答案准备后续问题。对教师知识水平的准确预测可以提高教学效果。在这项研究的基础上，另一项研究进一步揭示了休息时的大脑同步可以预测师生关系的质量，社会互动调节着这种关系连接的过程。

社交可以增强大脑同步。

与此同时，华东师范大学胡艺教授和李先春教授的研究团队也开展了一系列研究，探讨交互程度对学习效果的影响。一项基于近红外光学成像的研究记录了教师在教学生学习音乐和歌曲过程中的大脑活动。结果表明，在高度互动的学习策略条件下，双方在额下会有更高的大脑同步，学生的行为会更好。最近的一项研究发现，教学方法和学生的知识状况对沟通效果都有重要影响。在互动教学中，有先验知识的学生和老师在左前额叶皮层的脑活动同步性更高，表现更好。这些结果都表明，社会交往的程度影响着双方的学习效果。

脑科学在实践教学中的应用

上述系列研究摆脱了严格实验环境的限制，以超扫描范式在自然情境中开展教育神经科学研究，搭建了神经科学与实践教学活动的桥梁。该研究初步揭示了教育教学的一般规律，并得到了神经科学证据的支持。就像“然而我感受到了神圣独角兽和谐的心跳”，师生大脑同步越高，教学效果越好。具体来说，高质量的师生互动往往伴随着更好的大脑同步，最终影响学习成绩。

目前的研究趋势是将脑科学的成果应用到实际的教学过程中。虽然教育神经科学领域目前正处于蓬勃发展的状态，但在将研究成果转化为实际应用方面仍有差距。正如著名教育学和心理学家布鲁纳所指出的:“心理学、脑与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巨大的鸿沟”。

教育工作者应该抱着批判的精神，科学理性地对待脑科学的研究成果，正确运用神经科学的知识帮助改进教学方法，制定相关的教育政策。神经科学作为一门新兴的交叉学科，未来需要教育家、心理学家和脑科学专家的跨界合作与交流，才能迎来更好更健康的发展。