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【脑科学进课堂】北师大MATLAB实验课与脑电的"亲密接触"
时间:2018-01-24 17:16:17

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学生在课堂上的脑电活动可以测量吗?

脑电数据有什么用?

可以告诉我们什么?


在北京师范大学Matlab课堂上,由2015级管理科学五位同学组成的课题小组借助探客柏瑞脑电测试仪进行了一个有趣的脑电波测试:在两堂课上实时记录同学们的脑电数据,并且分析两次脑电实验同步的课堂录音,与实际情况进行对比,进而得出关于注力变化与课堂内容相关的实验结果


数据处理分为单人数据分析、多人数据对比,脑科学与课堂的碰撞得出了很多对老师和同学都颇具启发意义的结论。


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WJ同学截取了自己上课时的三段脑电波数据。首先是对第一段脑电数据的分析:


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 (WJ同学第一段脑电数据)


专注力最高时段老师讲解的内容是 Matlab 中的符号运算和小牛喝水的例子。我分析猜测当时我的状态比较好有以下几个原因:

(1)老师在提到小牛喝水的问题时用到了很多类似“非常有趣”、“小牛非常非常渴”这样的语气词,引起了我听课的兴趣;

(2)小牛喝水的问题老师要求所有人自己动手操作,也会导致我重视这个题目;

(3)讲解符号运算时,将符号、字符串、函数句柄之间的转换互相对比着进行讲解,这一段的知识点比较密集,因此也会导致我的注意力很集中。


专注力状态较差时,老师在讲解“方程求解”一章中的投篮问题,当时老师点了一名同学起来谈他自己的想法。我认为当时我注意力比较低主要有以下两个原因:

(1)刚开始上课时从放松的状态进入紧张的学习状态需要一个过程,而我个人的自我调整能力不太好;

(2)老师点一名同学起来谈自己的想法,这段时间大部分是老师和那名同学互相的问答来回,我可能当时就比较容易走神,没有跟着老师的思路往下走。



专注力数据的最低值出现在临近下课的时间段。我认为注意力下降的原因有:

(1)临近下课,经过一节课神经紧张的状态,会下意识地提前开始放松;

(2)当时老师在讲解关于小牛喝水的扩充问题,光型最速问题,我对补充的难度稍高的问题的注意力不会比课内要求掌握的知识点的注意力更高。



用同样方法对比第二、三段脑电数据,并横向对比自己状态较好和较差的时间段,WJ同学得出结论:


通过板书讲解比通过 PPT 讲解更容易吸引学生的注意力和锻炼思维能力;

口头强调知识点的重要性和难度能给学生心理暗示,促进认真听讲;

连堂课程在第一节课讲述的知识,学生接受程度更好;

学生注意力普遍最集中于 45 分钟课堂的 10~30 分钟之间;

诙谐幽默的语气有利于调节课堂气氛,进入下一阶段的学习。


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(WJ同学一、二、三段脑电数据)


除个人脑电波数据分析之外,同学们还进行了多人脑电数据比对。WJ、ZNN、LZH三位同学的脑电数据显示他们在同一时间段出现了相似波动,几乎在同一时间点出现了不同程度的专注力升高或下降。


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综合来看,在进行该段授课时,三人脑电波均值都在 1 附近,处于比较稳定且正常的位置,而且波动相似,说明老师在讲授本节内容时,属于偏正常的授课,所以三人波动没有太大差异且都较平稳。


整体专注力最高时段,老师提出了小牛喝水练习题,属于刚提出问题阶段,此阶段同学们的脑电有个普遍上升的过程。可见,对于新问题大家都开始认真思考, 并且开始解题。这说明老师上课时举用例子,并且让同学们自己思考的方式,着实有一定的效果,能让大家自主思考并学习。



整体专注力最低时段对应的是同学们自主思考环节,且有一定的时间。同学们在思考该问题时,如果问题过难,就会降低同学们的思考积极性。在这段时间里, 同学们由一开始的积极思索,渐渐懈怠下来,所以造成了同学们脑电波水平偏低。 这告诉我们,老师在提出问题后,一定要给恰当的时间让同学们思考,而不能给予过长的时间,不然就有可能造成懈怠。


同学们在实验总结中写道:


脑电测试不仅可以让大家了解到自己上课时的状态,还有助于老师根据同学们的情况进行授课调整,很有意义。

除此之外,还能清楚看到自己专注力变化情况,比如存在上课进入状态较慢,第二堂课集中程度较第一堂课明显下降等问题。通过了解自己的专注力特质,就能有针对性地去改善和提升,对个人进步也有相当大的帮助。

在未来,借助智能便利的可穿戴设备和国际先进的测评技术,脑科学将走进更多校园,通过对脑认知特质及神经反应特质的准确分析及追踪,实现更加高效的知识传递,用大脑数据打造智慧课堂,用洞见引领孩子们的成长。

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