有效互动学习的神经基础：基于师生之间大脑同步的研究

Most of human learning emerge as the interactions with others, which entail the activities of lecturing and observation, demonstration and imitation, feedback and modification between the instructor and the learner. How these interactive activities affect learning remains poorly understood. Recent neuroimaging studies have demonstrated the interpersonal brain synchronization (IBS) during social interactions; As an extension to these studies, the current project will investigate (i) the contexts in which the IBS occurs between the instructor and the learner, and (ii) the factors that affect the occurrences of the IBS. Specifically, we will use the functional near infrared spectroscopy – based hyperscanning technique to simultaneously record the brain activities from both the instructor and the learner. In Study 1, we will focus on the IBS between the instructor and the learner and its relationship with learning scheme (Experiment 1), learning task (Experiment 2), and learning type (Experiment 3); In Study 2, we will investigate the instructor-induced IBS and its relationship with learning, involving the instructor’s lecturing (Experiment 4), demonstration (Experiment 5), and feedback (Experiment 6); In Study 3, we will explore the learner-induced IBS and its relationship with learning, involving the learner's observation (Experiment 7), imitation (Experiment 8), and modification (Experiment 9). This project will not only reveal the characteristics (e.g., contextuality, adaptability, and purposiveness) of IBS between the instructor and learner, sharpening our understanding of the interactive nature of human learning, but also provide implications for efficient learning and teaching.

人类大多数学习是以互动形式来完成的；这包括师生之间的讲解和观察、示范和模仿、反馈和修正等。这些活动如何影响学习呢？已有研究发现，互动可以通过人际大脑同步来观察；在此基础上，本项目将探讨师生之间大脑同步的发生场合和引发因素。具体来说，采用基于近红外成像的多脑实验范型，同时记录教师和学生的脑活动并加以分析；在研究一，探讨师生脑同步与学习方式（实验1）、学习任务（实验2）、学习类型（实验3）的关系；在研究二，探讨教师引发的脑同步及其对学习的影响，这涉及讲解（实验4）、示范（实验5）和反馈（实验6）；在研究三，探讨学生引发的脑同步及其对学习的作用，这涉及观察（实验7）、模仿（实验8）和修正（实验9）。通过上述三个研究，项目将揭示师生大脑交流的情境性、适应性和目的性，深入理解人类学习的互动实质，为促进高效率学习和教学提供科学建议。

互动学习是学生通过与教师的交互活动，获得知识和经验的过程。目前有关互动学习的实证性资料，尤其是脑层面的研究证据，十分欠缺。已有研究发现了互动学习活动中的师生脑同步现象。在此基础上，本项目基于互动脑假说，进一步观察师生脑同步发生场合及引发因素，主要探讨脑同步与不同学习（研究一）、脑同步与教师活动（研究二）、脑同步与学生活动（研究三）的关系。.在脑同步与不同学习的关系上，互动学习能引发双侧额下皮层的师生脑同步，后者在部分学习（相比整体学习）中更强，且能正向预测学习成绩。同时，受喜爱学习材料（相比不受喜爱的）能引发更强的生生脑同步，后者与学习意愿正相关。此外，学生观察者和教师被观察者的脑同步可预测学生观察过程中的音乐情感变化。.在脑同步与教师活动的关系上，在教师使用支架策略（相比解释策略）时，师生之间前额叶出现更大脑同步，该脑同步与学习效果正相关。同时，在教师给予精细反馈（相比简单反馈）时，额叶、顶叶的师生脑同步更强，顶叶的师生脑同步可以预测学习迁移。进一步，在学生观察学习与直接学习同样有效时，师生脑同步越强、生生脑同步越弱，学习效果越好。.在脑同步与学生活动的关系上，学生经历睡眠剥夺（相比正常睡眠）后，额叶的师生脑同步更强，该脑同步与学习效果正相关。学生在三人学习活动中达成一致（相比不一致）时，脑同步更强，该脑同步可预测群体学习效果。进一步，师生在同时接受6Hz、同相位电刺激（相比12HZ、不同相位）后，出现更多动作同步，后者部分中介了双脑电刺激对学习表现的影响。.上述发现，在理论上初步揭示了有效互动学习的神经基础，有助于理解互动学习的实质特征；这为建构动态的师生、生生交互模型，提供强有力的神经科学知识基础。项目发表论文17篇（第一标注10篇，第二标注7篇），其中，中科院1区期刊6篇；培养学习与脑科学研究方向的博士4人，其中1人现为浙江大学百人计划研究员、博导。