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提高基础教育质量的脑科学机制研究中期检查报告

2019年12月16日11:07来源:

一、研究进展情况

主要内容:

项目预计最终发表10篇以上颁厂厂颁滨以上的论文,其中至少有5篇以上发表在厂厂颁滨/厂颁滨期刊上。课题组目前已达到指标要求,共发表11篇标注本课题的厂厂颁滨/厂颁滨期刊论文,5篇核心期刊论文。此外,还完成一部论着和一套译丛。

具体来说,子课题一完成1套译丛和2篇颁厂厂颁滨期刊论文;子课题2完成一部论着;子课题3完成2篇厂厂颁滨/厂颁滨期刊论文和1篇颁厂厂颁滨权威础期刊论文;子课题4完成3篇厂厂颁滨/厂颁滨期刊论文;子课题5完成5篇厂厂颁滨/厂颁滨期刊论文和2篇国内核心期刊论文。

②调查研究及学术交流情况

完成多模态调研数据的收集,包括:

(1)已完成基础教育情境下脑电和生理数据的采集;并已完成包括脑电、心率、皮电和视频音频同时采集的教学情境实验平台,所用设备均为便携版本,可以实现在基本不影响教学过程的情况下对中学生及老师的全面数据采集。目前该平台已经顺利在某中学实现规范化数据采集操作,完成了一学期的200名学生总计4周的数据采集。

(2)完成多人脑电与生理数据分析。已有探索分析包括两个部分:一是分析方法在实验室控制实验下的性能测试,我们对已有多人脑电与生理数据分析方法进行了系统性的文献梳理,并开展了部分方法探索,在测量学生注意力、情绪状态、创造力等关键认知指标上积累了方法技术,特别是其中对情绪状态的分析方法创新性地提出了多人脑电联合分析的思路,并得到了不错的实验结果;二是对平台所采集数据有效性的验证分析,我们对心率、皮电等数据的初步个体化分析展示了平台数据的有效性。具体介绍见发表成果部分。

(3)基础教育阶段训练产生效果的评估,对144位参加测试儿童进行多方面行为数据的收集,讨论珠心算对工作记忆的影响。

积极参加国内外学术会议和学术交流。例如参加2019年6月9-13日在意大利罗马召开的翱贬叠惭(国际脑图谱)会议;参加2019年3月23-26日在美国旧金山召开的颁狈厂(认知神经科学)会议;国内2018年心理学大会等。

积极开展国际合作,与加州大学旧金山分校(鲍颁厂贵)、美国范德堡大学等机构展开合作,并发表论文。

③成果宣传推介情况

对课题的各项研究成果进行多方位宣传和推广:(1)以微信方式在华东师范大学心理学院公众号、华东师范大学教育学部公众号、浙江大学物理学系公众号等平台宣传成果,并得到广泛关注;(2)在领域内的专业会议中宣讲成果,包括美国认知神经科学年会(CNS)、国际脑图谱联盟会议(OHBM)、美国电气工程协会生物医学工程(IEEE EMBS)等国际会议,以及中国心理学年会、普通心理学和实验心理学年会等国内高水平会议;(3)在各高校主办的学术活动中报告研究成果,包括清华大学、浙江大学、华东师范大学、西南大学、中山大学等;(4)被《北京日报》、《北京晨报》、《凤凰新闻》等媒体转载报道研究成果。下阶段将进一步加强对研究成果的转化应用,争取在教育领域实施和推广研究成果。

二、研究成果情况

主要内容:

① 代表性成果介绍(*通讯作者)

1. Chunjie Wang, Tianyong Xu, Fengji Geng, Yuzheng Hu*, Yunqi Wang, Huafeng Liu, Feiyan Chen*. (2019) Training on abacus-based mental calculation enhances visuospatial working memory in children. Journal of Neuroscience. (inpress,SCI收录,Nature Index Journal,影响因子5.971,社科重大为第一标注) 在这项研究中,一共有144位儿童参加测试。研究发现,在数学能力测试和视空间工作记忆能力测试中,珠心算练习儿童的绩效显著高于对照组,但是在瑞文标准推理测试中,没有明显的差别;在完成视空间任务时,我们发现珠心算儿童的脑激活程度明显高于对照组;更有趣的是,在考察数学能力、视空间工作记忆和右侧额中回激活三者的关系时,我们发现右侧额中回的激活起了调节作用。该研究表明右侧额中回可能在珠心算的迁移效应中起到重要的作用。

2. Xie, Y., Weng, J., Wang, C., Xu, T., Peng, X., & Chen, F. * (2018). The impact of long-term abacus training on modular properties of functional brain network. NeuroImage, 183, 811–817. http://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2018.08.057 (SCI收录,影响因子5.426,社科重大为第一标注) 这项研究,有162名儿童参与实验,其中90名儿童有1-5年的珠心算学习经历。研究发现,经过珠心算学习的儿童,他们的视觉网络显示出更高的局部效率和更强的模块内连接;而带状盖(CON)网络的局部效率和模块内的连接强度则较对照组儿童明显减弱。更有趣的是,我们发现带状盖的局部效率与珠心算儿童的数学能力呈负相关,带状盖的模块内连接强度也与珠心算儿童的数学能力呈负相关。而对照组则没有类似的想象。也就是说,珠心算练习能够调节视觉网络和带状盖的局部效率和模块内连接强度。

3. 王思思, 库逸轩*. (2018). 右侧背外侧前额叶在视觉工作记忆中的因果性作用. 心理学报, 50(7), 727–738. http://doi.org/10.3724/SP.J.1041.2018.00727 (权威A类期刊,第一标注) 本文采用经颅电刺激右侧背外侧前额叶,发现工作记忆的潜力越高的人在接受电刺激之后工作记忆容量的提高越多,说明教育需要有更强的针对性,要因材施教。

4. Wang, S., Itthipuripat, S., & Ku, Y. * (2019). Electrical stimulation over human posterior parietal cortex selectively enhances the capacity of visual short-term memory. Journal of Neuroscience, 39(3), 528–536. (SCI收录,Nature Index Journal,影响因子5.971,社科重大为第一标注) 本文基于课题组所搭建的无创脑干预平台,进行数据采集和有效性验证工作,我们的研究发现对顶叶皮层进行无创经颅电刺激,会提高被试工作记忆的容量,为提升教育质量奠定了坚实的认知和心理基础。

5. Zhang, Y., Wang, Y., & Ku, Y. * (2018). Hypnotic and non-hypnotic suggestion to ignore pre-cues decreases space-valence congruency effects in highly hypnotizable individuals. Consciousness and Cognition, 65, 293–303. http://doi.org/10.1016/j.concog.2018.09.009 (SSCI收录,影响因子2.272,社科重大为第一标注) 本文基于课题组所搭建的无创脑干预平台,通过催眠抑制被试的自动化加工过程,发现高催眠易感性人群,在催眠暗示组和非催眠暗示组,箭头的启动效应都被抑制了,为提升教育质量提供了另一种可能的方法。

6. Zhang, Y.*, Qin, F., Liu, B., Qi, X., Zhao, Y., & Zhang, D.* (2018). Wearable Neurophysiological Recordings in Middle-School Classroom Correlate With Students' Academic Performance. Frontiers in Human Neuroscience, 12, 1–8. http://doi.org/10.3389/fnhum.2018.00457 (SCI收录,影响因子2.871,社科重大为第一标注) 本文为课题组所搭建多人脑电实验平台的首次数据有效性验证工作。我们运用腕部佩戴式心率与皮电测量设备在初中数学和语文课堂教学过程中连续采集了100名学生十天的生理数据,发现皮肤电响应与其学业成就的显著相关关系。该相关关系在控制了学生每堂课后的主观报告后依然存在,表明了生理数据可以提供独立于主观报告之外的额外信息。这一结果初步展示了实验平台测量数据的有效性,为后续开展多人脑电研究打下了基础。

7. Han, W., Zhang, M., Feng, X., Gong, G., Peng, K., & Zhang, D.* (2018). Genetic influences on creativity: an exploration of convergent and divergent thinking. PeerJ, 6(3), e5403–18. http://doi.org/10.7717/peerj.5403 (SCI收录,影响因子2.118,社科重大为第一标注) 本文在大学生群体上探索了基因表达与创造力的关系。在321人的大学生样本中,我们通过同时测试他们的创造力测验得分和18个创造力关键认知能力相关的基因位点。特别的,我们将创造力能力细分为发散性思维能力和聚敛性思维能力,发现了它们对应不同的基因表达:KATNAL2的rs2576037位点与发散性思维能力相关,而COMT的rs5993883位点、SNAP25的rs362584位点与聚敛性思维能力相关。因为创造力在学习中扮演关键角色,该研究为进一步开展学生脑机制研究提供了创造力的基因测量方法与模型。

叁、下一步研究计划

继续依照项目申请书中设立的总目标,以及各子课题的计划实施课题研究。同时,进一步完善现有框架,适度扩大研究内容。如,在条件允许的情况下,加强核心素养等其他方面的研究。此外,将组织领域内专家召开讨论会,对已取得的成果做报告并进行评估,并对今后进一步完善研究计划和方案进行讨论。

课题组供稿&苍产蝉辫;

(责编:孙爽、艾雯)