tDCS提高学生数学能力的研究进展

【研究背景】

数学作为基础学科,无论是在小学、初中、高中、乃至大学,都具有非常重要的地位。那么要学好数学,需要具备什么样的能力呢?有两项非常重要的能力,一是复杂问题的计算能力(例如小学时的四则混合运算,中学时的三角函数、数列问题,大学时的微积分等),二是对所学过知识的信息检索能力(比如我们小学都背过的九九乘法表,当看到数字相乘时,会自然的回忆对应的口诀)。

数学成绩优秀的学生,这两方面能力都非常强。表现在学习上,就是课堂学习效率极高,老师讲的知识当堂消化;考试中,题目做得又快又准。就是有些家长说的:平时也没觉得他学习多认真,但是每次考试成绩总能排在前三。

【研究进展】

来自伦敦大学、瑞士苏黎世大学医学院的研究团队,在《Brain Stimulation》上发表的研究报告显示,利用tDCS技术,采用正确的干预方式,可以同时提高学生的复杂问题计算能力及信息检索能力。

【对比试验】

将48名参与试验的学生,随机分为试验组和对照组。试验组方案为1mA、30分钟,对照组在给予30秒刺激后即刻停止。第一个试验,复杂问题计算能力,试验方案如下图所示:

第一步:学生凝视屏幕,保持呼吸均匀,并将注意力集中在屏幕上;

第二步:屏幕上出现一道复杂计算题(四则混合运算),5秒后题目消失;

第三步:屏幕上出现一组连续的数字,其中包含上一步题目的答案,如答案是35,出现的数字是903567,1.5秒后数字消失;

第四步:屏幕上出现几个数字,来自上一步数字组合,如90、35、67,每个数字对应一种颜色,学生需要在1秒内选择出正确的答案;

第五步:全部测试完成后,记录最后成绩。

第二个试验,信息检索能力。(分两组对比测试)

对比测试一

试验步骤和第一个试验完全相同,但是在每完成一道题后,增加了检查环节,学生要确认自己选择的答案。

对比试验二

第一步:学生先以第一个试验的方式,完成40道复杂计算题;

第二步:从刚刚完成的40道题中,随机抽签24道,作为第二个试验的测试用题;

第三步:将24道题目分8组,每组3道题,每完成一组题目有7秒的检查时间;

第四步:全部测试完成后,记录最后成绩。

【结果分析】

第一个试验结果如上图所示,其中紫色柱子代表试验组(tDCS干预)数据,蓝色代表对比组(tDCS伪刺激)数据。

左边是4组测试的评价用时,可以看出试验组(tDCS干预)用时明显比对比组(tDCS伪刺激)短;

右图为每组测试的平均正确率,可以看出每次测试中,试验组(tDCS干预)正确率明显比对比组(tDCS伪刺激)高。

第二个试验结果如上图所示,左边是对比试验一的两组正确率数据、右边是对比试验二两组正确率的数据,可以可以看出每次测试中,试验组(tDCS干预)正确率明显比对比组(tDCS伪刺激)高。

如上图所示,fMRI检查发现,tDCS干预后,相应脑区神经网络被激活。

【研究结论】

上面的研究表明,tDCS干预后,显著缩短了计算用时、同时提高了学生的计算正确率,同时fMRI检查也表明,tDCS干预后,相应脑区神经网络被激活,提供了神经影像学方面的证据。

综上所属,通过tDCS干预,可以显著提高学生复杂问题计算能力(表现为计算用时缩短)和信息检索能力(表现为正确率的提升)。

【参考文献】

Neurocognitive Effects of Transcranial Direct Current Stimulation in Arithmetic Learning and Performance: A Simultaneous tDCS-fMRI Study

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