【研究背景】
數(shù)學(xué)作為基礎(chǔ)學(xué)科,無論是在小學(xué)、初中、高中、乃至大學(xué),都具有非常重要的地位。那么要學(xué)好數(shù)學(xué),需要具備什么樣的能力呢?有兩項(xiàng)非常重要的能力,一是復(fù)雜問題的計(jì)算能力(例如小學(xué)時(shí)的四則混合運(yùn)算,中學(xué)時(shí)的三角函數(shù)、數(shù)列問題,大學(xué)時(shí)的微積分等),二是對所學(xué)過知識的信息檢索能力(比如我們小學(xué)都背過的九九乘法表,當(dāng)看到數(shù)字相乘時(shí),會自然的回憶對應(yīng)的口訣)。
數(shù)學(xué)成績優(yōu)秀的學(xué)生,這兩方面能力都非常強(qiáng)。表現(xiàn)在學(xué)習(xí)上,就是課堂學(xué)習(xí)效率極高,老師講的知識當(dāng)堂消化;考試中,題目做得又快又準(zhǔn)。就是有些家長說的:平時(shí)也沒覺得他學(xué)習(xí)多認(rèn)真,但是每次考試成績總能排在前三。
【研究進(jìn)展】
來自倫敦大學(xué)、瑞士蘇黎世大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì),在《Brain Stimulation》上發(fā)表的研究報(bào)告顯示,利用tDCS技術(shù),采用正確的干預(yù)方式,可以同時(shí)提高學(xué)生的復(fù)雜問題計(jì)算能力及信息檢索能力。
【對比試驗(yàn)】
將48名參與試驗(yàn)的學(xué)生,隨機(jī)分為試驗(yàn)組和對照組。試驗(yàn)組方案為1mA、30分鐘,對照組在給予30秒刺激后即刻停止。第一個(gè)試驗(yàn),復(fù)雜問題計(jì)算能力,試驗(yàn)方案如下圖所示:
第一步:學(xué)生凝視屏幕,保持呼吸均勻,并將注意力集中在屏幕上;
第二步:屏幕上出現(xiàn)一道復(fù)雜計(jì)算題(四則混合運(yùn)算),5秒后題目消失;
第三步:屏幕上出現(xiàn)一組連續(xù)的數(shù)字,其中包含上一步題目的答案,如答案是35,出現(xiàn)的數(shù)字是903567,1.5秒后數(shù)字消失;
第四步:屏幕上出現(xiàn)幾個(gè)數(shù)字,來自上一步數(shù)字組合,如90、35、67,每個(gè)數(shù)字對應(yīng)一種顏色,學(xué)生需要在1秒內(nèi)選擇出正確的答案;
第五步:全部測試完成后,記錄最后成績。
第二個(gè)試驗(yàn),信息檢索能力。(分兩組對比測試)
對比測試一
試驗(yàn)步驟和第一個(gè)試驗(yàn)完全相同,但是在每完成一道題后,增加了檢查環(huán)節(jié),學(xué)生要確認(rèn)自己選擇的答案。
對比試驗(yàn)二
第一步:學(xué)生先以第一個(gè)試驗(yàn)的方式,完成40道復(fù)雜計(jì)算題;
第二步:從剛剛完成的40道題中,隨機(jī)抽簽24道,作為第二個(gè)試驗(yàn)的測試用題;
第三步:將24道題目分8組,每組3道題,每完成一組題目有7秒的檢查時(shí)間;
第四步:全部測試完成后,記錄最后成績。
【結(jié)果分析】
第一個(gè)試驗(yàn)結(jié)果如上圖所示,其中紫色柱子代表試驗(yàn)組(tDCS干預(yù))數(shù)據(jù),藍(lán)色代表對比組(tDCS偽刺激)數(shù)據(jù)。
左邊是4組測試的評價(jià)用時(shí),可以看出試驗(yàn)組(tDCS干預(yù))用時(shí)明顯比對比組(tDCS偽刺激)短;
右圖為每組測試的平均正確率,可以看出每次測試中,試驗(yàn)組(tDCS干預(yù))正確率明顯比對比組(tDCS偽刺激)高。
第二個(gè)試驗(yàn)結(jié)果如上圖所示,左邊是對比試驗(yàn)一的兩組正確率數(shù)據(jù)、右邊是對比試驗(yàn)二兩組正確率的數(shù)據(jù),可以可以看出每次測試中,試驗(yàn)組(tDCS干預(yù))正確率明顯比對比組(tDCS偽刺激)高。
如上圖所示,fMRI檢查發(fā)現(xiàn),tDCS干預(yù)后,相應(yīng)腦區(qū)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被激活。
【研究結(jié)論】
上面的研究表明,tDCS干預(yù)后,顯著縮短了計(jì)算用時(shí)、同時(shí)提高了學(xué)生的計(jì)算正確率,同時(shí)fMRI檢查也表明,tDCS干預(yù)后,相應(yīng)腦區(qū)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被激活,提供了神經(jīng)影像學(xué)方面的證據(jù)。
綜上所屬,通過tDCS干預(yù),可以顯著提高學(xué)生復(fù)雜問題計(jì)算能力(表現(xiàn)為計(jì)算用時(shí)縮短)和信息檢索能力(表現(xiàn)為正確率的提升)。
【參考文獻(xiàn)】
Neurocognitive Effects of Transcranial Direct Current Stimulation in Arithmetic Learning and Performance: A Simultaneous tDCS-fMRI Study
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