潮新聞 執筆 何冬健 沈聽雨
教師正向學生介紹算盤 圖源視覺中國
綜藝節目【最強大腦】裏,選手用不到20秒的時間就可以背下一副被打亂順序的撲克牌;電視劇【神探夏洛克】中,夏洛克進入記憶宮殿後就能快速呼叫各類知識,用記憶完成案件推理、破解謎案……
為什麽有的人,可以進行如此快速的運算和記憶?他們的大腦和我們普通人有什麽不一樣?訓練可以提升我們的能力,使我們變得更聰明嗎?經過訓練,我們的大腦又會發生怎樣的變化?
帶著這樣的疑問,浙江大學物理學院陳飛燕教授帶領她的團隊進行了一場長達5年的追蹤研究。
珠心算與記憶
這是一場特殊的實驗。
在黑龍江省齊齊哈爾市,陳飛燕和她的團隊都像是一群獨特的「老師」 ,每年都會給小朋友們做各類有趣的認知測試的任務。
這群來自當地3個學校的200余名小學生,陳飛燕笑言仿佛是「自己的孩子」,畢竟哪有一群陌生人會從孩子的一年級到六年級長期跟蹤、從不缺席呢?
「學生隨機分班,在接受學校正常教學之外,作為實驗組的珠心算班的孩子,每周學習2小時珠心算;另一組作為對照的控制組,則在相同時間內進行常規的計算或閱讀。其他的學習內容都是相同的。」陳飛燕說,此外作為控制組的孩子在課後也不會參加珠算或珠心算的培訓。
珠心算,這種具有中國特色的訓練方式,會給200余名孩子帶來怎樣的改變?
陳飛燕向記者展示了用於測試的量表,包括圖形想象力、計算能力等各類題目檢測。每經過一年訓練,兩組學生的數學能力便在這張國際通用量表上直觀體現出來。
例題:設第一條線段長度為1,第二條長度為10,第三條長度為5,請快速說明B1-B5五條線段長度。
她告訴記者:「從結果上看,無論是得分還是做題速度,實驗組孩子都優於控制組。」這表明,無論是平均數學能力,還是數學學習的快慢,訓練珠心算的孩子表現會比普通孩子更好。
這是為什麽呢?
長期的訓練,對孩子的認知能力,尤其是視覺空間能力和工作記憶能力也有較為穩定的促進作用。
其中,工作記憶是我們大腦臨時儲存、加工和使用資訊的有限記憶系統。它有別於我們平常說的長時記憶和短時記憶。
比如,記一個手機號碼、一個名字等,我們一般透過復述和確認就可以完成,這就是短時記憶,在這個過程中,工作記憶的參與程度很小。
但如果告知一串數碼後,要求從小到大排序後再復述,那麽人腦的加工負荷會變大,其中工作記憶的參與程度大大就增加了。而往往我們遇到的問題並不都是只記一個手機號這麽簡單,當需要在動態過程中同時處理多個任務時,就需要多個心理操作步驟,對工作記憶能力的依賴非常大,由此工作記憶的重要性就突顯出來了。
「如圖所示,對於連續依次快速出現的九宮格,我們需要對當前出現的九宮格中白色方塊的位置進行判斷,判斷當前方塊的位置是否和前面的間隔一個的方塊位置相等。這是一個經典的測試工作記憶能力的例子,如果要求判斷時,間隔的九宮格越多,大腦加工的負荷就越大,我們就越難完成。如果在相同的條件下,完成得又快又準確,表明個體的工作記憶能力越強。」她解釋說。
視覺空間工作記憶實驗範式
所以,在一定程度上工作記憶能力的高低也可以簡單理解為 「聰明」與否。「個體的工作記憶能力與智力的相關性非常高,在很大程度上影響了個體的認知水平。」她說。
當然,大腦是一個復雜的系統。在實驗中,陳飛燕也發現,不僅珠心算組孩子與控制組孩子之間存在著明顯的個體差異,珠心算組孩子之間也存在著明顯的個體差異。這種差異不僅僅表現在行為績效上,也體現在大腦的結構和功能上。
神奇的大腦皮層
認真地來說,當我們在討論「聰明」這個話題時,到底包含了些什麽特質呢?
「聰明」的一大表現就是發達的認知功能,包括記憶、思考、推理、交流和解決問題的能力。而在我們大腦內部,就有這樣一個區域,是負責認知功能的關鍵。
為進一步研究背後原因,浙大科研團隊在征得學生家長同意後,開展安全無失真的磁共振成像掃描。在訓練的第二年,透過磁共振技術獲取了孩子們的大腦結構和功能數據,來預測後續四年他們的數學學習效益。
在其他實驗中,浙大研究團隊研究被試者腦電波 受訪者供
「已有的研究表明,人類大腦神經元的細胞體主要聚集在大腦灰質, 它有助於協調肌肉控制、視覺、聽覺、決策和其他重要的大腦功能。一般來說,大腦灰質的體積、密度與認知能力有關。」課題組成員、已畢業的團隊博士生謝燁解釋說。
所以有些「學霸」之所以成績居高不下,可能和大腦灰質的發育、腦區之間的連線、以及大腦的加工模式等因素有關。
對比兩組大腦形態學結構上的差異,研究團隊發現了兩個特殊腦區,即大腦左右兩側的海馬及其相鄰的內側顳葉,它的灰質體積能夠預測珠心算組兒童的數學能力增長率。也就是說,經過一年珠心算訓練後,這兩個部位的灰質體積越大,後續四年數學學習的成效就越好。
實驗組學生正在練習珠心算 受訪者供
在另外一場研究中,研究團隊還發現一個奇妙的現象——計算時,珠心算組的孩子大腦相關腦區的活躍程度更低 。
如果把腦區的灰質比作CPU,作為人腦執行中的核心部份,就容易理解了。陳飛燕告訴我們,經過訓練的孩子在數學運算時更多的采用視覺空間策略,最佳化了數學加工策略,不必呼叫大腦更多的資源去攻堅克難,從而可以輕松進行數學運算。
「透過研究,我們發現長期的訓練會影響兒童的大腦結構、功能以及內在的組織模式,提升孩子的數碼加工能力、視覺空間能力、工作記憶能力等,從而讓進一步提升他們的數學能力 。」她說。
大腦越練越好
在2002年讀碩士時,陳飛燕開始從事珠心算的相關研究,最初抱著很大多數人一樣的疑問——珠心算為什麽會讓人的運算變得這麽快,大腦是如何對數碼進行加工的。
在這十幾年中,她的導師唐孝威院士一直引導、鼓勵和支持她,「他鼓勵我要把研究做到全世界最好,我和我的團隊也在向這個方向努力。」
「透過實驗,我們發現透過個體的持續訓練學習,個體的工作記憶能力、視覺空間能力等是可以透過訓練來提升的。」陳飛燕說,簡單來說,就是「腦子越用越好」。
他們也在研究中發現,經過長期珠心算訓練的兒童,他們大腦的內在組織模式更相似,而且,在同樣訓練條件下,練習得越好的孩子,他們大腦的相似程度也越高。
撥動的算盤 圖源視覺中國
我們常調侃,孩子數學不好,是體育老師教的。其實,體育老師可以教好數學。有研究表明,運動和學習一樣,可以刺激相應的腦區,而相應腦區發展越好,運動能力和學習能力也就越強。舉個不恰當的例子,學好數學,要靠豐富的空間想象能力。而體育運動極大地刺激著相關腦區,例如打球時,球的走向、速度都需要大腦對空間資訊進行加工,從而把這種能力遷移到數學等理科學習當中去。
當然,世界上沒有萬能的教育方式,也很難出現「全才」的孩子。一個曾獲得珠心算冠軍的孩子,背一首古詩卻要吭哧吭哧用時一小時。這是為什麽呢?
北京師範大學心理學部、認知神經科學與學習國家重點實驗室教授周新林曾撰文指出,其實珠算、珠心算在提升記憶方面的作用是有限的,其作用主要在數碼記憶。珠心算冠軍的數碼記憶能力不一定可以遷移到語言的背誦中,因為珠心算訓練了大腦的視覺空間想象的部位,而背古詩需要記憶語意關系或者進行語音編碼。
大腦多維度、多層面的認知功能,還需要有更多工具的使用。
孩子在練習珠算 圖源視覺中國
該研究在教育界也引起不少討論。
杭州市上城區學科帶頭人、杭州師範大學東城小學數學老師陳小麗就告訴記者,如果把珠心算當做一種興趣愛好的培養,孩子對此也感興趣,可以在一定程度上,提高孩子數學的數感、運算能力及空間觀念等核心素養,從而促進孩子大腦的記憶力和學習專註力、意誌力和反應能力。作為杭州市目前僅有的珠心算特色學校,東城小學在國際珠心算等大賽中屢獲佳績,在家長學生中得到了支持。
也有教育專家指出,珠心算學習需要大量機械記憶,有部份孩子會不適應,不是因為算不出,而是因為一下記不住,非但沒有提升數學思維的效果,反而增加了他們的學業負擔。假如父母想透過讓孩子學習珠心算,提高數學成績的話,可能會收獲失望。
陳飛燕也表示,大腦的鍛煉並不一定要透過珠心算來完成,其他能鍛煉大腦,提升工作記憶能力、認知靈活性、空間想象力、註意力的方式同樣適用,最終目的還是在於提高大腦的認知能力。
所以啊,讓大腦舒服地「躺平」可不是什麽聰明的做法。
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