“長期以來，心理學(xué)家和哲學(xué)家一直在爭論空間思維，如物體的心理圖像，是否真的隱藏在看似言語的思維之下，”該研究的高級(jí)作者、喬治敦大學(xué)文理學(xué)院心理學(xué)系教務(wù)長特聘副教授Adam Green解釋說。“如果這是真的，那么教學(xué)生提高他們的空間思維能力應(yīng)該能提高他們的言語推理能力。”

研究人員檢查了弗吉尼亞州公立高中教授的一門"空間豐富"的科學(xué)課程，該課程強(qiáng)調(diào)空間思維能力，如繪制地圖和考慮如何重新設(shè)計(jì)城市以減少能源消耗。如磁共振成像（MRI）掃描所示，學(xué)生的大腦在學(xué)習(xí)課程材料時(shí)發(fā)生了變化，并將這些變化與衡量學(xué)習(xí)的傳統(tǒng)方法（如考試分?jǐn)?shù)的變化）進(jìn)行了比較。

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大腦的變化對學(xué)習(xí)的預(yù)測要準(zhǔn)確得多，特別是一種被稱為“遠(yuǎn)遷移”的學(xué)習(xí)，它是如此深入，以至于幫助學(xué)生完成他們甚至沒有被教導(dǎo)如何做的任務(wù)。對于教育工作者來說，“遠(yuǎn)遷移”是一種“圣杯”，傳統(tǒng)的考試是很難衡量的。

該團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果支持心理模型理論，即MMT，該理論認(rèn)為，當(dāng)人類掌握口語或書面語言時(shí)，大腦會(huì)將這些信息"空間化"，依靠大腦中的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)最初是為了幫助我們的靈長類祖先靈活地穿越復(fù)雜的景觀而發(fā)展起來的。

當(dāng)研究人員評估關(guān)于句子中的單詞而不是地圖上的物體的言語推理時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)參加過強(qiáng)調(diào)空間思維的課程的學(xué)生有明顯的改善。此外，學(xué)生的空間思維能力越強(qiáng)，他們的言語推理能力就越強(qiáng)。

“這些發(fā)現(xiàn)表明，心理模型可以成為現(xiàn)實(shí)世界教育中遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)移的重要基礎(chǔ)，從課堂上獲取技能并更普遍地應(yīng)用它們，”研究主要作者和心理學(xué)博士生Robert Cortes說。“這項(xiàng)研究不僅讓我們了解到教育如何改變我們的大腦，而且還揭示了對心靈本質(zhì)的關(guān)鍵見解。”

“語言推理是人類進(jìn)化所產(chǎn)生的最強(qiáng)大的工具之一，”Cortes認(rèn)為。“將神經(jīng)科學(xué)和教育結(jié)合起來，更好地了解人腦如何學(xué)習(xí)推理，這是令人難以置信的。希望我們能利用這些發(fā)現(xiàn)，更廣泛地改善人類的推理能力。”

研究小組發(fā)現(xiàn)，學(xué)生大腦中空間處理中心的變化，特別是后頂葉皮層的變化，可以最好地預(yù)測言語推理的改善，為大腦中的MMT提供了額外的證據(jù)。

雖然關(guān)于心理模型的爭論由來已久，但現(xiàn)代教育領(lǐng)域最熱門的爭論之一是神經(jīng)科學(xué)是否能改善學(xué)校的教學(xué)。雖然在理論上很有希望，但在現(xiàn)實(shí)世界中，將神經(jīng)科學(xué)與教育相結(jié)合的努力被證明是具有挑戰(zhàn)性的。主要障礙之一是神經(jīng)科學(xué)工具，如核磁共振掃描，既昂貴又耗時(shí)，使得它們不太可能在教育政策和實(shí)踐中大規(guī)模地應(yīng)用。

Green說：“我們不可能掃描每個(gè)孩子的大腦，即使有可能，這樣做也是一個(gè)非常糟糕的主意，”他也是神經(jīng)科學(xué)跨學(xué)科項(xiàng)目的教員。

批評者長期以來一直擔(dān)心神經(jīng)科學(xué)提供的數(shù)據(jù)是否真的能告訴教育者任何他們用傳統(tǒng)的紙筆或電腦測試無法發(fā)現(xiàn)的東西。

該研究小組的新發(fā)現(xiàn)指出了一種將神經(jīng)科學(xué)與教育相結(jié)合的新方法，有助于克服這些挑戰(zhàn)。該研究沒有關(guān)注每個(gè)學(xué)生的大腦，而是關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的課程。結(jié)果顯示，大腦成像可以檢測出在現(xiàn)實(shí)世界的課堂上學(xué)習(xí)特定課程所帶來的變化，而且這些大腦變化可以用來比較不同的課程。

Green表示：“課程開發(fā)可以而且確實(shí)發(fā)生在神經(jīng)科學(xué)能夠現(xiàn)實(shí)地適應(yīng)的那種小規(guī)模上。因此，如果我們能夠利用神經(jīng)影像學(xué)工具來幫助確定傳授最多可轉(zhuǎn)移學(xué)習(xí)的教學(xué)方式，那么這些課程可以被教師和學(xué)校系統(tǒng)廣泛采用。課程可以擴(kuò)大規(guī)模，但神經(jīng)影像學(xué)不必如此。”

與參加其他高級(jí)科學(xué)課程的密切匹配的學(xué)生相比，參加空間強(qiáng)化課程的學(xué)生顯示出更強(qiáng)大的大腦變化。這些變化似乎表明，大腦能夠以高度靈活的方式深入學(xué)習(xí)空間能力，而傳統(tǒng)的具體技能測試可能無法完全捕捉到這一點(diǎn)。特別是，該研究發(fā)現(xiàn)大腦的變化可以比傳統(tǒng)測試更好地預(yù)測學(xué)習(xí)，這有力地證明了神經(jīng)科學(xué)所提供的內(nèi)部視圖可以讓教育者了解他們長期以來所尋求的、但傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)評估往往忽略的遠(yuǎn)距離學(xué)習(xí)。

Cortes稱：“這項(xiàng)研究是我們部門通過科學(xué)連接‘神經(jīng)元與社區(qū)’的使命的一個(gè)很好的例子。我們希望利用這些數(shù)據(jù)來說服政策制定者增加獲得這種空間豐富的教育的機(jī)會(huì)。”