【研究背景】
數(shù)學(xué)作為基礎(chǔ)學(xué)科，無(wú)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(wèn)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(wèn)題，大學(xué)時(shí)的微積分等)，二是對(duì)所學(xué)過(guò)知識(shí)的信息檢索能力(比如我們小學(xué)都背過(guò)的九九乘法表，當(dāng)看到數(shù)字相乘時(shí)，會(huì)自然的回憶對(duì)應(yīng)的口訣)。
數(shù)學(xué)成績(jī)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(shí)當(dāng)堂消化;考試中，題目做得又快又準(zhǔn)。就是有些家長(zhǎng)說(shuō)的：平時(shí)也沒(méi)覺(jué)得他學(xué)習(xí)多認(rèn)真，但是每次考試成績(jī)總能排在前三。
【研究進(jìn)展】
來(lái)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(wèn)題計(jì)算能力及信息檢索能力。
【對(duì)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(duì)照組。試驗(yàn)組方案為1mA、30分鐘，對(duì)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(wèn)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(lái)自上一步數(shù)字組合，如90、35、67，每個(gè)數(shù)字對(duì)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(cè)試完成后，記錄最后成績(jī)。
第二個(gè)試驗(yàn)，信息檢索能力。(分兩組對(duì)比測(cè)試)
對(duì)比測(cè)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(duì)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(cè)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(cè)試完成后，記錄最后成績(jī)。
【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(duì)比組(tDCS偽刺激)數(shù)據(jù)。
左邊是4組測(cè)試的評(píng)價(jià)用時(shí)，可以看出試驗(yàn)組(tDCS干預(yù))用時(shí)明顯比對(duì)比組(tDCS偽刺激)短;
右圖為每組測(cè)試的平均正確率，可以看出每次測(cè)試中，試驗(yàn)組(tDCS干預(yù))正確率明顯比對(duì)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(duì)比試驗(yàn)一的兩組正確率數(shù)據(jù)、右邊是對(duì)比試驗(yàn)二兩組正確率的數(shù)據(jù)，可以可以看出每次測(cè)試中，試驗(yàn)組(tDCS干預(yù))正確率明顯比對(duì)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(guò)tDCS干預(yù)，可以顯著提高學(xué)生復(fù)雜問(wèn)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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