最近，浙江大学物理学院陈飞燕教授和斯坦福大学Vinod Menon教授，以数学学习作为突破口，开展了学习的神经机制研究。“已有的研究表明，数学是多种行业发展的基础，儿童早期的数学能力往往会影响其日后的发展。”陈飞燕解释道。浙大科研团队进行了长达5年的追踪研究，对接受珠心算训练儿童的行为和磁共振数据进行了大量分析，揭秘学习背后的神经机制。

正在打算盘的儿童

　　5年跟踪研究发现

　　珠心算实验组的数学学习能力更优秀

　　陈飞燕团队在东北的三所小学中，对校本课程里学习珠心算和不学珠心算的几个班进行对照研究。

　　“学生是随机分班的，在接受学校正常数学教学之外，珠心算班的儿童每周学习2小时珠心算，控制组的儿童则在相同时间内进行常规的计算或阅读，其他的学习内容都是相同的。”陈飞燕说，“将参与者随机分为实验组和控制组，且两组在年龄、性别、认知能力等方面没有差异。”此外，控制组的孩子在课后也不参加珠算或珠心算的培训。

　　研究团队招募了200余位学生参加实验，并在此后的五年时间里持续开展追踪研究。每经过一年训练时间，团队都会使用国际通用的量表来测试两组学生的数学能力，并对获得的一手数据进行分析研究。

　　课题组成员、已毕业的团队博士生谢烨在解释研究结果时说：“实验组和控制组的数学能力存在着显著的差异。无论是平均数学能力得分，还是数学学习的快慢，实验组的表现均显著优于控制组。”

　　陈飞燕说：“珠心算是一种具有中国特色的心算方式，在本研究中作为其中一种训练方案，目的是为了探寻一般化的数学学习过程，揭示儿童数学学习的机制。”

实验组的平均数学能力得分和数学学习的快慢 均显著优于对照组

　　大脑核磁数据揭示

　　学习背后的神经机制

　　在珠心算组的数学表现显著高于控制组的情况下，珠心算组训练者之间也存在着明显的个体差异。

　　浙大科研团队在征得学生家长同意后，开展安全无损的磁共振成像扫描，通过磁共振技术获取了训练一年后的大脑结构和功能数据，来预测后续四年珠心算儿童的数学学习效益。

被试者参加安全无损的磁成像扫描

　　“已有的研究表明，人类大脑神经元的细胞体主要聚集在大脑灰质，大脑灰质体积的大小与人类认知能力息息相关。”对比两组大脑形态学结构上的差异，研究团队发现了两个特殊脑区，即大脑左右两侧的海马及其相邻的内侧颞叶，它的灰质体积能够预测珠心算组儿童的数学能力增长率。也就是说，经过一年珠心算训练后，这两个部位的灰质体积越大，后续四年数学学习的成效就越好。

大脑灰质体积能够预测儿童的数学能力增长率

　　如果把脑区的灰质比作电脑的硬件，那么脑区间活动的同步性就构成了脑区间的功能连接，共同组成不同的“操作系统”。

　　研究人员进一步探究儿童静息状态下大脑的功能连接，发现大脑的“操作系统”也能够预测个体数学学习的成效——两侧海马系统与额叶及枕颞联合脑区的大脑活动的同步性能够预测后续珠心算儿童数学能力的增长率。

　　上述研究表明，左右两侧海马系统与参与数学学习的其他脑区的信息交流越紧密，珠心算儿童数学学习的成效就越好。

　　脑子为何越动越灵

　　学科交叉来解释

　　谢烨说：“这一研究再次证明了，大脑深处与记忆和学习紧密相关的海马神经系统，能够为长期技能学习提供动力。”

　　5年的长期追踪对照实验发现，在经过一年珠心算训练后，海马系统通过与数学学习相关的脑区间的信息交流，加强整合特定的信息来支持后续长期的学习。这也表明，个体通过持续的学习，能够对大脑系统产生持续的特定刺激，扩大学习的成效，达到“脑子越用越好”的效果。

A 珠算的操作实例 B 本研究实验流程

　　在这项研究中，浙大物理学院的科研人员通过综合物理学、认知神经科学、心理学、神经科学等学科，解答了困扰人们已久的学习背后的神经机制，对教育教学实践以及认知训练研究具有潜在的意义。

　　“我们的研究中有大量的行为和脑影像数据的分析和建模，而物理学的训练和思维方式为此提供了强有力的支撑。”对于交叉学科研究的体会，陈飞燕说道。

　　这项研究近日发表在国际知名期刊《发展科学》（Developmental Science）上，谢烨博士和Hyesang Chang博士为共同第一作者，陈飞燕教授和Vinod Menon教授为论文共同通讯作者。

编辑： 杨丹

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