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  • 人工智能与教育大数据峰会·2019
    ——脑科学与语言教育分论坛隆重召开

          8月1日,人工智能与教育大数据峰会·2019——脑科学与语言教育分论坛在北京国家会议中心召开。大会由北京师范大学、科大讯飞股份有限公司联合主办,论坛由北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室承办。本次论坛旨在促进脑科学在语言教育实践中的转化与应用,进一步促进跨行业、跨领域、跨部门合作,共同推动脑科学与教育的深度融合。
     

     
          脑科学与教育的结合是当前教育研究的新前沿。从脑科学的视角研究人类的学习与教育现象,有助于揭示人脑高效学习的规律、提升人类学习与教育的效率。此次论坛分为主题报告和跨界对话两部分。
     

          主题报告环节邀请了天津师范大学副校长白学军教授、浙江大学教育学院学习与认知科学研究中心主任徐琴美教授、北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室舒华教授、北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室儿童青少年脑智研究中心主任陶沙教授、科大讯飞研究院研究主管李鑫研究员等5位专家,聚焦于脑科学与语言教育的结合,分别从母语和第二语言的学习与教育、正常儿童/阅读困难儿童的语言学习与教育、智能技术在儿童脑智测评中的应用等角度,奉献了5场精彩的主题报告,共同探讨脑科学对语言学习与教育的启示以及转化应用。主题报告环节由北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室刘丽教授主持。
     

     
          在跨界对话环节,上述脑与语言科学领域专家与一线教育工作者展开了一场面对面的对话,就词的切分在文言文阅读中的适用性、第二语言启蒙是否存在关键期、母语学习是否能够促进儿童脑智发展、母语及第二语言学习的相似及互补的方面,计算机评阅如何与小学儿童的习作教学相结合等与语言教育实践密切相关话题进行了深度讨论。深圳市教科院院长叶文梓研究员、北京市京源学校小学部执行校长王琦、北京师范大学实验小学语文学科主任贾红斌及上海市市北初级中学语文教师高欣代表一线教育工作者参与了讨论。华东师范大学教育神经科学研究中心副主任周加仙教授主持了跨界对话。此次论坛吸引了来自全国各高校、科研机构、教育行政部门、中小学和企业代表等约300人参会。
     

     
          脑科学与语言教育深度融合是助力我国语文和英语教学改革的有力推手。推进前沿的脑科学成果应用于语言教育实践,能够帮助老师用科学的思维及方法更好地因材施教,从而帮助每一个孩子发展人生潜能;语言教育实践反过来也可以检验脑科学研究的成果,促进脑科学的发展。令人兴奋的是中国脑计划经过多年筹备,已呼之欲出,这将为脑科学与教育的融合提供千载难逢的机遇。脑科学与教育的结合需要各界相向而行、携手前进、共同探索基于脑科学的教育的实现路径。北京师范大学已牵头全国22家单位成立了中国儿童青少年脑智研究联盟,致力于推动对儿童青少年脑发育及心智发展的研究,为实现教育的科学化、提高教育教学效率,促进儿童心智健康,联合攻关,共同筑造我国教育和儿童发展的美好未来。
     
     
    论坛详细内容及相关背景:
    (一)脑科学对汉语阅读教学的启示
          阅读能力是人的一生中学习、工作和社交最重要的技能。如果说绝大部分孩子语言的发展(包括听觉理解和言语表达)是轻松的、自然而然完成的,那么,阅读能力的发展则是艰辛而漫长的,而且需要经过大量训练。毕竟文字并不是生物进化自然而来的结果,文字的学习和使用可以被认为是大脑极具可塑性的体现。我们头脑中原本并没有专门负责处理文字信息的脑区,研究报告中所谓的脑中用来存储视觉词形信息的“视觉词形区”被认为是由于大量文字经验造成的视觉皮层功能改变而来。

          北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室舒华、刘丽等研究团队的研究以及国内外同行的研究一致发现长期的阅读经验使我们的大脑形成一个高效的阅读网络,从而实现快速自动化的阅读加工。我们的阅读网络是如何形成的?北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室刘丽教授课题组的研究认为,在儿童阅读网络的形成中,其中一个非常重要的机制是皮层下的一些核团通过与皮层上的听觉语言加工脑区建立连接,重组改变脑的听觉语言加工网络,在此基础上形成脑的阅读网络。简单地说,阅读(书面语言)的脑网络是在听觉语言加工的脑网络的基础上实现的。口语能力的发展是阅读能力发展的重要前提。

          大约有5%-10%的学龄儿童难以建立起高效的阅读脑网络,表现为阅读困难。阅读困难是学习困难学生中最大的群体,他们的困难是何时、如何产生的?阅读困难或障碍的认知和神经生物学根源是什么,全世界的科学家为揭开谜底奋斗了一百多年。北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室舒华教授认为,不论是汉语阅读,还是拼音文字(如:英语)的阅读最重要而一致的发现是阅读困难或障碍的底层机制是语音缺陷,这种缺陷从出生开始影响儿童对语音的精确加工,影响阅读习得初期的形-音转换,影响书面字词识别和书写的准确性和自动化,进一步影响阅读理解的流畅性和深度。阅读困难或障碍的脑与认知科学研究的进展对阅读教学、困难学生的早期预测、矫治和训练提供了基本的思路。 

          汉字(或汉语)与拼音文字在多个方面均存在明显差异。其中一个很有意思的现象就是词间空格的问题。汉语是世界上为数不多的没有用空格(或其它形式)标记词的语言。在阅读过程中将句子中连续的词切分出来,对阅读来说是重要的一环。天津师范大学白学军教授的研究团队发现在句子中插入词空格促进汉语阅读,对阅读差的学生促进作用更大。由此,他们提出教师在汉语阅读教学过程中,要指导学生学会正确的词切分,以提高阅读效率。

    (二)脑科学对第二语言(英语)教学的启示
          据估计,世界上有超过一半的人口学习第二语言(外语)。如果问世界上学习外语的人数哪个国家最多,答案一定是中国。中国有将近4亿人学习外语。学习第二语言不光是掌握了一门外语,还能提高认知灵活性,增强执行控制功能。比如:北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室的丁国盛、王亚鹏等研究人员的研究发现,双语学习需要脑的执行控制系统的大量参与,可以导致执行控制区域与语言加工区域功能连接的增加。

          如何才能高效地学习第二语言呢?浙江大学徐琴美教授的研究致力于从婴儿学习母语的规律出发,设计第二语言的智能导学系统。为什么第一语言学习如此容易?为什么第二语言学习如此困难?因为第⼀语言学习主要基于内隐学习(implicit learning),⽽儿童早期具有重要的内隐学习能力,但第二语言学习通常基于有意义接受学习,即外显学习(explicit learning),需要注意、记忆、思维等大量认知资源的参与,而语音、语义、语法、语⽤用等语⾔言规则太复杂,通过外显学习难于达到自动化程度。如何像学习第一语言⼀样学习第二语言,这一直是第二语言学习的主要瓶颈,而基于大数据和机器学习的智能导学系统(Intelligent Tutoring System, ITS),可望创设适合内隐学习的个性化语言环境,从而实现语言的内隐学习。婴儿大脑是世界上学习能力最强的“机器”,对婴儿语言学习机制的研究有助于智能导学系统的设计,可以通过婴儿语言学习建模为机器学习算法提供参考。

          在母语获得基础上,学习第二语言是人脑巨大可塑性的典型体现。新的语言学习必然意味着母语背景下已经塑造的脑克服母语背景的制约,适应第二语言学习的要求。任何语言学习都涉及到听说读写,其中听和读是两种语言输入接受能力,是说和写的基础。北京师范大学陶沙教授课题组的研究通过比较具有不同母语背景的人在加工同样语言时脑的活动模式,揭示了汉语为母语的学习者英语听力和阅读能力面临的特殊挑战;另一方面,通过开展训练研究揭示了不同的学习经验对脑的重塑,为帮助汉语为母语学生克服母语经验的制约、建立符合英语语言加工要求的听和读的能力提供了可行方向和实证依据。系列研究显示,汉语为母语的英语学习者在分辨英语元音方面存在明显困难,这和学习者过度依赖简单但不可靠的音长线索、以及对不同元音共振峰变化不敏感等有关。短期高强度的针对性训练可以显著降低学习者对于音长线索的过度依赖,增强学习者对英语元音共振峰变化的敏感性,从而提高英语元音分辨水平。在英语阅读学习中,即使经过长达10多年的学习,汉语为母语的学习者仍然普遍存在单词解码速度慢、难以实现对字母-声音的自动化整合加工等问题。为此,陶沙教授课题组在大学生和小学生中相继开展了干预研究,揭示了针对字母-声音整合加工的语音技能训练可以有效提高学习者的解码速度,并帮助学习者的脑像英语为母语的人那样对英语阅读实现高效加工。