“長期以來，心理學家和哲學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，”該研究的高級作者、喬治敦大學文理學院心理學系教務長特聘副教授Adam Green解釋說。“如果這是真的，那么教學生提高他們的空間思維能力應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"的科學課程，該課程強調空間思維能力，如繪制地圖和考慮如何重新設計城市以減少能源消耗。如磁共振成像（MRI）掃描所示，學生的大腦在學習課程材料時發生了變化，并將這些變化與衡量學習的傳統方法（如考試分數的變化）進行了比較。

(資料圖片)

大腦的變化對學習的預測要準確得多，特別是一種被稱為“遠遷移”的學習，它是如此深入，以至于幫助學生完成他們甚至沒有被教導如何做的任務。對于教育工作者來說，“遠遷移”是一種“圣杯”，傳統的考試是很難衡量的。

該團隊的研究結果支持心理模型理論，即MMT，該理論認為，當人類掌握口語或書面語言時，大腦會將這些信息"空間化"，依靠大腦中的系統，這些系統最初是為了幫助我們的靈長類祖先靈活地穿越復雜的景觀而發展起來的。

當研究人員評估關于句子中的單詞而不是地圖上的物體的言語推理時，他們發現參加過強調空間思維的課程的學生有明顯的改善。此外，學生的空間思維能力越強，他們的言語推理能力就越強。

“這些發現表明，心理模型可以成為現實世界教育中遠距離轉移的重要基礎，從課堂上獲取技能并更普遍地應用它們，”研究主要作者和心理學博士生Robert Cortes說。“這項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的關鍵見解。”

“語言推理是人類進化所產生的最強大的工具之一，”Cortes認為。“將神經科學和教育結合起來，更好地了解人腦如何學習推理，這是令人難以置信的。希望我們能利用這些發現，更廣泛地改善人類的推理能力。”

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

雖然關于心理模型的爭論由來已久，但現代教育領域最熱門的爭論之一是神經科學是否能改善學校的教學。雖然在理論上很有希望，但在現實世界中，將神經科學與教育相結合的努力被證明是具有挑戰性的。主要障礙之一是神經科學工具，如核磁共振掃描，既昂貴又耗時，使得它們不太可能在教育政策和實踐中大規模地應用。

Green說：“我們不可能掃描每個孩子的大腦，即使有可能，這樣做也是一個非常糟糕的主意，”他也是神經科學跨學科項目的教員。

批評者長期以來一直擔心神經科學提供的數據是否真的能告訴教育者任何他們用傳統的紙筆或電腦測試無法發現的東西。

該研究小組的新發現指出了一種將神經科學與教育相結合的新方法，有助于克服這些挑戰。該研究沒有關注每個學生的大腦，而是關注學生學習的課程。結果顯示，大腦成像可以檢測出在現實世界的課堂上學習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：“課程開發可以而且確實發生在神經科學能夠現實地適應的那種小規模上。因此，如果我們能夠利用神經影像學工具來幫助確定傳授最多可轉移學習的教學方式，那么這些課程可以被教師和學校系統廣泛采用。課程可以擴大規模，但神經影像學不必如此。”

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

Cortes稱：“這項研究是我們部門通過科學連接‘神經元與社區’的使命的一個很好的例子。我們希望利用這些數據來說服政策制定者增加獲得這種空間豐富的教育的機會。”