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数学不好?有可能是语文没学好!

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造就Talk 2021-04-19 11:35

数学,是无数人心中无法言说的痛。

友谊会走散,爱情会变淡,困难会让你痛苦,生活会使你屈服……只有数学不会,不会就是不会。

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但是,你有没有想过,你之所以数学不好,是因为语文没学好?

被誉为“数学之王”、“东方第一几何学家”的数学家苏步青在担任复旦大学校长时曾说过:“语文是基础,是成才的第一要素,没有一定的语文素养根本学不好数理化等其他科目。”

作为一个数学家,苏步青却把语文素养放在了如此重要的地位上,是因为人们的文字阅读能力会直接影响他们理解、解决数学问题能力的高低

近日,一位来自布法罗大学的研究人员通过观察大脑的功能连接网络,从科学的角度再次对这一联系进行了佐证。

他在研究阅读困难症的过程中意外地发现了相似的现象:大脑在进行数学运算时,其控制阅读能力的区域其实也在发挥作用。

要想弄清楚语文阅读是如何影响我们的数学成绩的,我们先要搞清楚我们的大脑是如何工作的。

人类的大脑包括由神经束连接的两个半球,即左脑和右脑。左脑控制身体右侧的运动,而右脑控制身体左侧的运动。

左脑最主要的机能在于具有语言中枢,掌管说话、理解文字、数学、写作、逻辑等功能,较偏向理性思维的左脑因此也被称为“科学脑”

而右脑负担较多的情绪处理,掌管着音乐、绘画等能力,又被称为“艺术脑”,其具有韵律、想象、空间感、创造力等抽象思维能力。

大脑的两个半球专门负责不同的心理功能,但是大多数行为和能力都需要大脑的两个半球同时活动。

大脑的定义可以分为广义和狭义,广义的大脑泛指人脑的整个结构,而狭义的大脑则仅仅指的是大脑皮质,它分为4个脑叶:额叶、颞叶、顶叶和枕叶

额叶控制着人的情绪和人格,顶叶则控制人的肢体运动和感觉,枕叶是后脑勺的部分,它是处理视觉信息的中枢。

而我们的阅读功能则是由靠近耳朵的颞叶实现的,位于左侧颞上回尾部的韦尼克区(Wernickes Area)与语言理解相关的功能有着密切的联系,是人们优势半球中的听觉言语中枢。

控制言语功能的韦尼克区

如果该区域受到损坏,患者就会对语言理解产生障碍,无法理解听到和看到句子的含义,反映在阅读上即是读写能力低下。

不同的大脑区域负责不同的功能,大脑必须把各个功能连接起来才能完成一件事情。

功能连接,不同于大脑解剖学上的结构连接,它是对大脑运作过程中每时每刻的连接状态的一种动态描述

我们不要把它想象成物理性的由神经元主导的大脑区域连接,试着从你每天的生活入手,思考这些功能连接是如何帮助你完成一个又一个的基础行为。

比如,你的大脑就是一台笔记本电脑。当你工作时,你用笔记本电脑制作表格、发送邮件或连接打印机打印一份文件,而到了晚上,你把笔记本电脑带回了家并把他连接在电视上播放一部电影。

由此可见,如何使用这些连接取决于你是在工作还是放松,即功能连接会根据你当前面临的任务而变化

大脑根据不同的行为选择不同的功能连接

想象一下,不远处的饭店墙上悬挂了一张特价菜单板,此时你就站在你站在离它只有几步远的地方浏览着菜单。

当你发生“看菜单”这个行为时,大脑枕叶中的视觉皮层开始工作。但因为你在阅读的同时,也在听着别人讨论菜谱,那么此刻你的视觉皮层与听觉皮层是同时工作,相互连接的,且互不干扰

当你对某样菜特别感兴趣想指给同伴看时,你不小心把菜单从墙上撞了下来。当你下意识地伸手去接时,大脑线路和连接就会发生改变。

你不再阅读,也听不到别人的讲话,视觉皮层停止与听觉皮层的连接,转而与前运动皮层形成连接,同步工作,引导你的手去抓住下落的菜单。

因此,功能连接是大脑不同功能区域之间的连接和变化。不同的行为或任务,产生不同的连接方式。正如迈克诺根所说的,此时大脑内形成了不同的功能性网络。

在人们的固有印象中,文字阅读和数学计算之间的差异就如同艺术和科学的差别之大。

但一项来自布法罗大学的研究发现,现代人基本的三大技能:阅读、写作、计算可能以我们从未想象过的方式重叠在一起,互相影响着彼此

布法罗大学心理学系的助理教授克里斯托弗·迈克诺根博士对研究结果表示非常惊讶,他认为通过探索大脑如何在发生非阅读行为时继续使用阅读功能,能够指导人们更好地处理和解决其他各类问题,这提升了读写能力的价值和重要性。

“阅读决定一切。”现在这句话不再是一句激励学生学习语文的标语,它在科学的论证中已经成为一个决定性的结论。

为了研究阅读时大脑的功能连接情况,迈克诺根开发了一种新的深度学习方法,即多元模式分析(MVPA),它可以将事物同时进行多种分类。

这一深度学习网络尤其适合探究有条件的、存在非线性关系的变量,因此它可以观察人们阅读时大脑被激活或未被激活的区域。

线性关系是指一个变量的变化直接成比例影响另一个变量,而这种关联在非线性关系中则很不稳定,因为一个变量的改变不一定会造成另一个变量按比例变化。但深度学习网络可以分析这类非线性关系,从而轻松化解传统研究方法面临非线性时的挑战。

迈克诺根以两个数据集为基础,对大脑在阅读和计算时的运作情况分别进行了分析

第一个为阅读组,其中包含8-13岁的具有不同阅读能力水平的188名青少年儿童,而第二组则是计算组,由132位阅读和数学能力各异的8-14岁儿童组成。

两组的儿童都进行了相同的6组阅读测试,如词汇的押韵判断等,数学组儿童则增加了心算部分的测试。

值得关注的是,在阅读组的众多受试者中,研究人员根据每个儿童在测试时大脑的功能性核磁共振扫描(fMRI)图像和其测试分数,创建了一个子数据集,里面同时包含了14名阅读障碍者(测试得分低于85分)和14名拥有阅读天赋的儿童。

9岁孩子阅读时的脑部活动、擅长阅读(左)、阅读障碍者(右)
来源:Dana Foundation

同时,阅读障碍儿童通过其他的语言和词汇测试排除了由于智商低下引起阅读障碍的可能性。

在多元模式分析的帮助下,迈克诺根在第一个数据集,即阅读组中,以94%的正确率识别出了阅读障碍者。他也在分析过程中获取了子数据集中受试者的大脑功能关联情况。

当然,他的结论不能仅凭一组数据就确认是正确的。

因此,他接着使用数学组来验证他的大脑功能连接分析模型是否具有普适性。他通过数学组心算乘法的测试,从受试者功能性核磁共振臊面(fMRI)图像中测量了心算计算时大脑功能区的关联情况。

在解决数学问题时的四个不同阶段中的大脑活动

图源:卡内基梅隆大学

多次实验结果表明,虽然两组受试者参与了语言和数学这两种不同的测试,但观察到的两组儿童的大脑功能连接却是相同的

无论是阅读组还是数学组,他的多元模式分析都能以94%的准确率识别出具有阅读障碍的儿童。这不仅证明了其模型预测的准确性,更加证实了大脑在进行数学计算时,大脑的阅读功能也在发挥着作用。

大脑中用于阅读的功能连接也同样在数学计算中被应用,这可能不符合人们的想象,但事实就是即使阅读和计算是两个如此的不同任务,大脑也使用了相同的功能网络去处理它们

迈克诺根表示:“显然,不管是功能性核磁共振扫描(fMRI)成像还是多元模式分析得到的结果,都显示阅读功能的动态连接网络也出现在了人们遇到数学问题时。”

他表示,这一发现佐证了现代教育要在学生全面发展的基础上着重加强培养读写能力的原因。因为我们通过从小训练使大脑形成的强大阅读能力实际上能帮助我们更好地解决数学难题。

孩子不会做数学题,如果经常长时间的训练仍然没有长进,那么他可能不是逻辑能力差,而是阅读能力差。若根本读不懂题目或不知道题目在问什么,又何谈解题呢。

随着大脑认知领域研究的界线变得越来越模糊,许多领域的研究内容都交叉相融。迈克诺根还想知道阅读功能网络还对哪些功能领域发挥着作用。

他说:“你的阅读技能将影响你解决其他领域问题的方式,当这一关联得到透彻分析后,我们可以利用它帮助那些在数学或其他方面有学习困难的孩子。

和教育界许多资深专家一样,他认为比起仅仅提高阅读能力,加强教育对阅读的重视是更重要的一件事情。毕竟,培养阅读能力可以改变的不仅仅是一个人对其他学科的学习能力,更是塑造一个有素养、有内涵的人必不可少的途径之一。

参考:

https://neurosciencenews.com/rading-skills-math-18021/

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fncom.2021.590093/full

https://www.psychologytoday.com/us/basics/left-brain-right-brain

https://www.medicalnewstoday.com/articles/321037#functions-and-characteristics-of-each-hemisphere

(本文未经造就授权,禁止转载。)

编译 | Daisy Zuo

版面 | 晓娜

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