腦機(jī)接口技術(shù)在特殊兒童隨班就讀教育中的應(yīng)用研究

摘要：特殊兒童因思維、行為、智力等諸多因素，在隨班就讀中表現(xiàn)出一定的特異性，出現(xiàn)融合適應(yīng)的困難，造成部分學(xué)生回流特校的現(xiàn)象。基于腦科學(xué)發(fā)展的腦機(jī)接口技術(shù)不依賴外圍神經(jīng)肌肉，實(shí)現(xiàn)大腦與外界設(shè)備的直接交互，有效支持學(xué)生的學(xué)習(xí)，該技術(shù)的發(fā)展將推動融合教育順利實(shí)施，為特殊兒童隨班就讀帶來的各種適應(yīng)性問題提供解決途徑。

關(guān)鍵詞：腦機(jī)接口;特殊兒童;隨班就讀;教育應(yīng)用

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）18-0200-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

據(jù)教育部統(tǒng)計(jì)，2018年，全國共有殘疾學(xué)生66.59萬人，在普通學(xué)校隨班就讀和附設(shè)特教班就讀學(xué)生33.2萬，約占50%。融合教育的迅速推進(jìn)，使隨班就讀成為特殊學(xué)生就學(xué)的主體形式。殘疾兒童在隨班就讀過程中，不可避免地遇到融合問題、適應(yīng)問題、心理健康問題，同時(shí)在教學(xué)過程中，由于殘疾兒童注意力不集中、記憶力不佳、認(rèn)知水平不高、不易產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣、情緒波動大等問題，往往不能取得教學(xué)的理想效果，這些問題給師生雙方都帶來困擾。基于腦科學(xué)發(fā)展的腦機(jī)接口技術(shù)為這種窘境的解決提供了途徑。殘疾學(xué)生通過佩戴腦機(jī)接口設(shè)備，教師可實(shí)時(shí)獲取其注意力、認(rèn)知水平、興趣點(diǎn)、情緒等信息，根據(jù)獲得的信息，調(diào)整教學(xué)策略，跟進(jìn)心理輔導(dǎo)，為滿足特殊兒童身心需求提供技術(shù)支持，促使特殊學(xué)生與普通學(xué)校更好融合。

1 腦機(jī)接口技術(shù)及其在教育中的應(yīng)用

腦機(jī)接口技術(shù)是不依賴于正常的外圍神經(jīng)和肌肉組成的輸出通路的通訊系統(tǒng)[1]，它能夠直接為大腦提供一種新的信息交換和控制通路，創(chuàng)造性地幫助大腦和外界環(huán)境或體外設(shè)備進(jìn)行直接交互。目前，利用該技術(shù)已經(jīng)成功研制出多種設(shè)備，用于醫(yī)療和教育等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了人類大腦與計(jì)算機(jī)等外部設(shè)備的聯(lián)接與溝通?？梢云诖磥碓摷夹g(shù)開發(fā)實(shí)時(shí)接口系統(tǒng)，借助云數(shù)據(jù)管理，可以實(shí)現(xiàn)腦與腦的聯(lián)接，為改善人類教育提供更強(qiáng)大的技術(shù)支撐。

我國多所大學(xué)對腦機(jī)接口技術(shù)展開研究，近年來我國學(xué)者對該技術(shù)的教育應(yīng)用關(guān)注度不斷上升。余饒東結(jié)合計(jì)算機(jī)視覺檢測和腦電波檢測技術(shù)檢測在線學(xué)習(xí)者注意力的方案[2]，識別在線學(xué)習(xí)者的顯式分心狀態(tài)和隱式分心狀態(tài)。楊曉哲等嘗試將沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)與腦電波技術(shù)結(jié)合，探究整合系統(tǒng)對個(gè)體創(chuàng)造力的影響[3]，該實(shí)驗(yàn)要求幾十位受試者在沉浸式的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中設(shè)計(jì)創(chuàng)意作品。已有學(xué)者通過穿戴非侵入式腦機(jī)接口設(shè)備，采集學(xué)生多維教育大數(shù)據(jù)、識別學(xué)習(xí)者狀態(tài)和認(rèn)知風(fēng)格以及提升學(xué)生注意力的實(shí)證研究[4]，為智慧教學(xué)做基礎(chǔ)研究，這些都是腦機(jī)接口技術(shù)在教育中的應(yīng)用范例。

2 腦機(jī)接口技術(shù)在特殊學(xué)生隨班就讀中的應(yīng)用

2.1 腦機(jī)接口在情緒注意力監(jiān)測中的應(yīng)用

學(xué)生的注意力指向是否穩(wěn)定，決定其感知、記憶、思維的穩(wěn)定性。注意力不集中的學(xué)習(xí)者肯定有學(xué)習(xí)障礙。提高學(xué)生的注意力，在他們注意力較好聚焦的時(shí)段展開教學(xué)，對隨班就讀的學(xué)生意義重大。腦機(jī)接口技術(shù)的應(yīng)用可以直接采集腦電信號，并分析識別信號特征，從而為教師識別學(xué)生的注意力狀態(tài)，提供科學(xué)直觀的依據(jù)。

有研究者使用NeuroSky MindBand移動腦機(jī)接口設(shè)備在參與者閱讀印刷圖畫書時(shí)監(jiān)測其注意力狀態(tài)并探討視覺注意力與閱讀時(shí)間對不同年齡段的影響，結(jié)果顯示：年齡顯著影響視覺注意力和閱讀時(shí)間，成人的視覺注意力和閱讀時(shí)間優(yōu)于兒童，且成人的視覺注意力和閱讀時(shí)間呈正相關(guān)[5]。

隨班就讀學(xué)生因殘疾種類不同、程度不同，造成個(gè)體之間學(xué)習(xí)差異性大，我們必須尊重差異，有意識地進(jìn)行差異教學(xué)，重視個(gè)別輔導(dǎo)，才能不落下每一個(gè)學(xué)生。利用腦機(jī)接口技術(shù)采集每位學(xué)生不同的注意信號，分析提醒，實(shí)時(shí)指導(dǎo)，最大程度提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。尤其是自閉癥兒童，他們的注意力短暫而淺薄，需要實(shí)時(shí)分析，變換學(xué)習(xí)相關(guān)因素，進(jìn)行干預(yù)，不斷提醒，喚醒內(nèi)部學(xué)習(xí)動機(jī)，如果學(xué)生腦區(qū)活動較弱，教師馬上增強(qiáng)信號，控制注意力的方向，讓該生注意力重新回歸到學(xué)習(xí)內(nèi)容。如果發(fā)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容難度不適合該學(xué)生，馬上調(diào)整難度;如果內(nèi)容風(fēng)格不適合學(xué)生，就相應(yīng)調(diào)整內(nèi)容風(fēng)格，保持學(xué)生的注意力。

2.2 腦機(jī)接口可彌補(bǔ)殘疾學(xué)生感官缺陷

殘疾類別有視力、聽力、言語、智力、肢體、精神殘疾等六類，每一類別的殘疾兒童都有隨班就讀的需求，而不同殘疾類別的學(xué)生，會面臨不同的學(xué)習(xí)障礙。視力、聽力、肢體殘疾等學(xué)生的感官缺陷，將是橫亙在融合教育面前的巨大障礙。

對于身體感官缺陷的學(xué)生，學(xué)習(xí)過程體驗(yàn)會出現(xiàn)困難，他們無法通過自身器官去感知，無法完成整個(gè)連續(xù)的學(xué)習(xí)反思鏈條。如視力殘疾學(xué)生，無法看見客觀實(shí)體，只能憑借感官代償途徑，進(jìn)行聯(lián)想或想象學(xué)習(xí)，對于文字的觸摸，也遠(yuǎn)不及眼睛直接反應(yīng)的效果。近期有研究表明，人體對視覺圖像信息的感知，也可以利用腦機(jī)接口技術(shù)在視覺皮層的神經(jīng)信號層面進(jìn)行重建[6]，幫助有視力障礙的學(xué)生構(gòu)建視覺假體，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元與視聽覺、觸覺等信息的直接感知，可以幫助學(xué)生重新建立視覺感官功能，激活學(xué)習(xí)體驗(yàn)，可以期待，不遠(yuǎn)的將來視障學(xué)生可“重見光明”，最終達(dá)到無障礙融合。隨班就讀學(xué)生中，有相當(dāng)數(shù)量的肢體障礙學(xué)生，他們將成為腦機(jī)接口技術(shù)的現(xiàn)實(shí)受益者。通過腦機(jī)接口技術(shù)安裝假肢，重建缺損的感官功能，用腦信號控制外部設(shè)備（假肢），直接接收來自大腦皮層的命令，完成各種外部動作，體驗(yàn)身體的協(xié)調(diào)性，實(shí)現(xiàn)課堂交互學(xué)習(xí)，達(dá)到優(yōu)良的互動交流效果，獲取優(yōu)質(zhì)教育資源，與普通學(xué)生共同成長。聽障學(xué)生佩戴的電子耳蝸設(shè)備，即腦機(jī)接口技術(shù)的應(yīng)用，通過該設(shè)備接收外界聲音，直接傳遞到大腦皮層，重建聽力感官功能，實(shí)現(xiàn)聽覺的“恢復(fù)”，從而消除融合過程中普特學(xué)生的差異。

利用腦機(jī)接口設(shè)備幫助身體存在缺陷的學(xué)生重建身體感官進(jìn)而重塑基于身體的學(xué)習(xí)，讓學(xué)習(xí)者通過身體的運(yùn)動學(xué)習(xí)、感官學(xué)習(xí)、情緒學(xué)習(xí)和精神學(xué)習(xí)等多模態(tài)方式來體驗(yàn)學(xué)習(xí)的過程和樂趣，成為現(xiàn)實(shí)。

2.3 腦機(jī)接口在課堂教學(xué)中的應(yīng)用

特殊學(xué)生進(jìn)入普通學(xué)校，普遍會遇到學(xué)習(xí)適應(yīng)困難問題。比如，跟不上全班的學(xué)習(xí)進(jìn)度、學(xué)習(xí)動機(jī)缺乏、偏科等等。這些問題不及時(shí)解決會形成惡性循環(huán)，造成學(xué)生回流特校。

課堂教學(xué)是師生互動的藝術(shù)。教師的“教”要通過學(xué)生的“學(xué)”起作用，教是外因，學(xué)是內(nèi)因，學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和學(xué)習(xí)效果要及時(shí)反饋給教師，教師才能更好地調(diào)整教學(xué)思路方法。以往，學(xué)生的學(xué)習(xí)情況都需要教師主觀觀察，做出判斷。但隨班就讀的學(xué)生，一般都不善溝通，尤其是言語和智力殘疾的學(xué)生。解決溝通交流的問題，才能解決殘疾兒童學(xué)習(xí)適應(yīng)困難的問題。腦機(jī)接口技術(shù)為解決這一問題提供了途徑。教學(xué)中，學(xué)生佩戴非侵入式腦機(jī)接口設(shè)備，學(xué)生的意識形態(tài)會隨時(shí)反饋給教師，為師生溝通架起橋梁，讓言語和智力障礙學(xué)生與教師之間的信息流動可順暢進(jìn)行。

如果學(xué)科進(jìn)度跟不上，腦機(jī)接口技術(shù)設(shè)備就是他們的“嘴巴”，代替他們把自己的思維動態(tài)和想法，準(zhǔn)確及時(shí)地反饋給教師，取得教師的及時(shí)幫助。對于教師的講授和教學(xué)不能理解，也可以實(shí)時(shí)傳遞給教師，便于教師迅速調(diào)整課程難度，選擇適合的教學(xué)方法，對癥下藥，因材施教，讓每個(gè)學(xué)生都能聽得懂、有收獲，找到自己的存在感。

學(xué)習(xí)動機(jī)缺乏會影響學(xué)習(xí)興趣的形成。有興趣才會有沉浸狀態(tài)，因此學(xué)習(xí)動機(jī)間接決定學(xué)習(xí)效果。腦機(jī)接口EEG傳感器可以通過頭皮發(fā)出的腦電圖信號，實(shí)時(shí)測量學(xué)習(xí)參與度，分析學(xué)生即時(shí)學(xué)習(xí)動機(jī)。在兒童學(xué)習(xí)動機(jī)缺乏導(dǎo)致注意力下降時(shí)，及時(shí)播放視頻反饋給學(xué)生，喚醒其潛在認(rèn)知力，實(shí)施強(qiáng)化策略。

隨班就讀的特殊學(xué)生，因?qū)W習(xí)程度不同、愛好不同、大腦區(qū)域活躍程度不同、腦區(qū)域器質(zhì)性缺損不同，所以偏科現(xiàn)象嚴(yán)重。對待眾多差異，教師要想提高課堂效率，進(jìn)行班級集體授課，必須實(shí)施分層教學(xué)，重視個(gè)別輔導(dǎo)。將班內(nèi)的學(xué)生根據(jù)不同特點(diǎn)進(jìn)行分類，在教學(xué)中，考慮學(xué)生的不同學(xué)習(xí)特點(diǎn)，選擇教學(xué)策略，設(shè)計(jì)個(gè)別化教學(xué)方案，以達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。腦機(jī)接口技術(shù)設(shè)備的常態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，提供準(zhǔn)確的科學(xué)分組依據(jù)。傳感器檢測的數(shù)值，可以將邏輯思維活躍的分組，形象思維活躍的分組，發(fā)散思維較好的分配創(chuàng)造性任務(wù)，思維信號弱的多加輔導(dǎo)，結(jié)對幫扶，提升每個(gè)學(xué)生的能力，為課堂注入生機(jī)和活力，讓課堂做到“關(guān)注每一個(gè)”。

2.4 腦機(jī)接口技術(shù)在個(gè)訓(xùn)中的應(yīng)用

隨班就讀的特殊兒童，存在認(rèn)知、語言缺陷等不足，導(dǎo)致產(chǎn)生障礙，所以我們要對其進(jìn)行補(bǔ)償訓(xùn)練。訓(xùn)練分集體訓(xùn)練和個(gè)別訓(xùn)練。

集體訓(xùn)練就是課堂教學(xué)，學(xué)生佩戴腦機(jī)接口技術(shù)設(shè)備，其優(yōu)勢顯而易見。腦機(jī)接口技術(shù)更大的優(yōu)勢顯現(xiàn)在個(gè)別輔導(dǎo)中。一對一的認(rèn)知訓(xùn)練，沒有了眾多信號的干擾，接收清晰而明了，分析迅速而便捷。學(xué)生的各種信號迅速不受干擾地清晰傳遞給教師，教師可以根據(jù)接收到的信息，準(zhǔn)確研判，迅速反饋，增加或減小難度，變換認(rèn)知訓(xùn)練的知識種類，一旦學(xué)生腦信號傳遞變?nèi)?，馬上安排游戲?qū)W習(xí)項(xiàng)目，轉(zhuǎn)移學(xué)習(xí)熱點(diǎn)，保持持久關(guān)注，延長注意時(shí)間。

進(jìn)行個(gè)別語言訓(xùn)練時(shí)，師生雙方佩戴腦機(jī)接口設(shè)備，有效比對兩者信號，找尋不同腦區(qū)域的活動差異，及時(shí)矯正?？谇簧辔?、口腔共鳴、聲道的打開程度等，可以通過腦機(jī)接口外部設(shè)備來控制，找到發(fā)聲部位，建立正確體驗(yàn)，反復(fù)訓(xùn)練，幫助建立正確發(fā)聲方法。從而保證個(gè)別訓(xùn)練科學(xué)高效，做到“適合每一個(gè)”。

3 結(jié)語

本文通過分析隨班就讀學(xué)生的需求，在腦機(jī)接口技術(shù)基礎(chǔ)上探討研究滿足需求的方法途徑，讓我們看到腦機(jī)接口技術(shù)在融合教育中的巨大前景。目前，盡管該技術(shù)在教育領(lǐng)域的廣泛探索還處于起步階段，但隨著該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和成熟，隨班就讀學(xué)生的特殊需求將會迎刃而解，迎來特殊學(xué)生生命發(fā)展的春天。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】

作者簡介：梁明霞，女，本科學(xué)歷，中小學(xué)一級教師，現(xiàn)任教于河北涉縣特殊教育學(xué)校。