科學領域前概念偏見效應中的腦電信號時空特徵研究

《科學領域前概念偏見效應中的腦電信號時空特徵研究》是依託東南大學，由朱艷梅擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：科學領域前概念偏見效應中的腦電信號時空特徵研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：朱艷梅
• 依託單位：東南大學

中文摘要

前概念與科學概念衝突導致的前概念偏見效應普遍而頑固地存在於人們的科學認知過程中。科學領域前概念偏見效應影響人們科學知識的獲取、阻礙思維發展、干擾正確決策的達成。針對前概念偏見效應中腦加工過程具有多時間階段、多腦區協同加工的特點，本項目通過對多導聯腦電信號的時頻分布、皮層功能網路、事件相關電位等多個時間、空間特徵量的提取和分析，探索與這些特徵量密切相關的腦加工過程，揭示前概念偏見效應的腦機制；此外，針對科學領域前概念偏見效應的特殊性及其與教學過程的密切關聯，我們通過比較專家與新手兩類不同人群、自動與控制加工兩類不同認知加工方式下前概念偏見效應中的腦電特徵量的異同，揭示教育可能引起的腦加工過程的變化, 以及前概念頑固性的腦基礎，並初步探索實際科學課程教學對學生前概念偏見效應中腦加工過程的影響。該項研究對於理解科學思維發展、提高科學決策能力、促進科學教育發展均有著重要的科學意義和現實的套用價值。

結題摘要

前概念與科學概念衝突導致的前概念偏見效應普遍而頑固地存在於人們的科學認知過程中，並影響人們科學知識的獲取、阻礙思維發展、干擾正確決策的達成。本項目通過分析腦電信號的時空特徵，研究科學領域前概念偏見效應中的腦加工進程與規律，考察前概念偏見效應影響解決科學問題時認知反應的腦活動特徵，並探索科學教育實踐對改善前概念偏見效應的作用。研究結果顯示，（1）前概念偏見效應的信息加工過程存在著前概念自發激活、衝突監測、抑制控制多時程的信息加工過程。在前概念偏見效應早期加工階段，基於直覺自發形成的前概念將被自動調用,從而引起認知衝突過程。在前概念偏見效應後期加工階段，科學概念被激發，進而抑制前概念偏見，運用科學概念正確解決問題。事件相關電位成分P2、N2與基於前概念的判斷相關，而事件相關電位成分LPP則與科學概念的調用、前概念與科學概念的衝突、對前概念的抑制等加工過程相關。（2）前概念偏見效應將影響學生解決問題時工作記憶、確定性程度以及認知負荷水平。當前信息和人腦中現有的概念相符時，人腦對當前信息的工作記憶表征最強，前概念偏見效應將削弱當前工作記憶表征強度。時間相關電位P3反映了工作記憶表征強度水平。科學概念成功抑制前概念偏見時產生確定且正確的認知反應，而前概念與科學概念衝突嚴重時將引起不確定的認知反應。兩類認知反應在腦電信號中表現出N2、P3成分的差異。做出“不確定”的認知反應時，N2成分幅值更高，而P3幅值則更低。N2反映了前概念偏見效應中兩種概念之間衝突、競爭的關係，P3則反映了前概念偏見中的抑制過程與正性情緒體驗水平。前概念偏見顯著時認知負荷增加。認知負荷增加的程度表現為前額更強的theta波同步化水平以及枕葉更強的alpha波去同步化水平。（3）前概念偏見效應普遍存在，探究式科學教育有助於改善前概念偏見效應，實現基於科學概念的推理與決策。探究式教學對前概念偏見效應的改善效果顯著高於傳統教育。