脑机接口技术在特殊儿童随班就读教育中的应用研究

摘要：特殊儿童因思维、行为、智力等诸多因素，在随班就读中表现出一定的特异性，出现融合适应的困难，造成部分学生回流特校的现象。基于脑科学发展的脑机接口技术不依赖外围神经肌肉，实现大脑与外界设备的直接交互，有效支持学生的学习，该技术的发展将推动融合教育顺利实施，为特殊儿童随班就读带来的各种适应性问题提供解决途径。

关键词：脑机接口;特殊儿童;随班就读;教育应用

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）18-0200-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

据教育部统计，2018年，全国共有残疾学生66.59万人，在普通学校随班就读和附设特教班就读学生33.2万，约占50%。融合教育的迅速推进，使随班就读成为特殊学生就学的主体形式。残疾儿童在随班就读过程中，不可避免地遇到融合问题、适应问题、心理健康问题，同时在教学过程中，由于残疾儿童注意力不集中、记忆力不佳、认知水平不高、不易产生学习兴趣、情绪波动大等问题，往往不能取得教学的理想效果，这些问题给师生双方都带来困扰。基于脑科学发展的脑机接口技术为这种窘境的解决提供了途径。残疾学生通过佩戴脑机接口设备，教师可实时获取其注意力、认知水平、兴趣点、情绪等信息，根据获得的信息，调整教学策略，跟进心理辅导，为满足特殊儿童身心需求提供技术支持，促使特殊学生与普通学校更好融合。

1 脑机接口技术及其在教育中的应用

脑机接口技术是不依赖于正常的外围神经和肌肉组成的输出通路的通讯系统[1]，它能够直接为大脑提供一种新的信息交换和控制通路，创造性地帮助大脑和外界环境或体外设备进行直接交互。目前，利用该技术已经成功研制出多种设备，用于医疗和教育等领域，实现了人类大脑与计算机等外部设备的联接与沟通。可以期待，未来该技术开发实时接口系统，借助云数据管理，可以实现脑与脑的联接，为改善人类教育提供更强大的技术支撑。

我国多所大学对脑机接口技术展开研究，近年来我国学者对该技术的教育应用关注度不断上升。余饶东结合计算机视觉检测和脑电波检测技术检测在线学习者注意力的方案[2]，识别在线学习者的显式分心状态和隐式分心状态。杨晓哲等尝试将沉浸式虚拟现实与脑电波技术结合，探究整合系统对个体创造力的影响[3]，该实验要求几十位受试者在沉浸式的虚拟现实环境中设计创意作品。已有学者通过穿戴非侵入式脑机接口设备，采集学生多维教育大数据、识别学习者状态和认知风格以及提升学生注意力的实证研究[4]，为智慧教学做基础研究，这些都是脑机接口技术在教育中的应用范例。

2 脑机接口技术在特殊學生随班就读中的应用

2.1 脑机接口在情绪注意力监测中的应用

学生的注意力指向是否稳定，决定其感知、记忆、思维的稳定性。注意力不集中的学习者肯定有学习障碍。提高学生的注意力，在他们注意力较好聚焦的时段展开教学，对随班就读的学生意义重大。脑机接口技术的应用可以直接采集脑电信号，并分析识别信号特征，从而为教师识别学生的注意力状态，提供科学直观的依据。

有研究者使用NeuroSky MindBand移动脑机接口设备在参与者阅读印刷图画书时监测其注意力状态并探讨视觉注意力与阅读时间对不同年龄段的影响，结果显示：年龄显著影响视觉注意力和阅读时间，成人的视觉注意力和阅读时间优于儿童，且成人的视觉注意力和阅读时间呈正相关[5]。

随班就读学生因残疾种类不同、程度不同，造成个体之间学习差异性大，我们必须尊重差异，有意识地进行差异教学，重视个别辅导，才能不落下每一个学生。利用脑机接口技术采集每位学生不同的注意信号，分析提醒，实时指导，最大程度提高学生学习效率。尤其是自闭症儿童，他们的注意力短暂而浅薄，需要实时分析，变换学习相关因素，进行干预，不断提醒，唤醒内部学习动机，如果学生脑区活动较弱，教师马上增强信号，控制注意力的方向，让该生注意力重新回归到学习内容。如果发现教学内容难度不适合该学生，马上调整难度;如果内容风格不适合学生，就相应调整内容风格，保持学生的注意力。

2.2 脑机接口可弥补残疾学生感官缺陷

残疾类别有视力、听力、言语、智力、肢体、精神残疾等六类，每一类别的残疾儿童都有随班就读的需求，而不同残疾类别的学生，会面临不同的学习障碍。视力、听力、肢体残疾等学生的感官缺陷，将是横亘在融合教育面前的巨大障碍。

对于身体感官缺陷的学生，学习过程体验会出现困难，他们无法通过自身器官去感知，无法完成整个连续的学习反思链条。如视力残疾学生，无法看见客观实体，只能凭借感官代偿途径，进行联想或想象学习，对于文字的触摸，也远不及眼睛直接反应的效果。近期有研究表明，人体对视觉图像信息的感知，也可以利用脑机接口技术在视觉皮层的神经信号层面进行重建[6]，帮助有视力障碍的学生构建视觉假体，实现神经元与视听觉、触觉等信息的直接感知，可以帮助学生重新建立视觉感官功能，激活学习体验，可以期待，不远的将来视障学生可“重见光明”，最终达到无障碍融合。随班就读学生中，有相当数量的肢体障碍学生，他们将成为脑机接口技术的现实受益者。通过脑机接口技术安装假肢，重建缺损的感官功能，用脑信号控制外部设备（假肢），直接接收来自大脑皮层的命令，完成各种外部动作，体验身体的协调性，实现课堂交互学习，达到优良的互动交流效果，获取优质教育资源，与普通学生共同成长。听障学生佩戴的电子耳蜗设备，即脑机接口技术的应用，通过该设备接收外界声音，直接传递到大脑皮层，重建听力感官功能，实现听觉的“恢复”，从而消除融合过程中普特学生的差异。

利用脑机接口设备帮助身体存在缺陷的学生重建身体感官进而重塑基于身体的学习，让学习者通过身体的运动学习、感官学习、情绪学习和精神学习等多模态方式来体验学习的过程和乐趣，成为现实。

2.3 脑机接口在课堂教学中的应用

特殊学生进入普通学校，普遍会遇到学习适应困难问题。比如，跟不上全班的学习进度、学习动机缺乏、偏科等等。这些问题不及时解决会形成恶性循环，造成学生回流特校。

课堂教学是师生互动的艺术。教师的“教”要通过学生的“学”起作用，教是外因，学是内因，学生的学习状态和学习效果要及时反馈给教师，教师才能更好地调整教学思路方法。以往，学生的学习情况都需要教师主观观察，做出判断。但随班就读的学生，一般都不善沟通，尤其是言语和智力残疾的学生。解决沟通交流的问题，才能解决残疾儿童学习适应困难的问题。脑机接口技术为解决这一问题提供了途径。教学中，学生佩戴非侵入式脑机接口设备，学生的意识形态会随时反馈给教师，为师生沟通架起桥梁，让言语和智力障碍学生与教师之间的信息流动可顺畅进行。

如果学科进度跟不上，脑机接口技术设备就是他们的“嘴巴”，代替他们把自己的思维动态和想法，准确及时地反馈给教师，取得教师的及时帮助。对于教师的讲授和教学不能理解，也可以实时传递给教师，便于教师迅速调整课程难度，选择适合的教学方法，对症下药，因材施教，让每个学生都能听得懂、有收获，找到自己的存在感。

学习动机缺乏会影响学习兴趣的形成。有兴趣才会有沉浸状态，因此学习动机间接决定学习效果。脑机接口EEG传感器可以通过头皮发出的腦电图信号，实时测量学习参与度，分析学生即时学习动机。在儿童学习动机缺乏导致注意力下降时，及时播放视频反馈给学生，唤醒其潜在认知力，实施强化策略。

随班就读的特殊学生，因学习程度不同、爱好不同、大脑区域活跃程度不同、脑区域器质性缺损不同，所以偏科现象严重。对待众多差异，教师要想提高课堂效率，进行班级集体授课，必须实施分层教学，重视个别辅导。将班内的学生根据不同特点进行分类，在教学中，考虑学生的不同学习特点，选择教学策略，设计个别化教学方案，以达到教学目标。脑机接口技术设备的常态监测数据，提供准确的科学分组依据。传感器检测的数值，可以将逻辑思维活跃的分组，形象思维活跃的分组，发散思维较好的分配创造性任务，思维信号弱的多加辅导，结对帮扶，提升每个学生的能力，为课堂注入生机和活力，让课堂做到“关注每一个”。

2.4 脑机接口技术在个训中的应用

随班就读的特殊儿童，存在认知、语言缺陷等不足，导致产生障碍，所以我们要对其进行补偿训练。训练分集体训练和个别训练。

集体训练就是课堂教学，学生佩戴脑机接口技术设备，其优势显而易见。脑机接口技术更大的优势显现在个别辅导中。一对一的认知训练，没有了众多信号的干扰，接收清晰而明了，分析迅速而便捷。学生的各种信号迅速不受干扰地清晰传递给教师，教师可以根据接收到的信息，准确研判，迅速反馈，增加或减小难度，变换认知训练的知识种类，一旦学生脑信号传递变弱，马上安排游戏学习项目，转移学习热点，保持持久关注，延长注意时间。

进行个别语言训练时，师生双方佩戴脑机接口设备，有效比对两者信号，找寻不同脑区域的活动差异，及时矫正。口腔舌位、口腔共鸣、声道的打开程度等，可以通过脑机接口外部设备来控制，找到发声部位，建立正确体验，反复训练，帮助建立正确发声方法。从而保证个别训练科学高效，做到“适合每一个”。

3 结语

本文通过分析随班就读学生的需求，在脑机接口技术基础上探讨研究满足需求的方法途径，让我们看到脑机接口技术在融合教育中的巨大前景。目前，尽管该技术在教育领域的广泛探索还处于起步阶段，但随着该技术的进一步发展和成熟，随班就读学生的特殊需求将会迎刃而解，迎来特殊学生生命发展的春天。

参考文献：

[1]姜雷，张海，张岚，等.脑机接口研究之演化及教育应用趋势的知识图谱分析——基于1985-2018年SCI及SSCI期刊论文研究[J].远程教育杂志，201 8，36（4）：27-38.

[2]余饶东.基于脑波与计算机视觉的注意力检测技术在E-Learning中的应用研究[D].昆明：昆明理工大学，2015.

[3]杨晓哲，任友群.虚拟现实与脑电联动系统的开发及其教育研究功能探索[J].远程教育杂志，2019，37（1）：45-52.

[4]柯清超，王朋利，脑机接口技术教育应用的研究进展[J].中国电化教育，2019（10）：14-22.

[5]任岩，安涛，领荣.脑机接口技术教育应用：现状、趋势与挑战[J].现代远距离教育，2019（2）：71-78.

【通联编辑：唐一东】

作者简介：梁明霞，女，本科学历，中小学一级教师，现任教于河北涉县特殊教育学校。