华南师范大学：脑机接口技术教育应用报告（32页）.pdf

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1、脑 机 接 口 技 术 教 育 应 用真实课堂的脑电扫描与群体学习注意分析国务院发布的新一代人工智能发展规划指出：我国人工智能未来以类脑智能、混合智能、协同智能、群体智能等前沿技术为重点发展方向。类脑智能：采用硬件和软件技术模拟人脑的工作原理以实现人类水平的智能系统；混合智能：融合生物智能与人工智能，发展兼有生物智能与人工智能优势互补的新型智能形态。脑科学与人工智能的发展脑机接口（brain-computer interface，BCI）脑机接口是在人或动物脑与外部设备间建立的直接连接通路脑机接口：脑科学与智能技术的结合脑信号采集信号预处理特征提取分类外部设备马斯克创办脑机接口公司Neural

2、ink马斯克Neuralink的最新实验（视频）教育的本质：大脑的建构 大脑是一个并行处理器，它能够同时执行多执行；每个大脑都是独一无二的；大脑同时处理整体和部分；学习包括集中注意力和周边感知；学习包括有意识和无意识的过程 基于脑的学习(Brain-based Learning)大量融合脑科学与人工智能技术的脑机接口系统产品进入实用阶段，各种可穿戴的脑机接口设备可以方便读取、监测学习过程的脑信号；对学习过程中大脑工作的各种脑信号的获取、识别、分析与解读，能够帮助研究者掌握学生的大脑工作机制与学习规律，从而优化教学设计。脑机接口设备可以“读取”脑信号可穿戴的非侵入式脑机接口设备脑机接口技术的教育

3、应用EEG信号脑磁信号血氧含量脑信号教育应用混合方法.脑机接口技术学习者分类学习状态识别认知水平检测训练反馈提升.典型应用：脑电EEG的特征提取与识别学生学习过程中的脑信号测量学习者认知负荷测量：n-back任务，反映知识掌握程度；学习者注意力水平测量：高中低等注意力水平，多说者情境的视觉注意力；学习者情绪状态识别：平静、生气和高兴，悲伤、恐惧、快乐和厌恶等。学习过程中的脑信号控制直接脑刺激：针对性地增强某一频带脑信号的能量，如增强alpha的频带能量，多用于特殊儿童的的治疗；间接脑刺激：通过冥想、音乐刺激等，改善用户的注意力和情绪状态。脑机接口的课堂教学研究真实课堂教学中的注意力监测与分析：

4、结合学生行为数据和其他多模态数据分析，发现群体学习脑规律；应用脑机接口识别学生认知风格：任务刺激、特征选取、学习风格识别、分层教学；学生课堂教学的注意力训练提升：学习兴趣诊断、学习者模型、自适应学业诊断；案例1：课堂教学的学习注意监测与分析学校：宁夏银川第二十一小、中宁宽口井小学样本：小学4到6年级10个教学班70节课堂工具：可穿戴脑机接口设备时间：2019.112020.11真实课堂教学的脑电扫描课堂教学中学生注意力变化监测课堂教学中学生的注意力样本课堂教学中学生的注意力样本课堂教学行为与学生注意的关系对群体注意力有显著激活作用的教学互动行为 教师课堂巡视有利于激活群体高注意力；教师课堂指导

5、有利于激活群体高注意力；同学间的讨论有利于激活群体高注意力；学生演示或展示有利于激活群体高注意力；课堂口令有利于激活群体高注意力。高注意力课堂发生“积极反馈”行为的频次较高 积极反馈对学生注意力有促进作用，因为教师的激励性评价能够激发学生学 习内驱力，营造宽松和谐的教学氛围；奖赏驱动的注意效应能够驱动其关联刺激产生 注意效应，促进学生的注意力选择，且奖赏相关的信号会吸引更多的注意资源，增强信号监测能够提升认知控制。发现课堂活动学生专注力的规律基于注意力同步性实现小组合作学习模式分类 聚合型小组合作模式的成员在注意时序上呈现较高的相关性。竞争型小组合作模式的成员在注意时序上呈现负相关性。混合型小

6、组合作模式的成员间同时存在注意时序正相关和负相关。零散型小组合作模式的成员间的注意时序不同步或弱同步。技术丰富环境下的群体注意力同步性较高 班级群体的注意力同步性较高，学生群体在学习过程中的注意时序存在较多强相关关系，说明学生学习步调较为一致，能够根据教师的教学节奏进行学习；学生在学习过程中的注意时序与高注意力水平的学生和成绩好的学生存在较好的同步性，说明学生的学习动机普遍比较积极。课堂教学过程中群体注意力的同步性课堂互动序列与群体注意力均值的相关性结对校学生对同步课堂的整体体验感较好 结对校学生对同步课堂的整体体