基于腦電技術與5G的教學質量研究方法

摘要：研究教學質量為教學改革提供了重要參考。現階段，教學質量的研究方法主要是通過定性研究手段，具有一定的主觀性和滯后性。隨著神經科學和腦科學的發展，基于腦電、眼動等生理測量技術為更客觀研究教學質量提供了途徑。隨著5G技術的發展，為實時獲取用戶的生理數據提供了可能。本文論述了腦電技術和5G技術在教學質量研究中的應用價值，擬為廣大教育工作者的教學改革提供參考。

關鍵字：腦電技術;5G;用戶體驗;教學研究

引言

課程教學是當前教育的主要方式，也是影響人才培養質量的關鍵環節。目前，教學質量的研究方法主要是通過心理測量手段，這類方法具有一定的主觀性與滯后性。隨著神經科學和腦科學的發展，基于腦電（EEG）、眼動（Eye-tracking）、心電（ECG）、肌電（EMG）等生理測量的技術開始在工業、醫療、游戲、教育等領域運用。其中，腦電技術是研究用戶認知的重要手段。隨著5G技術的商業化，為腦電數據的傳輸提供了更大的帶寬，使實時獲取用戶生理信號成為了可能。因此，本文擬提出一種結合腦電技術和5G技術的教學質量研究方法設想，可以更客觀、實時的反映學生的學習情況，輔助教師提升教學質量。

1.教學質量評價方法現狀

教學質量評價是指對老師的學術水平、教學方法、教學態度等進行評價。教學質量的研究可以認定和解釋課堂教學事實，發現和反思教學實踐中存在的問題，改進課堂教學方法和機制。專家評價法、訪談法、問卷調研法等定性研究方法是用于研究教學質量及學習質量的常見方法。專家評價法即邀請多名行業專家通過聽課的形式對課程教學的情況進行評價。這種教學質量評價方法的評價主體是教學專家，可以直接給年輕教師以指導。但是，由于專家組人數及聽課次數有限，很難準確反映每個教師的每門課程的教學質量。此外，專家的意見并不代表學生的意見，無法反應學生的真實需求。訪談法和問卷調研法即通過訪談或問卷調研，直接了解學生的學習情況與需求。目前，大多數基于訪談法和問卷調研法的教學質量評價內容主要參考華盛頓大學在教學質量評價表中提出的4個問題：這門課程能否激發智慧、開拓思維;這門課程在哪方面對你的學習貢獻最大;你在學習這門課程時遇到了那些困難;你對這門課程的教學有那些改進意見。這類方法的評價主體是學生，操作簡單，針對性強，但學生很難提出客觀的，有價值的意見。

綜上所述，上述研究方法雖各有優點，但卻有一定的主觀性與滯后性。主觀性是指心理測量過于依賴學生的主觀選擇和專家的個人偏好，因而無法客觀的反映教學的質量。一方面，學生可能會為迎合老師或家長而隱瞞真實的學習情況。另一方面，專家的個人偏好無法代表整個學生群體的評價。滯后性是指研究的滯后性，即不能實時掌握每個學生在課堂的認知情況，需要在課后對學生進行調研。課后調研通常會造成用戶的記憶負荷增加，造成關鍵信息的丟失。

2.基于腦電技術與5G的教學質量研究方法

2.1腦電技術的應用價值

腦電技術是一種反應大腦功能狀態的電生理技術，通過在腦部安放電極記錄大腦神經細胞活動所產生的生物電活動。腦電技術的時間精度為千分之一秒，可以反映大腦皮質層的神經活動，精確的時效性使其成為認知科學領域的一種常用技術。事件相關電位（ERP）是反映用戶認知活動的重要指標，當感官系統接收到特定的刺激時會引起大腦的ERP變化。相比于心理測量，腦電信號可以更客觀、實時的反映學生的認知活動。腦電技術可以記錄學生在瀏覽課件或思考問題過程中的腦電信號，通過分析ERP數據的變化可以判斷不同教學方法下學生的認知活動的差異性。常用的ERP信號主要包括P1、N1、P2、N2、P300、N400等。其中，P1、N1可以反映學生的早期注意成分。P2受空間注意的影響，可以反映學生對課件或板書的識別與加工。N2可以反映學生對學習信息刺激的初步加工。P300可以反映學生的認知過程，受主觀概率、相關任務、刺激的重要性、決策注意、情感等多因素的影響。N400被認為與長時記憶的語義信息提取有關，是研究語言加工處理相關的認知機制的常用ERP成分。通過對學生ERP數據的研究，教師可以將學生的學習認知活動量化，客觀的了解學生的課堂學習情況。

2.2腦電技術與5G技術的結合

5G技術是具有高速率、低時延和大連接等特點的第五代移動通信技術，是實現人-機-環境互聯的網絡基礎設施。5G技術為腦電數據的傳輸提供了更大的帶寬，為實時獲取學生生理信號提供了途徑。將腦電技術與5G技術的結合，可以有效解決心理測量的滯后性問題。目前的教育模式追求個性化、智能化，通過腦電技術與5G技術的結合，不僅可以使教師實時了解到每一個學生個體的學習情況，也可以使教師實時了解到整個班級的學習情況，從而適時調整教學策略。5G和腦電技術的結合將會給教師帶來全新的審視角度，使教育邁向智能化、個性化時代。

3.未來發展趨勢

（1）設備佩戴的舒適性

檢測腦電信號的關鍵設備是腦電儀。目前，腦電儀需要在頭上安裝多個電極片，佩戴不舒適且造型不美觀，嚴重影響學生聽課的注意力。未來，腦電儀可能會改變現有的形態，例如變為帽子，頭巾等形式。整體形態輕巧且美觀，不影響學生聽課的注意力。

（2）配套的分析軟件

目前，教育領域還沒有配套的腦電信號分析軟件。未來，配套的腦電信號分析軟件應針對以下幾方面進行設計：一方面，要將個人的腦電信號轉為思維活躍度、情緒等要素，以供教師進行學生個體的研究。另一方面，要將整個班級的學生的腦電信號進行歸納，轉換為表達課堂氛圍，積極性等的要素，以供教師進行班級學習情況研究。此外，該軟件可以將學生個體的學習情況以及班級的學習情況，給通過5G網絡實時或定期反饋給教師、監督部門、家長等，促使教師和家長針對班級（或學生）學習情況及時改進教學和教育策略。

（3）多種測量技術的結合

單一的心理測量方法或生理測量方法難以準確識別用戶真實的心理狀態和認知狀態。綜合多種生理測量方法及心理測量方法是未來的發展趨勢，將會為學生的認知活動研究提供更可靠的依據。

4.結語

腦電技術作為一種定量研究技術，為更客觀研究教學質量提供了途徑。隨著5G技術的發展，為實時獲取學生的腦電數據提供了可能。本文提出了一種腦電技術結合5G技術的教學質量研究方法策略，論述了腦電技術在教學質量研究中的應用價值，為廣大教育工作者的教學改革提供了參考。

參考文獻

[1]陳辰.基于腦電的產品意象推理模型研究[D].浙江大學.2017.

[2]藍江橋，冷余生等.中美兩國大學課程教學質量評價的比較與思考[J].高等教育研究.2003，（02）

[3]黃作鵬，岳佳欣等.5G在教育上的應用[J].科技創新與應用.2021，11（13）

[4]楊隨先，劉行等.互聯網+智能設計背景下的交互設計與體驗[J].包裝工程.2019，40（16）

[5]鄭延福.本科高校教師教學質量評價研究[D].中國礦業大學.2012.

作者簡介

蔡思琪（1991—09），女，漢族，河南安陽，專職教師/助教，碩士研究生，西南財經大學天府學院，會計