課堂教學中腦機接口實證調查

姜彥麗 劉新玉

摘要：針對課堂教學中腦機接口的應用研究已有大量文獻報道，但目前研究主要是從研究者的角度出發，對于使用者的認知情況鮮有關注。本文針對腦機接口在課堂教學中存在的問題，通過問卷調查的方式，以大學生群體為對象，分析了學生對腦機 接口的認知情況和課堂教學中的應用瓶頸。數據結果表明，大學生對腦機接口前景比較看好，但大部分學生對腦機接口的認知存在較大偏見。對于課堂教學，腦機接口在技術成熟度、認知偏見、倫理問題、制度保障等方面存在諸多應用瓶頸，還需深入研究尋找破解之道。此外，本文認為腦機接口對于主流教學方式的改變有限，但是，如果能將腦機接口技術與現有教學方式相結合，將有助于在課堂中提高學生學習積極性，提高學習效率。

關鍵詞：腦機接口；課堂教學；調查問卷；大學生

引言

腦機接口即腦－計算機接口（brain-computer interface，BCI），又稱腦－機器接口（brain-machine interface，BMI），是新一代人工智能技術，通過直接連接人腦與外部設備，使個體可以通過腦電信號與計算機或其他外部設備進行通信和控制，從而實現意識意圖和外部行為之間的無縫溝通[1]。作為腦科學領域較成熟的技術，腦機接口的迅速發展引起了國內外大量資本的支持。教育是腦機接口極力進入的應用領域之一，已成為國內外研究人員關注的熱點之一。相關研究成果已經在各種形式的文獻中得到了廣泛報道[2-4]。

在教育領域，腦機接口最廣泛研究的方向之一是利用神經反饋訓練技術來提升學習者的專注力[5-6]。具體而言，這項技術基于生物反饋原理，通過監測個體的神經活動，并將這些信息以可視化或聽覺化的方式反饋給個體，使其能夠意識到自身的神經狀態，并學會調節這些狀態以達到預期的目標。例如，德貝滕科特（De Bettencourt）等[7]讓學生通過反復的訓練和反饋，逐漸學會調節自身的神經活動，極大地提高了學生特定的認知或行為表現。但是，在課堂上腦機接口的使用還相對較少，而且爭議也較大。

針對腦機接口是否適用于課堂教學這一問題，本文以最可能接觸到腦機接口技術的大學生群體為對象，通過調查問卷的方式，從使用者的角度對大學課堂教學中腦機接口的認知現狀、應用瓶頸和應用前景等進行了實證分析。本文共包括課堂教學中腦機接口技術概述、學生對腦機接口的認知情況分析、課堂教學中腦機接口應用瓶頸、課堂教學中腦機接口應用前景等四個部分，系統分析了腦機接口在課堂教學應用中存在的問題和未來的發展前景。

1. 數據來源與基本概述

設計的調查問卷共有9個問題，通過微信平臺進行問卷調查的發放和收集，調查問卷設計如表1所示。4天的時間內共收到1026份問卷，通過對IP地址識別，去除了49份重復問卷，得到有效問卷。從提交問卷的時間來看，填寫時間的均值為54秒，中值為39秒，最小值為10秒，最大值為1527秒。從提交問卷的IP地址所屬省份來看，共有28個省份的學生參與了調查，其中人數最多的為河南省，共有724份，占比74.1%。

2. 調查結果統計分析

針對問卷中的9個問題，被調查者填寫的基本情況如圖1所示。在收集到的977份問卷中，從性別分布來看，男生參與度較高，有682人，占比69.8%；從年級分布來看，包含從大一到大四所有年級，但從大一到大四，參與人數依次遞減；對于腦機接口了解情況，有一半以上的學生沒有聽說過，而知道并接觸過的僅占10.5%；在腦機接口是否會改變生活這一項，高達80.9%的被調查者選擇了會；在腦機接口應用于教育上，盡管大部分學生選擇了支持，但與是否會改變生活這一項相比，支持的人數降低了16.3%；對于腦機接口是否有助于學習，76.2%的學生認為會，結合上一個問題，這意味著大部分同學認為腦機接口可以幫助學習，但是對其在教育上應用稍不自信；對于在課堂上使用腦機接口這一問題，結果和預期基本一致，42.7%的學生能接受別的同學使用，但只有29.6%的學生明確表示自己愿意使用腦機接口；在腦機接口是否存在危害這一問題上，結果出乎意料，有51.1%的學生明確認為有危害，認為沒有危害的僅有4.1%，不確定的占到了44.8%。

從數據分析結果來看，腦機接口對于大部分學生來說還是比較陌生，接觸過的大學生并不多，而且大部分學生認為腦機接口可能會對身體造成危害。不過，絕大部分大學生對其前景還是比較樂觀，無論是在生活領域還是在教育領域，支持度都超過了60%。但是，對于在課堂上使用腦機接口，大部分學生還是持謹慎態度，無論是自己還是其他同學，接受程度都在1/3左右。這一結果表明，學生真正接受腦機接口應用于課堂還任重道遠。

3. 學生對腦機接口的認知情況

3.1 對腦機接口基本認知情況

在大學生對腦機接口基本情況的認知上，進一步分析了不同性別和不同年級學生對腦機接口的了解情況，分別計算了知道與不知道腦機接口學生人數的比值，在計算過程中，將知道并接觸過和知道但沒見過歸為同一類。在性別上，男生和女生對腦機接口的了解情況基本一致，但是相比之下，男生知道腦機接口的比例（1.07%）要高于女生（0.64%）；在年級分布上，隨著年級增長，知道腦機接口的比例呈逐漸增加的趨勢。但奇怪的是，大一學生中知道腦機接口的比例要高于大二和大三，這可能與調查的時間選擇了大學下半學期有關，也可能是由于2000年以后出生的學生對科技比較關注，具體原因尚不清楚。

3.2 對腦機接口作用的認知情況

在對腦機接口作用的了解上，分別分析了知道腦機接口的學生和不知道腦機接口的學生在腦機接口改變生活、應用于教育、有助于學習這三個問題的情況。對于這三個問題，知道腦機接口的學生的支持度（91.9%、73.3%和84.4%）都要顯著高于不知道腦機接口的學生（70.7%、56.6%和68.8%），這一結果可能意味著對腦機接口越了解的人對腦機接口的前景越看好。

3.3 對腦機接口課堂使用的認知情況

在對腦機接口課堂使用的接受情況分析上，同樣分別分析了知道腦機接口和不知道腦機接口的學生在自己使用和他人使用的態度。知道腦機接口的學生，無論是自己使用還是同學使用，都有一半左右的學生是持支持態度的，接受度分別為41.5%和54.9%，明確不支持的都低于20%；對于不知道腦機接口的學生，態度則比較保守，大部分學生都選擇了進行觀望的態度，明確表示支持的分別為18.7%和31.4%。這一結果表明，知道腦機接口的學生在課堂上還是愿意嘗試使用這一高科技的。

3.4 對腦機接口危害的認知情況

在對腦機接口危害的認知上，分別分析了知道腦機接口和不知道腦機接口的學生在腦機接口是否有危害的統計情況。對于這個問題，知道腦機接口的學生的判斷可能會更有說服力，但是出乎意料的是，在知道腦機接口的學生中卻有高達59.8%的人明確認為腦機接口是存在危害的，雖然有41.4%的學生選擇了不清楚有什么危害，但是認為沒有危害的只占7.1%；對于不知道腦機接口的學生，大部分學生（55.6%）都選擇了不確定有什么危害，這一結果也符合預期，但是不知道腦機接口的學生大部分（43%）在潛意識里也認為腦機接口對使用者是有危害的。這一結果表明，大部分學生對腦機接口還是存有偏見。

4. 腦機接口課堂應用的障礙分析

在課堂應用中腦機接口技術并不成熟，在技術、認識、倫理、制度等方面還存在諸多障礙，如果未來能夠克服這些障礙，將會極大地促進腦機接口的實踐應用。關于腦機接口課堂應用的主要障礙，具體分析如下。

4.1 技術尚未成熟

技術的成熟度不足可能是影響腦機接口在課堂中應用的主要瓶頸。作為一項跨學科技術，腦機接口目前在工程和理論方面都面臨著挑戰。在工程方面，主要問題包括：（1）腦機接口信號采集不穩定，導致信號質量不佳，從而影響了接口的性能和準確性；（2）腦機接口使用煩瑣，一般需要具有專業背景的人士輔助；（3）腦機接口設備的體積及重量還較大，使用者不能像佩戴耳機或手表一樣簡單快捷；（4）腦機接口價格相對昂貴，昂貴的價格和實際使用效果并不匹配；（5）腦機接口行業發展還不成熟，尤其是專業人才缺乏，滿足不了市場需求。更重要的是，腦科學還存在大量的理論黑洞，使其對腦機接口實踐應用的理論支撐還十分薄弱，對腦機接口課堂應用在技術上還存在較大差距。

4.2 存在認識誤解

隨著腦機接口初創公司的發展及部分產品的上市，使得人們對腦機接口在認識上的誤解越來越突出，主要包括：（1）性能夸大，人們賦予了腦機接口技術過多的超能力，如直接控制物體移動或實現遠距離通信等，使其名不副實；（2）安全隱患，有些人可能擔心腦機接口設備會對大腦造成傷害或干擾正常的神經功能；（3）忽視人的意愿，有些人可能認為腦機接口技術會剝奪人們的自由意志或控制個人思想；（4）技術取代人類，一些人可能擔心腦機接口技術會導致人類失去對自身行為和思想的控制，甚至取代人類勞動力。這些誤解可能源于對腦機接口技術認識的片面或不充分，因此，在推廣和應用腦機接口技術時，需要加強對公眾的科普和教育，消除其對技術的不必要擔憂和誤解。

4.3 倫理問題突出

倫理問題對于腦機接口技術的課堂應用一直是比較突出的問題，得到了人們的極大關注和擔憂[8]。在課堂應用中，腦機接口技術可能還涉及以下幾個方面的倫理問題：（1）隱私權，腦機接口技術可以讀取大腦內部的意圖和想法，因此，可能涉及個人隱私權的問題。保護個人數據的安全和隱私成為重要任務，以確保個人的思想和意圖不被濫用或泄露。（2）自主權和知情同意權，個體在使用腦機接口技術之前，應充分了解技術的性質、目的和潛在風險，并有權決定是否參與和使用。（3）道德責任和法律法規，腦機接口技術的應用可能涉及技術的濫用、誤用或潛在的倫理風險。（4）社會影響和文化變革，腦機接口技術的應用可能對社會和文化產生深遠影響，如個體與技術的關系、人類身份和意識的重新定義等。

4.4 制度尚不完善

在教育領域，腦機接口的市場潛力是無法估量的，這種巨大的市場潛力勢必會引起大量資本的涌入，如何建立完善的制度保障對于腦機接口技術實踐應用意義重大[9]。目前腦機接口在制度上可能存在的問題包括：（1）缺乏相關法律法規，針對腦機接口技術的法律法規尚不完善，存在空白或模糊的地方；（2）缺乏標準和規范，腦機接口技術標準化和規范化工作尚未完善，缺乏統一的技術標準和操作規程；（3）保護用戶權益不足，在腦機接口技術的應用中，用戶的權益保護可能存在不足；（4）道德審查和倫理審核不足，在腦機接口技術的應用中，缺乏有效的道德審查和倫理審核機制；（5）數據隱私保護不足，腦機接口技術涉及大量個人數據的采集、處理和傳輸，數據隱私和安全保障尚未得到充分重視和保障。

結語

從醫療康復到智能家居，從游戲娛樂到教育科技，腦機接口影響著以智能交互為核心的數個高新科技領域。尤其是在教育科技領域，無論是課堂教學還是教育輔助，腦機接口技術都被認為具有巨大潛力。本文基于問卷調查的方式，針對大學生這一群體，分析了其對腦機接口的認知情況，并在此基礎上論述了腦機接口的應用瓶頸和應用前景。盡管目前在課堂教學，甚至在教育科技領域，腦機接口技術已得到大量的應用和研究，但是總體上目前走的是非主流路線，理論基礎并不完善，作用也不明顯。

參考文獻：

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[9]陳麗娜，王大洲.腦機接口負責任創新研究發展[J].工程研究-跨學科視野中的工程，2019，11（4）：390-399.

作者簡介：姜彥麗，本科，助理工程師，研究方向：科技信息化管理。

課題項目：河南省本科高校研究性教改項目——機器人課程“五位一體”研究性教學模式的探究與實踐（編號：2022SYJXLX109）。