极客网：tDCS技术帮助提高孩子STEM成绩

STEM学科是当前众多家长所关注的、也是对孩子期望非常高的学科。“学好数理化，走遍天下都不怕”大概是我们对孩子们未来期望的高度概括。

高考改革和STEM教育

清华大学的刘佳琛博士(清华大学招办副主任)就高考改革与STEM学习和学业成绩、以及未来大学阶段的学习之间的关系，进行了分析。

刘佳琛博士

研究显示，高考改革后，学生STEM课程成绩有了明显提高，对学生大学相关专业的基础课程学习(数学、物理、化学、生物、计算机、工程技术等)，起到了至关重要的作用。

王殿军教授

清华大学附中校长王殿军教授也指出，教育的不同阶段，对于STEM课程与项目的实施重点有所侧重。小学阶段，突出概念的普及性;初中阶段，发展为在给定问题下对信息、技术和工程原理、流程和方法论的应用理解;高中阶段，重点在创造及创新能力的培养。

可见，STEM教育在未来中小学教育，以及高考中的地位将越来越重要。

STEM的核心能力——心理旋转

空间认知能力与数学中的平面、立体几何内容关系密切。研究发现，这项能力的高低直接决定了学生STEM学科的成绩。

空间认知能力中，最核心是心理旋转，它是指在头脑中，通过对物体、图形进行旋转操作，以达到相应的认知目的。

举个例子，如上图所示，左侧中的立方体，和右侧中那个图形(A、B、C)是对应的?这就是心理旋转的典型应用。(卖个关子，答案在末尾公布)

航天工程研究的启示

随着我国航天技术的发展，载人航天任务在轨时间越来越长、任务复杂性越来越高，加之环境特殊，航天员的认知能力会有明显下降，如在失重条件下，人体的定向能力、协调能力和运动系统等都会下降。

中国航天员科研训练中心、航天工程大学联合研究发现，经过二维心理旋转、三维心理旋转的训练后，航天员在进行手控交会对接任务时，成绩有明显提高;但传统训练存在局限性，很快便出现了天花板效应。

通过对15位志愿者，进行tDCS干预(干预方案位1mA，15分钟)(同时进行阳极干预、阴极干预、伪刺激对照实验)，结果如下：

如上图所示，无论是阳极干预方案，还是阴极干预方案，受试者测试成绩(正确率)均高于伪刺激组，证明了tDCS干预取得了预期效果。

心理旋转能力的激活脑区，主要集中在额叶、颞叶、顶叶和枕叶等区域。通过对受试者脑电数据分析，对比进tDCS干预前、干预后的静息态α波功率变化，如下图所示：

从结果分析可以看出

(1)阳极刺激前和刺激后，静息态在顶叶和枕叶α波能量变化较明显;

(2)阴极刺激前和刺激后，静息态α波主要在枕叶有变化;

(3)伪刺激前、后静息态α波变化不明显。

结合功率谱比值分析，可以发现采用阳极干预方案后，额叶和枕叶皮层兴奋度增加，大脑活跃度增加(注意峰值，阳极峰值为1.2，阴极峰值为0.8)，再次验证了阳极干预，有效提升了受试者的心理旋转能力。

填坑，上文测试题答案，1A、2B

参考文献

《王殿军：新高考背景下的STEM教育》

《了解你(和孩子)的空间能力——心理旋转篇》

《高考改革对清华本科生STEM学业成绩的影响》

《基于经颅直流电刺激的心理旋转能力增强研究》