近日，清华大学教育学院张羽课题组联合心理与认知科学系张丹课题组在 npj Science of Learning发表最新研究成果。该研究通过长达三个学期的真实课堂纵向追踪，首次系统揭示了真实课堂师生脑同步能够动态预测学生学业表现。论文标题为Student teacher inter brain coupling forecast cross semester academic fluctuation in real world classrooms（可点击左下角“阅读原文”免费阅读）。徐晓萌（清华大学教育学院博士生）为该论文第一作者，张羽教授与张丹副教授为联合通讯作者。

真实课堂中的长期追踪：从高生态情境理解课堂学习

课堂是学校教育的核心场域，也是学习与教学真正发生的地方。相比实验室中的短时任务，真实课堂中的学习过程更复杂，也更接近教育实践本身。正因如此，如何在尽量不干扰日常教学的前提下，对课堂互动进行长期、连续、生态化的测量，一直是教育神经科学面临的重要挑战。该研究将观察场景置于中学日常课堂之中，对107名学生和8名语文、数学教师进行了跨3个学期、6个期次的纵向追踪，共记录了393节常规课堂和4175份有效脑电数据，深入考察了人际脑同步指标对学生学业质量的表征能力。

图 1 真实课堂师生脑同步纵向追踪研究建模示意脑际分析：评价课堂学习过程的新兴方法

长期以来，课堂学习效果的研究主要依赖考试成绩、课堂观察和自我报告，但这些方法较难直接捕捉教学中内隐的认知互动过程。脑际分析则关注共同任务情境下不同个体之间神经活动的关联，为理解课堂学习过程提供了新的测量视角。既有研究表明，生生脑同步与课堂专注和学习效果有关。但相比之下，师生脑同步的教育含义仍不清晰。它究竟反映共同注意、互动质量，还是教师关注，仍需在真实课堂中进一步辨析。在这一背景下，该研究试图回答一个更具体的问题：师生脑同步到底意味着什么，它与学生学业表现之间又存在怎样的关系？

师生脑同步水平越高，学生成绩越好吗？

直观上，人们可能会认为，师生越同步，学生成绩就越好。但研究结果并不支持这样简单的判断。研究首先采用静态模型，考察同一期次内师生脑同步与成绩之间的关系。结果显示，在语文学科中，这种关系并不显著；而在数学中，师生脑同步反而与成绩呈负相关。这一结果并不意味着“脑同步越高，成绩越差”，更可能的解释是存在教师自选择偏误。在真实课堂中，教师往往会把更多注意力和指导分配给相对落后的学生以保证全班整体的进度，因此这些学生在当下可能与教师形成更高的同步，但并不一定已经取得更高成绩。换言之，静态模型更容易混入教师自选择这一现实课堂因素。

图 2 静态模型：师生脑同步与数学成绩呈显著负相关动态建模：更接近因果推断逻辑的分析

为了排除教师自选择偏误带来的影响，研究进一步采用了动态模型。该模型关注同一名学生在相邻两期之间师生脑同步的变化，并考察这种变化是否与成绩提升相关联。通过采用相邻两期的差分建模，本方法有效地消除了不随时间变化的个体固有特征（如稳定的学习能力、基础认知水平等）对估计结果的影响，从而缓解了因不可观测变量所导致的内生性问题，使得分析更贴近因果推断的逻辑。结果显示，在控制基线同步水平后，高β频段师生脑同步的增强，与学生在相邻两期中的语文和数学成绩提升显著相关。本研究从因果推断的视角验证了师生脑同步对学业成绩的纵向预测效力，并进一步表明，师生脑同步可作为反映课堂中高质量、有效互动过程的潜在神经指标。

图 3 动态模型：师生脑同步增长正向预测语文、数学成绩进步老师 vs. 同伴：谁的同步更重要？

课堂中，学生不仅与教师互动，也始终与同伴共同学习。为此，研究进一步比较了师生脑同步与生生脑同步的作用。结果发现，相较于师生脑同步，学生之间的脑同步作用更为有限，且具有学科差异。具体而言，学生与班级平均同伴的脑同步仅对数学成绩变化表现出预测作用，而学生与高表现同伴的同步则缺乏稳定的纵向预测效应。相比之下，师生脑同步在语文和数学中都表现出更稳定的动态预测作用。这一结果进一步突显了师生脑同步在评估课堂教学质量方面的独特价值与潜力。未来展望

这项研究为在真实、动态的教育情境中理解教学互动打开了新的窗口。师生脑同步展现出了作为过程性、客观性教学评估指标的潜力。未来研究可进一步整合多模态行为与生理数据，深入解析脑同步背后蕴含的认知与社会互动机制，并拓展其在科学、艺术等不同学科情境中的适用性检验。长远来看，该方向有望为更精准地理解学习过程、支持教学改进，最终推动个性化教育发展，提供基于实证的科学依据。论文信息：

Xu, X., Zhang, D., & Zhang, Y. (2026). Student-teacher inter-brain coupling forecast cross semester academic fluctuation in real world classrooms. npj Science of Learning.论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41539-026-00421-x