摘要：在当今社会，数字认知能力对于个人的职业发展、生活质量以及心理健康具有深远的影响。数字认知障碍，例如计算障碍，不仅会导致神经精神症状，还可能引发长期的社会后果。然而，目前针对这类障碍的有效治疗方法相对有限。经颅直流电刺激（tDCS）作为一种新兴的非侵入性脑刺激技

在当今社会，数字认知能力对于个人的职业发展、生活质量以及心理健康具有深远的影响。数字认知障碍，例如计算障碍，不仅会导致神经精神症状，还可能引发长期的社会后果。然而，目前针对这类障碍的有效治疗方法相对有限。经颅直流电刺激（tDCS）作为一种新兴的非侵入性脑刺激技术，凭借其无痛、安全且经济有效的特点，近年来在数字认知领域的应用受到了广泛关注。本文旨在通过深入探讨 tDCS 对小学生数学学习的影响，为教育工作者、家长以及相关领域的研究人员提供有价值的参考。如果您对今天的内容有疑问，或想就tDCS使用的相关问题与我交流，可以添加微信peipei123051315 。

数字认知的神经基础

数字认知是一个复杂的认知过程，它涉及到多个大脑网络的协同工作。从神经科学的角度来看，数字认知主要包括两个方面：一是对数值的非符号表示，如辨别物体的数量；二是对符号化数字的理解与运算，如进行加减乘除等数学运算。在大脑中，这些认知功能主要依赖于后顶叶皮质（PPC）和背外侧前额叶皮质（dlPFC）等脑区来实现。后顶叶皮质在处理非符号数字信息时发挥着关键作用，例如在进行数量比较和估算时，该区域的神经元活动会显著增强。而背外侧前额叶皮质则在符号数字处理和数学运算等需要较高认知负荷的任务中扮演着重要角色，它参与工作记忆的维护以及复杂的数学推理过程。

tDCS技术的原理及应用

tDCS 是一种通过在头皮上放置电极并施加微弱直流电来调节大脑皮层活动的非侵入性技术。其原理可以简单理解为 “给大脑充电”：阳极（+）刺激能够降低神经元放电的阈值，使目标脑区的神经元更容易兴奋，从而增强该区域的认知功能；而阴极（-）刺激则会提高神经元放电的阈值，抑制目标脑区的过度兴奋。这种调节机制使得 tDCS 能够在短期内迅速提升大脑的活跃度，并且通过长期的神经可塑性变化产生持续的效果。tDCS 技术的应用范围广泛，除了在数字认知领域有显著效果外，还在改善注意力、记忆力、情绪调节等多个方面展现出巨大的潜力。

tDCS对小学生数学学习的具体帮助

tDCS干预提升数学能力的最佳干预靶区

（一）提升计算能力

1、提高计算准确率和速度

清华大学王婕博士的研究。在她的实验中，采用特定的 tDCS 干预方案，对小学生的顶叶和额叶等与数学计算相关的脑区进行刺激，结果显示，小学生的计算速度分别提高了 7.2% 和 14.4%，计算正确率分别提高了 6.5% 和 9.8%。这一显著的提升并非偶然，因为 tDCS 能够直接作用于大脑中负责数字处理的关键区域，增强神经元的活动效率，使得小学生在进行数学计算时能够更快、更准确地完成任务。例如，在进行两位数加减法运算时，接受 tDCS 刺激的小学生能够更迅速地完成数字的分解、组合以及进位、借位等复杂的计算步骤，同时还能减少因神经信号传递不畅而导致的计算错误。

2、改善基本运算能力

对于那些在数学计算方面存在困难的小学生，如对数字的敏感度较低、计算过程容易出错等情况，tDCS 同样能够发挥积极的作用。通过对顶叶 “数字处理区” 的精准刺激，结合适当的数学训练，可以帮助他们更好地掌握加、减、乘、除等基本运算。例如，一些小学生在进行乘法运算时，往往会因为对乘法口诀的记忆不牢或理解不深而导致错误频出。而 tDCS 刺激可以增强顶叶皮质的神经可塑性，使得小学生在学习乘法口诀时能够更轻松地记忆和理解其内在规律，从而提高乘法运算的正确率。此外，tDCS 还能够帮助小学生克服在计算过程中因注意力不集中或情绪紧张等因素所导致的失误，让他们在进行数学计算时更加自信和从容。

（二）增强数学理解

1、促进对数学概念的理解

在小学数学学习中，数学概念的理解是学生掌握数学知识的基础。许多小学生在学习数学概念时会遇到困难，例如对分数、小数、几何图形等概念的理解不够深入，导致在解决相关问题时感到无从下手。而 tDCS 技术通过调节大脑的神经活动，能够有效促进小学生对这些抽象数学概念的理解。例如，浙江大学姚雨钊等人的研究证实了利用 tDCS 技术，通过正确的干预方案，可以提升学生的推理能力，这对于解决复杂的数学问题和理解数学逻辑关系非常重要。当小学生在学习分数的概念时，tDCS 刺激可以增强大脑中负责逻辑推理和抽象思维的脑区活动，帮助他们更好地理解分数所表示的部分与整体的关系，以及分数在数轴上的位置等重要概念。从而使得他们在解决分数加减法或比较分数大小等问题时能够更加得心应手。

2、提高数学问题解决能力

tDCS 对小学生数学问题解决能力的提升也具有显著的效果。数学问题解决往往需要综合运用多种数学知识和技能，包括对问题的理解、分析、推理以及运用适当的数学方法进行求解等。tDCS 刺激可以改善小学生的思维灵活性和创造性，使他们在面对复杂的数学问题时能够从不同的角度进行思考，寻找更加有效的解决方案。例如，在解决一些几何问题时，接受 tDCS 刺激的小学生可能会更容易地运用空间想象能力和逻辑推理能力，构建出正确的几何模型，并运用相应的公式和定理进行计算和证明。同时，tDCS 还能够增强小学生的元认知能力，使他们在解决问题的过程中能够更好地监控自己的思维过程，及时调整解题策略，提高问题解决的效率和准确性。

（三）改善专注力

1、增强课堂注意力

对于小学生来说，课堂注意力的集中程度直接影响着他们的学习效果。许多小学生在数学课堂上容易出现注意力不集中、分心等问题，这可能是由于大脑中与注意力控制相关的神经回路尚未发育完善，或者是受到外界环境干扰等因素所导致的。tDCS 技术通过刺激右前额叶等与注意力控制密切相关的脑区，可以有效增强小学生的课堂注意力。例如，在一个实验中，研究人员对一组小学生进行了为期两周的 tDCS 干预，每天在数学课前对他们的右前额叶进行 20 分钟的阳极刺激。结果发现，这些小学生的课堂注意力显著提高，他们在课堂上能够更加专注地听讲，减少因分心而导致的漏听、错听等现象，从而更好地吸收数学知识。这种注意力的提升不仅有助于他们在课堂上跟上老师的讲解节奏，还能够使他们在课堂互动和练习环节中更加积极地参与，进一步巩固所学的数学知识。

2、提高作业完成效率

在完成数学作业时，小学生的专注力同样至关重要。tDCS 技术能够帮助他们在做作业时保持专注，减少因注意力不集中而导致的错误。例如，当小学生在做多步运算的数学题时，很容易因为分心而忘记已经进行到哪一步或者出现计算步骤的混乱。而接受了 tDCS 刺激的小学生则能够更好地维持注意力的集中，按照正确的顺序完成每一步运算，从而提高作业的完成质量和效率。此外，tDCS 还能够缓解小学生在做作业时的焦虑情绪，使他们能够以更加平静和专注的心态对待作业任务，这对于提高他们的学习积极性和自信心也具有积极的作用。

tDCS技术的安全性

在将 tDCS 技术应用于小学生数学学习之前，家长和教育工作者最为关心的问题之一就是其安全性。幸运的是，大量的研究已经证实了 tDCS 是一种相对安全的脑刺激技术。tDCS 所使用的电流强度通常较低，一般在 1 - 2 毫安之间，这种微弱的电流对人体是安全的，不会对大脑组织造成损害。在多项针对不同人群的研究中，包括对儿童和青少年的研究，均未报告与 tDCS 设备相关的严重不良反应。例如，在一个对 174 名重度抑郁症患者进行的临床试验中，患者接受了为期 10 周的家庭 tDCS 治疗，结果显示 tDCS 治疗显著改善了抑郁症状，且具有较高的安全性。

尽管 tDCS 技术总体上是安全的，但在实际应用中仍需注意一些可能的轻微副作用。有些小学生在使用 tDCS 后可能会出现电极处皮肤红斑的现象，这主要是由于 tDCS 诱导的血管扩张所引起的。不过，这种红斑通常是暂时的，停止刺激后一般无需进行特殊治疗即可自行缓解。此外，极个别小学生可能会在刺激过程中或刺激后短时间内出现轻微的头痛、头晕或疲劳感，但这些症状一般也会很快消失，不会对身体健康造成长期影响。需要注意的是，尽管 tDCS 技术具有较高的安全性，但在使用时仍需遵循专业人员的指导，确保操作的规范性和安全性。

tDCS技术的应用案例及效果评估

（一）应用案例

1、学校教育中的应用

在一些先锋学校的教育实践中，tDCS 技术已经被引入到数学教学中，并取得了初步的成果。例如，某小学开展了一项为期一个月的 tDCS 辅助数学学习实验。在这项实验中，研究人员选取了两个平行班级，其中一个班级作为实验组，在数学课前接受 15 分钟的 tDCS 刺激，刺激部位主要集中在顶叶和额叶等与数学学习密切相关的脑区；另一个班级作为对照组，则不接受 tDCS 刺激。实验结果显示，实验组小学生的数学成绩在期末考试中平均提高了 12 分，而在计算题和应用题部分的得分提升更为显著，分别提高了 18% 和 22%。同时，教师们也观察到实验组小学生在课堂上的注意力更加集中，参与课堂讨论的积极性明显提高，作业完成的质量和速度也有所改善。

2、家庭教育中的应用

除了在学校教育中的应用，tDCS 技术也在家庭教育领域展现出了广阔的应用前景。一些家长在了解了 tDCS 技术的原理和效果后，选择在家中为孩子进行 tDCS 辅助学习。例如，再国外某研究中，曾列举了家长为孩子购买了家用 tDCS 设备，并在每天的家庭作业时间前，按照专业人员的指导，对孩子的顶叶和额叶进行 20 分钟的阳极刺激。经过一段时间的使用，这位家长发现孩子在做数学作业时更加专注，计算错误明显减少，而且对于一些较难的数学概念的理解也更加深入。孩子在学校的数学成绩也逐渐提高，从原来的中等水平提升到了班级前 20% 的位置。这表明，在家庭环境下，只要操作得当，tDCS 技术同样能够有效地帮助小学生提升数学学习能力。

（二）效果评估

1、短期效果评估

对于 tDCS 辅助小学生数学学习的短期效果评估，主要可以通过课堂表现、作业完成情况以及阶段性的数学测验成绩来进行。在课堂表现方面，教师可以观察小学生在接受 tDCS 刺激后是否更加专注、积极参与课堂互动、回答问题的准确性和速度是否有所提高等。在作业完成情况方面，可以重点关注作业的完成时间、正确率以及解题过程的规范性等指标。通过阶段性的数学测验成绩，则可以更直观地反映出小学生在计算能力、概念理解以及问题解决能力等方面的短期进步。例如，在一项为期两周的 tDCS 干预实验中，通过对上述评估指标的综合分析，发现小学生的数学计算正确率平均提高了 15%，课堂参与度提高了 20%，作业完成时间缩短了 10%，这些结果充分证明了 tDCS 在短期内对小学生数学学习的积极促进作用。

2、长期效果评估

长期效果评估则需要更长时间的跟踪观察以及综合的学业成绩分析。研究表明，长期坚持使用 tDCS 辅助数学学习的小学生，在数学学科的综合素养方面往往能够得到更显著的提升。例如，一些小学生在接受了为期一个学期的 tDCS 干预后，不仅在期末数学考试中取得了优异的成绩，而且在后续的数学学习中表现出更强的学习能力和适应能力。他们对于数学学习的兴趣更加浓厚，能够更加主动地探索数学知识，解决复杂的数学问题。此外，长期使用 tDCS 还有助于培养小学生良好的学习习惯和思维方式，这些都将对他们的未来学习产生深远的积极影响。

如何在实际中应用tDCS技术

（一）设备选择与使用方法

在实际应用 tDCS 技术时，首先需要选择合适的设备。目前市场上有多种类型的 tDCS 设备可供选择，包括专业级和家用级设备。专业级设备通常具有更多的功能和更高的精度，适用于学校、科研机构等专业环境；而家用级设备则更加便携和易用，适合家长在家庭环境中为孩子使用。在选择设备时，应关注设备的电流输出稳定性、电极材料质量以及是否具有过载保护等安全功能。

使用 tDCS 设备的方法相对简单，但需要严格按照操作说明进行。一般来说，首先需要将电极片放置在头皮上的目标位置。对于小学生的数学学习，通常选择顶叶和额叶等与数学认知相关的脑区作为刺激部位。电极片的放置可以采用国际 10 - 20 系统中的相应位置进行定位，例如，顶叶的刺激可以选取 P3、P4 等位置，额叶的刺激可以选取 F3、F4 等位置。在放置电极片时，应确保电极片与头皮紧密接触，以减少接触电阻，保证刺激效果。接下来，将设备连接到电极片上，根据设备的操作指南设置刺激参数，如电流强度、刺激时间等。一般建议电流强度设置在 1 - 2 毫安之间，刺激时间控制在 15 - 30 分钟左右。在开始刺激前，可以先进行短暂的测试，确保设备正常工作且小学生没有不适感。

（二）个性化干预方案的制定

由于每个小学生的神经生理特征、数学学习基础以及学习需求都存在差异，因此在应用 tDCS 技术时，需要制定个性化的干预方案。在制定方案之前，可以对小学生进行全面的评估，包括数学能力测试、注意力评估以及大脑功能状态检测等。根据评估结果，确定刺激的目标脑区、电流强度、刺激时间以及干预频率等参数。

例如，对于一个在数学计算方面存在较大困难的小学生，可以重点刺激其顶叶和额叶等与计算能力密切相关的脑区，电流强度可以从较低值（如 1 毫安）开始，刺激时间每次 20 分钟，每周进行 3 - 4 次干预。同时，结合数学计算训练，如每日进行一定量的口算练习或笔算作业，以增强 tDCS 的效果。在干预过程中，应定期对小学生进行效果评估，根据评估结果及时调整干预方案，如适当增加电流强度或延长刺激时间等，以确保干预效果的最大化。

（三）结合其他教育方法

tDCS 技术并不是万能的，它在提升小学生数学学习能力方面的作用是辅助性的。因此，在应用 tDCS 技术的同时，还需要将其与其他有效的教育方法相结合，形成综合的教育干预方案。例如，可以将 tDCS 与传统的数学教学方法相结合，如课堂教学、课外辅导、数学游戏等。在课堂教学中，教师可以根据小学生接受 tDCS 刺激后的注意力提升和学习能力增强的特点，采用更具挑战性和互动性的教学方法，激发学生的学习兴趣和主动性。在课外辅导方面，家长可以利用 tDCS 辅助孩子进行针对性的数学练习，同时结合数学故事、数学谜题等形式，培养孩子的数学思维和创造力。此外，tDCS 技术还可以与现代教育技术手段相结合，如在线数学学习平台、智能数学学习软件等，为小学生提供更加个性化、多样化的学习体验。

结论

tDCS 技术作为一种非侵入性脑刺激手段，在提升小学生数学学习能力方面展现出了巨大的潜力。通过调节大脑的神经活动，tDCS 能够有效提高小学生的计算能力、增强数学理解以及改善专注力等多个方面的能力，从而帮助他们在数学学习中取得更好的成绩。同时，tDCS 技术的安全性得到了大量研究的验证，只要在专业指导下合理使用，并注意个体差异，就能够确保其应用的安全性和有效性。然而，tDCS 技术在实际应用中也面临着个体差异、技术应用规范以及公众认知等方面的挑战。未来，我们需要进一步加强相关研究，优化技术应用方法，提高公众对 tDCS 技术的认知和接受度，以便更好地发挥其在教育领域的积极作用，为小学生的数学学习和个人发展提供有力的支持。

展望

展望未来，tDCS 技术在小学数学教育领域的发展前景十分广阔。随着神经科学研究的不断深入和技术的持续创新，我们有理由相信，tDCS 技术将变得更加精准、个性化和智能化。例如，通过结合先进的大脑成像技术，如功能性磁共振成像（fMRI）或脑电图（EEG），可以实时监测小学生的脑活动状态，从而实现更加精准的电极定位和刺激参数调整。同时，借助人工智能算法，可以根据每个小学生的学习进度和大脑反应，自动制定和优化个性化的 tDCS 干预方案，提高干预效果的稳定性和可靠性。此外，tDCS 技术还有望与其他新兴技术如虚拟现实（VR）、增强现实（AR）等进行融合，为小学生创造更加沉浸式、互动式的数学学习体验。在这样的学习环境中，小学生可以更加积极主动地参与到数学学习中，充分发挥 tDCS 技术的辅助作用，实现数学能力的全面提升。

总之，tDCS 技术为小学生数学学习带来了新的希望和机遇。我们期待在未来的研究和实践中，能够进一步挖掘 tDCS 技术的潜力，克服当前面临的挑战，使其在小学数学教育领域发挥更大的价值，帮助更多的小学生在数学学习的道路上取得成功，为他们的未来发展奠定坚实的基础。

《Neurocognitive effects of transcranial direct current stimulation in arithmetic learning and performance - a simultaneous tDCS - fMRI study》

《Transcranial Direct Current Stimulation in Child and Adolescent Psychiatry》《Reduction but no shift in brain activation after arithmetic learning in children: a simultaneous fNIRS - EEG study》《Theta Band Transcranial Alternating Current Stimulation Enhances Arithmetic Learning: A Systematic Comparison of Different Direct and Alternating Current Stimulations》《经颅直流电刺激在健康个体认知功能增强中的应用研究进展》《Reduction but no shift in brain activation after arithmetic learning in children: a simultaneous fNIRS - EEG study》

来源：春雨健康生活