【芥末翻】認知科學實驗:通過腦力訓練遊戲開發兒童大腦,真的有用...

【芥末翻】是芥末堆全新推出的一檔學術欄目，由芥末堆海外翻譯社群的小夥伴們助力完成。我們致力於將全球經典或是前沿的教育理念、教育技術、學習理論、實踐案例等文獻翻譯成中文，並希望能夠通過引進這類優質教育研究成果，在全球教育科學的推動下，讓更好的教育來得更快！

本文選自Scientific Report，作者 Wexler, B. E. et al.，標題 Cognitive Priming and Cognitive Training: Immediate and Far Transfer to Academic Skills in Children. ，來源 Sci. Rep. 6, 32859; doi: 10.1038/srep32859 (2016).譯者穎傑，編輯阿槑。

編者推薦：玩腦力訓練遊戲真的能提高智力，改善學習效果嗎？美國耶魯大學去年九月份的一項研究稱，特定的計算機腦力訓練遊戲確實有助於提高學生的數學和閱讀考試成績，甚至超過一對一輔導的效果。其理論依據在於，大腦的神經系統具有可塑性，經過嚴格設計的腦力訓練遊戲能夠幫助學生集中注意力，改善自我控制能力，工作記憶和認知靈活性。

整個實驗概括如下：

在以583名二年級兒童作為樣本的實驗研究中，研究者對學校所使用的計算機腦力訓練遊戲的效果進行評估，學校希望利用這種神經可塑性的潛力改善學習。由於認知操作由動態重構神經系統支持，而神經系統是廣泛分布於整個大腦處理組件集成，環境輸入有力地塑造了這些系統的神經元間的連接。

實驗結果顯示：

• 在數學或閱讀課上的遊戲開始之前，做一個 5 分鐘的腦力訓練遊戲，能夠提升學生們在課程遊戲中的表現。

• 而持續4個月每周進行三次20分鐘的腦力訓練，與對照組（同一時間進行測試，但未進行腦力訓練的學生）相比，學生整體的數學和閱讀考試成績有所提升。

• 以上結果證實了具有即時效果的認知啟動對學習的影響，以及具有長期遠遷移效果的腦力訓練對學業成就的影響。

實驗設計：BT遊戲能否激活學生的認知系統？

針對動物和人類的研究指出，大腦的結構和功能基本上由環境產生的神經元活動形成。只引用三個例子來說明：

當聽覺輸入被外科手術替換為視覺輸入，雪貂的聽覺皮層會表現其視覺皮層的結構和功能；

對老鼠的感官系統進行刺激和訓練，可以逆轉年齡相關的神經元校正、髓鞘和細胞結構的變化;

兒童長時間練習小提琴的行為，則與左手相對的右側感覺運動皮質的擴展有關，使得他能做出快速且複雜的手指運動。

醫學科學家已經發明了基於這種神經可塑性潛力的新治療手段。最引人注目的是可以讓盲人「復明」的感覺替代裝置。盲人佩戴一個眼鏡式的相機，將類似電視畫面的圖像發送到放置在舌頭上的小而密集的網格，交由大腦來處理，就好像是由眼睛傳入的。其他研究人員則通過用計算機呈現的神經認知練習，增強神經系統功能不足的精神分裂症或抑鬱症患者的活性依賴性。

這些基礎科學和臨床研究鼓勵研究人員和業界為兒童創造基於計算機的腦力訓練遊戲（brain-training games，簡稱BT），由於大腦具有高度可塑性，我們可以提高注意力，思維能力和學習成績等。然而，針對此項研究，最近有評論稱，對這些項目的評估顯示，其作用很小，甚至沒有超過打BT遊戲能力的提升。但是，神經可塑性的基礎和臨床證據表明，局限性可能在於這款BT遊戲，而非這件事本身，需要做進一步研究，確定BT遊戲可以幫助兒童，特別是在學校應用過程中。

表1.認知啟動效應（標準錯誤）對閱讀表現的影響

我們設計了四種計算機BT遊戲以增加學生的管控功能。管控功能是心理學理論中的一套認知作業系統，在自我管理和信息管理方面十分重要，包括注意力集中，反應抑制，工作記憶和認知靈活性。當我們預測 5-7 歲孩子的在學校能否成功時，管控功能就發揮作用。

本研究中使用的第一個遊戲在其初始階段訓練簡單的持續關注，但會系統地添加由判別注意，反應抑制，認知靈活性，工作記憶和同時多重關注構成的管控功能訓練。其他遊戲也需要持續的注意力，但聚焦在使用類別，模式識別或空間工作記憶等方面。他們使用新的算法，通過不同的任務配置使得每時每刻的難度和進度都達到個性化。

此外，總體上來講，BT遊戲也包括體育鍛鍊，有一般的有氧運動和認知要素鍛鍊，認知鍛鍊用來激活神經認知系統。有研究數據顯示，數千名兒童在集中注意力、反應抑制和工作記憶的研究測試中有顯著提升，而這些遊戲在內容、形式和用戶體驗上都大相逕庭，這表明，其隱含價值超越了訓練遊戲本身，觸及底層認知操作。

本研究旨在評估BT遊戲對數學和閱讀表現的即時影響（認知啟動）和長期影響（學術成就）。

1. 在即將開始數學或閱讀課遊戲之前進行腦力遊戲訓練，真的能提升學生在認知啟動上的表現嗎？

2. 在這幾個月中，相較於那些沒有進行腦力訓練遊戲的學生，BT能提升學生在數學和閱讀標準化考試中的表現嗎？

已經可以確定的是，前置刺激可以改變之後的信息處理。「啟動」一詞表示，可以增強語義上相關單詞的識別、歸類或生成。刺激出現之前的警報提示增強了對刺激的反應，而任務相關的視覺刺激延遲了對視域中相同位置緊接而來刺激的反應。通過處理數學方程的認知操作可以促進後續的語言任務。在fMRI（功能性磁振造影）之前，讀取包含單獨的代詞「I」（「我」）而不是代詞「we」（我們）的文章，能夠增強與觀看自己照片相關聯的右前額葉區域的激活，這一增強又與更快的反應頻率相關。神經系統是分布在整個大腦，相對活躍且互連的運算資源，而認知操作由動態的重新配置的神經系統所支持。任務集是用於執行任務的神經系統配置。如上述研究中的操作啟動構成了部分後續的任務集。

構建有效的任務集是幼兒教育教學中的一項挑戰。在行為層面上，很明顯這需要讓孩子們參與、堅持、理解和記憶。在神經認知層面，學習課程材料所需的管控功能和相關的腦力資源在學校期間保持活躍的發展。

針對第一個問題，我們試圖確定，用於激活與管控功能相關的神經系統的BT遊戲是否可以啟動這些系統，從而幫助大腦構建更有利於學習數學或閱讀的神經認知任務集。如果可行，則可以系統地確定不同學習課程內容所需要的認知啟動類型，以及什麼樣的初始化學習對於每個孩子來說是最好的。

第二個問題則是，在為期幾個月的訓練中，更頻繁地使用BT遊戲來增強神經認知功能。其核心目標是促進與管控功能相關的神經活動的開發。其關鍵問題是，這些結果能否真正讓學生從日常的數學和閱讀課程中學到更多，並在學校的數學或閱讀成績測試中表現得更好。如果是這樣，這將證明BT在遠遷移和學業成績提升上的作用，而這在目前是一個有爭議的問題。

實驗結果：即時效果和長期遠遷移效果

>>問題1：認知啟動對閱讀和數學表現的影響。

通過啟動模式識別（p <0.001），普通管控功能（p <0.001）和空間工作記憶（p = 0.01）等腦力訓練遊戲，學生閱讀CC遊戲的準確率有所提高。當速度和準確率一起考慮時，所有四種BT遊戲的積極效果是更大且顯著（類別p = 0.05，所有其他p <0.0001）。模式識別遊戲具有最大的效果，而類別遊戲效果最小，兩者之間差異顯著（p = 0.08）（表1）。

通過BT遊戲模式識別（p <0.001）啟動，數學CC遊戲的準確率明顯增強，並且通用管控功能和空間工作記憶，BT遊戲的效果顯著（p=0.07）。BT遊戲在模式識別和空間工作記憶上的效果差異也十分大（p = 0.095）。當速度和準確性一起考慮時，所有四個BT遊戲的積極效果再次更大且顯著：一般管控功能p = 0.000001，類別p <0.000001，模式識別p = 0.001，以及空間工作記憶p = 0.008。類別BT遊戲比空間工作存儲器（p = 0.016）或模式識別（p = 0.034）BT遊戲（表2）有更大的性能增強。

根據Keith關於學校學習影響的規則，0.05和0.10之間的影響被認為是小而有意義的，0.10到0.25之間是中等，而0.25以上的影響很大23。在評估的16種觸發影響中，11種具有統計學上地顯著性，並且依據指南，11種的8種具有中等影響（表1和2）。

表2.認知啟動效應（標準誤差）對數學表現的影響

圖1.學校數學測試成績。左側欄是控制類中沒有進行大腦訓練的兒童的冬季和春季分數。 右側欄是在兩個測試日期之間進行大腦訓練的兒童的冬季和春季分數。學校設置了熟練度的臨界分數及以下。

>>問題2：遠遷移之於學校數學和閱讀成就測試。

實驗結果：項目參與者比沒有做BT遊戲但進行相同數學和閱讀測試的控制組學生顯示出更大的提升。

在數學（74.10 +/- 16.7 vs. 74.23 +/- 15.6）或閱讀（22.65 +/- 5.5 vs. 22.54 +/- 5.8）中，BT和對照組之間基線分數（平均值+/- sd）沒有差異。如由時間交互組所顯示的，在測試後組中的差異更大，數學（91.67 +/- 10.8 vs. 86.25 +/- 12.4）和閱讀（29.92 +/- 6.2 vs. 29.18 +/- 4.8 ）。效應大小（Cohen's d）對於數學為0.49，對於閱讀為0.18。當不排除具有完美或接近完美基線得分的受試者（參見「方法」）時，對數學的影響在p <0.001時仍顯著，但是對閱讀的影響不顯著。

在數學考試中，學校系統會根據學生表現進行分類，分為熟練、有風險或有缺陷，如圖1所示（分別為綠色，黃色和紅色）。在年初，達到熟練程度孩子很少，但到年底時，腦力訓練班比控制組多了12.8％的兒童達到熟練程度。相比於區域平均水平或同樣學校的對照班級，那些在數學和閱讀課程中使用了BT訓練的班級學生顯示出更高的熟練度，但我們並未獲得單個學生的數據進行統計分析。

探討：不同的腦力遊戲激活不同的神經處理系統

在計算機化的數學或閱讀課程內容學習遊戲開始之前，做一個五分鐘的腦激活視頻遊戲，能夠提高課程遊戲的表現。

考慮到這一點，老師們嘗試建立適宜學習的心智/大腦狀態（任務集），比如教室環境（例如，避免分心，良好的光線），以及教學技巧，如「如果你的眼睛不在看我的眼睛，即你沒有注意我」。我們的實驗表明，旨在激活特定的神經認知處理系統的短視頻遊戲可以作為大腦熱身操，提高在視頻遊戲後的認知表現。與教師目前可用的程序相比，視頻遊戲認知啟動可以更直接地建立內部狀態以促進學習，並且對緊隨其後的課程內容產生作用。此外，技術能輕而易舉地使得認知啟動進行調整，以適應不同兒童認知特性可能存在的差異。這些應用也同樣可以用於學校以外的學習和表現情境。

我們的數據顯示了四種BT遊戲之間不同的認知啟動效應，以及對不同的課程內容產生的作用。類別BT（Categories BT ）遊戲對數學CC遊戲的認知啟動影響最大，超過空間工作記憶以及模式識別類（ Pattern Recognition ）的BT遊戲。

相比之下，類別BT遊戲對閱讀CC遊戲的啟動效果是最弱的，模式識別類BT遊戲對其影響最大，這與我們的假設一致：即不同的BT遊戲激活不同的神經處理系統，同時，最合適於學習數學和閱讀的任務集也並不相同。

我們的第二個發現是，在12-16周之間，玩過BT遊戲的孩子在學校數學和閱讀測試中表現比對照組班級有更大的提高，其對數學測試結果（0.49）的影響力大於一對一輔導（0.40）。這一效果通過一個教師和超過20個孩子而不是一個教師對一個孩子來實現，並且在對每一主題需重複輔導的同時改善閱讀表現。數學（0.49）和閱讀（0.18）的結果明顯大於在課後周末和夏季課程的擴展教學。本研究中的發現與許多以前沒有遠遷移的兒童研究相反，這可能是由於BT遊戲本身的特性。本研究中的BT激活和訓練了多項神經認知功能，將其作為通道來激活支持管控功能的神經系統。這與以往最常研究的項目形成對比，那些方案僅關注單維度的認知功能。此外，該項目能夠以個性化的訓練方式來調節其難度配置。最後，當前的BT包括了體育鍛鍊以及計算機化鍛鍊，這同樣是此前的項目所缺乏的。計算機的呈現和體育鍛鍊被設計為協同工作，雖然這可能是本研究中積極結果的一個原因，但這也意味著當前研究中不可能確定每個觀察結果的相對貢獻。此外，我們注意到，本研究不包括主動控制條件，因此留下實驗條件中一些其他非特定方面的可能性，例如放鬆孩子或誘導積極的情緒也可能有助於產生積極結果。然而，我們的 BT幹預措施效果明顯大於其他學校的幹預效果，和「常規教育」相比，這與BT有特定影響的結論也是一致的。

BT的效果在數學測試表現上比在閱讀的更大，但這可能更多地與心理計量特質的表現相關，而非BT本身的屬性。數學測試是一個客觀的紙筆測試，這使其比更主觀化評分和個性化的閱讀測試更為可靠。而且，來自閱讀測試的數據表明，教師評分有限的內在打分可靠性潛在地增加了方差。

本研究也有局限性。

首先，四種類型的BT遊戲在許多方面是類似的，且被設計用來激活與EF相關聯的重疊神經系統。重要的是，儘管有這些相似性，它們具有明顯不同的啟動效應，表明了即使在有限範圍內的變化中，使用特定啟動活動性質的BT遊戲影響了啟動活動。但是由於這些相似性，我們不能定義有效的認知啟動對數學或閱讀的局限性和基本特徵。

第二個局限是，在評估對學校數學和閱讀成績測試的遠遷移效應時缺乏主動控制。有可能出現這樣一種現象，學生堆參與學校新計劃的熱情帶來了更大的動機和努力來進行成就測試，即「霍桑效應」。但是，基於以下幾個原因，這不太可能影響我們的實驗結果。計算機練習是高度複雜的，很快會失去新奇感或相關的熱情，這只是學校周的一部分。更重要的是，對於做BT +閱讀CC遊戲的團隊，儘管在數學上沒有明顯的幫助，但他們在數學測試結果上顯示出非常大的收益。在年底和其他學校一起進行的數學測試，沒有將之配合他們之前做過的BT+閱讀CC遊戲。類似的考慮適用於做了BT +數學CC遊戲的團隊的閱讀結果。最重要的是對21項學校幹預研究的元分析，所有這些研究都採用了常規教育作為非主動控制和廣泛的數學和/或閱讀成績測試，正如在我們的研究中作為結果測量的方式。這個平均效應大小為0.0724。如果你假設這些幹預措施根本沒有真正的效果並將所有的影響歸因於霍桑效應，我們觀察到的影響是數學測試結果的七倍，閱讀的兩倍半。

第三，由於BT項目需要持續的課程時間投入，教育部門首先確定了願意實施該項目的學校，然後選擇在學生人數、工作人員穩定性、前一年考試成績和總體資源等方面相匹配的比較學校。這具有不可隨機分配的缺點，但同時有確保試驗和比較學校儘可能相似的優點。由於所有學校每天大多數的活動旨在提高學生表現，所以沒有理由認為試驗學校和比較學校在成功動機上有所不同。

最後，用學校的成就測試來證明BT的遠遷移在心理測驗上有局限性。天花板效應意味著我們無法評估BT對高成就學生的潛在好處以及從分析中去除那些學生，因為在BT和對照組之間，都引入了不對稱的還原平均人為潛在地增加平均提升結果的情況下，他們只有很少甚至沒有空間來展示BT的影響。這種效應可以減少BT和對照組之間的差異。

總之，這項研究提供了強有力的證據表明遠遷移大腦訓練對兒童的影響，這是學術界一個重要但存在爭議的問題。此外，這項研究首次表明，在開始在線課程內容遊戲之前，一個簡短的大腦熱身或認知啟動遊戲可以增強學生的表現。這為未來的研究開闢了道路，以確定適用於不同課程內容的大腦激活認知啟動類型，不同兒童之間的個性化差異，同一個兒童在不同時間段發生的變化，以及從長遠來看，即時認知啟動如何促進課程內容的學習。該研究在真實的學校環境中完成，表明BT和認知啟動可能被廣泛應用於基於神經科學和技術賦能的教學中。

圖2.一般管控功能大腦訓練的兩個用戶界面。左側面板的版本是孩子跟著移動光線，並在當它變成一個符合目標標準的寶石時點擊它。在所示的遊戲級別有兩個移動光線，在這一屏幕截圖時，是一個剛剛變成的藍色寶石。屏幕頂部的線索顯示了目標是藍色的寶石。右側面板是相同認知需求和計算機代碼的第二用戶界面。在這一屏幕截圖時，移動透鏡（黃色圓圈）剛剛在板條箱中露出了目標猴子，孩子點擊了它，猴子從箱子中釋放出來並逃走了。遊戲的計算機代碼是使用文本編輯器Sublime（https://www.sublimetext.com/）和在Photoshop（http://www.photoshop.com/）中創建的藝術作品所形成的。

研究方法：實驗中所使用的四個BT遊戲

實驗的參與者。該項目是為4所位於Fairfax的維吉尼亞公立學校（FCPS），來自13個班級的372名二年級學生所設立的。每所學校的班級被隨機分配接受BT加數學CC內容遊戲（170名學生）或BT加閱讀CC遊戲（202名學生）。三所學校中額外的10個二年級班級作為沒有接受BT或CC遊戲的控制對照組（72名學生和139名學生分別作為數學成績和閱讀成績的控制對照組）。試驗和控制對照學校的人數類似，所有學校中由於家庭低收入，有5-10％的兒童符合免費或減少午餐的基準。 所有研究程序均經由耶魯大學醫學院人類調查委員會批准，所有研究程序均符合相關指南。

四個計算機腦力訓練（BT）遊戲。

遊戲1旨在集中注意力，反應抑制，認知靈活性。這個遊戲的兩個版本具有相同的底層計算機代碼和認知挑戰的順序，但具有不同的用戶遊戲體驗（圖2）。

在該遊戲的第一個版本中，學生開始使用滑鼠來跟蹤一個移動的光線，當它變成一個紅色的寶石時點擊它。正確反應，光線移動得更快；錯誤反應，光線移動得變慢。隨著遊戲的進行，增加了更多方面的管控功能。不應該點擊的藍色寶石出現，增加了區別注意和反應抑制。接下來，目標隨機在紅色和藍色之間切換，增加反應抑制需求和認知靈活性。工作記憶的引入，是通過顯示半寶石，並指示孩子只點擊與前一個相同顏色的來創造一個完整的寶石。除了主要關注管控功能，這個遊戲還需要視覺空間處理和手眼協調。所有級別在屏幕上重複兩個和三個移動燈光。

第二個版本具有相同的底層計算機代碼和認知挑戰的順序，但是不同的用戶遊戲體驗（圖2）：魔術稜鏡從一個移動的條板箱跳到另一個，透露出內部是否有猴子。如果它是「目標」的猴子，孩子點擊它，猴子逃出箱子。我們發現，每個組件管控功能（如反應抑制）的神經心理構造與遊戲玩法的任何操作方面（如對陪襯物無反應）沒有一一對應，因為操作行為需要多功能混雜，其本身在當時的神經生理學水平上具有另一整合身份。但是我們認為，跨遊戲級別操作的逐步組合，以及整套BT遊戲的操作集合構成一個BT程序，其強烈地激活了一套支持管控功能的神經功能系統。

遊戲2訓練使用類別（類別）。海盜將東西從胸部投射到空中，孩子必須在其飛出屏幕前，點擊目標類別的東西。通過正確的反應，它們移動得更快，並且漸進地增加級別到在屏幕上出現累計六個飛行物體。最初是簡單的和自然界的類別，如字母、數字、動物、植物、食品和家具。更高級別的類別包括工具，機器，運動和「度假中帶的東西」。在最高級別中，孩子必須在屏幕上找到同一類別的對象。

遊戲3訓練模式識別（模式識別）。學生連續看到一列三個目標，必須選擇三個附加目標之一來完成這一模式。鴨子拿著目標，當一列成功完成後，鴨子愉快地飛走了。遊戲從簡單的模式規則開始，如「所有相同的形狀」或「所有相同的顏色」，進一步到規則像「所有不同的顏色和形狀」，模式像「藍色圓形-黃色三角形-藍色圓形-黃色三角形」。更高的級別包括數字模式，旋轉形狀和不同類型問題的混合。正確反應，允許的反應時間變得更短；錯誤反應，反應時間變得更長。

遊戲4訓練空間工作記憶（空間工作記憶）。孩子們必須記住一組在海灘上坐著的海盜舉手請求吃飯的順序，或者是一個嬉戲的猴子所到營地裡的位置，並按照適當的順序點擊它們。要記住位置的數量從兩個開始，成功則數量增加，錯誤則減少。一些遊戲級別要求孩子以相反的順序作出反應。遊戲指令通過聽覺-耳機和視覺-屏幕來呈現。

身體的大腦訓練練習（PE）。像計算機練習一樣，認知方面的身體鍛鍊從持續注意力和反應抑制開始，並逐漸延伸到認知靈活性，多個同時注意力和工作記憶層面。例如，最初，孩子們在地板上他們自己圓圈內分配自己的空間，照顧自己的身體，並練習像瑜伽的平衡姿勢。接下來，他們控制球成對傳遞，小組按照規則玩遊戲，需要規劃、策略和自我控制，或像「西蒙說」的反應抑制遊戲。後來，他們學習武術和舞蹈順序，或者投擲兩個不同的彩色袋到另外五六個孩子的圓圈中，而孩子按照不同的順序投擲每一顏色。每天都有或多或者的有氧運動，小組和個人集中練習。雖然身體鍛鍊和計算機練習具有高度相似的認知需求，並被設計為激活類似的、重疊的神經功能系統，但我們沒有大腦成像數據來確認重疊的程度。

課程內容（CC）遊戲。本研究按照紐約州二年級學生的共同核心學習目標，創建了閱讀和數學遊戲。對於閱讀和數學遊戲，我們評估了兩個方面的表現。首先是準確率，由正確的反應/總反應量，以及獨立的反應速度。第二個測量，正確反應/分鐘，組合的速度和準確率。例如，如果一個孩子得到100％的準確率，但反應非常慢，他的正確反應/分鐘將是相當低的。第二個孩子獲得50％的準確率，但是兩倍的反應速度，在正確反應/分鐘他將得到相同的分數。如果兩個孩子反應同樣快，那麼得到正確反應更高百分比的人將獲得更高的正確反應/分鐘得分。不同的個體可以優先考慮不同的結果目標或策略，並且認知啟動可以不同地影響在這兩種措施中反映出來的策略和目標。在這些措施和結果維度的二維空間中，定位每個個人以及評估相對優先級如何隨時間變化，這超出了本報告的範圍。然而，這兩個措施讓我們開始考慮不同類型的啟動將如何影響整體的不同結果目標和策略。

閱讀遊戲。儘管遊戲僅僅依賴於視覺刺激和匹配，閱讀遊戲需要孩子們使用由元音聲音相似定義的正確連結來創建單詞鏈。鏈條像錨一樣固定浮動的海盜船，一個小海盜遊到水下從選項中選出單詞，把單詞放到鏈條上的漁網中。在31個遊戲難度級別中，比賽從簡單到複雜（例如，從一塊黃油-帽子-坐墊，到天-說話-星期日-聖代-乾草-搖擺-戲劇-灰色-稱重量-嘶鳴聲-迷路）（註：這些單詞在英語發音中有部分發音相似）。

數學遊戲。數學遊戲基於填數字-由線連接的三個圓圈的集合，具有包含「整體」（例如，12）的大圓圈，以及包含其「部分」（例如5和7）的較小圓圈。在遊戲中，這種視覺結構被呈現為平衡秤。另外，在中心平衡點的一側有兩個較小的球體，在另一側有一個較大的球體。為了減法，在天平的每一側，有兩個相等大小的球體。孩子必須從一個特定的球體中添加或減去黃金以平衡秤，從一個不同價值的金片集合中選擇移動到一個球體，並選擇哪些金片從球體中刪除。這些問題旨在增加對十進位和百進位數字（計算）和概念的理解，並對兩位和三位數字的加減更為熟練。隨著學生們通過120個遊戲關卡，問題變得更加困難。在數學遊戲的計算能力中，移動以平衡稱被認為是正確的步驟。在這個遊戲中，移動之前，實際實現平衡的移動不按對或錯論，但過多的移動步驟會積累得到較低的分數。例如，如果問題6 +？ = 24在左側的一個球體中是6，在左側的第二球體中為空，那麼通過添加一個10單位片和兩個4單位片相較於添加一個5單位片，三個2單位片和一個1單位片直到秤平衡，前者是更快地回答。第一個策略將得到更高的精確度分數（1/3 vs. 1/11），並且潛在地具有更高的組合速度和準確率分數，因為平衡秤的數量/分鐘反映了實現平衡所需的移動數量和每次移動的速度。

表現和學術成績。BT的遠遷移通過學校數學和閱讀的標準化測試結果，和剛剛開始（測試前）之前和完成（測試後）之後閱讀成績的改變，以及在相同時間點的對照組進行評估。數學成績測試由FCPS開發，並在整個地區標準使用。測試包括20個問題，涉及數學相關知識的多個領域，要求學生識別對稱圖形，識別和描述幾何形狀，使用數據來預測實驗結果，構建圖形，識別圖形模式，估計和測量長度，以及使用金錢、時鐘和日曆，以及計算、位值算術和分數等。閱讀成績是通過發展性閱讀評估（DRA）來評估，第二版的閱讀流暢性和理解程度，由每個孩子的老師基於孩子如何朗讀和理解標準化測試段落來評估。教學手冊幫助老師來管理和評分測試27。測試-重測的可靠性基於同一教師對同一學生（n = 112，1-6年級），14天間隔（不指定不同教師的數目）的評級，非常高的0.97（流利）和0.99（理解）。為了評估評估者的可靠性，26位打分者評估了錄音記錄，並審查了來自30個DRA部門的學生寫作。Gwel的Kappa First整理了約定評分係數，0.57為流利，0.65為理解，其中41-0.60為中等，高於0.60為相當好27。

大腦訓練計劃。從2015年2月到6月，孩子們每周三次或每周四次做BT和CC電腦遊戲，平均每個孩子31次，範圍6-65，兩個異常值被刪除，81％的孩子做至少20個部分。在研究中這些部分最初包括5個5分鐘的BT遊戲和一個10分鐘的CC遊戲，但CC遊戲縮短到5分鐘約佔20％，以適應學校日程限制。為了評估潛在的認知啟動效果，我們將當沒有BT遊戲時的CC效果與在四個BT遊戲之後的CC效果進行比較。為了最小化在玩CC遊戲之前課程時間結束時的天數，CC遊戲被隨機地安排為一天中的第一、第二或第三個遊戲。由於我們有四種類型的BT遊戲，我們有五個選擇條件（CC第一，BT1 / CC，BT2 / CC，BT3 / CC和BT4 / CC）。在10個訓練環節的每個連續塊中，隨機選擇CC遊戲最先出現的兩個環節。為了提高參與度，在孩子們玩BT遊戲之前，他們會看到一個「遊戲選擇」屏幕，允許他們選擇兩個BT遊戲之一來進行下一個遊戲。他們的選擇限制了在每個10環節隨機塊中的未來選項，使得4種BT遊戲中的每一種在這塊中的兩次CC之前。孩子們每周進行一次或兩次PE訓練遊戲，每天大約30分鐘。教師門戶網站的在線材料提供了便利計算機練習和詳細的日常問題的PE計劃。老師們接受了4小時的計算機和PE訓練遊戲管理培訓，所有的培訓都由學校教師帶領。

統計分析。即時認知啟動對數學和閱讀表現的影響。來自每個關鍵擊球或來自每個遊戲的滑鼠點擊的未處理的數據被發送到國家評估、標準和學生測試研究中心（CRESST /UCLA）的統計分析團隊來分析。因此，儘管整個研究團隊參與討論總體目標，戰略分析和發現解釋，數據分析在很大程度上獨立於設計這項BT研究的研究人員，以及支持在學校使用該計劃的商業公司（C8Sciences）。由於一些原因，BT遊戲對CC遊戲表現的影響評估在統計上是複雜的。數據集的結構是多層次的，且遊戲玩法部分嵌套在學生中。許多潛在的協變量可能影響CC遊戲的表現。此外，在任何特定的環節中，只進行CC遊戲級別的子集。因此，期望環節表現也由於參與級別的屬性而複雜化，一個環節到另一個環節變化。為了解釋這些複雜性，我們採用靈活的多級反應理論（IRT）28-31方法，連同學生之間變化實時建模的協變量，也解決CC遊戲的不同特點包括CC遊戲水平難度。

對數據集進行反常值和異常值的篩選。消除不完整或過長的環節，如果在某一環節中的特定遊戲級別上花費的時間少於一分鐘或少於10個遊戲移動，則不考慮該數據。這些過濾器創建了一個用於分析的數據集，其由讀取CC遊戲的5876個（經過濾器之前的6,534）和數學CC遊戲的3884個（從過濾器之前的4,541）組成。卡方和RMSEA項擬合統計表明所有結果測量優秀適合。報告的p值是2尾。

遠遷移對於學校數學和閱讀表現測試。程序參與者和控制對照組之間的差異，是通過在R中運行的重複測量方差分析（ANOVA）評估而得。由於老師的誤差，BT組中的73名學生在春季被給到得錯誤的數學測試或沒有數學測試。這導致了BT組孩子的分析樣本中，數學測試結果有299名，閱讀測試結果有399名。在閱讀測試中觀察到的最高分數為38分。在參與者和對照組兒童的整個樣品中，從測試前到測試後的平均提升超過6分。為了在評估參與者和對照組可能的不同提升時限制上限影響，將53名在之前測試有34分及以上評分的孩子從BT組中排除，從對照組中排除7個，分別留下319名和132名。 在之前測試有90分及以上（BT組中有68名和對照組中有24名）分數的孩子從數學成績分析中排除，其中最高可能得分為100分，整體樣本的平均提升超過16分，留下來的組內分別是231名和48名學生。在重複分析中，沒有學生被排除。由於來自多個以前學校實施的數據顯示了班級數學和閱讀測試的平均增長（補充數據1），所以研究中使用了單尾測試。在每組分析中使用的前/後差值分數的分布滿足正常假設，並且各組在Fligner檢驗差異分數的方差沒有差異。

>>聲明

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