傳統測試可能會低估學生的學習能力。社會文化障礙、考試焦慮和大腦發育速度的差異可能會扭曲結果。原則上，允許觀察大腦活動的神經科學工具可能更好地描述學習成果。但神經科學和教育並非總是形成富有成效的夥伴關係。
更有效地將這兩個領域結合起來的研究表明，當學生在課堂上運用空間技能時，其益處不僅限於空間理解，還擴充套件到其他型別的思維，例如用文字進行心理問題破解。2022 年發表在《科學進展》雜誌上的一項此類研究的結果還表明，現實課堂中的神經科學工具可能比更傳統的方法（如考試和成績）更好地預測成功的學習。這些資訊可以支援那些能夠以最小投入獲得最大學習效果的專案和方法。
德國吉森大學實驗心理學和認知科學教授馬庫斯·克瑙夫（Markus Knauff）表示，神經科學研究通常需要大量的前期投資，而且不確定社會效益究竟是什麼，他沒有參與這項工作。他說，這些結果表明，當一項研究經過精心構建，以解決一個“具有高度社會相關性的、非常重要的應用問題，即如何改進學校的學習”時，此類研究對於實際應用是多麼重要。
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神經科學家、心理學家和教育專家在 2022 年的研究中合作，將神經科學工具和以空間為基礎的課程引入弗吉尼亞州的五所高中，該課程需要使用地圖工具。
因為強迫學生選修他們不想上的課程是不道德的——至少對於研究而言是這樣——研究人員採取了不同的策略。學生可以選擇“地理空間學期”課程，在課程中，他們使用數字資源構建和評估基於地理的資料集。研究人員將選擇地理空間課程的學生與選擇另一門同樣具有挑戰性的科學課程的同齡人進行匹配，建立了兩個儘可能相似的群體。這兩個群體之間的主要區別在於他們選擇的課程。
對於地理空間課程，學生們致力於解決基於地圖的問題，例如如何減少城市環境中的熱島效應，或定位從藍嶺山脈走失的熊。喬治城大學心理學副教授、該研究的合著者亞當·格林（Adam Green）說，在構建地圖作為問題解決的一部分時，學生們必須“對事物之間的相互關係有一個全域性性的認識”。
在開始上課之前，學生們完成了一系列測試，這些測試測量了空間技能和語言推理能力，解決以文字呈現的問題。例如，一個語言問題可能會提出一對陳述，第一個陳述是“猿比貓好”，第二個陳述斷言“狗比貓差”，這需要邏輯推理出“猿比狗好”。
該研究中的一項關鍵測試是“空間掃描”，即把一個地圖上的特徵定位到另一個地圖上的能力。這項技能的測試是“嵌入圖形任務”，測試物件先單獨檢視一個幾何形狀，然後有幾秒鐘的時間將其嵌入到第二個分層幾何形狀的影像中。
研究人員假設，選修空間技能課程的學生在語言思維方面也可能會有所提高。他們的預測是基於一個被稱為心理模型理論的概念，該理論認為，人類的語言推理能力源於靈長類動物用於理解其空間環境的大腦區域。
該研究的主要作者羅伯特·科爾特斯（Robert Cortes）說：“從進化的角度來看，隨著人類的發展，我們需要專門用於空間和運動處理的大腦區域來在世界各地活動。當我們發展出推理能力時，我們並沒有生長出一個新的大腦區域，而是徵用了現有的資源來解決甚至不是空間問題的問題。”
當時還是喬治城大學博士候選人的科爾特斯和他的同事們認為，如果學生的空間理解能力得到提高，那麼大腦中的這種重疊可能意味著語言表現也會得到改善。其中一項測試還評估了學生在思考和學習中對空間策略的依賴程度。
在該研究中的 346 名學生完成課程後，他們再次參加了這些測試，研究人員比較了前後結果。對於 63 名學生的子集，研究人員還使用了腦成像技術來跟蹤兩個測試期間的活動，重點關注與空間思維相關的大腦區域。然後，他們比較了成像技術在預測學生在空間和語言推理測試中的進步方面，與傳統的基於表現的測試相比，效果如何。
與另一門課程的同齡人相比，地理空間課程的學生開始時的推理能力較低，空間思維得分相似。但地理空間課程結束後，該組學生在大多數測量指標上的進步明顯大於同齡人。
研究人員最感興趣的結果支援了心理模型理論：這些學生在語言推理方面的進步與他們在空間測試中的進步相關，這表明空間思維能力提高的同時，語言推理能力也提高了。
腦成像顯示，靈長類動物與空間推理相關區域的活動發生了變化，與同齡人相比，完成地理空間課程的學生的活動增加幅度更大。這些成像模式在預測學生在研究指標上的進步方面，遠優於傳統的測量方法，如考試和成績。
克瑙夫說，心理模型理論的歷史可以追溯到幾十年，這些發現突顯了它的力量。他補充說，它們“再次表明空間對我們的大腦有多麼重要，即使對於本身不是空間能力的能力也是如此”。
科爾特斯、格林和他們的同事們一直在考慮將地理空間課程引入更多的學校。科爾特斯說，這門課程“教授了一項非常有用的技能”，其通用方法可以融入到其他科學課程中。“這是一門很酷的課程，我希望我能在高中時選修。”
這些發現提供了一個潛在的警告，即人類可能會因為放棄空間學習經驗，轉而依賴智慧手機導航儀從 A 點到達 B 點而面臨風險。格林有一次在鄉村地區度假時失去了訊號，發現自己正在向孩子們解釋紙質地圖和導航方法。
他說，儘管紙質地圖有摺疊的挑戰，但擁有一張完整的紙質地圖來檢視和記憶意味著可以訪問“對你要去的地方的空間理解”，而不是依賴地圖應用程式上的路線特寫。研究中的學生必須培養類似版本的“全地圖”掃描技能，格林說，這些發現“使這樣的課程以及一般的空間教育方法更及時、更重要”。