传统测试可能会低估学生的学习能力。社会文化障碍、考试焦虑和大脑发育速度的差异可能会扭曲结果。原则上，允许观察大脑活动的神经科学工具可能更好地描述学习成果。但神经科学和教育并非总是形成富有成效的伙伴关系。
更有效地将这两个领域结合起来的研究表明，当学生在课堂上运用空间技能时，其益处不仅限于空间理解，还扩展到其他类型的思维，例如用文字进行心理问题破解。2022 年发表在《科学进展》杂志上的一项此类研究的结果还表明，现实课堂中的神经科学工具可能比更传统的方法（如考试和成绩）更好地预测成功的学习。这些信息可以支持那些能够以最小投入获得最大学习效果的项目和方法。
德国吉森大学实验心理学和认知科学教授马库斯·克瑙夫（Markus Knauff）表示，神经科学研究通常需要大量的前期投资，而且不确定社会效益究竟是什么，他没有参与这项工作。他说，这些结果表明，当一项研究经过精心构建，以解决一个“具有高度社会相关性的、非常重要的应用问题，即如何改进学校的学习”时，此类研究对于实际应用是多么重要。
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神经科学家、心理学家和教育专家在 2022 年的研究中合作，将神经科学工具和以空间为基础的课程引入弗吉尼亚州的五所高中，该课程需要使用地图工具。
因为强迫学生选修他们不想上的课程是不道德的——至少对于研究而言是这样——研究人员采取了不同的策略。学生可以选择“地理空间学期”课程，在课程中，他们使用数字资源构建和评估基于地理的数据集。研究人员将选择地理空间课程的学生与选择另一门同样具有挑战性的科学课程的同龄人进行匹配，创建了两个尽可能相似的群体。这两个群体之间的主要区别在于他们选择的课程。
对于地理空间课程，学生们致力于解决基于地图的问题，例如如何减少城市环境中的热岛效应，或定位从蓝岭山脉走失的熊。乔治城大学心理学副教授、该研究的合著者亚当·格林（Adam Green）说，在构建地图作为问题解决的一部分时，学生们必须“对事物之间的相互关系有一个全局性的认识”。
在开始上课之前，学生们完成了一系列测试，这些测试测量了空间技能和语言推理能力，解决以文字呈现的问题。例如，一个语言问题可能会提出一对陈述，第一个陈述是“猿比猫好”，第二个陈述断言“狗比猫差”，这需要逻辑推理出“猿比狗好”。
该研究中的一项关键测试是“空间扫描”，即把一个地图上的特征定位到另一个地图上的能力。这项技能的测试是“嵌入图形任务”，测试对象先单独查看一个几何形状，然后有几秒钟的时间将其嵌入到第二个分层几何形状的图像中。
研究人员假设，选修空间技能课程的学生在语言思维方面也可能会有所提高。他们的预测是基于一个被称为心理模型理论的概念，该理论认为，人类的语言推理能力源于灵长类动物用于理解其空间环境的大脑区域。
该研究的主要作者罗伯特·科尔特斯（Robert Cortes）说：“从进化的角度来看，随着人类的发展，我们需要专门用于空间和运动处理的大脑区域来在世界各地活动。当我们发展出推理能力时，我们并没有生长出一个新的大脑区域，而是征用了现有的资源来解决甚至不是空间问题的问题。”
当时还是乔治城大学博士候选人的科尔特斯和他的同事们认为，如果学生的空间理解能力得到提高，那么大脑中的这种重叠可能意味着语言表现也会得到改善。其中一项测试还评估了学生在思考和学习中对空间策略的依赖程度。
在该研究中的 346 名学生完成课程后，他们再次参加了这些测试，研究人员比较了前后结果。对于 63 名学生的子集，研究人员还使用了脑成像技术来跟踪两个测试期间的活动，重点关注与空间思维相关的大脑区域。然后，他们比较了成像技术在预测学生在空间和语言推理测试中的进步方面，与传统的基于表现的测试相比，效果如何。
与另一门课程的同龄人相比，地理空间课程的学生开始时的推理能力较低，空间思维得分相似。但地理空间课程结束后，该组学生在大多数测量指标上的进步明显大于同龄人。
研究人员最感兴趣的结果支持了心理模型理论：这些学生在语言推理方面的进步与他们在空间测试中的进步相关，这表明空间思维能力提高的同时，语言推理能力也提高了。
脑成像显示，灵长类动物与空间推理相关区域的活动发生了变化，与同龄人相比，完成地理空间课程的学生的活动增加幅度更大。这些成像模式在预测学生在研究指标上的进步方面，远优于传统的测量方法，如考试和成绩。
克瑙夫说，心理模型理论的历史可以追溯到几十年，这些发现突显了它的力量。他补充说，它们“再次表明空间对我们的大脑有多么重要，即使对于本身不是空间能力的能力也是如此”。
科尔特斯、格林和他们的同事们一直在考虑将地理空间课程引入更多的学校。科尔特斯说，这门课程“教授了一项非常有用的技能”，其通用方法可以融入到其他科学课程中。“这是一门很酷的课程，我希望我能在高中时选修。”
这些发现提供了一个潜在的警告，即人类可能会因为放弃空间学习经验，转而依赖智能手机导航仪从 A 点到达 B 点而面临风险。格林有一次在乡村地区度假时失去了信号，发现自己正在向孩子们解释纸质地图和导航方法。
他说，尽管纸质地图有折叠的挑战，但拥有一张完整的纸质地图来查看和记忆意味着可以访问“对你要去的地方的空间理解”，而不是依赖地图应用程序上的路线特写。研究中的学生必须培养类似版本的“全地图”扫描技能，格林说，这些发现“使这样的课程以及一般的空间教育方法更及时、更重要”。