女生数理化不如男?Nature子刊一周连发两篇研究,我被相反的结果整懵了

从高中到大学,绝大多数理科班、理工科专业里,都是男生比女生多。同时,相信“女生学理科没有男生有优势”这种论调,几乎每个人都听过。对于男女学数理化到底有无大脑差异的说法,你更倾向于哪种?

作者 / 郭一璞、晓查 出品 / 公众号“量子位”(ID:QbitAI)理论派经授权发布

女生学数理化不如男?这种“认知”全球同此凉热。

而且各种“依据”也是一抓一大把:

比如巴黎数学基金会旗下各机构的数学家里,女性只有不到20%;

清华2019新生中,理工类专业男生也比女生多得多,电气、自动化能达到4:1左右,数理和计算机甚至能到7:1左右;

根据2017年底的数据,中科院院士中,女性也只有6%;

 图片来自中科院网站

甚至,从高中到大学,绝大多数理科班、理工科专业里,都是男生比女生多。同时,相信“女生学理科没有男生有优势”这种论调,几乎每个人都听过。

甚至还有过煞有介事的脑结构依据——男女脑回路有别,女生学数理化等重逻辑学科,对比男生没有优势。

所以性别对于学数理化这件事,到底有没有影响?

不少科学家还真的就这个问题展开了研究,甚至,他们的成果还成为了微博热门话题。

可当我们追根溯源、仔细查看之后,发现事情并不简单:

因为两篇来自同一份期刊、发表仅相隔一周的科学研究,竟然得出完全不同的结果。

所以到底哪篇研究更科学?哪个结果才是科学结果?

我们具体把论文研究都看一看。

男女学数理化,脑回路不一样?

第一篇,Nature子刊Science of Learning,11月1日发表,作者来自佛罗里达国际大学、特拉华大学、天普大学、卓克索大学。

他们找了101名物理专业的本科生参与到了一项测试中,其中男生55人,女生46人,测试他们在学物理学入门(牛顿力学)前后的焦虑程度,研究者们假设在学数理化课程方面,一个人越焦虑,成绩就会越差,自然,TA就不擅长学习数理化。

实验中,在教学开始前和结束后,学生们分别做一次静息态功能磁共振成像(rs-fMRI),评估他们的STEM学习焦虑指标。

STEM,也就是科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)和数学(Mathematics),我们可以简单的理解为数理化这类理科课程。

而这次实验的结果,解决了三个问题:

问题一:学数理化课程的焦虑度,男女一样吗?

下面是四项焦虑评分的散点图,紫色是女生,绿色是男生,每一项中左侧是教学前,右侧是教学后。

可以看出,不论是教学前还是教学后,女生的四项焦虑评分都高于男生,数理化焦虑和性别息息相关,而且教学之后,男生女生的焦虑科学评分都有所提高。

问题二:数理化焦虑和大脑的神经功能之间的关系,男女一样吗?

关于大脑的神经功能,研究者们锁定在了网络间连通性(inter-network connectivity)这一神经机制上。

所谓网络间连通性,指的是下图中粉色、绿色和黄色三个区域的连通性。

心理病理的研究证明,情绪障碍和这三个区域密切相关。

下面是数据结果,每个小格子左下角是男生,右上角是女生,五角星表示有相关性。可以看出,女生的焦虑评分与网络间连通性没有任何相关性,而在男生身上,两者则息息相关。

如果把教学前和教学后的不同情况对比出来,男生的相关性就更为明显了:

也就是说,数理化焦虑和大脑的神经功能之间的关系,男生女生是不同的,同样面对数理化焦虑,男生女生的大脑神经功能会有不同的反应。

问题三:数理化焦虑和成绩的关系,男女一样吗?

当把学生的焦虑评分和学生的年纪、学习成绩放在一起之后,会发现女生的焦虑度和成绩没有关系,而男生的焦虑度和成绩呈现负相关

至于焦虑如何影响成绩,研究者们给出了这样一张原理图,焦虑、网络间连通性和成绩三者之间是有数量级关系的,教学后焦虑每增加1.151单位,课程成绩就会降低0.544单位。

总结:男女学习焦虑的确不同

把三个问题的答案放在一起,就会发现在学数理化课程时,女生更焦虑,而且这种焦虑没有影响她们的大脑神经功能,而且她们焦不焦虑和成绩没关系。

而男生,学数理化课程的焦虑程度更低,这种焦虑影响了他们的大脑神经功能,而且焦虑更低成绩更好。

那么,为什么两个性别的人在学数理化课程的时候,会有这种差异呢?

研究者在最后提出了一种解释说,当这场实验中的学生们上物理课的时候,男生的大脑会主动适应数理化焦虑的增加,并主动做出平衡举动。

而女生的大脑在数理化焦虑逐渐增加的时候,会更早的进入适应期,大脑启动补偿机制,重新分配神经资源,下调了焦虑和大脑的相关性。

听起来,就是女生的大脑因为太焦虑了,所以干脆放弃治疗的样子。

而且,即使不是大学物理这样高难度的科目,早在学龄前和小学阶段的数学等课程也可能引发焦虑,因此研究者建议,教小孩子们数学类课程的老师,应该考虑如何平衡孩子们的学习焦虑。

不过,这场实验是针对已经上大学的学生的,很难说,这些女生的焦虑是不是受到“女孩子不擅长学理科”的观点灌输的影响。毕竟,要是总有人在你耳边说“你的性别不适合学物理”,很容易导致在开学前就会产生学习焦虑。

男女学数学,脑回路都一样?

但是,对上述结论,另一篇新的研究论文表示不服!

一周后,同样发表在《Science of Learning》文章指出,男女在学习数学这件事情上没有差异,至少在儿童阶段是这样的。

这篇文章的作者,美国CMU神经科学教授Jessica Cantlon指出,过去有一些研究证明男女在学习理科的能力上存在差距,但这些研究都没有将生物学差异和社会文化的影响分开。

 论文作者Jessica Cantlon正在向一名参与测试的儿童讲解数学游戏

因为到了少年时期,周围人关于女生不适合学理科的言论,可能就会潜移默化地影响一个人的选择。

因此,作者选取了儿童作为研究对象,希望以此证明男女在学习数学的先天能力上没有差别,性别差异更多是后天因素造成的。

为了解答这个问题,Cantlon和她的团队让104名3~10岁的孩子在核磁共振(MRI)仪器中观看《芝麻街》中计数、加法的教学部分,对他们大脑的活跃部分进行统计。

进行认知测试并观看有关数学课的视频。这是第一项使用神经影像技术评估幼儿数学能力方面的生物学性别差异的研究。

Cantlon说:“与非数学内容(如阅读)相比,我们研究了大脑的哪些区域对视频和任务中的数学内容有更强的反应。”因此,可以查看响应更强烈的区域来定义负责数学部分的神经网络。

如果男女方面存在显著差异,则这些活跃区域的差别应该会很大。例如,男孩和女孩的错误反应可能源于不同的神经过程(例如,数学处理区域的效率低下而响应选择机制效率低下)。

论文用两组指标“神经成熟度”和“神经相似性”来对比。

神经成熟度是指儿童与成人之间的大脑活跃区域的相互关系,而神经相似性是指儿童与儿童之间的相互关系。

上图b左侧显示了证明神经成熟度的性别差异性(橙色)和性别相似性(深紫色)的区域。

右图列出了大脑中对相似性和差异性有实质性支持证据的体素百分比。其中,只有少于0.8%的体素表现出明显或强烈的性别差异证据,而另外约75%的体素则证明了男女之间的相似性。

另外,研究者还测试了顶内沟(intraparietal sulci,IPS)区域大脑信号的变化情况。IPS负责处理符号数字信息。

结果也证明不存在性别差异。

并且随着年龄增长,数学能力测试TEMA-3的结果也表明,10岁以前,男女生的数学能力不会随着年龄增长出现显著差异。

最后,他们测试了儿童与儿童之间的神经相似性。 

上图分别展示了相同性别的儿童(黄色)和不同性别的儿童(绿色)之间的平均神经相似度。第三列以浅绿色显示前两列的重叠部分。

根据相同性别的孩子和不同性别的孩子的数据,可以看出的神经相似性区域是相同的。

最后,Cantlon团队的得出结论,鉴于男孩和女孩之间的广泛相似性,在青春期或成年期STEM表现中观察到的性别差异不太可能源于儿童早期的大脑或认知差异。

另外,前不久在美国国家STEM竞赛中,女生包揽了奖金最高的前五名,颠覆了过去数理化竞赛几乎全是男性获奖的认知。

在STEM的4个分类奖项中,男女获奖者一样多,而且这也是历史上第一次出现决赛中女生的数量多于男生的情况。

这似乎也证明了在发达国家,当男女之间的教育资源趋于平等时,女性在STEM上能力与男性的差距正在缩小。

我太难了

女生真的和男生一样适合学理科吗?Cantlon教授的单项研究结果也不能让人完全信服。

另一位来自密苏里大学的心理学教授David Geary表示,在这些数学任务上不存在性别差异的结果并不令人惊讶。

但是,有另外的证据表明,一些年龄稍长的学生确实存在着性别差异。在非常非常高阶的数学内容上,男孩和女孩的成绩对比是3比1。

毕竟小学加减法的难度和大学的微积分根本不是一个概念,在学高数的时候,男女之间真的没有性别差异吗?我到底该信谁?

Cantlon教授的论文无法给出答案,但至少她证明了,在10岁以前,女生学数学并不比男生差。

所以对于男女学数理化到底有没有大脑差异,你更相信哪个研究结果?

传送门

第一篇论文:
Sex differences in brain correlates of STEM anxiety
https://www.nature.com/articles/s41539-019-0058-9
第二篇论文:
Gender similarities in the brain during mathematics development
https://www.nature.com/articles/s41539-019-0057-x

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