如何让大脑更好地思考

Daniel T. Willingham 是美国福尼尼亚大学的心理学教授,主攻认知心理学及神经科学在K-12教育(即幼儿园至高中毕业前的初等教育)中的应用。2009年,Willingham教授撰写出版了Why Don't Students Like School (中译《为什么学生不喜欢上学》),Goodreads好评度4/5 ,中文译豆瓣好评度9.3。

这是本写给面前中小学老师的书,从认知心理学的角度,解释为什么孩子们不喜欢学校、不喜欢学习、不喜欢作业,并探讨老师应该从哪些角度调整教学方式,提升教学效果。

同时,我认为这本书也非常值得父母阅读,作者用很通俗的语言和例子把认知心理学理论中儿童学习的过程介绍得很易懂。多了解点儿认知学的基础,科学地陪娃写作业,免得莫名其妙地死于心肌梗塞。

大脑不是为了思考而设计的

思考是什么?是解决问题、逻辑推理、阅读理解复杂的文字、进行脑力工作、等等。我们一般会认为,思考是大脑的主要功能。但作者开门见山地告诉我们:大脑不是为了思考而设计的。恰恰相反,大脑的设置是为了让我们能尽可能地避免思考。因为,思考是缓慢的,耗费精力的,最终的结果还不确定。所以我们的大脑会通过两种方式让自己不必思考:

  1. 极重要的功能根本无需思考,比如看到什么、听到什么、抬腿走路……
  2. 尽量使用记忆中存储的信息自动指导我们的行动,比如早起刷牙洗脸穿衣服……

尽管大脑不是为思考而设计,但由于人性固有的好奇心,大脑又的的确确喜欢思考,前提是:要思考的东西不能太简单让大脑觉得乏味,也不能太复杂让大脑觉得自己根本解决不了。

思考是学习是基础,没有思考是没有办法学习的。而学习是一个非常复杂的心理过程,简化提纯后可以用下面这个图表示:也就是说,学习是一个从外界获得信息,并把它与自己记忆中的相关信息重新整合后,把新的信息存入大脑的过程。

这一过程涉及到三部分:

  • 外界环境(environment):我们通过眼睛看、耳朵听、鼻子闻、嘴巴尝、皮肤摸等等一系列的感官刺激来感觉外界环境,但前提是,我们的大脑要先把注意力(attention)集中在要感知的对象上。如果注意力没有转移到书本上,就算对着书看半天,也不会从书里接收到任何信息。

  • 大脑长期记忆区(long-term memeory):这里储备着我们掌握的所有知识,这些知识包括 1+1=2, “学“这个字念xue2, 太阳系位于银河系这一类事实类的知识,也包括上学要穿上校服、背上书包、带上水瓶等等这一类操作类的知识。

  • 大脑工作记忆区(working memeory):在这里,大脑把从外界环境获得的信息和从长期记忆区中提取出的已知信息进行加工、处理,如果需要还会把新知识放回到长期记忆中。也就是我们所说的思考、学习。

最后,学习的过程还有一个重量级敌人:遗忘。工作记忆和长期记忆里的信息都存在被遗忘的危险。

工作记忆区的7±2规则

工作记忆区是大脑处理信息的地方。思考不可能发生在大脑外部,也不可能发生在长期记忆区,思考只能发生在工作记忆区。

但遗憾的是,工作记忆区容量非常有限,这也就限定了我们的思考能力不是无限的。

更遗憾的是,这个容量还没有办法通过训练提升(最起码认知学家还没有找到这种方法),一个人天生容量多大,也就只能接受了。

目前认知心理学专家认为,工作记忆区只能处理7±2个项目,多于这个数目,我们的大脑就会丢三落四,无法正确处理了。

不过,好消息是,当我们说工作记忆区只能处理7±2个项目时,”项目“的定义并非是按字节定义的。

大家可能都有这样的生活经历,电话咨询时对方说关于什么什么事宜请拨打电话85736449(这是我随便编的一个号码)。如果你不是把这个号码抄写在纸上而是单纯地用脑子记下这个八位的电话号码,会不会感觉困难?因为这八位数字彼此没有什么关联,每一个都是一个独立项,单独占用工作记区的那7±2个项目之一,八位数字一下子就把工作记忆占满了,这时候,如果有人过来跟你说句话,极大的可能,你就会想刚才那个号码是8573什么什么9来着?

但如果号码是010-8888-1234呢?这个号码有十一位长,比上面的还长了三位,但是不是比上面好记?为什么?因为010是北京区号,可以被当成一个独立项,8888又是一个独立项,1234是第三个独立项,这样,工作记忆只用到了三个项目,离7±2的限制还差得远,这时就算别人过来跟你聊五分钟,你仍然可能还记得这个号码。

所以,你看,虽然工作记忆只能处理7±2个项目,但我们却能通过一些小动作,让工作记忆区看上去能处理更多的信息:

第一个小动作叫组块(chunking),是把各自分离的信息项有效地组合在一起变成一个信息块,从而减少工作记忆区的耗用。比如把C-A-T三个字母组成cat(猫),原来占用工作记忆区三个单元,就变成只占一个单元。上面记忆010-8888-1234这个号码时用到的就是组块。

第二个小动作叫自动化(Automatized),也就是说,把一些信息处理过程自动化,让这一过程耗用较少的甚至不再耗用工作记忆。比如,新司机要用上全部的工作记忆区来提醒自己:挂档、松手刹、松脚刹、给油、把住方向……,别和我说话!热你忍着点,要不你自己开空调!听什么收音机!而老司机所有这些动作完全不用过脑子。

组块需要背景知识

组块这种小动作需要一定的背景知识,上面电话号码的例子,如果不知道北京的区号,那010这个号码就不能很好地被组块,很可能还是需要占三个记忆单元。同样,能把1234处理成一个记忆单元,也是因为我们会数数,知道这四位是连号的。把C-A-T组成cat,也只有当你学过英语,知道cat在英语里是“猫”的意思才有用,否则,C-A-T变成cat也仍然要耗用三个记忆单元。

而背景知识存储在大脑的长期记忆里,换句话说,只有存在于长期记忆里的信息,才有可能在工作记忆中被组块,存在你电脑硬盘里的信息难以在你的大脑工作记忆区组块,存在互联网上的信息也不行。

因此,即使是同样的环境输入,背景知识越丰富,思考也就越高效;思考越高效,学习新知识就越快越多;新知识学习得越多,背景知识也就更丰富——就是所谓的”越有钱的人挣钱越多“。所以,同一个教室里的孩子,懂得越多的孩子,学得越快,反之,懂得越少,学得越慢。

自动化靠的是题海战术(Drilling)

我们知道学会开车容易,自动档车,上驾校练上十个小时就会了。但把车开好不容易,头一、两年的新司机是让人心颤的物种。但经过足够多的练习,驾驶就变成一种接近自动化的过程,尤其是象上下班这种,几乎可以“全自动”驾驶,很多次我在下班路上本该去超市买菜,结果“一不留神”发现自己已经开到了家门口——一路开回家完全没过脑子。

同理,题海战术在学习中是一个必要的过程。“懂了”和“学会”只是发生在工作记忆中,如果不经过足够的演练,“学会”的东西:第一,很难留在长期记忆里,而是进入了通往”遗忘”的垃圾道; 第二,既使没有被“遗忘”,也可能在需要用时,无法迅速、准确地被从长期记忆中提取到工作记忆中;第三,好不容易提取出来,又消耗了好几个工作记忆单元,留给真正用于思考的空间已经很有限了。

小提琴手练习时间对比图:四条线从上到下分别是顶级、专业级、有潜力成为专业级、小提琴教书匠——即使是在艺术界,题海战术也是不二法门

表层知识结构 vs 深层知识结构

“一袋种子十块钱,可以种1000平方英尺的草坪,你家后院20英尺宽100英尺长,要买几袋种子?“

”你的新桌子72英寸长36英寸宽,一罐漆八块钱,能漆2300平方英寸,给你的新桌子上漆需要买几罐漆?“

学过长方形面积公式的人一看就知道这两道题都是面积计算的题,但对初学的孩子来说,有时他们无法举一反三,从第一道题的学习直接掌握第二道题。

在这个例子里,草坪和桌子,是表层知识结构(具体的),而面积公式及其应用是深层知识结构(抽象的)。从具体到抽象,是学习中最大的难点,到底大脑是如何把具体的问题变成抽象的理论,这一点,认知学界仍然有很大的争论,但有一个共识就是:反复的演练可以催生表层知识向深层的转移。也就是说,题海战术是产生和积累深层的、抽象的知识结构所必须的。

作者之所以鼓吹题海战术,是因为北美教育中很少见题海战术,结果往往导致学生们打开书什么都懂,合上书不会做题或一做就错。这种浅层的背景知识,会在学习新知识造成更大的困难。而中国教育则往往海水过量,除了浪费时间起不到真正的作用。这些年来,国内教育对“题海战术”的污名化也很严重,希望家长不要矫枉过正。

越学越聪明

到底如何定义”智力“,认知学界还颇有分歧;同时,”智力“到底多少是天生的,多少是后来养育的,也是个未解之谜。但不管孩子们的智力多么不同,有一点非常明确:有意识地努力学习会让人变得更聪明。

让不擅长思考的大脑爱上思考,让不擅长学习的孩子爱上学习,最要紧的是从学习过程的三个部分下手:

  • 丰富外界环境
  • 充实长期记忆中的背景知识
  • 合理使用工作记忆
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