探秘人脑学习机制

教育局李斌

——读斯坦尼斯拉斯•迪昂《精准学习》一书有感

　　随着生成式AI如ChatGPT的崛起，关于机器是否能超越人脑的问题日益受到关注。在《精准学习》中，斯坦尼斯拉斯•迪昂从多学科角度揭示了人脑学习的复杂性和独特性，强调尽管AI在模仿人脑功能上取得了进展，但要真正取代人脑，尤其是人类幼儿大脑的行为模式，仍有很长的路要走。迪昂指出，学习是大脑不断重塑的过程，而这一过程远比当前的AI系统更为精密和复杂。

一、什么是学习

学习可以被定义为大脑逐步构建外部世界的内部模型的过程。这一过程依赖于三个核心概念：外部世界、内部模型和大脑。大脑作为学习的主要场所，通过神经元间的连接建立来实现学习。外部世界的信息经感官传入大脑，其中一部分信息会引起有意注意，并与遗传下来的内部模型进行对比分析，进而调整或强化这些模型。

脑科学证实，人类的大脑并非一张白纸，而是携带了进化过程中积累下来的基本思考模式和对外部世界的假设，这些都嵌入在基因中并遗传给后代。这意味着人从出生起就具备了一定的理解世界的能力，如婴儿天生就掌握了一些语言知识，这得益于他们大脑中的内部模型。此模型不仅决定了我们如何理解声音等信息，还具有适应性和可塑性，可以根据环境互动不断修正，以支持更有效的学习。

因此，学习是先天赋予的内部机制与后天经验相结合的过程。它既包含着我们生来就有的先验假设，也包括了我们在生活中通过体验不断巩固或修改这些假设的能力。学习的本质在于其能够使我们适应外部世界并纠正错误，从而不断完善我们对世界的认知。

二、学习：人类与生俱来的本能与神经元的再利用

学习是人类的一种基本本能，深深植根于我们的生物遗传和进化历史中。苏格拉底认为，许多知识并非后天习得，而是先天赋予，并通过遗传传递给后代。他认为人与人之间在天生的知识和潜能方面差异不大，而智能上的差距主要源于个体对恢复这些先天知识的努力程度不同。

现代脑科学研究支持了苏格拉底的部分观点。新生儿的大脑预装了一套由基因塑造的特殊回路，这些回路由数千万年的物种进化形成，使婴儿天生具备物理感觉、空间导航技巧、数量直觉、社交倾向以及语言天赋等基础能力。史蒂芬·平克在其著作《语言本能》中强调了人类学习语言的本能，这不仅体现了人类对学习的热爱，也证明了学习作为一种生存技能的重要性。

尽管每个人的大脑都是独一无二的，但其布局遵循固定的方案，每个脑区都有自己的首选状态。面对新事物时，人类能够通过神经元的再利用来学习新的技能。这意味着虽然大脑的基本结构不变，但特定脑区的神经元可以通过重新定位功能来适应新的任务。这种神经可塑性是人类学习能力的关键所在，也是我们不断适应环境变化的基础。

教育在这个过程中扮演着重要角色，它不仅是促进儿童神经元再利用的重要途径，也是让人类的学习本能得以充分展现的基础。了解并顺应人类学习机制，为学生提供适切的成长环境，是教育工作者的任务之一。通过这种方式，我们可以确保每个人都能发挥出最大的学习潜力，实现个人成长和社会进步。

三、四大核心支柱提升学习能力

我们专注于学习的“四大核心支柱”来思考，该怎么准确又快速地学习自己需要的知识。

1、注意

书中介绍了一个有趣的实验——“看不见的大猩猩”。实验中，受试者会观看一段短片，视频中有穿着黑、白队服的两队篮球运动员来回传球。受试者的任务是尽可能精确地数出白队互相传球的次数。受试者认为这是小菜一碟。的确，30秒后他们会得意地给出正确答案。但是，实验过后研究者会问一个奇怪的问题：“你看到大猩猩了吗？”大猩猩？什么大猩猩？当研究者重新播放这段视频时，受试者会惊讶万分地发现有一位全身穿着大猩猩服的演员从场地中穿过，甚至还在舞台中央停了几秒并拍了拍胸脯。照理说这是不可能看不见的。实验结果还表明，受试者的眼睛在某一时刻直视了大猩猩，但却说并没有看见。原因很简单，受试者的注意力完全集中在白队球员身上，从而主动抑制了对黑队球员和大猩猩的注意。

学习任何东西都是要从注意开始的，作者在《精准学习》中针对“注意”讲了三个系统。第一个注意系统是“脑的觉醒”——警觉。它会告诉我们应该在何时注意观察，这是我们进化过程中最古老的系统。就像大脑里的一种警报器，当你遇到什么事的时候，大脑为了保护你就会第一时间关注到那个东西。第二个注意系统是“脑的过滤器”——定向。这个系统决定了我们应该注意什么，它就像一个聚光灯，帮助你在数以万计的信息中瞬间聚光在你要关注的信息上。第三个注意系统是“执行控制”——脑的总工。就是当你锁定某一信息之后，用来决定我们该采取什么行动，这也是最重要的一个系统。它决定了是否能做成一件事。比如你想学习吉他，这个系统就直接决定了你是否会拿起吉他并开始练习弹奏。这三个系统连接起来就是：收到并过滤信息，然后聚焦到你要注意的信息上，最后就是根据你的需要对该信息采取相应的行动。

2、主动参与

作者为我们介绍了一个美国发展心理学家劳拉•舒尔茨在麻省理工学院的儿童认知实验室里对幼儿园的孩子进行了实验研究。她向孩子展示了一个奇怪的装置：一组塑料管子被藏在各处，里面放了各种意想不到的玩具，比如镜子、喇叭、一碰就会亮的玩具和一个音乐盒。在什么都不介绍的情况下，把这样一个装置给孩子时，立马就会激发他们的好奇心。他们会到处探索、翻找，寻觅，直到找到大部分奖励为止。而当老师事无巨细地给孩子介绍一个新玩具其中一个功能，孩子也不会去探索其他还有没有其他更多的功能，因为他们认为老师已经解释了所有需要知道的东西了。因此，最大限度的调动学生的聪明才智投入学习中，意味着要不停地问他们问题，刺激他们的想象力，鼓励他们自发地进行更深入的探索。这与我们在教学中培养学生的核心素养有异曲同工之妙。

很多人觉得这是很容易的一个步骤。因为你既然想做这件事，那主动参与就是一件自然且必需的事情，但在实际的执行上就没有那么容易了。学习从来都是一件困难的事情，所以我们很容易就陷入了“被动学习”的怪圈。原本你是要学习的，但是由于学习的枯燥和困难，你最初的积极主动会演变成被动，而被动会让学习者产生厌烦和后退。这时候就要求我们要能够积极主动地参与到学习中。

作者在书中说道：有效学习意味着解决被动，主动参与，努力探索以及主动地生成假设并在现实世界里验证它们。而主动参与的一个基本条件就是好奇心。

仔细回想你学习某样东西的时候是不是从好奇心开始的，当你没有了好奇心，学习的动力也就打住了。要时刻保持好奇心，让你有积极主动的求知欲。

3、错误反馈

在不断地学习过程中，最珍贵的东西就是在学习中遇到错误，每一个错误都是帮助我们向上走的台阶。我们都害怕犯错，好像一旦有了错误，我们之前做的努力，甚至是我们的人生都好像被否定了一样。这样的想法就是慢性毒药，让我们不敢往前走半步，可是没有错误，我们怎么知道自己该怎么进步，该怎么找到更好、更快的方法呢！

书中还介绍了一个电子游戏的例子，当你发现一款新电子游戏时，最初你并不想知道如何有效地推进，最重要的是，你并不愿意经常被人提醒你做的有多差！这就是为什么游戏设计师设计游戏会从非常简单的关卡开始，在这种关卡中你几乎每次都会赢。慢慢地，游戏难度增加，失败和挫折的风险也随之增加，但是游戏设计师知道如何通过简单关卡和困难关卡组合起来，并让你可以自由选择多次通过相同难度的关卡来降低失败和受挫的风险。于是你看到你的分数稳步上升……最后，当你成功通过最后一关时，愉悦的感觉能伴随你一天。现在我们把这个过程和“学困生”的成绩简单做个类比：“学困生”的成绩一开始就很糟糕，老师并不是通过让他们再次参加同样的考试来激励他们，直到他们通过，而是每周给他们新的学习任务，且这些学习任务都超出了他们的能力水平，几周过去了，他们的分数始终徘徊在零附近。在电子游戏市场上，这样的游戏就是一个彻头彻尾的失败品。

错误就是我们学习路上最重要的反馈，只有收到反馈，才知道自己下一步该怎么走。当错误积累到一定程度的时候，不但能够迅速避开，而且会更快地知道正确的路。这就像是老师让我们做的错题集，当你把错误的类型吃透之后，你就不会在同样的问题上犯第二次错。要珍惜你得到的每一个错误反馈。

4、巩固

说到这里，我们的思绪好像又飘回到了老师那里，他们说的每一个学习方法似乎就是必胜的秘诀，是年少的我们不懂罢了。

巩固就是复习，大家都知道“遗忘曲线”的定律，当你学习一段时间后，就会忘记之前学习的内容，所以要定期回去复习，这样记住的知识才牢固。作者说的巩固也是一样的道理，不过更侧重的是有关睡眠前后的巩固。我们的大脑在我们沉睡后会重演前一天的轨迹，所以你一天当中学习的知识，也会在深夜的时候再过一遍。因此睡眠质量非常重要，而且睡眠的作用还不止巩固知识这一点好处。

让学生睡好觉。睡眠是我们学习算法的重要组成部分。我们的脑在每次睡觉时都会受益，甚至在我们打盹的时候也是。因此，让我们确保孩子睡得又长又深。为了最大限度地利用脑在夜间无意识的工作，在入睡前学习一节课或重读一道题可能是一个绝妙的诀窍。由于青少年的睡眠周期发生改变，所以我们不要太早叫醒他们。

对于《精准学习》这本书，清华大学教授刘嘉是这样说的：“在人类的历史上，恐怕从没有像今天这样，我们如此急迫地需要重新定义学习的对象！认知神经科学家迪昂教授的《精准学习》提供了一个再次激发人类潜力的学习方式。”所以这不仅仅是一本讲述学习技巧的书，更是一本让你重新激发学习的书。

书的结尾有这样一句话：“教育领域必须以系统和严格的研究生态系统为基础，将教师、家长和研究者聚集在一起，不断寻求更有效的，以证据为基础的学习策略。”探秘人脑学习机制，挖掘学生的潜力，实施精准教学，值得我们细细研究，不断实践。在这个过程中，《精准学习》所传达的理念将如同灯塔一般，指引我们在教育改革的道路上稳步前行，迎接每一个孩子成长路上的无限可能。

辽宁鞍山 李斌

20241227

《精准学习》，[法]斯坦尼斯拉斯·迪昂著，周加仙译，浙江教育出版社2023年版