在人腦里“編程”，讓孩子愛上學(xué)習(xí)

周麗

學(xué)習(xí)科學(xué)是國際學(xué)術(shù)界近30年發(fā)展起來的關(guān)于人類學(xué)習(xí)原理的跨學(xué)科研究領(lǐng)域，依托學(xué)習(xí)科學(xué)開展的科學(xué)教育及其技術(shù)的專業(yè)研究和實踐活動，在世界范圍內(nèi)掀起了教育改革浪潮。目前，學(xué)習(xí)科學(xué)也在我國各大高校引起重視和研究。作為國內(nèi)學(xué)習(xí)科學(xué)領(lǐng)域的先行者，清華大學(xué)心理學(xué)系學(xué)習(xí)科學(xué)實驗室執(zhí)行主任宋少衛(wèi)，跳出傳統(tǒng)學(xué)科教學(xué)思維模式，將腦科學(xué)、認(rèn)知心理學(xué)、人工智能前沿成果應(yīng)用于青少年學(xué)習(xí)問題研究。他所創(chuàng)立的積極學(xué)習(xí)系統(tǒng)、學(xué)習(xí)治療理論及相關(guān)課程在全國多地推廣，取得顯著效果。

從研究機(jī)器學(xué)習(xí)到研究人腦學(xué)習(xí)

在轉(zhuǎn)道心理學(xué)和學(xué)習(xí)科學(xué)領(lǐng)域以前，宋少衛(wèi)是典型的理工科“直男”。研究人腦學(xué)習(xí)，與他大學(xué)時的家教經(jīng)歷有關(guān)。

1988年，受風(fēng)靡一時、講述人工智能的電影《終結(jié)者》影響，從山東龍口一中考取清華大學(xué)的宋少衛(wèi)，選擇了研究機(jī)器人的自動化專業(yè)。本科期間，為減輕家里負(fù)擔(dān)，宋少衛(wèi)常利用課余時間去當(dāng)家教。不同于現(xiàn)在的專業(yè)化教學(xué)輔導(dǎo)，彼時的家教一個人要輔導(dǎo)學(xué)生的全部學(xué)科，這讓宋少衛(wèi)對所教學(xué)生的學(xué)習(xí)情況有較全面的了解。在此過程中，他發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在很多學(xué)科間的共性學(xué)習(xí)問題，這是單科教學(xué)不容易發(fā)現(xiàn)的。

例如，宋少衛(wèi)曾輔導(dǎo)過一名初中二年級、各科都不及格的孩子。這個孩子能清楚表述很多數(shù)學(xué)的基本概念，但每次考試都只考十幾、二十分。為了找出問題所在，宋少衛(wèi)讓他分析一些簡單的數(shù)學(xué)邏輯問題，其中一道題是：“一所學(xué)校募捐，二班比一班多捐了22塊錢，請問哪個班捐得多？”學(xué)生答：一班。原因讓宋少衛(wèi)哭笑不得，原來在這個孩子的語言邏輯里，完全忽略了對比關(guān)系，而只看到“一班多捐了”的字眼。這種理解偏差也存在于其他學(xué)科中。有一道語文題要求根據(jù)材料一和材料二簡述原因。“題目說的是材料一和材料二里提到的都可以，是并集關(guān)系，但他認(rèn)為必須得是交集，材料一和材料二里都有才算。”

面對這樣的“學(xué)困生”，宋少衛(wèi)逐漸意識到，學(xué)習(xí)困難有更深層次的“病因”，用普通的方法——講題、做題是很難根除的，“相當(dāng)于他帶病去繼續(xù)勞動，只會越勞動狀態(tài)越差”。

一個人為什么學(xué)不會？他在學(xué)習(xí)時遇到了什么樣的卡點？這些卡點在各個學(xué)科有什么樣的具體表現(xiàn)？大家關(guān)心的中高考分?jǐn)?shù)背后有何真相？……這些問題引起了宋少衛(wèi)強烈的好奇心和探究欲。等到本科畢業(yè)時，宋少衛(wèi)已不再對機(jī)器學(xué)習(xí)感興趣，而轉(zhuǎn)向研究人的學(xué)習(xí)困難。為此，他跨學(xué)科考取了中國人民大學(xué)應(yīng)用心理學(xué)系碩士研究生，師從國內(nèi)學(xué)習(xí)障礙研究領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物俞國良教授。

跟著俞國良教授做學(xué)習(xí)困難研究時，聯(lián)系到自己此前人工智能的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，宋少衛(wèi)突發(fā)奇想：“我們能把沒有一點人性和理解力的機(jī)器教會學(xué)習(xí)，為什么不用這樣的方法來訓(xùn)練那些原本可以開發(fā)好，但是由于各種原因沒有被培養(yǎng)出來、沒有學(xué)會學(xué)習(xí)的人？”

宋少衛(wèi)分析，人腦和電腦有很多相似之處，人腦具備一套發(fā)展智能的知識符號系統(tǒng)，計算機(jī)也有一套約定俗成的智能系統(tǒng)，來完成思考、基本的邏輯推理，以及重要的程序編制和運行。“既然我們可以通過編程的方式使電腦進(jìn)行類人的思考，那么同樣可以在人腦里直接‘編程，而且編得更好。”

從腦科學(xué)和認(rèn)知心理學(xué)理論層面，宋少衛(wèi)對106名清華大學(xué)本科生進(jìn)行了調(diào)研，發(fā)現(xiàn)他們的學(xué)習(xí)系統(tǒng)中有很多明顯的共性特征，如他們普遍擁有收集、識別信息的閉環(huán)驗證能力，邏輯加工能力突出，知識圖譜完整，注意力、記憶力、視聽協(xié)調(diào)也都較好。此外，清華大學(xué)的學(xué)生們普遍有一套“正確”的學(xué)習(xí)價值觀，在學(xué)習(xí)觀念、奮斗意識、家國情懷等方面都有其典型特征，并且大多數(shù)人都具有成長型思維和驚人相似的“二次解題程序”，即面對一道題，第一次不會時，他們會按照一個收斂式的規(guī)范操作步驟，思考第二次如何迭代，最終把它做出來。通過對清華大學(xué)本科生的持續(xù)研究，宋少衛(wèi)還發(fā)現(xiàn)，“學(xué)霸”們普遍能形成一套解題的“定制程序”——“定制程序可以理解成App。比如他寫作有‘App，隨便給一道作文題，他寫出來的都是一類文;化學(xué)實驗有‘App，只要做化學(xué)實驗，他很少丟分。”

基于以上研究背景，在擔(dān)任清華大學(xué)人文素質(zhì)教育研究與發(fā)展中心執(zhí)行主任期間，宋少衛(wèi)帶領(lǐng)教研團(tuán)隊，將腦科學(xué)、認(rèn)知心理學(xué)、人工智能的前沿理論與兒童青少年的學(xué)習(xí)境遇相結(jié)合，研究積極學(xué)習(xí)系統(tǒng)的建構(gòu)，進(jìn)而有針對性地研發(fā)訓(xùn)練這些能力模塊的課程，并落地到調(diào)整學(xué)生的心理和行為上。

歷時20多年，宋少衛(wèi)和團(tuán)隊創(chuàng)設(shè)完善了一套“學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型”，包含識別驅(qū)動、語義解析、邏輯加工、價值決策等模塊。這些模塊可按照一定的程序定制模式組合成為多種問題解決程序，進(jìn)而應(yīng)對各類學(xué)習(xí)任務(wù)，為系統(tǒng)性解決兒童青少年的學(xué)習(xí)困難構(gòu)筑了原理底層與實操路徑。

成為“學(xué)霸”的關(guān)鍵是“價值決策”

“人腦有一個很復(fù)雜的系統(tǒng)，我們可以稱之為‘學(xué)習(xí)系統(tǒng)，除了學(xué)習(xí)，生活、工作都跟這個系統(tǒng)有關(guān)。”關(guān)于這個系統(tǒng)的“卡點”問題，宋少衛(wèi)將之歸因為“硬件”“軟件”“操作系統(tǒng)”等方面。

“操作系統(tǒng)”方面的問題尤為復(fù)雜。宋少衛(wèi)舉例，如讀題，有人從不出錯，有人卻馬虎、丟三落四。“這背后是有一套機(jī)制的，就是人的自動校驗機(jī)制，有的人沒建立，有的人運行得很好。”宋少衛(wèi)和團(tuán)隊曾運用眼動跟蹤技術(shù)手段，觀察學(xué)生們解題。一道題寫著“如圖所示”，有的學(xué)生第一時間停止讀題去找圖，找到圖之后按照圖文交互的方式進(jìn)行比對，然后再去解題;另一些學(xué)生則看一眼圖就不管了，把題目的文字讀完之后才想起來圖甚至根本忘了還有圖。這只是學(xué)習(xí)過程中的一小部分，但它會影響任何學(xué)科、任意一題的解題過程。

除了讀題過程中信息收集能力的差異，還有后天形成的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)不同。宋少衛(wèi)稱，每個人大腦里都有一個數(shù)據(jù)庫，既包括生活中的數(shù)據(jù)，也包括學(xué)科知識等數(shù)據(jù)。“我們不管是聊天，還是看一段文字，都是從大腦的數(shù)據(jù)庫里不停調(diào)信息出來，對語言、文字中的概念進(jìn)行解讀。”人腦數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容構(gòu)成、結(jié)構(gòu)特征和數(shù)據(jù)調(diào)取一定程度上決定了一個人學(xué)習(xí)的“潛能”。