降低認知負荷的費曼學習法自學模式設計

鄭富，李宛濛

(1.河南大學，河南開封 475000；2.保定市第十七中學，河北保定 071000)

一、問題的提出

提高自主學習能力是初中學生提升自身價值和素養的現實需要，更是促進自身終身發展的重要內容。在現今的初中學生學習能力中，自學能力通常指學生具有的預習及復習能力的總和。費曼學習法是1965年諾貝爾物理學獎獲得者理查德.菲利普斯.費曼(Richard Philips Feynman)所倡導的學習方法，費曼認為任何人在學習任何東西，如果能用最簡單的話，用自己的話，不帶行話術語，同時讓八十歲以上及八歲以下的兒童聽懂了，那么就是把這個概念真正掌握了[1]。由于初中學生身處中高考選拔的第一站，故在自學的目標、意識、能力的培養中，需要一個具可操作性，并存在有說服力依據的方法。

（一）自學的局限性

1.中學生自學目標的模糊

中學生深度學習不是單純的知識傳授，學生知道就好，需要日積月累，逐步形成長期能力。這樣的能力需要從中學開始培養[2]。中學生的深度學習能力，離不開中學生自學目標的明確性。自學目標分為長中短期目標，對于中學生而言，長期目標應以自身的學習能力培養為主，中期目標應以中考成績為主，短期目標則以當下的學習為主。對于當下的學習而言，自學目標應明確自己的自學內容在整學期中的地位是什么、在整個單元的地位是什么，同時知道自己在自學過程中，應該要達到什么效果。多數中學生在學習過程中，由于沉浸在大量的題海訓練及課外班的預填后補中，促使中學生長期喪失自學的必要性，久而久之，中學生自學目標便逐漸模糊，到了最后，甚至完全沒有自學目標，只能人云亦云。

2.中學生自學意識的缺乏

在中學生的學習中，學習意識指自己知道要學的意識，而自學意識指的是中學生知道“這個學科應該是自己要學”的觀念認識。在任何能力的培養中，建立自學意識都是能力培養的基礎，沒有自學意識的自學能力是沒有根基的能力。在我國的中學生課堂中，教師與學生大多扮演固定的角色，教師負責激情地“講“學生負責機械地“聽”。課堂中，缺乏教師和學生的交流阻礙了學生思維的流動。課堂后，教師忽視不同層次學生的能力不同而統一地布置作業，促使能力強的學生感到“沒意思”、能力差的學生感到“太困難”。時間一久，自學意識便愈來愈低。

3.中學生自學能力的不足

從學校的授課方式來說，中學生自學能力意指課前預習及課后復習兩項能力的總和。近年來，我國教師對于中學生自學能力的培養雖然重視程度增加，但在教學過程中卻仍存在某些問題。在預習過程中，教師經常讓學生以“制作教學課件”的方式進行預習能力的培養，而大部分學生則因對“自學”存在誤區，在實際操作中，學生把大部分的時間和精力都花在了制作課件上，過度注重教學課件的精美，而并沒有對知識點進行深度理解，導致對相關知識點的內部邏輯關系的梳理和概括不明確。此外，在課堂中，教師常使用“觀點討論”的方法檢驗學生的預習效果，在演示過程中，常見學生把自己制作的“教學課件”一字不差地進行講述，缺乏自身對知識點的見解和分析表達能力。在復習過程中，教師常用的方法是要求學生“整理筆記”“整理錯題”及“題海練習”三種，并且在前兩種的要求上，大多是沒有明確的標準及步驟，也沒有專門的“整理教學”，重點都在題海練習上，教師通過不斷的讓學生進行練習后，在課上進行解題示范、講解題技巧。對于學生而言，在接收到不明確的整理要求后，對于自學能力培養至關重要的筆記能力及錯題分析，都得不到正確的認識及培養，導致學生自學能力的嚴重不足。

（二）研究目的

1.明確中學生自學目標的概念及其標準

不同于學校教師上課時的“教學目標”，中學生的自學目標一經制定之后，將會消耗大量的認知資源，明確何為中學生的自學目標、自學目標的范圍、自學目標的標準、自學目標的制定流程都是協助中學生進行自學聚焦的重中之重。

2.構建自學過程中的自學意識培養機制

對于中學生而言，自學意識指知道“學習是自己的事”“學習只能靠自己”，建立良好的自學意識，不僅是教師的培養目標，同時也是家長的熱切期望。對于學生而言，自學意識的形成是一個漫長的過程。在學生進行自學的過程當中，教師關于學生自學觀念的正確引導、學生自學問題的及時處理、學生自學結果的及時反饋，會讓學生不斷的“看見自學成功的希望”及“看到自身自學能力的成長”，最后在看到成績的進步后，形成了良好的自學意識，最終建立起對自身學習能力的真實自信。

3.建立適合初中學生自學的費曼學習法

費曼學習法是1965年諾貝爾物理獎獲得者理查德·菲利普斯·費曼本人所使用的學習方法，他認為依序進行明確目標、以教促學、化整為零、總結提煉[3]等四個步驟，除了能擁有傳授給他人知識的能力，也能證明自己能熟練掌握所學知識。但在知網中以“費曼學習法”進行搜索后，可以發現以“怎么教”方面的研究為主，而“怎么學”方面的研究較為缺乏。諾貝爾獎得主不同于考上清華北大的“學霸”，從兩者定位進行區分，前者代表著對世界發展有具體貢獻的人，因為每一個諾貝爾獎得主，都對世界上的特定領域、對全人類有巨大的貢獻。而后者僅代表一個人有較好的應試能力，其是否對世界、對全人類能有巨大的貢獻則不得而知。初中生正值需要樹立良好榜樣的關鍵階段，研究諾貝爾獎得主的學習方法來幫助自己提升自學的效果，對于初中生而言，除了有良好的理論依據，其榜樣的作用也不可忽視。

二、基于費曼學習法的學習模式構建

（一）學習模式要素

1.學習金字塔

美國著名學習家、學者埃德加·戴爾（Edgar Dale）在1946年在《視聽教學法》中首次提出了“經驗之塔”理論，隨后美國緬因州的國家訓練實驗室在1999年也做了相似研究。該理論統計學生在不同的學習方式下，經過兩周之后的學習內容平均留存率來評判學習效果[4]。

實驗發現不同的學習方式，其學習內容的平均留存率，存在著固定規律。從低到高進行分層，分別是第一層次聽講（5%）、第二層次閱讀（10%）、第三層次視聽結合（20%）、第四層次演示（30%）、第五層次合作學習（50%）、第六層次實踐練習（75%）、第七層次向他人教授（90%）。并且將第一到四層次概括為被動學習、第五到七層次概括為主動學習。可以發現主動學習的三種學習行為的學習效果遠高于被動學習，第七層次的學習效果甚至是第一層次的14倍，該實驗科學地揭示了不同學習方式及所收效果中的“同工不同酬”。

2.認知負荷

認知負荷是學生在進行具體任務的學習過程中，大腦認知系統上所自然產生的各種負荷。近年來，全球學者已揭示的認知負荷效應有12種，本文結合其中的自由目標效應、解答樣例效應、完成問題效應、通道效應、注意分離效應、冗余效應、想象效應、元素關聯效應、分離關聯元素效應、變式效應[5]等10種效應于初中學生的自學過程中，以期在學生學習過程中，最大化地降低其認知負荷，提升其認知效能。

（二）學習模式建立及調研

費曼學習法的學習擁有許多版本，筆者通過對同一學生在同一學科的不同章節，以學生自己理解的費曼學習法、老師指導的費曼學習法、師生進行探討后的費曼學習法三種方式，分別進行學習及記錄。

1.三種費曼學習法

學生自己理解的費曼學習法為：（1）確定目標：指根據想表達的知識點初步定好概念。（2）模擬教學：依序為舉例說出，在符合這個知識點的基礎上舉出一個例子；類比說出，依據想表達的知識的概念結構，來表述出自己要表達的知識點進行說明。（3）概念簡化：總結出本次知識點的核心要點，用通俗易懂的語言講解出來。

教師指導的費曼學習法為：（1）寫下概念，首先把概念初步理解，再總結寫出；結合教材《學霸筆記》的解讀和警示進行自己的解讀，并對這一知識點提出1至2個問題。（2）模擬教學，舉例說出，針對這個知識點中的簡單一點進行舉例；類比說出，針對這個知識點的表述格式進行舉例；聊天說出，根據班級里不同理解層次（零基礎）的學生，以他們能聽懂的方式講清楚。（3）重復回顧，檢查有無遺漏要點，有就回到上一步，沒有就繼續往下進行。（4）概念簡化，用簡潔的語言將本課知識點給別人講解清楚。

師生探討后的費曼學習法為：（1）先初步了解概念。（2）模擬教學，通過不同的角度與方式讓一位零基礎的學生聽懂。如果一次不行，就多嘗試幾次，直至該學生徹底理解了該知識點。（3）重復回顧，提醒重復回顧的重要性，檢查有無遺漏要點。（4）概念簡化，用簡單的語言總結概念及要點，給對方講述清楚。見表1。

2.調研分析

為針對三種不同形式的費曼學習法使用效益進行比較，由三位中等水平的初一學生，針對初一下數學的不同章節進行自學，并在每種方法的使用之后，都要做兩道題以進行驗證，理解度與流暢度分別以百分比及1～10分制進行自評，正確率、理解度、流暢度分別除以耗時為正確效益、理解效益、流暢效益，三種效益之和為總效益。發現老師版的總效益為學生版的1.8倍，三種方式當中，進行老師版費曼學習法對學生的幫助最大。

3.進行調整

筆者在實驗后與三位學生進行探討后，認為有必要建立一個面對復雜、困難章節的升級費曼學習法，故將教師版費曼學習法結合降低認知負荷后進行調整。首先是在原先“確定目標”步驟前增加“學習指南”，格式設計參照信息化時代的關鍵詞統計方法，并且在開始學習之前，于學生的大腦中預先勾勒知識用途，強化腦中目標的清晰程度，以在學習過程中，能降低學生的認知負荷，在沒有靈感或產生困惑時，能及時回到整體架構思考問題；將原本的“確定目標”改為“概念分解”，并在模擬教學當中增加學習指南說明的要求，以更多樣化的方式對所學知識進行更廣泛運用。

（三）學習模式確立

1.學習指南

在學習之前，需要先保持一定距離，并以較大字體寫出該章節內容的三個以內關鍵詞，并緊鄰關鍵詞以約一半大小字體加括號的方式(元素關聯效應)，在書上找出2～3個關鍵詞寫上，最后再以關鍵詞約一半大小字體但不加括號的方式，寫出自己看著關鍵詞后能想到的用途及三個詞(想象效應)，在本過程中，不能使用多種顏色，不能畫圖，只能以控制文字大小、加括號等簡單方法來對主要概念進行區分，如在下圖中，可以發現圍繞著三個大關鍵詞的數個小關鍵詞，可以讓大腦意識到每個大關鍵詞及周圍的小關鍵詞是緊密相關、大關鍵詞之間也是緊密相關(冗余效應)，呈現出包含出現頻次，關鍵詞相關性、關鍵詞連接路徑的文獻可視化效果。

2.確定目標

在預習過程中需自行決定重要的知識是什么(自由目標效應)，以明確自己學習的方向、內容及標準，讓自己在預習過程中能隨時聚焦。此時的做是將要學習的概念，在理解之后，能以書面形式清晰地表述出來，如果遇到理解較難的概念時，則先進行概念分解，將該概念分解至能理解的知識單位之后，再回去繼續深入理解概念，如將平行線的證明拆解為平行的定義、證明的步驟、平行線證明的步驟。

3.模擬教學

指按照學習金字塔第七層次的學習方式，將自己想象成老師，并且能給一位基礎不好的學生講明白。因此講課時不能出現復雜術語，必須要用簡單清晰的語言進行講解。在講解過程中，需要不斷整理概念，同時避免出現概念混亂、表述不清及邏輯不通等情況。

為幫助學生更好地理解（變式效應），需以舉例說出“列舉出充分的證據、有代表性的事例來證明觀點”、類比說出“指依據兩種以上事物的已知共同點來進行推理”、聊天說出、畫圖說出（注意分離效應）、學習指南說明（想象效應）等五種方式進行（通道效應）表示，同時選定或自編一個使用該章節知識的典型范例（完成問題效應）。

4.重復回顧

指檢查內容上的遺漏并完善，并在復習過后，建立基本的做題思路。將1～2個范例中的2～3個關鍵詞挖空，并看著該范例說出關鍵詞(完成問題效應)，再將自己在本次講解中所出現的問題，進行再次梳理，回歸課本。在明確概念后進行調整后，最后再進行重講，直至能一口氣能流暢講完為止。

5.概念簡化

提煉要點，并避免使用專業術語(冗余效應)，確保讓基礎很差的學生也能聽得懂的方式講解。常用的方式是找到該要點的同類概念或相近概念進行類比推理，或是找到該概念在生活情境當中的具體例子進行詳細說明。

三、以初一學科為例

（一）地理

1.學習指南

2.確定目標

3.模擬教學

類比說出，假設你們家是一個人多的家庭（南亞人口密集），父母的脾氣不好，要么就是餓著你（熱季旱災），要么就是吃撐了（雨季澇災），還有可能完全不搭理你（涼季），同時你家里有一個自給自足的小院，里頭種了稻米、小麥、棉花、黃麻，還為了要灌溉方便，搭了三條河從中穿過去；聊天說出，如果你們全家被迫要移民南亞，要注意的是你們能不能適應這個氣候變化（一年三季）、生活的方式是不是你們喜歡的（農業或工業）、飲食穿著要怎么辦（糧食作物與經濟作物）；舉例說出，如果要去南亞旅游，首先要看好三季特點，才能知道要怎么準備，熱季時要多帶點水、雨季時帶防濕疹的藥、涼季時氣候正好，帶錢就行；學習指南說出，在認識南亞的過程中，主要應了解的是位置與國家、人口與經濟，其中書上有的重點中，已標上紅色粗體的內容中，恒河跟印度河是三河中有標紅色的、印度和巴基斯坦又作為南亞次大陸的簡稱印巴次大陸，所以這個部分也是重要的。熱帶季風氣候中6到10月是雨季，并且濕熱，位置在北緯10～30度間，有北回歸線穿過，因此是熱帶氣候。在人口與經濟中，應要知道與“最”有關的、有邏輯關系的事情，包含南亞人口最多的是近12億的印度人、全是發展中國家的南亞各國經濟一定是以農業為主，因為在三季中的農業發展受氣候限制，只能發展不太受季節影響的畜牧業，可畫圖說出來。

4.重復回顧

經過分析，找到了本章節中只能綜合理解的知識，提出了氣候、災害、經濟的綜合影響為本章節重要考點的假設，并且在五三試卷中發現該題型為中考的二星考題，印證了假設，并開始出挖空復習題。南亞的氣候與經濟的互相影響是熱季-棉花小麥等耐旱作物、雨季-水稻。改編典型問題，將2019年山東濰坊期中考題改編為印度人因為80%的人有共同的宗教信仰而高度崇拜牛，下列宗教中有哪些不是發源于本土的宗教：（1）佛教；（2）基督教；（3）印度教；（4）道教？

5.概念簡化

在南亞七國中，由于印度最大，所以認識了印度就差不多等于認識南亞了。印度人信印度教，這個教的人很崇拜牛，所以不吃牛肉。印度人口是整個南亞里最多的，所以印度人一跺腳，南亞大地震。印度的經濟雖然是農業為主，但是工業的發展也很快，這幾年的印度信息、生物、航空航天產業都發展得很快，尤其是班加羅爾，又叫做印度的硅谷。

四、結束語

對于初中生而言，認真學習僅是得到好成績的一種可能原因，而非必然條件。中學生的深度學習，需要具有良好自學意識、自學目標及自學方法所形成的自學能力為前提，在最大化地降低認知負荷的環境中，使用大腦高層認知的學習活動而實現。信息化時代的信息量大及速度快特征，結合著中考及高考的應試壓力，對中學生更高的學習效能發起了挑戰書。本文在諾貝爾物理獎得主所使用的費曼學習法上進行升級的學習模式確立后，在研究中學生降低認知負荷的學習方法上得到了初步的成功。但如何在更大范圍的群體中得到成功的復制，仍是一個巨大的挑戰，還需要長江后浪推前浪的不懈努力才能創造可能。