4.1 费曼输出的认知原理

学习是一个从信息输入到知识输出的闭环。前文已经逐个论述了知识体系、信息输入、笔记编码这三个环节,现在,我们进入到学习闭环的第4个模块:生成输出。

如总论中所述,在数千年来,随着科学进步,人类对学习的理解和认识逐渐深入,人类学习经历了从1.0到4.0的3次范式转变。

在认知主义这个学习观3.0阶段,占主导地位的是信息加工理论:人类大脑就像计算机,人类学习就像计算机加工处理信息。认知科学家使用工作记忆模型和长短期记忆模型来描述人类学习。

就像计算机接收外部数据的输入一样,大脑通过感官通道获取外部信息输入。如果信息被注意力关注到,它就会转移到短期记忆中。在短期记忆或工作记忆中,大脑通过加工信息来理解其内在意义,将其编码、巩固并存储到长期记忆中,在应用的时候在再通过工作记忆进行检索和提取。而大脑通过行为或行动输出的信息,则被类比为计算机产生的信息输出。

在这一场认知革命中,信息加工理论并非唯一的学习理论,另一种值得关注的、比较有有解释力、有解决力的理论是生成学习理论(Generative Learning Theory)。

1974 年,认知心理学家Wittrock提出了生成学习理论[^ Wittrock, M. C. (1974). Learning as a generative process. Educational Psychologist, 11, 87–95.]。这个学习理论强调人类学习是一个主动的、构建性的过程(learning as a generative process)。它对人类学习建立的模型叫“人类学习的生成模型”(generative model of learning )。

在生成模型中,学习被视为学习者通过认知活动生成新知的过程:学习者将新信息与自己的已知、经验、信念和理解相整合,积极主动地处理信息,以促进深入学习。这个主动过程被浓缩为“生成”(generation)这个概念,这种生成学习法鼓励学习者超越被动地信息接收,而是主动整合新知和已知,通过“生成”来加深对知识的理解和记忆。

学习效果翻倍的秘诀

Wittrock用实证研究的方式验证了这种“生成式学习”的强大效果。

在一次阅读实验中,作者以366名五六年级的小学生为实验对象,其中186名阅读水平低于平均水平,180名阅读水平高于平均水平,分别随机分配到8个小组中。实验内容是让学生阅读商业出版的、广泛使用的阅读材料,然后测试他们对材料的理解和记忆。

8个分组中,3个是测试组(C组,control),2个小组(O组,organizer)使用传统阅读方法,研究者在每段文本上方提供了一两个关键词,帮助学生理解和记忆信息,另外3组使用生成式学习方法:要求学生针对每个段落自己生成一个句子来总结段落含义。其中 1 组(G组,generation)只使用生成方法,另外2组(GO组)同时使用关键词和生成方法。

实验结果非常炸裂,可以说,使用生成式方法的小组在阅读理解和记忆上效果翻倍。

不论是高水平阅读者还是低水平阅读者,使用生成式方法,理解和记忆的效果都是翻倍的。高水平阅读者,平均记忆得分从30.5 提升到最高67.65,而低水平阅读者也从最低的 8.99 提升到最高的 18.29。

当然,考虑到绝对值,我们也能看到:低水平阅读者,不论用什么方法,整体结果都很差。但是,用了生成式方法,在很差的情况下也实现了效果翻倍。虽然不在本节内容的讨论主题之内,当这也再次验证了阅读这件事对理解和记忆的重要意义。

我们的教育和学习传统一向是重输入不重输出的。看到生成式学习有这样的神奇效果,不免让人唏嘘。

在学习闭环的笔记编码环节,我们把费曼学习法作为深度理解、深度思考的终极方法,而费曼的“以教促学”就是一种典型的生成式学习。

但是,生成式学习不止于费曼,核心是输出导向的学习模式,这也是我们强调内敛谦虚的教育传统中最缺失的东西。

对比之下,印度人的教育和文化传统就是非常“外向”的,重视表达、辩论,嗓门很大,所以在国际上赢得了“善于争鸣的印度人”这样的称号。中国人和印度人在硅谷 IT 行业工作的人数都不少,但是,印度人在各大 IT 公司担任领导者的比例远高于华人,除了苹果之外,目前谷歌、微软、IBM等很多公司都是印度裔 CEO。在其他世界 500 强企业中,CXO 级别的印度裔高管也相当常见。所以,输出导向的学习模式,是有必要充分强调的。

生成式学习的核心是输出。一方面是用自己的语言来生成知识,用自己的话重述核心观点:以写促学、以说促学。另一方面,是用解决问题来推动知识学习:在没有教导的前提下尝试解决问题。解答一道题目,解决一个问题,而不是坐等别人教,或者一遍一遍重读课本和笔记。

所以,我把学习闭环的第 4 个环节命名为“生成输出”,在此系统论述小能熊在生成、输出方面的道法术器。

生成式学习的关键特征

生成式学习,有这么几个关键特征:

主动生成: 学习者主动参与到学习过程中,通过自我解释、归纳推理、批判性思维等方式,主动生成与新信息相关的理解和记忆。

一个主动学习者(active learner)和一个被动学习者(passive learner)在行为模式上有看得见的区别,每一天每一件小事上都能看得出来,例如空闲时是否会主动翻开书,看书后是否会主动跟家人朋友讲,但是背后看不见的部分要更巨大、影响更深远。所以,对于学习者来说,最重要的就是“主动”二字。

知识整合: 学习者将新获得的信息与先前的知识经验相结合,形成更加丰富和复杂的认知结构。

这就是笔记编码环节说的“知识关联”:不断在新知和已知之间、陌生与熟悉之间、抽象和具体之间、复杂和简单之间建立丰富而有意义的关联。关联就是知识的意义,而个人知识通过关联而被整合形成个人的知识体系。

意义构建: 学习过程中,学习者不仅接收信息,还需要对信息进行深入处理,构建个人的意义和理解。

只有构建出自己的意义和理解,阅读才能从浅层阅读走向深度阅读,互联网阅读才能克服碎片化浅层化问题,书本阅读才不会向水过大石风一吹太阳一晒之后什么都没有留下。

只有构建出自己的意义和理解,思考才能从浅层思考走向深度思考、独立思考、批判性思考,才能把提炼出的知识砖块构建出自己的体系,画出自己的知识树。

长期记忆和理解: 生成学习强调学习者通过生成过程来提高长期记忆和深层次理解,使得学习内容不仅被记住,还能被理解和应用,为学以致用打下坚实的基础。

在本篇的生成输出之后,我们还会有记忆内化篇来单独解决记忆问题,而真正科学的记忆方法就是基于这种生成式学习的。

元认知策略的使用: 学习者在生成学习过程中使用各种认知策略,如组织信息、提炼知识砖块、建立知识关联、举例子打比方、以及使用记忆技巧等。生成式学习对学习者提出更高的要求,学习者必须对学习这件事本身形成元认知,建立自己对学习科学的成体系的深入的理解,建立自己的学习系统,具备更高的元认知能力。

由此可见,生成输出虽然出于整个学习闭环的末端,但是,输出倒闭输入,输出推动整个学习闭环的运转,最终让学习者达到理解性学习(learning with understanding)。

教师怎么做?

生成学习理论,对于教育学习的供求双方有何启示?教师、家长和学习者本人应该怎么做?

对于教师,在教学设计中应该足够重视学生的“生成”,减少灌输和重复宣讲。这种理念的极端形式就是翻转课堂(flip the classroom):让学生在课后自己看书自己学,课堂时间主要用来练和讲。短期来看水土不服,很难落地,但是从原理来看,这是正确的事。

教师应该探究学习者如何将之前获得的知识、技能或经验应用到新的、不同的情境中,重视学生理解、应用和知识迁移的教学环节设计。在教学实践中,教师可以设计活动和任务,促使学生通过讨论、合作、解决问题等方式积极地生成知识, 从而提高学习效果。

学习者怎么做?

对于学习者来说,就是一句话:做一个主动学习者。学习者通过生成自己的认知意义来促进理解和记忆。本篇后续的全部内容都是从学习者本人的视角出发,讨论如何解决学习中生成输出问题:在输出环节,一个主动学习者应该做什么?如何做?为什么要这么做?

生成式学习理论,是行为主义学习范式向认知主义学习范式的巨大转换。转换之后,学习者再也不是巴普洛夫的狗,不是斯金纳箱子里的鸽子,不是外部环境塑造的产物。学习者是主动选择、自己决定自己的命运,从条件作用的被动改造对象变成了自己的主人,赢得了自己的尊严和自由。可以说,“如何成为一个主动学习者”,兹事体大。

家长怎么做?

对于父母来说,应该正视一个事实:教育不只是孩子一个人的事情,不止是国事,更是家事。甚至,科学学习的理念和实践、更理想的教育方法,如果无法在面向全社会的教育系统中普遍推行,家长也应该跳出被动接受的角色,采取主动型学习型父母的定位,在家庭中引入主动学习、注重孩子生成输出的学习环境。

举一个很小的例子:辅导家庭作业。小树目前读小学3年级,我作为父母,一个原则就是:绝对不“辅导”孩子,更准确的说是不“教”孩子。

在阅读上,我不会“辅导”孩子阅读,而是和孩子共读,用平等的姿态一起讨论书本话题;在数学作业上,我们家的原则是孩子自己做题,自己解题。没有任何线上和线下的以“教”为内容的课外班,我们挑选了一些优质的学习材料,协助安排孩子的学习计划。每天的习惯是孩子自己做一定量的数学题,然后我会对着答案批改,然后针对错题和孩子一起讨论。孩子的前额叶还没发育成熟,规划能力差,没有自制力的大脑基础,所以我需要协助安排学习计划,帮助她养成每天雷打不动读书做题的习惯;孩子的学习以正反馈为动力来源[^所有人类,包括大人和孩子,都是追求奖赏逃避惩罚的动物。汽车以燃料为动力来源,人类行为以多巴胺为动力来源。],所以我会持续创造正反馈,让孩子体会到学习的快乐。

我不“辅导”孩子,不“教”孩子,是因为教是学校的工作,是老师的专业。用自己的业余去比拼别人的专业,这不但是骄傲而且是愚蠢。但是,我自己是有多年学习经验的学习者,我会用学习者与学习者的形式和孩子一起探讨阅读、做题、理解、记忆等。这个过程,不论对于孩子,还是对于父母,都是生成输出的过程,都是生成式学习原理的运用。

这种方法,不但有效,而且不费家长,不需要家长做自己不专业的事情,对家长的要求低,也是家庭教育场景中正确的家长使用方法。

为何要积极采取输出导向的学习?为什么不能沿用传统的输入导向的学习?要打破文化传统和思维惯性,这让人不舒服,真的需要这样吗?

1965年,Bob Dylan写了一首歌,叫《The Times They Are a-Changin’》(时代在改变)。这是1960年代的标志性歌曲之一,它代表了那个变革时代的时代精神,让人听起来浑身舒爽酣畅淋漓。

这首歌传递了一个简单但重要的思想:变革的必要性,鼓励听众接受与参与时代的变化。歌词的第一段是这样的:

Come gather 'round, people, wherever you roam

And admit that the waters around you have grown

And accept it that soon you'll be drenched to the bone

If your time to you is worth saving

And you better start swimmin' or you'll sink like a stone

For the times, they are a-changin'

我简单翻译下大意:大伙们啊,聚到这里来,不论你在哪里漂泊;承认现实,水位已经上涨,很快就要把你我淹没。如果生命还值得拯救,我们最好开始游起来,不然只会沉没,像一个沉重的石头。因为,时代在改变......

Dylan 生活的时代是改变的时代,全世界的革命运动风起云涌如火如荼。现在呢?

现在的变革只怕是以前的十倍百倍吧。这种变革,归根结底是技术驱动的。我们生活在一个技术广泛驱动的、高度依赖技术的社会(mass technological society),技术不仅塑造了经济和社会结构,更无时无刻不直接对个人的行为、思维方式和学习产生了深远的影响。

尤其是现在的深度学习革命,在根本性质上是以前的工业革命、能源革命、信息革命所无法比较的:人类历史上的第一次,认知能力不再是人类独有,机器学会了学习,而且以指数曲线在加速进步,对比之下,人类的学习反而因为技术而遭遇了很多问题。

房间里有一头巨象,人们努力让自己不去看它。这头巨象就是:在这个技术驱动的社会,面对天翻地覆级别的剧变,个体如何立足于世界?

时不时家长群里会迎来了一波讨论的高潮,由这些年的教育焦虑术语和非家长看不懂的缩写串联起来:zp,dss,十一学校,奥数,小升初,学而思,普娃,牛蛙,鸡娃,内卷...... 但是,有什么好卷的呢。5 年内 OpenAI 很可能就实现super AGI,超越人类级别的 AGI。在这样一个深度学习革命的时代,还沿用过去的传统应试教育思路,沿着教培路线,这样的学习能让孩子立足于未来吗?能让孩子过上幸福、自由的生活吗?

学习得自由

毫无意味,教育和学习都需要顺应时代的改变迎接自己的改变。当供给侧难以改变的时候,改变的责任就是家庭和学习者自己的责任。

时代在改变,学习得自由。更准确地说,是生成输出导向的新范式学习,是我们需要的改变,是可以给个体生存和自由的东西。生成式、输出式学习,确认学习者的主体责任,确认主动学习的第一地位,这让个体在充满复杂性、不确定性、充满变化的时代,拥有了争取个体尊严和自由的资本。

本文是《费曼学习法》生成输出的第一篇(4.1)。

生成式学习理论诞生于1974年提出,但实际上并没有获得很大的影响力,在教育领域推行困难,在其他领域也看不出效果。但是,万万没想到,40多年后的2020年代,在人类身上没有展现出威力的生成式学习,在AI身上却释放出了核爆炸级别的威力:生成式AI。

下回,我们从深度学习视角、结合GPT来继续探讨生成问题。

END -