在人腦里“編程”，讓孩子愛上學習

周麗

學習科學是國際學術界近30年發(fā)展起來的關于人類學習原理的跨學科研究領域，依托學習科學開展的科學教育及其技術的專業(yè)研究和實踐活動，在世界范圍內掀起了教育改革浪潮。目前，學習科學也在我國各大高校引起重視和研究。作為國內學習科學領域的先行者，清華大學心理學系學習科學實驗室執(zhí)行主任宋少衛(wèi)，跳出傳統(tǒng)學科教學思維模式，將腦科學、認知心理學、人工智能前沿成果應用于青少年學習問題研究。他所創(chuàng)立的積極學習系統(tǒng)、學習治療理論及相關課程在全國多地推廣，取得顯著效果。

從研究機器學習到研究人腦學習

在轉道心理學和學習科學領域以前，宋少衛(wèi)是典型的理工科“直男”。研究人腦學習，與他大學時的家教經(jīng)歷有關。

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

例如，宋少衛(wèi)曾輔導過一名初中二年級、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)學邏輯問題，其中一道題是：“一所學校募捐，二班比一班多捐了22塊錢，請問哪個班捐得多？”學生答：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科中。有一道語文題要求根據(jù)材料一和材料二簡述原因?！邦}目說的是材料一和材料二里提到的都可以，是并集關系，但他認為必須得是交集，材料一和材料二里都有才算?！?/p>

面對這樣的“學困生”，宋少衛(wèi)逐漸意識到，學習困難有更深層次的“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”。

一個人為什么學不會？他在學習時遇到了什么樣的卡點？這些卡點在各個學科有什么樣的具體表現(xiàn)？大家關心的中高考分數(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)已不再對機器學習感興趣，而轉向研究人的學習困難。為此，他跨學科考取了中國人民大學應用心理學系碩士研究生，師從國內學習障礙研究領域的領軍人物俞國良教授。

跟著俞國良教授做學習困難研究時，聯(lián)系到自己此前人工智能的學習經(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器教會學習，為什么不用這樣的方法來訓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、沒有學會學習的人？”

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?！凹热晃覀兛梢酝ㄟ^編程的方式使電腦進行類人的思考，那么同樣可以在人腦里直接‘編程，而且編得更好?！?/p>

從腦科學和認知心理學理論層面，宋少衛(wèi)對106名清華大學本科生進行了調研，發(fā)現(xiàn)他們的學習系統(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)調也都較好。此外，清華大學的學生們普遍有一套“正確”的學習價值觀，在學習觀念、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。通過對清華大學本科生的持續(xù)研究，宋少衛(wèi)還發(fā)現(xiàn)，“學霸”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;化學實驗有‘App，只要做化學實驗，他很少丟分?！?/p>

基于以上研究背景，在擔任清華大學人文素質教育研究與發(fā)展中心執(zhí)行主任期間，宋少衛(wèi)帶領教研團隊，將腦科學、認知心理學、人工智能的前沿理論與兒童青少年的學習境遇相結合，研究積極學習系統(tǒng)的建構，進而有針對性地研發(fā)訓練這些能力模塊的課程，并落地到調整學生的心理和行為上。

歷時20多年，宋少衛(wèi)和團隊創(chuàng)設完善了一套“學習系統(tǒng)模型”，包含識別驅動、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，進而應對各類學習任務，為系統(tǒng)性解決兒童青少年的學習困難構筑了原理底層與實操路徑。

成為“學霸”的關鍵是“價值決策”

“人腦有一個很復雜的系統(tǒng)，我們可以稱之為‘學習系統(tǒng)，除了學習，生活、工作都跟這個系統(tǒng)有關?！标P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。“這背后是有一套機制的，就是人的自動校驗機制，有的人沒建立，有的人運行得很好。”宋少衛(wèi)和團隊曾運用眼動跟蹤技術手段，觀察學生們解題。一道題寫著“如圖所示”，有的學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行比對，然后再去解題;另一些學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。這只是學習過程中的一小部分，但它會影響任何學科、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)，也包括學科知識等數(shù)據(jù)?！拔覀儾还苁橇奶?，還是看一段文字，都是從大腦的數(shù)據(jù)庫里不停調信息出來，對語言、文字中的概念進行解讀?！比四X數(shù)據(jù)庫的內容構成、結構特征和數(shù)據(jù)調取一定程度上決定了一個人學習的“潛能”。