記憶理論在信號與系統(tǒng)課程教學中的應用

沈少萍

（廈門大學航空航天學院，福建廈門 361005）

記憶或遺忘的原因是什么？為什么我們能記住某些事情而忘記其他的事情？ 為什么我們有時能記住幾年前發(fā)生的一些小事，卻忘記了昨天剛剛發(fā)生過的一些重要事情？我們記憶的容量有多大？我們知道的信息又會保持多久？后記的東西對先記的東西有什么影響？學習后，怎樣才能使學習的內(nèi)容不被大量地遺忘？這些問題引起了心理學者的重視和研究，得出了一些關于記憶的理論成果[1]，本文將把部分記憶理論運用在信號與系統(tǒng)的課程教學中，以期提高教學質(zhì)量和學生的學習效率。

一、記憶遺忘理論概述

（一）記憶

所謂記憶[2]，就是通過識記、保持、再現(xiàn)(再認或回憶)等方式，在人的頭腦中積累和保存?zhèn)€體經(jīng)驗的心理過程。人們感知過的事物、思考過的問題、體驗過的情感或操作過的動作，都可以以印象的形式保留在人的頭腦中，這就是“記”；在一定條件下還能被恢復、再認，這就是“憶”。從信息加工的觀點來看，記憶就是人腦對外界輸入的信息進行編碼、存儲和提取的過程。記憶可分為瞬時記憶、短時記憶和長時記憶?？陀^刺激停止作用后，感覺信息在一個極短的時間內(nèi)保存下來，這種記憶叫感覺記憶或瞬時記憶，它是記憶系統(tǒng)的開始階段。瞬時記憶的儲存時間為0.25～2s。如果這些感覺信息受到特別注意，就會進入短時記憶；而那些沒有受到注意的信息，則會很快變?nèi)跸У?。當然，如果刺激極為強烈，也可能一次性印入長時記憶系統(tǒng)。短時記憶是感覺記憶和長時記憶的中間階段，保持時間為5 s到2 min。短時記憶的信息既有來自感覺記憶的，也有來自長時記憶的。它一般包括兩個成分：一是直接記憶，即輸入的信息沒有經(jīng)過進一步加工。它的容量相當有限，大約為（7±2）個組塊。除非積極加以復述，否則直接記憶中的信息會很快消失；如果信息得到及時復述，則可能轉入長時記憶系統(tǒng)而被長久保存。另一個成分是工作記憶，指長時記憶中存儲的、正在使用的信息，是將儲存在長時記憶中的信息提取出來解決面臨問題的過程。在工作記憶中，來自環(huán)境的信息與來自長時記憶的信息發(fā)生了意義上的相互聯(lián)系，從而使人們能夠進行學習和作出決策。長時記憶是指信息經(jīng)過充分的和有一定深度的加工后，在頭腦中長時間保留下來。這是一種永久性儲存。它的保存時間長，從1 min以上到許多年甚至終生，容量沒有限度。其信息的來源大部分是對短時記憶的內(nèi)容進行深度加工的結果，但也有由于印象深刻而一次獲得的。就知識鞏固的全過程而言，它是起于瞬時記憶，經(jīng)過短時記憶，而達到長時記憶。

（二）遺忘

記憶保持的最大變化是遺忘，遺忘和保持是矛盾的兩面。記憶的內(nèi)容不能再認和回憶，或者再認和回憶時發(fā)生錯誤，就是遺忘。對于遺忘的進程，德國心理學家艾賓浩斯[2]最早進行了系統(tǒng)的研究。遺忘在學習之后立即開始，而且遺忘的進程是最初很快，以后逐漸緩慢；過了相當?shù)臅r間后，幾乎不再遺忘。導致遺忘的一個重要原因是干擾，當要記憶的信息與其他信息相混淆，或受到其他信息的排擠時，就會出現(xiàn)干擾現(xiàn)象。

前面說過，短時記憶最突出的特征是它的容量很小，一般只有（7±2）個組塊。由于短時記憶的容量很小，所以當新的信息進入短時記憶系統(tǒng)時，就會把原有的信息擠走。1956年，美國著名心理學家喬治·米勒發(fā)表論文[3]，從各類記憶實驗的結果中發(fā)現(xiàn)，我們能立即記住的信息，只有“7±2”條（帶有意義的信息集合），并名之為“神奇數(shù)字”。并且，現(xiàn)在普遍認為，這個數(shù)字比7還小，是（4±1）條。因此，當超出此數(shù)量的新信息進入大腦時，我們就記不住了，只能任由信息膨脹外溢，或是信息混亂，一塌糊涂，再就是過濾掉細節(jié)信息，只留下個大概。這一點，聯(lián)想一下你的“工作臺”或“辦公桌”就很容易理解了。短時記憶這個工作臺非常小，過多的信息放到上面，就沒有空間開展作業(yè)了。這就跟桌子上又臟又亂，注意力無法集中，導致你無法工作一樣。一旦短時記憶存儲器負擔過重，注意力就會分散，失誤就會增加，工作效率就會降低。[3]

對長時記憶的干擾主要有兩種情況，即前攝抑制和倒攝抑制[4-7]。所謂前攝抑制，是指前面學習的材料對識記和回憶后面學習材料的干擾。一個經(jīng)典的例子就是一個中國人在英國學習靠左行車。與在中國有豐富駕駛經(jīng)驗的人相比，一個不會開車的中國人在英國學習駕駛反而相對容易些，因為前者已經(jīng)根深蒂固地習得了靠右行駛，而這在英國是可能威脅生命的錯誤。

所謂倒攝抑制，指后面學習的材料對保持或回憶前面學習材料的干擾。一個旅行者起初對某座特定的機場各處輕車熟路，但是到過許多相似的機場后，就會把那座原本很熟悉的機場和其他機場搞混，導致對機場各處的設施不那么清晰了。就遺忘的各種原因而言，倒攝抑制或許是最重要的。該現(xiàn)象可以解釋的問題包括為什么我們難以記住經(jīng)常重復出現(xiàn)的情景，比如一周前的晚飯吃了什么。除非特別事件的發(fā)生使前一次的晚飯與后來的晚飯有非常明顯的不同，否則對日后晚飯的記憶很容易干擾對昨天晚飯的記憶。

前攝抑制和倒攝抑制在許多記憶實驗中，都獲得了強有力的證據(jù)。在其他條件相等的情況下，一個學習材料的兩端的項目學習快、記得牢一些，而中間部分的項目總是學得慢、記得差一些。中間部分的記憶效果之所以較差，可能是由于同時受到前攝抑制和倒攝抑制雙重干擾的結果；最前部與最后部的記憶效果之所以較好，可能是由于僅受到倒攝抑制或前攝抑制造成的。

根據(jù)上述對短時記憶和長時記憶遺忘機理的分析，下面我們將論述如何在課堂上采用一些教學方法以增加對新學知識點的復述機會，這些復述不僅是口頭復述還有從心里的不斷復述強化記憶，從而使得人腦對新信息的短時記憶盡量快、盡量多地轉移到長時記憶，減少短時記憶的遺忘。另一方面我們也將論述如何有意識地采取不同的教學方式以減少前攝抑制和倒攝抑制等干擾對長時記憶的影響，從而減少長時記憶的遺忘。

二、將記憶遺忘理論應用于實踐

（一）如何解決短時記憶遺忘——復述

短時記憶容量有限，且遺忘進程是初時最快，為防止遺忘，最好的辦法是盡快復述、多次復述。當學生無法對剛學過的信息進行復述時，就發(fā)生了一種形式的干擾。在信號與系統(tǒng)課程教學中，讓所有學生記憶拉普拉斯變換的前7條性質(zhì)，然后讓其中一部分學生繼續(xù)記憶后續(xù)的幾條性質(zhì)30 s，而另一部分學生只是單純等待了30 s，最后讓所有學生背出前6條性質(zhì)，結果是繼續(xù)背的學生比單純等待的學生遺忘得多。其原因是繼續(xù)學習后面性質(zhì)的學生沒有機會對前面已學的7條性質(zhì)進行心理復述，以將它們從短時記憶轉移到長時記憶，而短時記憶容量又只有（7±2）條，甚至只有（4±1）條，后續(xù)30 s新記的內(nèi)容把前面記住的性質(zhì)就擠掉了，所以我們在教授完一個知識點，開始另一個知識點之前，要留給學生一些時間去消化、練習。信號與系統(tǒng)一次上三節(jié)課，我們可以在前兩節(jié)課講授課本知識，第三節(jié)課準備一套課堂測試題，并隨機點名讓學生來解答。這樣做至少有3個好處：①由于遺忘在學習之后立即開始，而且遺忘的進程是最初很快，所以通過課堂做題盡快對剛學過的內(nèi)容進行回顧，在心里進行復述，可減少遺忘；②由于老師是隨機點名學生解答，誰都不想不會回答，所以上課時大部分同學必然會集中注意力聽講，減少了外部無用信息對大腦的干擾；③通過做題和教師的解答加深對知識點的理解，有利于將短時記憶轉化到長時記憶。另外在第三節(jié)做測試題之前，可讓學生對前兩節(jié)課的內(nèi)容進行小結，并點名讓學生回答；還可以課件設計提問環(huán)節(jié)，教師講授20 min后PPT彈出一道題目，可以是選擇題或判斷題，讓學生回答。總之不管設計什么方式，都是在盡可能創(chuàng)造機會讓學生不斷復述、回顧前兩節(jié)課的所學的內(nèi)容。不管學生回答得對或錯，他終歸能從這一過程中加深對知識的理解，從而加深印象，強化記憶。其實，不同的學生重復的量存在著很大的差距。因為，有的學生雖然不說出來，但會在心里反復回想，而有的學生則不會。聽課后，其后的行動是因人而異的。有的學生，一邊回想琢磨著剛才課上學到的東西；有的學生，會翻剛才的筆記加以整理并和其他同學討論；也有的學生會想全然無關的事情。盡管無法窺視他人的大腦活動，但行動的差異已在肉眼看不到的地方發(fā)生，并轉化為記憶的差異。而記憶的差異，將會影響到對知識的掌握與應用。并且只要學生在這一“回想”行為中稍下功夫，就能進一步加速自己的成長。這就是，不是單純地、原封不動地回想知識或經(jīng)驗，而是這樣問一下：“我從中學到了什么？”“要把這次的解題經(jīng)驗用到下一次，需要謹記的又是什么？”“總而言之，這一章內(nèi)容的本質(zhì)是什么？”就這樣問一問自己。也就是說，從如何將所學加以運用的角度回顧知識，對其中有積極意義的內(nèi)容把握就會更為深入，并能在提高記憶質(zhì)量的同時，讓它在記憶中扎根。對所獲得的知識、經(jīng)驗，不回顧、不反芻的學生；多次回顧，反芻的學生；不只是回顧，還會在回顧中深化學習的學生，相信大家會明白，即便他們輸入了相同的知識，經(jīng)歷了同樣的事，其后的記憶量與質(zhì)也會產(chǎn)生巨大差異。并且，記憶量與質(zhì)的不同，還會影響到下一次對知識、經(jīng)驗的把握方式，于是，記憶量與質(zhì)的差距就會以加速度越拉越大。也就是說，教導學生要從經(jīng)驗中學習，要為下一次的運用進行回顧。并且，提高回顧頻率，縮短回顧間隔，就能加速學生的成長。

（二）減少前攝抑制和倒攝抑制對記憶的影響

有兩種方法可以幫助學生減少前攝抑制和倒攝抑制。一是教授相似的、易產(chǎn)生混淆的概念時，在時間上不宜接近。二是采用不同的方法來教授相似的概念。對于前者，在教授易混淆或相似的概念時，應當在學生透徹地掌握一個概念之后再引入另一個。例如，在教授信號與系統(tǒng)課程時，要在學生能夠熟練地掌握傅里葉級數(shù)時才介紹傅里葉變換。如果教授這兩個概念的時間太接近，那么一個概念的學習可能會干擾另一個概念的學習，出現(xiàn)傅里葉級數(shù)知識對傅里葉變換知識的前攝抑制，傅里葉變換知識對傅里葉級數(shù)知識的倒攝抑制。傅里葉級數(shù)是周期變換，傅里葉變換是一種非周期變換；傅里葉級數(shù)是以三角函數(shù)為基對周期信號的無窮級數(shù)展開，如果把周期函數(shù)的周期取作無窮大，對傅里葉級數(shù)取極限即得到傅里葉變換，傅里葉變換是從傅里葉級數(shù)推演而來的；傅里葉級數(shù)是周期信號的另一種時域的表達方式，它是不同頻率的波形的疊加，而傅里葉變換就是完全的頻域分析。當介紹傅里葉變換時，教師必須詳細地指出傅里葉級數(shù)和傅里葉變換以上所述的區(qū)別與聯(lián)系，由于這兩個概念說法很相似，學生很容易產(chǎn)生混淆，因此，教師在引入新的教學內(nèi)容之前，應該使學生真正透徹地掌握上述兩個概念。

減少前攝抑制和倒攝抑制的另一種方法是采用不同的方法來教授相似的概念，或者教授每個概念時，在教學的其他方面做出變化。例如，在信號與系統(tǒng)課程的教學中，教師可以運用講解和討論的方式來進行時域信號與系統(tǒng)的分析；運用團隊分組任務的方法來進行變換域的分析；通過課前觀看課程教學視頻課上做題的方式來講解離散信號與系統(tǒng)。這樣可以使學生避免將相似的概念相混淆。課件中還可插入信號的音頻，體現(xiàn)信號通過系統(tǒng)處理前和處理后的區(qū)別，使學生對信號的處理有感性的認識。大部分被遺忘的內(nèi)容都是由于最初學習時沒有牢固掌握，若要學生保證長久地保持所學的內(nèi)容，減少前攝抑制和倒攝抑制的干擾，最好的方法就是確保學生掌握了這份材料的本質(zhì)特征。這意味著教師要經(jīng)常評估學生的理解程度，如果結果顯示學生沒有達到充分的理解水平，則需要針對性地對某個知識點重新講授。

前面也提到由于前攝抑制和倒攝抑制的影響，開頭和結尾處的學習效果要好于中間部分，這是教育心理學中最古老的發(fā)現(xiàn)之一。加之我們一般在最先呈現(xiàn)的項目上會傾注更多的注意力，投入更多的心理努力，對其的心理復述要遠多于后面呈現(xiàn)的項目。而正如前面所提到的，將新信息存儲于長時記憶中時，心理復述是很重要的。這樣，我們可從這些研究推測出一段教學的開始和結束時所教授的知識比其他信息更易保持。教師應該利用這種規(guī)律來組織課堂教學：將最重要的新概念放在開始講，然后在本堂課快要結束時再加以總結。但許多教師在一堂課的開始階段習慣進行一些與教學無關的活動，如點名、檢查作業(yè)，聊點其他事情等。為此，更好的做法或許是推遲這些活動，一開始就講授重要的概念，而將必要的事務性工作放在后面來做。另外課程的授課也最好安排在一天的開始或結尾，如上午或晚上進行，可減少前攝抑制和倒攝抑制的影響。

三、結束語

人腦的短時記憶容量是有限的，前攝抑制和倒攝抑制也是客觀存在的，人們在學習記憶的過程中， 受它們的影響會產(chǎn)生遺忘現(xiàn)象。教師在講授信號與系統(tǒng)的課堂上，應該熟練運用記憶的相關理論組織教學，以減少前攝抑制和倒攝抑制對學生的影響，并讓學生盡量多地復述學習內(nèi)容，最終達到減少遺忘、提高教學質(zhì)量和學習效率的目的。