顛覆式學習（重新設計學習的方式）

顛覆式學習重新設計學習的方式目錄\h第一章用身體學習\h我們的身體在思考\h情緒和認知是硬幣的兩面\h我們的左腦和右腦\h人類學習的本質(zhì)\h學習方法\h第二章我們都是視覺動物\h人類天生愛“腦補”\h從手指算術到心算\h學會把數(shù)字變成圖形\h學習方法\h第三章在夢中學習\h睡一覺難題全解決\h快速動眼睡眠的創(chuàng)造力\h睡覺是為了遺忘\h做夢的最高境界——白日夢\h學習方法\h第四章在團隊中學習\h開啟腦中的“藍牙”\h“以人為鏡”的學習方法\h共情荷爾蒙\h學習方法\h第五章語言的起源和學習語言\h語言的起源\h先天×后天\h布洛卡錯了嗎？\h手口并用學外語\h學習方法\h第六章在玩中學習\h玩才是正經(jīng)事\h學會學習\h快樂學習\h學習方法\h第七章用腸子學習\h我們的“另一半”\h腸道細菌對大腦做了什么？\h怎樣養(yǎng)好“學習型”細菌？\h學習方法\h第八章像瘋子和天才那樣去創(chuàng)造\h瘋狂的藝術家\h天才的科學家\h創(chuàng)造力是可以學習到的嗎？\h學習方法\h第九章天性的回歸——學習4.0\h旋轉(zhuǎn)的珍妮和另一種智能的崛起\h人腦獨有的比較優(yōu)勢\h拖延癥——現(xiàn)代與遠古的交鋒\h和AI一起學習\h新技術還能怎樣幫助學習？\h游戲化學習的優(yōu)勢和局限\h技術對學習的負面影響\h教育的數(shù)字鴻溝\h從芬蘭教育看教師的自主權\h機器人學習伴侶\h學習方法第一章用身體學習樹干上有幾道長長的爪痕，這里大概有某種猛獸出沒。阿爾法頓時覺得汗毛豎了起來，下意識地摸了摸自己腰間那道傷疤。但他今天可管不了那么多了。阿爾法半蹲在灌木叢里，伸手輕輕扒開眼前的樹葉，看到前面低矮的灌木從中，一只馴鹿正低下頭，伸進草叢里。阿爾法對這個區(qū)域并不熟悉，但他一路追蹤這只馴鹿來到這里，眼看太陽就要落山了，想到饑腸轆轆的孩子們，他可不想今天又空手而歸。他捏緊手里用樹枝劈成的長矛，仔細觀察周圍的地形：前面不遠的地方——大概10步左右的距離，有一條溝，所以最好從北面的坡地繞過去，他要足夠接近獵物，保證一擊致命。就在阿爾法打算悄悄地弓著身子接近坡地時，另一面草叢里傳來了一陣輕微的響動，馬上引起他的警覺。他盯著那片一人多高的草叢，迫切地想要辨認出那究竟是什么，同時預感到可能情況不妙。他看到了黑色的斑點，而后，轉(zhuǎn)瞬之間，他覺得自己跟草叢里那只動物飛快地對視了一眼。這讓他有些驚愕，渾身肌肉有點麻木，長矛捏在手里有些濕滑。他努力地回想那只動物究竟有沒有看到他，同時感到被憤怒和恐懼支配著——要是獵物被搶走，他注定無功而返，更糟的是，他自己也可能成為獵物。那只草叢背后的動物時不時地朝著他所在的方向張望，又看看不遠處的馴鹿。阿爾法準備殊死一搏了，他捏緊手上的武器，在腦海里不斷地重復著一旦那只猛獸沖過來，投擲長矛的動作，估計著投出去的最佳時機。阿爾法一只手臂自然地拉到身體側(cè)后方，雙腿也不知不覺跨成弓步，這讓他在草叢里發(fā)出了響聲。想到這聲音會同時驚動獵物和猛獸，他有些懊悔，又氣急敗壞，但卻只能屏住呼吸，拭目以待……人類祖先在漫長的進化中，將卓越的智力和嫻熟的身體技巧結(jié)合起來，成為高效的狩獵者，同時躲過了各種威脅，獲得生存空間。就像阿爾法一樣，他們置身于自然環(huán)境中，必須迅速地對周圍環(huán)境中的信息做出快速、準確的判斷，并根據(jù)自身條件的限制，做出應對。這是人類學習能力的起源，也是我們最擅長的學習方式：不是坐在教室里捧著書本背誦，而是在環(huán)境中探索，調(diào)動全身的各種感官，通過身體與環(huán)境進行交流互動，在這個過程中積累各種不同的經(jīng)驗和記憶。對于空間和方位的認識，是關于威脅警示，關于機會的種種跡象，關于怎樣運用身體技巧的記憶。這些積累下來的記憶和知識并不是中性的、冷冰冰的，而是常常被特定的情緒做了標記，告訴我們應該懼怕并且要避開什么東西，或者應該渴望什么。正是因為這些情緒，讓人類在生存斗爭中學到的知識變得刻骨銘心。人類步入文明社會不過短短的幾千年，現(xiàn)代文明更是只有幾百年的歷史。如果把人類整個進化過程看成是一天的24小時，那么我們在20分鐘之前才進入現(xiàn)代社會，這個轉(zhuǎn)換來得十分突然，我們?yōu)獒鳙C而準備的大腦還沒有準備好用低頭伏案的方式學習。所以我們不妨反過來，看看有沒有什么方法能夠像我們的祖先那樣學習？我們的身體在思考我們都有這樣的經(jīng)歷，同樣一段信息，要是我們動手把它寫下來，即使寫下來之后就不再去看，也比僅僅是看著這段信息之后在心里默默記下來，要記得牢。同樣是用心去記憶，效果卻不一樣，似乎是書寫這個動作讓我們記憶得更清楚了。這個現(xiàn)象就是具身認知（Embodiedcognition）：我們的大腦不僅僅是借助視覺、聽覺所收集的信息來學習，而是依賴整個身體。身體就像一個巨大的感覺器官。體表分布著許許多多感受器，有物理感受器，它們能夠感受外界的壓力；有溫度感受器，能夠感受環(huán)境中的溫度變化。肌肉中還分布著另一類感受器，它們能夠通過感受肌肉所受到的張力來讓大腦知道身體目前的姿勢和動作。我們閉上眼睛，扭轉(zhuǎn)軀干，即使沒有看見自己現(xiàn)在的身體，也能大概“想”出來自己現(xiàn)在是一副什么姿勢。這就是得益于肌肉里的這類本體感受器。但身體不僅僅是通過感受器來感知外界的信號，它還直接參與了對這些信號的分析和處理，是大腦的延伸。這可能和你之前讀到過的關于大腦的知識不太一樣，因為之前神經(jīng)科學家們都喜歡把大腦類比作一臺計算機，身體和外界環(huán)境給大腦這臺計算機提供信息輸入，大腦進行處理，給出反饋信息，輸出到身體各部分，身體再執(zhí)行這些命令。而具身認知這個新興觀點認為，對外界信息的分析和處理離不開身體的參與。身體的運動會影響認知過程，也會影響我們的情緒。對于這一點，不妨想一想我們自己在做某一項運動時的經(jīng)歷。比如說我們在打網(wǎng)球，我們必須對飛過來的球做出迅速的判斷：球的方向、速度、旋轉(zhuǎn)，以及可能的落點。除了這些常規(guī)的基于視覺信息做出的判斷之外，我們的身體也參與進來，我們對于球速的判斷是相對于自己的身體狀態(tài)而言的。如果你打網(wǎng)球還是一個新手，那么你總是覺得球速很快，但如果你已經(jīng)掌握了這項運動，并且當時的狀態(tài)很好，同樣的球速你會覺得不那么快了，甚至很慢，你可以輕松接到。而如果我們只是作為觀眾，看別人在打球，對球速的判斷就不會有這么大的差異，因為我們沒有在運動。在判斷球速的同時，我們的身體已經(jīng)下意識地做好了接球的準備，而這種準備是否充分，取決于我們平時在練球過程中積累的記憶。如果你經(jīng)常聽體育比賽的解說，特別是球類比賽，那應該聽過“肌肉記憶”這個說法。那是指運動員在平時的訓練中，對一些特定的動作進行反復地練習，練得爐火純青，結(jié)果在比賽中做這些動作時可以不假思索，很自然、流暢地完成，而且準確率極高?！凹∪庥洃洝逼鋵嵕褪且驗樯眢w不但參與了信息的處理過程——不斷地訓練，而且這些信息還留存在身體中，產(chǎn)生了記憶。于此我們普通人也都有體會：你可能很久沒有騎過自行車了，似乎都忘了該怎么騎了，但是一旦重新騎上自行車，你的身體卻并沒有忘記，經(jīng)過短暫的適應，馬上能自如地騎走了。我們的身體和大腦一起，參與了身體的運動、用全身的感官去認識外界的事物（感知），同時進行思考分析（認知），所以具身認知可以用一個三明治模型來概括：感知和運動分別是兩片面包，里面的火腿是認知過程。雖然認知是核心，但身體的感知和運動必不可少。情緒和認知是硬幣的兩面具身認知把感知、運動和認知統(tǒng)一了起來，這說明其實在大腦和全身的神經(jīng)系統(tǒng)中，這三者存在廣泛的聯(lián)系，而大腦內(nèi)部各部分的分工也不像之前人們所想的那樣涇渭分明。19世紀，進化論被提出來，頓時引人遐想無限。正如現(xiàn)在人們談論完“互聯(lián)網(wǎng)+”，之后又開始說“AI+”，那時人們喜歡的是“進化論+”，把進化論用于幾乎所有的東西。西方社會理論家把它用于解釋人類種族的差異，為殖民體系“背書”。那個時候，人們也開始逐漸認識自己的大腦。進化論把生物從最簡單到最復雜劃分為許多等級。對大腦內(nèi)部的不同結(jié)構(gòu)，也依樣畫葫蘆，劃分了許多等級。劃分的依據(jù)很簡單，我們大腦中哪些部位跟低等動物的（如魚類、蜥蜴）類似，那就是在進化中很早就出現(xiàn)的，承擔著低等的功能的部位，比如腦干、下丘腦，它們的作用是讓我們保持清醒，維護身體內(nèi)部環(huán)境的穩(wěn)定，影響內(nèi)分泌等。比這些稍微高等一點的是產(chǎn)生情緒的部位，像杏仁核、丘腦、海馬體（這幾個部位合在一起又叫邊緣系統(tǒng)）之類，它們能夠讓人產(chǎn)生恐懼、厭惡、憤怒等情緒。最后，是一些高等哺乳動物才具有的部位，比如大腦前額部分的腦皮層（前額葉皮層），那就是進化中很晚才出現(xiàn)的，負責很高級的功能，比如進行邏輯思維、對未來做出計劃等。那些低等部位恰巧位于大腦的底部，而后越往上越高級。更完美的是，低等部位會把信息層層上報，最后呈遞給高等部位——大腦皮層來做最后的決策，像極了19世紀的等級社會。邊緣系統(tǒng)美國神經(jīng)科學家保羅·麥克萊恩在其著作《進化中的三重腦》中提出，人的大腦由三個部分組成，第一個是爬行類動物腦，主要是腦干和小腦，它們控制著人體的心跳、呼吸等最基本的功能；第二個是古哺乳動物腦，也就是邊緣系統(tǒng)，控制著情緒和記憶的產(chǎn)生；第三部分是新哺乳動物腦，由新腦皮構(gòu)成。這種劃分方法的依據(jù)是這些部位在進化中出現(xiàn)的順序，但是目前在學術界已經(jīng)很少被提及。到了20世紀，基于等級制度的殖民體系逐漸瓦解，但對大腦等級的認識直到現(xiàn)在才剛剛起了變化。人們發(fā)現(xiàn)那些低等部位和高等部位之間并不只是單向交流，它們相互影響、相互塑造。用今天職場里流行的說法，就是扁平化管理，職位高的和職位低的員工沒有那么固定的匯報關系，大家可以根據(jù)工作需要分在同一個項目組里，都是平等的項目組成員，而項目組的組長甚至可以是職位比較低的同事。這樣的管理有助于信息的流通，因為信息是網(wǎng)絡化傳播的，而不像之前那樣是自下而上的由下級傳給上級，單向傳遞。大腦與21世紀的管理思想似乎是形成了某種默契，人們發(fā)現(xiàn)大腦中不同部位之間的配合似乎也很“扁平”。前額葉皮層、丘腦，以及其他的部位在執(zhí)行一些功能時處于同一個信息回路之中，而在執(zhí)行另一些功能的時候，它們又分別處于別的信息回路里。負責理性思考的大腦皮層和負責情緒的邊緣系統(tǒng)之間不但經(jīng)常進行來來回回的雙向溝通，還讓對方發(fā)生了變化?？茖W家發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常處于同一個回路中的部位，它們之間的神經(jīng)連接會增加，久而久之，它們之間變得越來越默契，一旦其中一個部位興奮起來，另一個部位也會馬上興奮起來。這樣步調(diào)一致的結(jié)果，就是當前額葉皮層在思考的時候，邊緣系統(tǒng)也立即產(chǎn)生了情緒，以至于情緒和認知過程相互伴生。認知和情緒之間的互動在人們開車的時候體現(xiàn)得最具體。開車的時候許多人會變得易怒，對于這種“路怒”現(xiàn)象，多倫多大學的神經(jīng)心理學家劉易斯曾經(jīng)舉過一個生動的例子：斯馬特先生看到本來開在自己右前方的一輛車突然并線過來，擋在了自己前面，他趕緊踩了剎車。他先是覺得有些沮喪，很快又轉(zhuǎn)變成了憤怒，有些義憤填膺：自己明明是規(guī)規(guī)矩矩地靠左邊行駛，卻不得不剎車。再回想剛才差一點撞上突然并過來的車，他又覺得有些后怕和無助。這些情緒很快地涌現(xiàn)出來，同時還冒出來一個想法，覺得剛才那個司機就是有意擾亂秩序，應該受到懲罰。因為憤怒，斯馬特先生的注意力高度集中，他盯著前面那輛小汽車紅色的車身，認出那是一款豪車，于是對這種炫富飆車行為更加感到怒火中燒。這同時勾起了他之前一些不愉快的回憶。在憤怒和焦慮的狀態(tài)中，他思考著怎樣反擊，比如對前面的車鳴笛。他盯著前面的司機看了一兩分鐘，最后決定還是就從右邊繞過去。就在這時候，前面那個司機突然回頭看了他一眼，斯馬特先生覺得這就是在挑釁，憤怒和羞恥的感覺讓他不得不做出一些極端的事情來報復，才能維護自尊。在描述了這個例子之后，劉易斯指出，當人們正當?shù)男袨楸淮驍?、干擾之后會激起情緒，因為秩序被打亂了，人們需要對環(huán)境更加敏感才能保護自己。比如剛才說到的這個例子，旁邊的車子突然并線，把斯馬特從原本平穩(wěn)的精神狀態(tài)中喚醒，進入亢奮狀態(tài)。因此劉易斯把生命系統(tǒng)比作彈簧，給些壓力就會彈起來。只要覺得秩序被打亂，大腦皮層和皮層下面其他的部位就會興奮起來，而且它們的活動會相互促進，讓各自變得更加活躍。邊緣系統(tǒng)讓身體保持高度的警覺，前額葉皮層讓人注意力集中并且回憶起許多相關的事情。斯馬特感覺被侵犯了行駛權，產(chǎn)生憤怒，而憤怒讓他注意力集中，關注那個給他帶來威脅的紅色跑車和跑車司機。他意識到那是輛豪車，于是覺得不公平，讓他更加怒不可遏。憤怒還喚醒了他之前的不愉快經(jīng)歷，他也許會想起之前遇到的類似的人和事。情緒激發(fā)了注意力并激活了回憶，而注意力和回憶這兩個認知過程反過來又為情緒火上澆油。在這個例子里，身體駕駛著汽車，情緒讓身體處于高度警覺狀態(tài)，這個狀態(tài)激活了認知活動。相對應地，負責情緒和認知的大腦部位也相互促進，進入一種持續(xù)的興奮狀態(tài)。認知與情緒之間這種同時發(fā)生、并且相互促進的關系，讓一些科學家開始反思：我們是否有必要人為地把這兩個過程區(qū)分開，或許認知和情緒本來就是同一個過程的兩個方面？另外，在上面這個例子里，大腦皮層和大腦內(nèi)部的不同部位組成了一個貫穿整個大腦的神經(jīng)回路，不僅局限在某個特定區(qū)域，而是讓各個部分都同時參與到產(chǎn)生認知/情緒的過程中來。我們的左腦和右腦認知和情緒需要貫穿整個大腦的神經(jīng)回路的參與，但我們經(jīng)常聽到有人說因為人腦有兩個半球，所以左右腦有截然相反的功能，甚至不同的氣質(zhì)。左右腦的存在激發(fā)了許多人的想象力。你一定聽過這樣的說法：左腦負責感性認識，右腦負責理性思維，所以慣用左腦的人有藝術天分，慣用右腦的人適合做科學家、工程師。甚至還有形形色色的測試來告訴你，自己是屬于哪一類人。這些說法當然都只是“傳說”。比左右腦決定氣質(zhì)這種簡單粗暴的說法更精致一些的，是認為大腦各個部位各司其職，可以在大腦表面畫一張地圖來表示各部位的功能。這種觀點有許多證據(jù)支持，比如來自對大腦損傷病人的觀察。許多我們現(xiàn)在所知道的具有特殊功能的區(qū)域，比如大腦左半球中和語言相關的布洛卡區(qū)的發(fā)現(xiàn)，就是來自對語言障礙病人的觀察。但是通過這樣的方式來了解大腦某部分區(qū)域和特定功能之間的關系也并不總是有效。在這些病人中，最傳奇的是菲尼爾斯·蓋奇。蓋奇本來是一名普通的鐵路建筑工人，參與修建美國佛蒙特州的一條鐵路。1848年9月18日，25歲的蓋奇和其他工人為了修鐵路，需要用炸藥開山洞，讓鐵路穿過去。他們在山巖上鑿開了一個孔，蓋奇用一根鐵棍把炸藥填進去。就在這時，鐵棍因為摩擦巖石而擦出了火花，引爆了炸藥，劇烈的爆炸使鐵棍擊穿了蓋奇的頭?！澳歉F棍被炸飛到10米開外，后來他的同事把鐵棍找回來，上面滿是血?！焙髞碲s到現(xiàn)場的哈爾洛醫(yī)生回憶道?！拌F棍穿透了他的顱骨，穿過了大腦左前葉，并在冠狀和矢狀縫交界處穿出，撕裂縱竇，頭蓋骨和額骨大面積損壞，造成廣泛的腦損傷，并打掉了左眼?！惫柭遽t(yī)生在隨后給《波士頓醫(yī)學外科學期刊》的一封信中詳細描述了病情。盡管傷勢很嚴重，蓋奇卻奇跡般地活了下來。在事故發(fā)生幾分鐘后，他就醒過來，而且居然可以站起來走動！哈爾洛醫(yī)生隨后給他處理了傷口。幾天后，蓋奇因為傷口感染而陷入半休克狀態(tài)。他的家人看到狀況危急，已經(jīng)開始給他準備棺材了?？墒沁^了不久，蓋奇又從感染中恢復了過來。到了1849年1月，蓋奇似乎重新過上正常的生活，但是他身邊的人覺察到了有些異樣，蓋奇不再是他們熟悉的那個人了。20年后，哈爾洛醫(yī)生給馬薩諸塞醫(yī)學會的通訊中這樣描述蓋奇的變化：“受傷之前，蓋奇的雇主認為他是他們見過最能干、最有效率的員工，但受傷之后性格大變，他們不愿意再聘用他了。蓋奇變得情緒很不穩(wěn)定，而且桀驁不馴，有時候會很暴躁地辱罵別人（受傷前從不這樣），很不尊重同事。聽不進別人的勸告，十分頑固，卻又喜怒無常，做事情毫無計劃和條理。他好像完全變了一個人，大家都說這不再是蓋奇了?！碑敃r，周圍的人都覺察到蓋奇的性格在受傷后完全不同了，似乎完全沒有自制力，變得暴力，甚至開始虐待兒童。由于他的案例太離奇，許多心理學家和神經(jīng)病學家開始用他的案例來證明自己的理論，特別是關于蓋奇大腦被損壞的部位跟他的性格變化之間的聯(lián)系。蓋奇在受傷之前究竟是什么樣的一個人，我們不得而知，也無從判定究竟是不是受傷導致他的變化。而且有心理學家曾經(jīng)指出蓋奇的這些變化都只是在他受傷后很短暫的一段時間出現(xiàn)。事實究竟是怎樣，已經(jīng)隨著時間的推移變成懸案了，后來的醫(yī)學研究也沒有找到足夠證據(jù)證明性格與蓋奇受傷的部位之間有什么關系。曾經(jīng)（或者是直到現(xiàn)在）很流行的觀點是我們平時只用了大腦所有潛能的20%，或者是10%、5%等。這樣的說法最早也是來自對神經(jīng)科病人的觀察，因為有些病人大腦的某些部位被切除后，一開始會出現(xiàn)一些認知或者是身體機能上的障礙，但過不了多久就恢復了。于是有人得出結(jié)論，認為大腦似乎有許多平時閑置的腦組織，可以隨時頂替損壞的部位來執(zhí)行功能。這當然又是一個謎思。包括人在內(nèi)的生物，在長期的進化中面臨生存的壓力，必須對投入和產(chǎn)出斤斤計較，才能用最經(jīng)濟的方式生存下來。這就意味著我們身上并不會有多余的部位，除了少數(shù)例外，比如闌尾，那是進化的“遺跡”（但是闌尾是許多體內(nèi)益生菌的“大本營”）。我們的大腦更不會有平時閑置的部位作為備用，否則，長期的進化也許會讓我們有更長的四肢、更小的頭部。雖然大腦的重量只占體重的2%，卻每天消耗人體20%的能量。之所以把資源優(yōu)先分配給大腦，是因為每一塊腦組織都很重要。而人類的大腦與體重的比例是所有靈長類動物中最高的，在進化上這給我們帶來了很高的風險，因為顱骨也必須隨著大腦變大，新生兒也是這樣，這就導致新生兒出生時難產(chǎn)的概率增大，在醫(yī)療水平不發(fā)達的情況下，會帶來很高的死亡率。反過來看，人類在進化上的成功似乎表明，冒這么大的風險是值得的。人類學習的本質(zhì)那么關于大腦各部分功能和潛能的真相究竟是什么？答案：神經(jīng)可塑性。簡單來說，就是大腦本身是在不停地變化，根據(jù)情況需要，大腦會改變自己，盡量滿足要求。如果大腦某部分損壞了，那另外一個或幾個本來是執(zhí)行其他功能的部位就會承擔起損壞部位所執(zhí)行的功能，但最后的效果肯定是不一樣的。這就像平時在工作中，一個團隊的同事各司其職，互相協(xié)作，如果其中一個人請假了，他所承擔的工作就會分攤到其他人身上。為了不耽誤團隊整體的效率，其他人就必須加班。但每個人能夠高效工作的精力有限，時間也有限，所以為了彌補有人請假帶來的影響，其他人必須投入更多的時間和精力，但工作質(zhì)量卻不能保證，難免顧此失彼。大腦中各部分組成的是一個十分緊湊而高效的團隊，這意味著每一部分都承擔著多重角色，甚至要同時完成不同的任務。不過現(xiàn)在我們更關心的是大腦中這些不同部位是怎樣去承擔新功能的，就像團隊中的人一樣，這是通過學習來實現(xiàn)的。大腦是由神經(jīng)細胞組成的，神經(jīng)細胞包括神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞。神經(jīng)元會發(fā)出長長的突起，有的像樹枝一樣伸展開來，叫作樹突；另一些則像長長的電纜，伸到很遠的地方，叫作軸突。這些突起與其他神經(jīng)元的突起連在一起，于是許許多多神經(jīng)元發(fā)出的突起組成了一個網(wǎng)絡，神經(jīng)元是這個網(wǎng)絡上的節(jié)點。當我們學習到新知識時，神經(jīng)元之間就會形成新的連接，也叫突觸。讓我們來看看這些樹突和軸突組成的連接是什么樣的。其實這些突起，不論軸突和樹突，都沒有真正連在一起，它們之間會有一個小小的間隙。這個間隙就像是一條河，要保持兩岸的溝通需要靠擺渡船。這里的擺渡船叫作突觸囊泡，它們攜帶著信息——一種叫作神經(jīng)遞質(zhì)的化合物。我們知道神經(jīng)信號是以電脈沖的形式傳遞的，這些電脈沖沿著長長的電纜——軸突傳遞，一旦傳到突觸，因為兩個軸突并沒有連在一起，所以就必須轉(zhuǎn)化成化學信號來傳遞。每次穿過突觸間隙的囊泡數(shù)量越多，傳遞的信號就越強烈。我們學習時，新的突觸形成，隨著不斷地復習，這些突觸得到了強化：不但每次穿過突觸間隙的囊泡增加，而且穿過的次數(shù)也更頻繁。相反，如果學習之后沒有再復習，那么剛形成的突觸就會減弱甚至消失。在神經(jīng)元之間，突觸的形成和消失是時時刻刻都在發(fā)生的，如果不經(jīng)常使用，那么突觸的連接就會解開，而形成突觸的軸突就會轉(zhuǎn)而與其他神經(jīng)元的軸突形成新的突觸，這樣資源就可以重復利用，十分經(jīng)濟。這種機制也印證了長期以來我們對學習的看法，學習知識或者技能是需要通過不斷復習來強化的。在我們一生中，大腦中不但時時刻刻都有新的突觸形成或者消失，神經(jīng)細胞也不斷地產(chǎn)生出來。這又與之前科學界流行的觀點不同。之前的觀點是神經(jīng)元基本只在大腦發(fā)育的早期形成，而后神經(jīng)元的數(shù)量只會隨著衰老和創(chuàng)傷減少，不會再產(chǎn)生新的細胞。但后來科學家們在大腦中發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)干細胞，它們可以不停地分裂、分化形成神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞。這告訴我們，只要方法得當，我們不僅僅在早年的某個關鍵時期，而是一生都有很強的學習能力。神經(jīng)元之間依靠突觸來通訊神經(jīng)元的一端是像樹杈一樣的突起，叫作樹突，而另一端像長長的尾巴，是軸突，軸突上包裹著一截一截的髓鞘，它們讓電信號傳遞得更快。包含化學物質(zhì)的小泡（囊泡）穿過突觸之間的間隙，將信號傳遞給另一個神經(jīng)元。神經(jīng)可塑性是學習的關鍵，大腦中的神經(jīng)元具備這樣的可塑性。當它們伸出的軸突與大腦其他部位的神經(jīng)元形成突觸連接時，它們就構(gòu)成了一個新的神經(jīng)回路，而同一個神經(jīng)元可以處于不同的回路中。處在同一個回路中的神經(jīng)元總會同時產(chǎn)生興奮，比如位于大腦皮層的神經(jīng)元和大腦內(nèi)部的杏仁核中的神經(jīng)元處于同一個回路中，它們的興奮導致了認知伴隨著情緒同時發(fā)生。大腦的大部分功能都像這樣，需要涉及全腦范圍內(nèi)各個部位的神經(jīng)網(wǎng)絡。具身認知的觀點認為，身體的運動和對外界的感知就和我們的其他感官一樣，能夠通過神經(jīng)可塑性來塑造我們的大腦，讓我們能夠很敏捷地做出許多精細的動作，并且讓這一系列動作越來越熟練，習慣成自然。比如從一箱雜物中把不同形狀的物體取出來，這即使是幼兒也能夠做到，他們知道怎樣把不同的玩具從箱子里一樣一樣拿出來玩。通常我們把這種能力看成是理所當然的，直到工程師們想要開發(fā)能做同樣事情的機械臂，才發(fā)現(xiàn)對于不同形狀的物體，機械臂經(jīng)常不知道該怎么拿，如果拿的方法不對，或者不是最佳方法，那么物體就很容易從機械臂的“手”上掉下來。通過編寫復雜的程序，機械臂只能掌握3～4種形狀物體的拿法。后來工程師們開始使用機器學習的方法，讓機械臂自己去學習，尋找最好的方法，而不是提前編好程序告訴它們該怎么做。這種方法讓機械臂稍微有所進步，在進行了幾萬次練習之后，終于掌握了12種物體的拿法。但如果物體是柔軟的，那就又把它難倒了。這說明神經(jīng)可塑性和具身認知一起，讓人具備了非凡的能力。我們能夠做到的當然不單純是怎么從箱子里取玩具，把具身認知用在學習上，是對現(xiàn)有學習方式的顛覆。具身認知與人工智能20世紀50年代，人工智能之父阿蘭·圖靈曾經(jīng)指出機器需要具備最先進的感覺器官，這樣才能教會它們理解和使用英語，而整個過程就像在教孩子學說話一樣。在那以后，人工智能領域經(jīng)歷了所謂的“AI寒冬”，因為那個時候的人工智能主要是基于邏輯推理和抽象符號運算，這種方式效果并不理想，沒有達到人們對它們的期望。在那之后，模仿人類的學習方式成為人工智能研究的方向，科學家們逐漸意識到感覺運動技能對于智能的重要性。到了21世紀初，學者們將具身認知理論應用于人工智能，提出了具身人工智能（EmbodiedArtificialIntelligence,EAI）的概念。代表人物之一是馬里蘭大學的麥克爾·安德森，他認為人工智能不應該局限在對于抽象符號的處理上，因為認知本身是一個情境化的活動——與人或者人工智能系統(tǒng)所處的環(huán)境緊密相關，它們對這個環(huán)境里的活動產(chǎn)生了認知。因此他總結(jié)道：“所有思想者都首先應該被看作行動者?！笨磥砣斯ぶ悄艿南闰?qū)們也早就意識到了具身認知的優(yōu)勢。被忽略的小腦說到學習，不論是科學界還是普通大眾都喜歡說到大腦，但是人腦中還有一個古老卻又不起眼的器官——小腦。最近科學家們發(fā)現(xiàn)小腦的學習方式非常特別。大家都知道小腦跟人的運動有關，一般認為小腦掌控著身體運動的協(xié)調(diào)性。不過小腦能做的還不只這些。當我們學習一項運動的時候，小腦會在我們做一個動作之前先預測這個動作的結(jié)果。比如我們在學打籃球的時候，總要投擲很多次才能命中一個，這個過程就是小腦在不斷試錯的過程。在做出投擲姿勢時，隨著身體和手臂的運動，小腦會在每次投籃前的一瞬間預測軌跡和落點，而后把所做的預測跟實際情況做對比。如果投偏了，眼睛和手臂會把實際情況反饋給小腦，小腦就讓身體稍微調(diào)整姿勢，讓下一次投出的球往相反方向偏一點，或者調(diào)整力度和出手的時間。這種在不斷地嘗試中做微調(diào)的能力來自小腦中特殊的神經(jīng)細胞——浦肯野細胞（Purkinjecell）獨特的工作方式。美國約翰·霍普金斯大學的科學家發(fā)現(xiàn)浦肯野細胞會發(fā)出兩種截然不同的信號，這兩種信號與大腦中的神經(jīng)細胞所發(fā)出的很不一樣。第一種信號所傳遞的信息是對動作結(jié)果做出的預測，第二種信號所傳遞的信息是之前的預測與實際情況之間的差異。主持這項研究的沙德梅爾教授把第一種信號比作“學生”，第二種信號是“老師”，學生做作業(yè)，老師則對學生的作業(yè)給出反饋，告訴他們做得對不對。而且就像學生一樣，浦肯野細胞在小腦中被分成小組，每50顆細胞分成一組，它們同時對一個動作做出預測，也都同時收到一樣的反饋。沙德梅爾教授的團隊用猴子做實驗，讓它們的眼睛跟著電腦屏幕上的小點運動。研究人員發(fā)現(xiàn)猴子小腦中每個小組的浦肯野細胞都可以準確預測猴子眼球的運動方向。研究人員控制電腦屏幕上的小點移動速度，讓它突然加速，這樣猴子的預測就失誤了，這時候猴子小腦的浦肯野細胞群就發(fā)出了第二種信號。在這個過程中，研究人員發(fā)現(xiàn)不同的浦肯野細胞小組收到的錯誤反饋是不一樣的。如果猴子眼睛的關注點落在屏幕上小點的后面，就有專門一組浦肯野細胞收到這個錯誤反饋；而如果眼睛關注點落在小點的前面，那又專門有另一組細胞收到這個錯誤反饋，不同的小組負責不同類型的錯誤。這樣做的好處是每一種錯誤都被不同的細胞小組記住了。如果是所有的浦肯野細胞都收到錯誤反饋，那么也許這一次它們記住的是一種錯誤，下次犯另一種錯誤的時候，新的記憶會把舊的記憶覆蓋，那樣就只能記住最近的一次錯誤。所以浦肯野細胞這樣分組來專門處理不同類型的錯誤就像是學習時我們做的錯題集，把自己做錯的題目按照錯誤類型分類記錄下來，便于從錯誤中學習，這就是我們的小腦學習一種新動作的方式。圖中被染成綠色的就是小腦中的浦肯野細胞，它們的細胞核被染成了紅色。學習方法具身認知的理念和STEAM十分吻合。STEAM是科學、技術、工程學、藝術和數(shù)學這幾個學科的英文首字母的縮寫（Science,Technology,Engineering,Arts,Mathematics）。STEAM的學習方式強調(diào)動手實踐和多學科融合，打破傳統(tǒng)的學科界限，綜合運用各種知識來解決現(xiàn)實問題，所以這種學習方法是在動手實踐中學習。因為強調(diào)動手和與實際結(jié)合，所以STEAM很適合跟具身認知的學習方法結(jié)合起來。這部分我們就列舉幾種主要的基于具身認知的學習方法。1.數(shù)學學霸的動作學習法數(shù)學難嗎？學霸們對這個問題不以為然，但對于許多人來說，數(shù)學是挺讓人頭疼的，因為它很抽象。做數(shù)學題的時候，我們經(jīng)常坐在那里，一只手托著頭，甚至抓耳撓腮、絞盡腦汁地想。但現(xiàn)在我們知道了具身認知，就應該用身體來做一些更有用的事情。要是通過身體的動作，配合生動的語言描述把數(shù)學問題變得形象，應該就可以把問題變得簡單且好玩吧？比如在做幾何證明的時候，用動作來幫助思考，能夠很快讓你產(chǎn)生直覺，比如在證明“三角形的任意兩條邊的邊長之和大于第三條邊”，可以試試看像下面這樣做：如果只是對著幾何命題的文字表述，可能會覺得這個證明無從下手?？墒且坏﹦邮直犬嬕幌?，你很快就知道該怎么做了。盡管做這些動作本身不等于在證明幾何問題，但這可以讓很多復雜的問題變得一目了然，給你帶來方向或者解題的靈感。我們再來試試下面幾個例子\h\h[1]：在做動作的同時，你可以跟自己或者別人討論，自言自語也能夠幫助你解決問題，比如在證明上面第1個命題的時候，有個同學是這樣邊做邊說的：“同樣的三個角，可以有更大的三角形，但形狀都是一樣的?！边呎f邊把兩只手放在一起，然后在向兩邊放下，表示更大的三角形。有研究表明，這樣邊做邊說的方法不但能夠幫助掌握幾何證明問題，還能夠促進活學活用，把幾何知識運用到實際生活中。2.復合式學習：講故事教育具身認知鼓勵動手和動腦，講故事教育就是這樣一種學習方法。這種學習方法包括一系列的步驟：聽/讀、圖像化、表演、復述和演繹、再創(chuàng)作、創(chuàng)新，目的是調(diào)動各種感官，用感知和運動來理解和體會那些用抽象的語言所表述的知識，整個過程不但涉及聽覺、視覺、軀體感覺和運動，還需要調(diào)動想象力。講故事方法可以用來學習STEAM的各個學科，對于5～12歲的孩子尤其適合。這里我們就拿學英語做例子，下面這段是《新概念英語》第3冊的一篇課文：Editorsofnewspapersandmagazinesoftengotoextremestoprovidetheirreaderswithunimportantfactsandstatistics.Lastyearajournalisthadbeeninstructedbyawell-knownmagazinetowriteanarticleonthepresident'spalaceinanewAfricanrepublic.Whenthearticlearrived,theeditorreadthefirstsentenceandthenrefusedtopublishit.Thearticlebegan:Hundredsofstepsleadtothehighwallwhichsurroundsthepresident'spalace.Theeditoratoncesentthejournalistatelegraminstructinghimtofindouttheexactnumberofstepsandtheheightofthewall.Thejournalistimmediatelysetouttoobtaintheseimportantfacts,buthetookalongtimetosendthem.Meanwhile,theeditorwasgettingimpatient,forthemagazinewouldsoongotopress.Hesentthejournalisttwomorefaxes,butreceivednoreply.Hesentyetanotherfaxinformingthejournalistthatifhedidnotreplysoonhewouldbefired.Whenthejournalistagainfailedtoreply,theeditorreluctantlypublishedthearticleasithadoriginallybeenwritten.Aweeklater,theeditoratlastreceivedatelegramfromthejournalist.Notonlyhadthepoormanbeenarrested,buthehadbeensenttoprisonaswell.However,hehadatlastbeenallowedtosendafaxinwhichheinformedtheeditorthathehadbeenarrestedwhilecountingthe1084stepsleadingtothefifteen-footwallwhichsurroundedthepresident'spalace.譯文：報刊雜志的編輯常常為了向讀者提供一些無關緊要的事實和統(tǒng)計數(shù)字而走向極端。去年，一位記者受一家知名雜志的委托寫一篇關于非洲某個新成立共和國總統(tǒng)府的文章。稿子寄來后，編輯看第一句話就拒絕予以發(fā)表。文章的開頭是這樣的：“幾百級臺階通向環(huán)繞總統(tǒng)府的高墻?！本庉嬃⒓唇o那位記者發(fā)去傳真，要求他核實一下臺階的確切數(shù)字和圍墻的高度。記者立即出發(fā)去核實這些重要的事實，但過了好長時間不見他把數(shù)字寄來，在此期間，編輯等得不耐煩了，因為雜志馬上要付印。他給記者先后發(fā)去兩份傳真，但對方毫無反應。于是他又發(fā)了一份傳真，通知那位記者說，若再不迅速答復，將被解雇。但記者還是沒有回復。編輯無奈，勉強按原樣發(fā)稿了。一周之后，編輯終于接到記者的傳真。那個可憐的記者不僅被捕了，而且還被送進了監(jiān)獄。不過，他終于獲準發(fā)回了一份傳真。在傳真中他告訴編輯，就在他數(shù)通向15英尺高的總統(tǒng)府圍墻的1084級臺階時，被抓了起來。接下來我們用講故事的方法來學習這篇課文。首先是讀原文，并且記住故事里的要點，如果覺得理解上有難度，可以參照譯文。要讀出聲來，然后想象一下這個故事的畫面，這很重要，因為把抽象的語言變成圖像，要依靠想象，而這跟接下來的一步密切相關。在聽完故事之后，根據(jù)自己的想象，把故事里的要點用簡單符號來表示。這里不是要考驗你的繪畫天賦，不需要把人物或者自己想象的場景完全畫出來，或者畫得多逼真，而是抓住人物或者事件的要點，用符號、圖形表示出來。對于學習英語詞匯來說，這樣做也可以幫助你用自己的方式來記憶相關的詞匯。在把故事的關鍵信息用圖形表示出來之后，再把這些圖形根據(jù)故事的主線串起來。對于這篇課文，我們可以挑選其中重要的信息，像下面這樣畫：這樣做首先能夠鼓勵孩子在閱讀的時候找出關鍵信息，而后開動想象力，將文字用圖像表示出來，最后再把圖像串起來，變成一個完整的故事。下一步是繼續(xù)開展想象力并發(fā)揮創(chuàng)造力，看看怎么用動作來表示這些畫出來的圖形。這些動作是用來配合口頭表達的，所以做出來的動作只要能夠配合關鍵信息的傳達就好了。配合動作的目的是讓身體參與進來，綜合運用口頭語言和身體語言，來與環(huán)境（聽眾）互動，把整個過程變成一種獨特的體驗。從具身認知的理論來看，不論是講故事的人還是在聽故事的人，在這個交流過程中都需要調(diào)動大腦和身體的各種感官和神經(jīng)回路，比如跟注意力、記憶、詞匯、閱讀和寫作、視覺、運動等相關的神經(jīng)回路。這種方法可以讓使用的人與學習的知識之間建立獨特的、個人化的聯(lián)系，鞏固對知識的理解和記憶。對于聽故事的人，這里還涉及大腦中的鏡像神經(jīng)元的功能，我們會在后面的章節(jié)詳細講解。講故事的學習方式還有一個重要優(yōu)勢，那就是人天生喜歡聽故事。西班牙的科學家在2006年的時候曾經(jīng)用fMRI來研究人們在讀到一些詞匯時大腦的反應。當人們讀到“香水”“咖啡”時，他們腦中的嗅覺皮層“亮了”，也就是說被這些詞匯激活了；相反地，讀到“椅子”或者“鑰匙”，嗅覺皮層就沒有什么反應。后來美國埃默里大學的神經(jīng)科學家們打算看看人們對于比喻的反應，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當人讀到“她的歌聲像絲絨一樣柔滑”和“他的手像樹皮一樣粗糙”時，感覺皮層被激活。只是讀到“她的歌聲很悅耳”或者“他的手很粗糙”，感覺皮層則毫無反應。同樣的現(xiàn)象還有描寫動作的詞匯。法國語言動力實驗室的科學家發(fā)現(xiàn)像“約翰抓住那個東西”“巴伯羅踢球”這樣的句子會激活人的運動皮層，就好像人是自己在做這些動作一樣。也就是說，如果單純觀察人的大腦，你很難分清這個人是在做運動、聞各種氣味還是他只是讀到關于這些的描寫。于是有心理學家認為，人們讀故事的時候很像是計算機在模擬大氣狀況的變化一樣，都是一種模擬。而通過這種模擬，讀故事的人可以進入故事里，體會故事人物的感受。加拿大約克大學的心理學家還發(fā)現(xiàn)，當故事中的人物之間相互交流、對話的時候，讀者也會覺得仿佛是自己正在跟別人對話。在現(xiàn)實中人與人之間進行對話時，大腦中有一部分神經(jīng)網(wǎng)絡是用來理解和估計別人的意圖和感受的。在讀到故事中的人物相互對話時，這些神經(jīng)網(wǎng)絡同樣會被激活。心理學家們還發(fā)現(xiàn)經(jīng)常讀故事的人能夠在現(xiàn)實中更好地理解別人，并且站在別人的角度看問題。結(jié)合身體動作來講故事則比單純地講故事更進一步，把人帶到故事的情境里，這樣即使是離現(xiàn)實生活很遙遠的事件也會變得很親切，對于學習自然科學更有幫助——能夠讓人進入原子或者細胞的世界里。所以講故事教育可以用來學習不同類型的課文，既可以是虛構(gòu)的文學作品，也可以是自然科學的內(nèi)容。在學習科學知識的時候，這種方法將微觀的、抽象的知識變得更好理解。講故事對于培養(yǎng)創(chuàng)新能力也很有幫助，它鼓勵孩子們“進入”故事里，而一旦把自己置于故事之中，按照自己的理解重新演繹、自由發(fā)揮也變得很自然。在經(jīng)過改寫故事這個階段之后，就是創(chuàng)作自己的故事，這樣就從模仿過渡到了創(chuàng)造。講故事教育的方法在世界上已經(jīng)被廣泛使用，比如英國的克里斯·史密斯博士成立的StorytellingSchools將講故事教育發(fā)展成一套完整的體系，用于培訓教師和教育學生，并融入英國K12教育的課程中去。\h[1]參考文獻：M.Nathan,C.Walkington,Groundedandembodiedmathematicalcognition:Promotingmathematicalinsightandproofusingactionandlanguage,CognitiveResearch:PrinciplesandImplications(2017).第二章我們都是視覺動物我們經(jīng)常說人是視覺動物，不過這一般是說大家都喜歡好看的東西。在人類的靈長類親戚中，人類的視覺皮層是最發(fā)達的，所以我們的確可以說是視覺動物——高度依賴視覺的動物。我們喜歡看圖勝過閱讀文字，因為圖片直觀得多，要是學習的書都是連環(huán)畫該多好啊。但現(xiàn)實是許多我們不得不讀的書看起來很枯燥，沒有太多圖片。這時候，我們就需要通過“自行腦補”來解決問題。愛因斯坦最重要的發(fā)現(xiàn)并不是得益于實驗室里設計精巧的實驗，也不是來自細致的演算。從16歲開始，愛因斯坦就在自己腦海中想象一個場景：他看見自己在高速飛行，飛得很快很快，跟光的速度一樣快，這時候，他發(fā)現(xiàn)自己和光之間是相對靜止的，就像騎著一匹馬追上了汽車一樣。跟光相對靜止，這個場景在愛因斯坦的腦海里揮之不去。但是根據(jù)之前英國物理學家麥克斯韋的電磁方程，這種場景是不可能發(fā)生的。愛因斯坦把他這種活靈活現(xiàn)的想象稱作“思維實驗”（Gedankenexperiment）。他認為數(shù)學是一門用來描述大自然種種神奇現(xiàn)象的語言，因此他可以通過想象，把數(shù)學語言還原成自然現(xiàn)象。這樣的思維實驗在隨后的10年里指引著他提出了狹義相對論。人類天生愛“腦補”愛因斯坦早就已經(jīng)是天才的代名詞了，對于我們普通人，并不需要去思考那么深奧的問題，但我們同樣可以通過鮮活的想象來學習和解決問題，這種方法叫作視覺化思維（Visualthinking），正是利用了我們大腦中發(fā)達的視覺皮層的信息處理能力。視覺皮層不但可以處理我們看到的外界圖像信息，也可以自己合成圖像——就是我們想象的圖像。這里必須要先說一說我們是怎樣看到東西的。其實我們看到的所有圖像，都是一部分來自眼睛，另一部分來自視覺皮層的“想象”。一般我們會覺得眼睛就像是照相機一樣，眼睛里的視網(wǎng)膜接收了信息以后直接就傳給大腦，于是大腦里就存了一張圖片，就像我們的手機拍照之后存下照片一樣。實際上，在我們“看”的過程中，大腦中充滿了各種“貓膩”。我們的視網(wǎng)膜接收了外界的視覺信息之后，這些信息通過視神經(jīng)傳遞到大腦，但這個過程并非簡單直接，而是非常曲折。視覺信息不是從眼睛直接原封不動地傳到大腦的視覺皮層，而是先傳到兩個中轉(zhuǎn)站，這兩個中轉(zhuǎn)站在大腦底部的丘腦中，左右腦一邊一個，叫作外側(cè)膝狀體。這兩個中轉(zhuǎn)站的快遞分揀員看上去很馬虎，總是把“包裹”的目的地弄混——來自左眼的信息有一部分從這里出發(fā)，傳給了右腦的視覺皮層，另一部分繼續(xù)傳到左腦的視覺皮層；來自右眼的信息一部分傳給了左腦的視覺皮層，另一部分繼續(xù)傳給右腦?？茖W家們經(jīng)過仔細研究，發(fā)現(xiàn)這里面還有驚人的秘密：視覺皮層可不只是被動接收從眼睛傳來的信息，而是同時也會發(fā)出信號給中轉(zhuǎn)站——這當然不是像打電話查詢快遞什么時候送到，而是讓中轉(zhuǎn)站“篡改”來自眼睛視網(wǎng)膜的信息！我們的大腦為什么要這么做呢？簡單的答案是大腦想偷懶，因為工作量太大了。首先，從眼睛傳到大腦的并不是靜態(tài)的“照片”，而是像在網(wǎng)上看視頻的流媒體一樣，源源不斷的信息流。有人估算過，我們的視網(wǎng)膜每秒鐘接收相當于1000萬比特的信息量。要處理這么大的信息量，大腦想出了兩個辦法來對付它。一個辦法是把我們看到的圖像信息分開來處理，比如色彩、光線明暗、物體的形狀、物體的移動方向和速度等，這些信息在好幾條平行神經(jīng)通路中同時進行處理，節(jié)省了很多時間。這就像是有好幾條處理信息的流水線，不同的零件在不同流水線上同時被生產(chǎn)出來，最后再組裝起來。另一個辦法更出人意料：視力不夠，想象來湊。剛才說的視覺信息的那些“零件”，到了最后要再組裝起來，但它是根據(jù)什么來組裝的呢？我們在網(wǎng)上買拼裝的家具回來，要自己根據(jù)圖紙來組裝。我們的大腦也有這樣的“圖紙”嗎？其實沒有什么固定的圖紙，我們一半靠經(jīng)驗，一半靠猜測，來重新組織這些視覺元素，把它們重新合成一幅自己覺得完整的圖像。聽上去好像視覺很不靠譜啊，不是說眼見為實、無圖無真相嗎？視覺的確沒有我們想象的那么靠譜，但令人感到安慰的是，大腦也不完全是在瞎猜。大腦皮層和丘腦會綜合各種提示信息，比如當時我們所處的環(huán)境、氣味、聲音，還有在這之前我們看到的東西，來推測我們看到了什么，而后再通過視網(wǎng)膜接收到的信息來印證和修改自己的推測。在這個過程中，大腦還會根據(jù)我們此刻的需要，來做大膽的推測，然后再看看究竟是不是這樣。比如說我們在大商場里找垃圾桶，急著扔掉手上的紙團，但是人太多了，商場又大，所以一直沒找到。這時候我們會看到好像在電梯的旁邊角落里有個鐵皮箱子，看上去很像垃圾桶，于是我們走過去，一開始還滿心歡喜，終于可以把垃圾脫手了，但隨著步步逼近，我們看著那個鐵皮箱子的形狀，似乎有點矮、有點扁，又不大像垃圾桶。直到最后發(fā)現(xiàn)，那是個消防工具箱。同樣地，在沙漠里尋找水源的人，經(jīng)常會有“看到”水的幻覺。我們的大腦總是先假定我們“看到”了一樣東西，如果我們此刻繼續(xù)找這個東西，那就會不停地“看到”這個東西，比如沙漠里的水源、商場里的廁所或者垃圾桶。而在大腦提出假設之后，會慢慢根據(jù)所掌握的越來越多的信息來印證或者修改自己的假設，有時證明看錯了，有時完全是幻覺，我們“看到”了根本不存在的東西。這聽上去很瘋狂，但提出假設再逐漸求證的過程卻又像個嚴謹?shù)目茖W家。我們的大腦就是這樣的瘋狂科學家。而這樣做的好處是，如果我們根據(jù)很少的信息一下就蒙對了，那就很省事，大腦既不需要處理大量的信息，又能短時間內(nèi)很快地找到我們需要的東西，一舉兩得。更進一步來說，在一些特殊情況下，比如在沙漠里找水源，那我們寧可把一片洼地錯看成是一攤水，也比錯過真正的水源要好得多。每只眼睛接收到的視覺信號都分成了兩部分，一部分經(jīng)過外側(cè)膝狀體交叉到了對側(cè)的大腦皮層，另一部分則到達同側(cè)的大腦皮層。人腦的視覺神經(jīng)回路（圖中綠色的部分就是丘腦——信息的中轉(zhuǎn)站，而外側(cè)膝狀體就位于丘腦內(nèi)）所以視覺和想象本身是分不開的，所有我們覺得是親眼看到的東西，背后多少都有些想象的成分。正是這種視覺自帶的想象力，讓視覺化思維變得自然而然，這是一種我們天生具備、但沒有很好地利用的能力。在上圖中你看到了幾個三角形？其實圖上一個三角形都沒有，但我們卻可以看到好幾個不同的三角形，這都來自我們的“自行腦補”（想象），或者說是一種推測，也就是根據(jù)很少的提示（那些折線和缺了一角的圓形）來推測“實際上”的圖形。上圖中這只大象有幾條腿？這幅畫利用我們“自行腦補”的能力來捉弄大腦。一開始我們不覺得有什么問題，實際上這只大象的腿和腳并沒有畫在一起，在腿的下面沒有畫腳掌，在兩腿之間的間隙中卻畫了腳掌。再回來說視覺皮層和丘腦的膝狀體串通起來修改視覺信息。這種修改是在傳達到膝狀體的海量信息中挑選出大腦皮層最關心的那部分信息，并忽略掉其他信息：在我們走向那個疑似的垃圾桶時，我們最想弄清楚那究竟是不是個垃圾桶，于是我們需要更多的關于形狀輪廓的信息。這時候，視覺皮層要求膝狀體提供更多這方面的信息，同時忽略掉其他信息，比如周圍的人和商店的廣告。這些信息被傳遞到大腦皮層之后，被拼接成一副簡明扼要的圖像，這個圖像重點突出，主要呈現(xiàn)我們此刻最關心的信息，對其他信息視而不見。不過如果是這樣的話，為什么我們看到并不是像速寫那樣簡單的圖像，而似乎是完整而豐富的圖片呢？因為大腦是在不斷地利用視覺信息來進行拼接，也就是說，當我們覺得自己看到一幅圖像時，其實已經(jīng)看了大腦播放的好多幀的電影了！從手指算術到心算大腦給我們“放電影”的特點可以被用來促進更高效的學習。小的時候，我們都會掰著手指來做算術，有的人甚至還把腳趾也用上。用手指來算很直觀，我們可以一下看見數(shù)目的變化。這種方法看上去很幼稚，很快就被老師禁止了。老師告訴我們要完全用數(shù)字來計算，畢竟數(shù)學運算是一種抽象思維，而且手腳并用也最多只能算到20，更復雜的計算就不能靠這些了。這是我們一貫的看法，但事實是這樣嗎？腦科學研究人員趁人們做數(shù)學題時，對他們的大腦進行掃描。這些都是成人，他們并沒有掰著手指來做算術。但奇怪的是，腦科學家發(fā)現(xiàn)他們盡管都是在心算，比如計算12×25，卻用到了大腦中從膝狀體到視覺皮層的視覺信息處理回路。而這些做心算的人和我們大多數(shù)人一樣，自己并沒有意識到這一點。更關鍵的是，我們普通人計算時，雖然沒有用到手指，但手指一直“活”在我們心中。研究發(fā)現(xiàn)成人和兒童在想到數(shù)量的時候，都用到了視覺皮層的一個區(qū)域（圖中綠色區(qū)域），這個區(qū)域能夠讓我們腦海里呈現(xiàn)出跟某個數(shù)量相關的圖像。這個圖像常常是手指，但也可以是一條數(shù)軸，或者這個數(shù)量的其他物體。不僅是這樣，我們大腦中負責控制手指活動的區(qū)域（軀體感覺皮層）在這個時候也參與進來，就跟我們掰著手指做算術的時候一樣。研究發(fā)現(xiàn)就連大學生在做高等數(shù)學運算時，也是這樣不自覺地用“心中的手指”在默默計算，而且竟然“手指”用得越多，成績越好！這個領域的神經(jīng)科學家布萊恩·巴特沃斯指出，如果學生們在開始學數(shù)學的時候不使用手指，那么他們大腦就不能很好地理解數(shù)字。這個現(xiàn)象除了凸顯視覺對學習的重要性之外，也和我們前面說到的具身認知密不可分，因為我們不但是在心中看到了手指、數(shù)軸或者是其他代表數(shù)量的東西，還同時在大腦中模擬使用手指。前面我們說過，具身認知其實要用到整個大腦的各個區(qū)域，視覺系統(tǒng)也是其中之一，而且是讓我們手眼協(xié)調(diào)的關鍵。許多家長擔心一旦孩子依靠手指來做算術就會阻礙數(shù)學能力的發(fā)展。但研究發(fā)現(xiàn)，即使放任孩子們用手指數(shù)數(shù)，他們也會自然過渡到心算，而且絲毫不影響數(shù)學能力的發(fā)展。在自然狀態(tài)下，孩子們到了8～9歲就會自然過渡到使用心算，這時候他們已經(jīng)能夠通過記憶來更快地解答數(shù)學問題，而不用通過數(shù)手指。在這個過渡中，大腦的活動方式也發(fā)生了顯著的變化，更多使用海馬體來做數(shù)學，而不是用用來數(shù)數(shù)的頂葉皮層和前額葉皮層。但海馬體與前額葉、顳葉和頂葉皮層的聯(lián)系卻變得更緊密了，這種聯(lián)系越緊密，數(shù)學能力就越強。這說明孩子們正通過來自多種感官的記憶來思考數(shù)學問題。海馬體為學習數(shù)學提供了一個記憶的“腳手架”，就像在建筑中一樣，這個“腳手架”可以幫助大腦的其他部分鞏固學到的各種數(shù)學知識，一旦這些知識被吸收和鞏固之后，就不再需要“腳手架”了。這在成人的大腦中就很明顯。和孩子在思考數(shù)學問題時的方式很不一樣，成人最主要用到的是新腦皮層，而不是海馬體。也就是說，成人已經(jīng)把來自各方面的數(shù)學信息抽象化了，可以用這些抽象概念來思考。視覺化思維VS語言思維種種證據(jù)表明，借助視覺來思考問題能夠?qū)ξ覀兊膶W習有幫助，但并不是每個人都習慣這樣思考。按照思考問題的方式，可以把人分成兩種，一種人習慣用圖像來思考，另一種人則依靠語言。這兩種人究竟有多大區(qū)別？你是屬于哪一種人？這里我們做一個小測試：1.你的生日是什么時候？A.在想自己生日的日期時，腦海中浮現(xiàn)出圖像或者手指B.在想自己生日的日期時，腦海中沒有出現(xiàn)圖像或者手指2.說出12星座的名字。A.在想12星座的名字的時候，回憶起的是圖片或字母B.在想12星座的名字的時候，沒有回憶起圖片或字母3.你的郵編是多少？A.腦海中浮現(xiàn)出圖像或者手指B.腦海中沒有出現(xiàn)圖像或者手指4.回憶最近跟別人的一次談話。A.回憶起了談話當時的場景B.沒有回憶到任何畫面5.計算一下25×25是多少。A.腦海中浮現(xiàn)出圖像或者手指B.腦海中沒有出現(xiàn)圖像或者手指在這幾個問題中，選A，得1分，選B得0分。如果你的分數(shù)大于等于3分，那么你就是依賴視覺化思維。相反，要是得分小于等于2，那就是依賴語言思維。日本神戶大學的研究人員就是用上面這些題目來區(qū)分人們的思考習慣。學會把數(shù)字變成圖形我們知道手指對于計算的重要性，并不是說就要真的用手指來做數(shù)學，而是要順其自然，當孩子使用手指的時候，不要強行去糾正他們。這是一個對數(shù)字的感知和適應的過程，直到他們把這種數(shù)字的感知內(nèi)化，做到“手指在心中”，就不再需要真的掰著手指來算了。經(jīng)過借助手指的階段之后，還可以利用其他的視覺工具來培養(yǎng)圖形化思維，幫助學習數(shù)學，比如美國斯坦福大學的神經(jīng)教育學家波勒等人就用下面的圖形來教學生代數(shù)。他們先是讓學生觀察圖中第一個正方形的紅色邊緣，讓他們計算這里面有幾個小正方形，而不是直接把小正方形的數(shù)量數(shù)出來。在第一個正方形下面的6個方格中，是學生們提出的不同方法來計算邊緣小正方形的數(shù)量?？梢钥吹剑麄兿仁钦页隽似渲械囊?guī)律，而后用代數(shù)的方法把這個規(guī)律抽象出來。比如在上面第一格的方法中，學生們用不同的色彩把邊緣小正方形分成兩類，紅色的是水平邊緣的小正方形，藍色的是垂直邊緣的小正方形。通過比較兩類小正方形的數(shù)量關系，總結(jié)出規(guī)律，歸納成代數(shù)公式。用圖形一樣可以做常規(guī)的加減乘除，我們分別用一個紅色的大正方形表示100，綠色的條帶表示10，黃色的小正方形表示1，那么用這些圖形來做運算，可以把很復雜的運算變得一目了然。比如說上圖里要計算26+38，一條綠色的小正方形代表的是10，那么26就是兩條綠色的小正方形加上6個黃色的小正方形，而38是3條綠色的小正方形加上8個小正方形，這樣就化繁為簡，5個綠色條帶是50，剩下的小正方形是14，那么答案就是64。同樣地，乘法也可以用這些方格來表示，比如簡單的3×4，就可以用長和寬分別是4和3的矩形來表示。那么對于更復雜的乘法也一樣，比如下面的12×13，就是長和寬分別是13和12的矩形，這個矩形又可以被拆分成我們前面用到過的圖形，即一個代表100的紅色大正方形和5個代表10的綠色條帶，然后是黃色小正方形。這樣就可以把像12×13這樣不能一下通過心算得出的乘法運算也變得很直觀，就是100+5×10+6=156。能夠做簡單的乘法運算也就一樣可以做代數(shù)運算，比如要是把上面的紅色正方形的邊長10用x來表示，那么整個圖形就是（x+2）（x+3），這樣就可以很方便地計算出這個二項式，其實就是正方形的面積x2，加上5個綠色條帶的面積5x，最后再加上6，也就是x2+5x+6。學習方法1.從視覺化思維到視覺化筆記：在做筆記的時候畫畫在學校里，你要是在上課做筆記的時候畫畫，肯定會被老師看成是在開小差。不過其實用畫畫或者說是圖形來輔助文字的筆記，才是一種高效的學習方法。不信，你可以看看達·芬奇是怎么做筆記的。達·芬奇的筆記總是圖文并茂，而且不論是文字的筆跡還是旁邊的草圖都十分細致。達·芬奇在對自然界和對人體的觀察、學習中積累下了許多這樣的筆記，這是他思考的結(jié)晶。作為文藝復興巨匠，達·芬奇是利用圖形化思維的成功案例之一。其實這位天才的學習方法我們也可以借鑒。我們不妨也用這種圖形和文字相輔助的方法來做筆記，叫作視覺化筆記（Sketchnoting），它最開始被用在學習工程設計上，后來逐漸被用來學習其他所有的學科。下面我們來說說怎樣做視覺化筆記。首先，你不需要畫得很好，可以只是用箭頭之類的簡單符號，不一定要畫漫畫或者素描什么的。關鍵是能夠幫助你自己理解和記憶，所有的筆記都是為了這個目的。在做筆記時用簡單的圖形來表示不同概念之間的邏輯關系，有助于厘清思路，幫助大腦將新接收的信息與記憶里已有的信息聯(lián)系起來，促進理解和記憶。你可以先把自己聽到的信息記錄下來，然后在后續(xù)的整理過程中加上表示它們之間邏輯關系的符號，這同時能夠幫助你梳理信息。達·芬奇的筆記當你接觸到一個知識時，把你大腦中浮現(xiàn)出來的畫面記住，這是你自發(fā)地將信息視覺化。在做筆記的間隙，你可以把這個畫面中最讓你印象深刻的圖形元素提煉出來，畫在筆記里。比如在下面這個筆記中，也許記筆記的人在某個時刻想起了自己過去的一個老師說過什么，于是在公式和圖形旁邊直接畫了那個老師的頭像。這些在別人看來似乎是與內(nèi)容不相關的圖形，都來自你自己的聯(lián)想，與個人過往的經(jīng)歷和知識密切相關，它們能在你以后復習的時候，幫你回憶起當時聽課的情境和感悟。東方VS西方：圖形還是語言？法國人數(shù)數(shù)的方式一直被人調(diào)侃，因為他們不說“70”，而是說“60加10”；他們不說“80”，而是說“4個20”，而90卻是“4個20加10”。這種奇葩的數(shù)數(shù)方式連同樣說法語的比利時人都看不下去，于是比利時人果斷創(chuàng)造出了法語里的70、80、90，終于正常了。法國人是不是腦回路很驚奇這不得而知，但整體上來說，西方人和東方人在數(shù)數(shù)或者是做心算時確實是很不一樣的?？茖W家們用fMRI來掃描人們的大腦，發(fā)現(xiàn)同樣都是用阿拉伯數(shù)字來做計算，西方人心算時，用到的是大腦里掌管語言的布洛卡區(qū)，而中國人做心算主要用的是跟視覺和運動相關的神經(jīng)網(wǎng)絡。也就是說大家同樣是在計算“4+4”，得出的答案也同樣都是8，但得出這個答案的過程卻很不一樣。其實不只是做心算，就連很簡單地比較兩個數(shù)字的大小，我們和西方人使用的腦回路也不一樣。西方人更依賴語言來解決數(shù)學或者是抽象邏輯問題。早在2002年，心理學家們就覺察到一些端倪。當時他們并沒有用像大腦掃描成像這樣的技術，只是比較美國的白人和華裔在做抽象推理時的區(qū)別。心理學家讓他們一邊推理，一邊大聲地把自己推理過程說出來。美國白人明顯更喜歡這樣的方法，在大聲說話時他們能夠更快、更準確地推理，而華裔卻很不習慣。這似乎說明白人更依靠語言，而東方人更借助視覺想象來解決抽象的問題。至于為什么會這樣，科學家們提出了很多種假設。有的認為這跟中國人和西方人從小接受的教育有關系。于是科學家們找了新加坡的學校來做實驗，因為新加坡學生的數(shù)學成績一向很好。新加坡學校主要用兩種方法來教數(shù)學，一種叫作模型法，也就是讓學生把數(shù)學問題用圖形來表示出來，然后根據(jù)圖形來思考。比如說有一個問題是：“你有70顆蘋果，我有30顆蘋果，那么我們兩個一共有幾顆蘋果？”根據(jù)這個問題，老師會讓學生像下面這樣用兩段長方形來表示不同的數(shù)量，然后再算出總數(shù)。另一種方法叫符號法，它讓學生把數(shù)學問題通過各種符號，轉(zhuǎn)化成方程式。這個方法是我們更熟悉的?？茖W家的研究發(fā)現(xiàn)，用這兩種方法來解決數(shù)學問題的學生成績都一樣好，所以從結(jié)果上來看也說不出哪一個方法更好。但是在解題過程中，學生用到的腦回路不一樣。用符號法的學生大腦中的楔前葉更加活躍，楔前葉在大腦兩個半球的內(nèi)側(cè)（見圖），這也就是說這個方法更費腦子。相比之下，模型法借助圖形，更容易理解，于是科學家們推論這種方法的普及讓東方人更習慣用視覺圖形來思考數(shù)學問題。但這個說法有明顯的局限，畢竟新加坡不能代表東亞的廣大地區(qū)。另一種說法是由于珠算在亞洲的普及，讓人們更習慣圖形化思維運算。也有學者將這個差異歸因于東亞集體主義的文化——東方人更注重整體以及整體中不同個體之間的關系，而西方人更注重個體。近幾年來，隨著基因組學和遺傳學的進步，生物學家們又試圖從基因和遺傳的角度來解釋東西方差異的深層次根源。但不論這種差異的起源是什么，東方人和西方人在思維和認知模式上的差異是確實存在的，這也給教育提出了新的問題：西方的教育方式哪些是符合東方人的特點的？哪些又需要根據(jù)我們自身的特點來改進？2.思維導圖學習法大家也許都聽說過或者用過思維導圖，它能夠用圖表把復雜的信息簡潔明了地表示出來，所以一般人們會用思維導圖來對知識進行歸納和整理。不過歸納知識其實是學習的最后一個環(huán)節(jié)，思維導圖的用處可不只是這些。大腦的思維模式是發(fā)散的，用思維導圖不但可以用最直觀的視覺來幫助這種發(fā)散思維，也能夠“整理”這些發(fā)散出來的想法。這要從我們大腦學習和記憶的機制說起。比如說對于“貓”這個概念，在大腦中并不是由專門的一個區(qū)域來儲存的，而是分散在大腦皮層不同的部位：貓的外貌儲存在視覺皮層、毛茸茸的感覺儲存在軀體感覺皮層、喵喵的叫聲儲存在聽覺皮層，還有跟貓有關的愉快或者難過的記憶，儲存在前額葉和邊緣系統(tǒng)組成的回路中。其他的概念也是一樣，都被分成不同的方面，儲存在不同的神經(jīng)網(wǎng)絡中。當我們學習一個概念時，會了解到關于它的方方面面；而在回憶起它的時候，也會陸續(xù)想起這些不同的方面來。我們的記憶和想法都是以各種片段的形式儲存在大腦網(wǎng)絡中，而思維導圖的結(jié)構(gòu)正體現(xiàn)了這種網(wǎng)絡化的記憶。怎樣更好地使用思維導圖呢？（1）最好是用筆在紙上或者白板上畫思維導圖，因為這樣比在電腦上畫更快、更方便，能夠快速捕捉自己想到的東西。（2）從紙或者白板的中間開始畫，這樣可以鼓勵你的思維向各個方向發(fā)散。（3）用圖形來描述其中的要點，因為圖形更直觀，更讓人印象深刻，也能夠激發(fā)你自己的想象力。（4）使用不同的顏色來畫，因為色彩能夠使大腦保持興奮，讓你的思維處于活躍狀態(tài)。（5）把首先想到的東西畫在思維導圖的主干上，然后再從這個主干開始分支，延伸出其他的想法，這樣不但符合思維發(fā)散的規(guī)律，也便于聯(lián)想。（6）每個結(jié)點上最好就使用一兩個詞，簡潔明了。（7）盡量多畫圖形。第三章在夢中學習“讓我們學會做夢吧，然后我們或許就會發(fā)現(xiàn)真理?！薄聡瘜W家凱庫勒高中化學課本上曾經(jīng)提到過化學家凱庫勒是在夢里想出了苯環(huán)的分子結(jié)構(gòu)，這是科學史上最富有傳奇色彩的發(fā)現(xiàn)過程。其實凱庫勒做過兩場關于苯環(huán)分子結(jié)構(gòu)的夢?！拔疫M入了夢鄉(xiāng)，原子們在我眼前跳躍。我之前總是看見這些微小的粒子處于運動中，但在夢里不一樣：不同的原子開始配對在一起，一個大的原子抱住了兩個小的原子，然后這三個原子又被一個更大的原子抱住，然后整個原子團在旋轉(zhuǎn)。大的原子連接起來，形成了一條鏈，拉著小的原子?！边@是凱庫勒后來回憶起的第一場夢，而第二場夢則更富戲劇性?！拔耶敃r正坐在那里編寫課本，但遇到了瓶頸，沒有什么進展，我已經(jīng)開始走神了?！眲P庫勒回憶說。“于是我把椅子轉(zhuǎn)過去，朝著火爐，慢慢睡著了。在夢里，我又看到原子們在我眼前跳動，不過這次，那些小的原子都遠遠地留在背景中。我在夢里仔細觀察那些大的原子，這些大的原子組成的鏈條開始像蛇一樣彎彎曲曲地爬行。突然，我很驚訝地看到那只蛇扭過頭，咬住了自己的尾巴，形成一個圓環(huán)在我眼前旋轉(zhuǎn)。這時候猛然間我就醒了，趕快提起筆，連夜把我的發(fā)現(xiàn)寫了下來?！眲P庫勒回憶完自己的第二場夢，馬上又提醒到：“讓我們學會做夢吧，或許我們就會發(fā)現(xiàn)真理，但在把夢到的東西發(fā)表之前，要小心求證。”睡一覺難題全解決在復習考試的時候，我們都會覺得時間不夠，有的人干脆熬夜讀書，而對許多不能熬夜的人來說，肯定有想過要是能在夢里學習該多好啊。這個想法似乎有些科幻，但我們確確實實可以在夢里學習。美國波士頓的研究人員招募了99位志愿者做一個關于夢的實驗。首先，研究人員讓志愿者在電腦上玩一個在三維空間里走迷宮的游戲，志愿者們必須以最快的速度走