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日志

《精确学习》:脑科学、AI和教育

热度 1已有 1042 次阅读2023-8-4 10:15 |系统分类:地理新闻

 《精确学习》脑科学、AI和教育

   作者斯坦尼斯拉斯·迪昂是认知心理学、脑科学、计算机不同领域的跨学科专家,两位院士作序推荐,值得浪费两天时间。这本书不该翻译成精准学习,绝对配得上它本来的名字《How we learn》。

    ​在AI方面,脑科学为AI算法提供坚实的基础。神经网络、深度学习和强化学习无一不在模仿大脑突触和皮层的工作原理。令人震惊的是在ChatGPT没推出之前,迪昂对AI算法道路预判是正确的(逻辑是基于概率计算),这不是通识,现在还在争论。
​教育方面,他从AI算法反推人类是如何学习的,辅以目前最新的认知心理学理论和试验佐证,比较有说服力。归纳起来四个核心支柱:注意,主动参与,错误反馈和巩固。给的教学建议具体实在,真希望更多人看到。比如错误反馈这一部分他告诉我们,测试其实是最有效的反馈方式,但我们在日常教学中以分数成绩评价使其无效,甚至效果相反。可以采用卡片测试,正面问题背面答案。想来我一直鼓励学生快速做题,马上对参考答案,也算是歪打正着。

     以下是对书中教育部分的重点摘抄,迪昴把学习过程总结为四个核心支柱:注意、主动参与、错误反馈和巩固。

一、注意

每个学生都应该学会把注意力集中到什么地方去,老师应该对注意多加关注!如果学生不能关注正确的信息,他们就不太可能学到东西,因此作为一名老师最大的能耐就体现在能够不断引导和吸引孩子们的注意力,以便正确地指导他们。

· 警觉,指何时需要集中注意,并调试警觉水平。

· 定向,指应注意什么,并放大任何感兴趣的目标。好的教学效果需要我们将注意力一直放在孩子的注意的定向功能上。教师必须仔细挑选他们想让孩子关注的内容,因为只有那些可以持续引起注意的内容才会获得足够的注意资源,在脑中被表征出卖,然后被高效地学习。而那些在注意的竞争中落败的刺激物,几乎无法激发儿童突触的可塑性。

· 执行控制,指决定如何处理所关注的信息,选择与给定任务相关的处理过程以及控制它的执行过程。不能指望一个孩子或大人可以同时学两项内容。因此,教学需要关注到注意的极限,尤其需要仔细区分特定任务的优先级。任何分心都会延缓我们的学习进度或浪费我们的努力,因为如果我们试图同时做几件事,我们的中央执行系统很快就会跟不上节奏。

共同关注:

父母和老师要时刻谨记这一重要事实,因为你们的态度和视线对孩子来说非常重要。通过视线和语言交流来吸引孩子的注意可以确保他和你共享同一个注意对象,同时还会增加他们记住你想要传达的信息的概率。

教育工作者必须不断地思考学生不知道什么,并基于此调整自己的表达和示例,以便快速地增加学生的学识。一旦学生知道老师清楚地了解他们不知道什么,他们就会把老师的每一个动作都理解为正在试图向他们传授新知识。这个良性循环会一直持续下去:大人明白,孩子知道大人清楚哪些东西是他们不知道的……这促使大人可以选择那些孩子可以听懂、可以类比的例子。

在学校里,真正的教学关系包括教师和学生之间很强的心理联结。一名好的老师会为他的学生建立一个心理模型,他知道学生有什么技能,会犯什么错误,他还会采取一切行动来丰富学生的思想。因此,这个理想的老师的形象把那些只是机械性地讲授老套的课程内容,且不根据学生已有的知识和期望因材施教的老师(无论是真人抑或是计算机)排除在外了,因为像这样不动脑子的、单向的教学是没有成效的。反过来说,只有当学生有充分的理由相信老师在尽其所能地传达知识时,教学才会有效。任何健康的教学关系都必须建立在双向的关注、倾听、尊重和信任的基础上。

知道自己不知道是学习最重要的动力,从某个角度看,是和好奇心等价的。

好奇被扼杀的三种形式:提供的刺激与学生认知水平不匹配。问题的难易程度的把握,太简单与太难都会使学生失去学习兴趣。

第二个学校扼杀好奇心的方式,是惩罚错误

第三个社会传递。但是如果老师一开始就表示他自己不总是知道一切,这个新玩具他也没有玩过,那么孩子就会继续探索。

大部分老师已经知道了解决之道是要对好奇心进行奖励,而非惩罚:鼓励提问(不论问题有多不完美),请学生上台报告自己喜爱的题目,奖励他们的主动参与……动机的神经科学机制是非常清楚的:采取某种行动的欲望必须与一个我们所期待的奖励相关联,它可以是物质上的(如食物、舒适感、社会支持)或认知上的(如获得信息)。有太多孩子因为发现即便付出了许多努力也无法从学校获得自己所期待的奖励,所以丧失了好奇心(分数和成绩时常是造成这一悲哀情形的原因)。

三、错误反馈

每个人都应该学会愉快地犯错。思考就是从一个错误走向下一个错误。

优秀的老师非常清楚这些观点,他们每天都在验证那句格言:人非圣贤孰能无过。他们以善意的眼光看待学生的错误,因为他们知道没有人可以不犯错就能学会。他们知道自己应该尽可能冷静地拽出学生的困难所在,并帮助他们找到最好的解决方案。有经验的老师积累了一系列的错误清单,因为所有的学生都曾落入同样的陷阱。这些老师会找到恰当的语言来安慰、安抚和重建学生的自信心,同时允许他们修正错误。老师是来教授知识的,而不是来评判学生的。

根据学习理论,分数只是奖励(或惩罚)的信号。而分数的明显缺点就是它完全缺乏准确性。考试分数通常只是一个简单的分数总和,它包括了很多不同来源的错误,但没有细致地区分它们。因此,它提供的信息不够充分:就其本身而言,它没有说明我们犯错误的原因,也没有说明如何去改正。甚至在最极端的情况下,给学生一个F(不及格)评价,其实没有提供任何有用信息。

因此,如果缺乏详细的、有建设性的评估,分数本身就不能算是错误反馈的来源。分数不仅不精确,而且常常被推迟几个星期才公布,这时候,大多数学生早就忘记了是什么内在推理误导了他们。

数学焦虑症是一种公认的、可测量的、可量化的综合征。有数学焦虑症的学生,其脑中的疼痛和恐惧回路会被激活,包括位于脑的深处的杏仁核,它与负面情绪有关。这些学生并不比其他人笨,只是他们曾体验到的情绪海啸摧毁了他们的计算能力、短期记忆能力,尤其是学习能力。

对人类和动物进行的大量研究证实,压力和焦虑会极大地阻碍学习能力。

坚信任何人都可以进步,这本身就是进步的源泉。相反,那些坚信技能不可改变,认为一个人要么是天才要么不是的学生表现会更差。事实上,这种固定型思维会使人失去动力:它既不鼓励学生集中注意,也不鼓励主动参与,而且它把错误理解为自卑的标志。

即使是学业成功的学生也会受到固定型思维的影响。他们也需要努力以维持他们的学习动力,如若我们让他们相信,因为他们有天赋所以不必努力,这对他们没有任何好处。

老师存在的意义不是为了吓唬学生,而是帮助他们克服对学习的恐惧。一旦克服了这种恐惧,学生们对知识的渴求就会永无止境。

自我检测是最好的学习策略之一,因为它迫使我们意识到自己的错误。

矛盾的是,学生和老师都没有意识到测试的效用。如果你问他们的意见,每个人都认为测试是一种干扰,学习才是最重要的。这就是为什么学生和老师对不同学习方式的学习效果的预测与实验结果完全相反:根据他们的看法,我们学得越多,就应该学得越好。因此,大多数学生自发地把大把时间花在课堂笔记和课本上,用不同颜色的荧光笔来标出每一行的重点……然而,这些策略的效果其实都比不上做一个简单的测试。

其实你自己就可以很容易地将这些想法付诸实践。你要做的就是准备一些卡片,在它们的一面写问题,另一面写答案。为了自我检测,你可以一张接一张抽出卡片,试试看你记住的每一张卡片的答案是什么(预测),然后翻到另一面进行检查(错误反馈)。如果你说出的答案是错误的,把卡片放回最上面——这将迫使你马上重新审视相同的信息。而如果你说出了正确的答案,那就把卡片放回底部,没有必要马上重新研究它,但它迟早可能会被我们遗忘,因此我们必须在那之前及时把它拿出来复习。现在有很多手机和平板电脑应用程序都可以让你建立自己的卡片集,一些学习软件也有类似的算法。

黄金法则:间隔学习。这个黄金法则是说间隔训练总比集中训练效果好。确保长时记忆得以保持的最佳方法是进行一系列的学习,其间穿插测试,且间隔时间越长越好。

几十年来的心理学研究表明,如果你有固定的时间去学习一些东西,那么间隔学习比集中学习更有效。实验结果表明,当你有规律地间隔复习时,你可以将你的记忆效果提升3倍,因此不要试图一下就学会所有的东西。所有的音乐家都知道这个简单的原理:以一周为例,每天练习15分钟要比在一天内练习2小时的效果更好。实验结果表明,为了让学生能把自己所学的知识都运用到考试中,在设计章后习题时最好把各章不同的问题混合在一起,而不是把学生局限在最近所学的课程内容上。

四、巩固

巩固是学习的第四大支柱,所有的学习都需要相当程度的努力和付出,此时会大量活化顶叶和额叶的空间和执行功能。

睡眠可以减少遗忘

一旦第一节课被推迟半小时到一小时,青少年就会得到更多的睡眠,上学的出席率会提高,课堂注意力会提高,成绩也会提高。并且这些积极的影响可能会持续下去:美国儿科学会(American Academy of Pediatrics)强烈建议把推迟早上上学时间作为应对青少年肥胖、抑郁,甚至交通事故的有效措施。借助这些措施,儿童和青少年整体的身心健康可以轻松地、完全不需要付出任何代价地得到改善,这为教育系统适应人脑生物学的局限性提供了一个极好的例子。

对教育的十三条建议:

· 不要低估孩子的能力。

· 利用脑的敏感期。

· 丰富孩子的生活和学习环境。

· 打消每个孩子都不一样的观念。认为每个人都有不同的学习风格的想法是错误的。神经影像研究显示,我们都依赖于非常相似的脑回路和学习规则。阅读和数学的脑回路在我们每个人身上几乎都是一样的,仅几毫米的差距——即使是盲童也是如此。我们在学习中都面临着相似的障碍,可以用同样的教学方法克服它们。个体差异,如果存在的话,更多地是孩子现有知识水平、动机和他们学习的速度的差异。谨慎判断孩子当下的水平,以便选择最合适的问题。但最重要的是,确保所有孩子都学会每个人都需要的语言、文字和数学基础。

· 培养孩子的专注力。专注力是学习的门户,如果信息没有先被注意力和觉知放大,那么我们几乎不会记住它。老师应该成为吸引学生注意力的大师,并将他们的注意力引导到重要的事情上。这意味着要小心地消除所有让孩子分心的因素:插图过多的课本和过度装饰的教室。

· 保护孩子的活力、好奇心、参与意愿和自主性。被动的学生学不到东西。让他们更活跃,激发他们的聪明才智,让他们充满好奇心,不断产生新的假设。但不要指望他们能自己发现一切,要通过结构化的课程来引导他们。

· 让每一个上学的日子都变得愉快。奖赏回路是脑可塑性的重要调节器。通过奖励他的每一次努力来激活它们,让每一个小时的课堂都变得生动有趣。没有孩子对物质奖励无动于衷,他们的社会脑区对微笑和鼓励的反应也是一样的。被赞美的感觉和对自己进步的意识本身就是奖励。要消除阻碍学习的焦虑和压力,尤其是在数学方面。

· 鼓励努力。愉快的学校体验并不等同于毫不费力。相反,大部分有趣的学习,如阅读、数学或演奏乐器等,都需要多年的练习。认为一切都很容易的信念可能会让孩子以为,如果他们不成功,他们就是笨蛋。要向他们解释,所有的学生都必须努力,当他们努力的时候,每个人都会进步。要保持一种成长的心态,而非一成不变的心态。

· 帮助学生深入思考。大脑处理信息的程度越深,我们的记忆力就越好。永远不要满足于肤浅的学习,要着眼于更深层次的理解。记住亨利·罗迪格的话:让学习条件变得更困难,从而要求学生投入更多的努力,这往往会增强记忆力。

· 设定明确的学习目标。当学生清楚地知道学习的目标时,当他们看到他们可以支配的一切都朝着这个目标汇聚时,他们就会学得更好。清楚地告知你对他们的期望,并将重点放在实现目标上。

· 接受并纠正错误。为了更新他们的心理模型,我们的脑区必须交换错误信息。因此,犯错是学习的必要条件。我们不要惩罚错误,而要通过给孩子详细的但无压力的反馈来迅速纠正它们。教师提供给学生的反馈质量是推动学业进步的最有效杠杆。

· 定期练习。一次性学习是不够的,孩子需要巩固他们所学的东西,使其成为自动的和潜意识的反射性知识。这样的自动化状态可以解放我们的前额叶和顶叶回路,让它们参与其他活动。最有效的策略是腾出空间学习,每天腾出一点点空间。间隔练习可以让信息永久地印在记忆中。

· 让学生睡好觉。睡眠是我们学习算法的重要组成部分。我们的脑在每次睡觉时都会受益,甚至在我们打盹的时候也是。因此,让我们确保孩子睡得又长又深。为了最大限度地利用脑在夜间无意识的工作,在入睡前学习一节课或重读一道题可能是一个绝妙的诀窍。由于青少年的睡眠周期发生改变,所以我们不要太早叫醒他们!

所有的孩子都可能从了解学习的四大核心支柱中受益:注意、积极参与、错误反馈和巩固。全神贯注”“参与课堂”“从错误中吸取教训”“每天练习,利用每一个夜晚这四个口号有效地概括了它们。这些都是非常简单的信息,我们都应该注意。

 

发表评论 评论 (1 个评论)

回复 geonet 2023-8-5 10:42
在微信读书也看到这本,没有读,以前读过《人是如何学习的》认知科学脑科学等读不太懂。《精准学习》非 精确学习

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