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“举一反三”在大脑中有实现机制

时间:2018-06-19 来源:中国社会科学网-中国社会科学报 作者:周爱保 蒋慧

  古语云“授之以鱼不如授之以渔”,教师的教学过程正是“授之以渔”的过程,即不仅要学生学会所学内容,更要让学生掌握规律和方法,能够触类旁通、举一反三。那么“举一反三”在大脑中是如何实现的呢?认知神经科学研究发现,在指令指导的条件下,学生能够快速学习一种复杂的任务,并且能够把学习到的规则应用到新任务中,达到举一反三的效果。这种基于指令的快速学习叫做快速指令任务学习,它是一种快速重组大脑资源去适应新情况的能力,也是大脑认知控制灵活性的一种体现。比如按照说明书组装一个书柜,按照菜谱尝试做一道新菜品,按照教程学习一款新游戏等。近年来,随着认知神经科学的卓越发展,这一心理加工过程的脑机制逐渐被揭开神秘面纱。

  快速指令任务学习是指按照明确指令快速调用已有知识完成新任务的能力,是通过指令快速学习一个新规则或新任务的加工过程。快速学习一种新规则并将其应用到更多新情境中的能力,能够帮助我们更好地适应这个瞬息万变的社会。几乎在每一个认知实验中,被试都需要根据简单的指导语去学习实验任务,并能够在有限次数的练习下举一反三,快速掌握实验程序的操作,一旦被试开始实验任务,通常能够顺利执行并保持较高的正确率。这种能力不仅很好地说明了认知控制的灵活性,也是人们在生活和学习中经常用到的。有别于强化学习,快速指令任务学习不需要外界刺激反馈,首次执行的正确率就很高,与重复任务的成绩差异很小。相比之下,在快速指令任务学习过程中,学习者能够根据指导者准确的语言描述或给出的明确指令,直接理解正确的任务是如何执行的,明确的指令为学习和执行任务提供了捷径,大大提高了效率。根据以上特点,快速指令任务学习在认知加工过程中至少需要具备以下两个必要条件:一是能够识别和表征任务规则及任务成分;二是能够快速更新和重组任务规则及任务成分。

  快速指令任务学习的加工过程体现了认知控制的灵活性和适应性。研究表明,在快速指令任务学习的认知加工过程中,规则表征和工作记忆的储存与提取是至关重要的加工环节。在实验任务中,被试首先需要识别和加工任务特征信息,这一过程涉及视觉信息加工、语义信息加工及注意资源分配等心理加工过程;表征任务规则信息后需要将其迅速整合、储存在工作记忆中并维持至探测刺激出现;在探测刺激出现后,迅速调用储存在工作记忆中的规则信息,对探测刺激做出相应的判断和决策。不难看出,快速指令任务学习至少包含三个阶段:任务设置形成阶段,将任务成分表征进行整合,形成相应的任务设置;任务设置识别阶段,维持形成的任务设置并进行识别和重置;决策和反应阶段,根据任务规则要求计划和作出相应的反应。

  Ruge和Wolfensteller在fMRI研究中发现,任务由新颖到熟练的过程中,在外侧前额叶皮层(LPFC)上有一个由中到后的变化。Cole等人的研究表明,被试能够在短时间内快速学习复杂的新任务,LPFC能够表征行为相关的任务信息,是将熟悉的规则表征转换到新任务情境中的重要脑区。由此可见,LPFC是快速指令任务学习执行过程中起到关键作用的脑功能区,为任务规则信息表征提供了支持。在一项事件相关功能磁共振成像研究中,研究者让被试根据反馈来推理决策规则,并用学习到的规则完成随后任务的判断,结果表明,双侧的额极皮层,也就是前侧前额叶参与了推理和规则学习的过程。另有关于前额叶的研究表明,前侧前额叶皮层(布鲁德曼10区)的功能包括工作记忆的维持。Bunge等人通过规则学习的fMRI实验研究发现,背外侧前额叶的激活和基于规则的反映选择更为相关。近期一项实验发现,在任务执行时右侧前额叶有显著激活,尤其是在决策过程中外侧前额叶有较强的激活。

  综上,快速指令任务学习涉及表征任务信息的大脑皮层以及控制认知决策的大脑皮层,是一个任务规则信息识别、编码、储存、提取的过程,如图所示,任务规则通过语义、视觉、运动等初级皮层进行信息识别,在外侧前额叶中进行表征整合,由前侧前额叶支持工作记忆的维持,再由前侧前额叶的调配功能驱动外侧前额叶进行决策判断。在指令任务中,外侧前额叶快速整合已学习的任务规则,并在前侧前额叶的参与下,将规则转换至新任务中,从而为“举一反三”的实现提供了脑基础。

  快速指令任务学习是一种基于精准的指导直接学习新内容的学习方式,在教学中其优势体现在,掌握了任务规则后,学生就能快速地在任务要素相似的任务中举一反三。相比之下,快速指令任务学习更适用于新知识、新技术、新设备的学习。例如,在手工艺、机械操作等需要师徒传承的行业中,师父教徒弟学习技术,对于入门阶段的徒弟来说,最有效、最明确的学习方式是师傅告诉徒弟仪器每一步需要如何操作。在教学中,尤其是理科教学,面对新内容,教师首先讲解公式和原理的规律规则,学生掌握规则原理后,对学习内容的掌握会更为高效。学习的方式是多元化的,针对不同的学习内容采用不同的学习方式,才能更快速、更准确、更牢固地掌握学习内容。

 

  (作者单位:西北师范大学心理学院)

作者简介

姓名:周爱保 蒋慧 


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