脑科学研究:七个科学方法让学习更高效

2021-11-21 大脑帮 

01学会如何学习

知识经济和人工智能到来的时代,老的岗位被淘汰,新的技术不断涌现。每个人都在焦虑中不断学习成长,希望跟上社会前进的步伐。

于是很多人开启了求知之路,听书、购买专栏课程、参加线上训练营等,贪婪的学习着新知识,让自己每天都过得非常充实。学习的重要性不言而喻,但大部分似乎只是把学习当成一个动作,更关注的是学习的内容是什么,有什么用。

而忘记了学习本身,也是一种技能,更是一种能力。从小到大,我们学习过各种知识和技能,但对于学习本身,却少有思考,人类是如何学习的?大脑学习的原理是什么?怎么学习可以更加高效?在我们去学习任何东西之前,难道不应该先掌握如何学习吗?

因此,学会如何学习,才是首先需要学习的,掌握了学习的原理,才能事半功倍。

02大脑是如何学习的

先来看下,大脑学习的路径是怎样的,我们通过视觉和听觉,把接触的信息传递到大脑的神经细胞,神经细胞之间通过它的轴突和树突建立链接,传递信息,形成一张庞大的神经网络,就构成了大脑记忆和思维。

这个神经网络有多大呢,神经细胞大约有140亿个,相当于银河系的所有星星,所以《圣斗士星矢》中常说的“爆发你的小宇宙”确实存在,大脑这个神经网络就是一个小宇宙。

了解了这个信息传递的路径,我们在深入探索下学习中最重要的几个环节,形成记忆、储存记忆、提取记忆以及大脑的思考模式。

1.记忆的形成


本尼迪克特·凯里的《如何学习》中提到,大脑中跟学习相关的有三个部位:内嗅皮层、海马体和新皮层。



内嗅皮层是信息传递的一道闸门,信息通过这个闸门才会形成记忆。海马体负责组合信息,把跟这些信息相关的神经细胞,通过神经突触进行链接,构建新的记忆;新皮层则负责储存记忆。


当你的神经细胞产生的突触越多,细胞之间的连接就越紧密,记忆就被加深。所以想要自己的记忆力更好,你需要不断刺激这些神经细胞的连接,让这张记忆的网络形成更加坚固的模型。
举个例子,当你学习了一个概念,它只跟你原来知识体系中的一个概念建立连接,那么形成的链接就是一条线,如果你把它跟5-10个概念交织建立连接形成一个网络,这个网络中,每个神经细胞的突触都相互连接着,这个概念就很难被遗忘。一根线和一张蜘蛛网,哪个节点连接更容易断开,可想而知。
所以,把新知识融入到原有知识体系中,建立更多的链接,能够让你的记忆更加牢固。
2.记忆的储存和提取
了解了记忆的形成,我们再来看记忆是如何存储的,UCSD(美国加州大学圣地亚哥分校)在 Coursera上开设了一门课程 《Learning How to Learn》,这门课程主要基于神经科学和认知心理学的一些研究成果讲述如何高效学习,它将大脑的记忆分为工作记忆和长期记忆。
工作记忆
在大脑中对正在处理的信息进行瞬时以及有意识加工的这部分记忆,叫作工作记忆。大脑通过专注思考模式,让这些记忆保持活跃;否则,身体就会把能量输送到别处,然后你就会忘记自己之前获取的信息。
工作记忆的容量非常小,只能容纳4个信息组块。所谓组块,从神经科学的角度说,就是大脑通过对信息进行有逻辑的组合,把零碎的信息连接在一起
例如你接触信息之后,首先进入大脑是如上图右侧的零碎拼图,如果你不对信息进行整合梳理,那么4个拼图碎片,就会把你的工作记忆塞满,这就是为什么有些人讲话没有逻辑的时候,超过4句话,你就无法记住他后面在讲什么,因为你的工作记忆的4个储存容量被塞满了。

那么为什么有些人可以记住更多?因为他在听的时候,就及时把这些碎片进行拼接组合,在他的大脑中重新组合,形成一块完整的拼图,这样他就可以容纳4块完整的拼图。同时他还可以不断的把这块完整的拼图跟自己的原有知识发生链接,这样就把这块拼图存放到了长期记忆中。这样就不断的有工作记忆容量腾出,继续接收新的信息,这就是为什么有些人记忆力强,而有些人就是记不住的的根本原因。
长期记忆
长期记忆可以看作仓库,东西一旦存进去,它们通常就一直待在那儿了。这间仓库幽深广阔,可以容纳数十亿件物品,而且包裹很容易因为埋得太深,而难寻踪迹。
长期记忆在平时都处于休眠状态,当你需要提取的时候,短时工作记忆会唤醒长期记忆,长期记忆变成一个新的记忆信息被使用,使用后,再次转为长期记忆进入休眠模式。
记忆不是固定的,它有生命,而且一直在变化,当你把记忆提取后再储存时,记忆会变化更新,这个过程称为再巩固。在记忆巩固的过程中,如果添加新的想象信息进入,就会改变记忆信息,让你以为想象的信息是真实存在。
比如:你的记忆原来是周一晚上看了一本书A,当你第二天回忆昨天晚上看了什么书,你想起来A之后,在存入记忆的时候,不小心又联想了一下周末看的一本书B。过一段时间,当你想要再次回忆周一晚上看了什么书,你的记忆会告诉你,你看了B,或者A,或者A+B,这样就导致了你记忆混乱。
因此为了让长期记忆不会出错和消失,需要不断提取和存储记忆。
【小结】工作记忆和长期记忆的工作原理有点像电脑的内存和硬盘的关系,短期记忆像内存,是用来储存临时的信息,当你没有保存或者重启电脑,内存会被释放清空。长期记忆像硬盘,保存之后,关机了信息也不会丢失,但需要你经常使用,防止忘记它的位置。

3.大脑的思考模式
了解了记忆的形成、储存和提取之后,我们还需要再了解大脑的思考原理。从21世纪初以来,神经学家已经对大脑的两种思维模式研究上有了很大进步,这两种模式分别是:专注模式和发散模式。
专注模式,即注意力高度集中的状态,它主要使用的场景是解决你经历过的问题,这时候,大脑会在长期记忆库中,快速找到跟这个问题相关的区域的记忆组块来思考。比如你已经掌握了数学的加减乘除口诀表,当你要用这个知识去计算加减乘除的时候,大脑就就会进入专注模式,直接提取加减乘除的口诀表使用。
发散模式,即大脑处于放松的休息状态。它主要使用的场景是学习新知识或者解决陌生领域的问题。比如当你要学习人工智能,你的长期记忆中并不存在熟悉或相关的记忆组块,这时候,大脑就进入发散状态,在长期记忆库中随便瞎逛,来尝试找到能够帮助你理解人工智能的知识点。


在我们的日常活动中,大脑会频繁地在两种模式之间不停切换。虽然两种模式无法同时工作,但当你先通过一段时间专注模式后,你去散步或者运营的时候,发散模式就会悄悄启动,继续帮你寻找解决办法,有时候突然有了灵感,就是发散模式工作的结果。


据说托马斯·爱迪生就经常使用这种方式来帮助思考,他经常常坐在椅子上休息的时候,手里拿着一颗滚珠,然后慢慢放松自己,不在约束自己的思考,随意思考之前的工作内容,当他想着想着要睡着时,滚珠从手中掉落的声音,会把他吵醒,然后他开始继续工作,大脑中就会有一些新的点子出来。


说到这,大脑的学习原理就基本了解差不多了。在这一部分,我们重点了解了:工作记忆和长期记忆,记忆的储存跟记忆组块有很大关系,你的组块搭建的越有结构,记忆更容易储存和提取。长期记忆需要不断被提取使用,才能不断强化记忆。大脑有两种思考模式,学会模式的切换,可以提高大脑的工作效率。


03如何科学的高效学习

了解了大脑的学习原理,我们就可以根据这些原理更好更科学的使用大脑,做到知其然知其所以然,接下来,我们就讲述几个根据原理来实践的学习方法。
1.通过空间和视觉进行记忆
《Learning How to Learn》提到,大脑有很强的视觉和空间记忆能力,简单来说就是记忆更加关心东西在哪,外观如何。比如当我们要记住一个人的时候,看到这个人的外貌和穿着更有利于我们记住他,如果只是给一张名片,就很难记住。
这也是为什么在学校的时候,数学比语文更难学习的原因,因为语文中的很多知识,可以在现实中找到对照物,而数学只是符号,是一种抽象的概念。
了解这个原理之后,我们在日常学习新知识的时候,可以加强视觉和空间效果,比如看书,可以用颜色笔划重点,写笔记画思维导图等方式强化视觉记忆。一来加深新知识的视觉记忆,另一方面可以建立新知识之间的逻辑关系,压缩组块,提高短期记忆工作效率


2.建立知识之间的链接


《Learning How to Learn》中提到记忆组块有两个作用:



1、将新的组块和原有记忆组块结合起来,形成创新性思维。



2、帮助理解新概念,在理解新概念的时候,组块会和相似的组块快速链接,通过类比的方式帮助你理解。


我们掌握的知识,在大脑里面是以组块的形式存在的,比如你学习了三角函数,会形成一个三角函数的组块,你又继续学习了方程式,同样的也增加了一个组块。这些数学相关的组块放在一起,就是数学组块库。
当你大脑中的组块非常多,而且相互之间有一定的结构逻辑组合时,你就是这个领域的专家,你的专注模式思考的效率就比别人高,解决问题能力自然就更强。
因此当我们学习新知识的时候,可以通过以下4步,帮助形成组块。

集中注意力,分心会严重影响组块的形成;
建立新知识的最核心概念关键词;
知道什么场景下使用;
跟原有的知识体系建立连接;


这里需要注意,学习新知识时必须保持专注,不能带有情绪。在你生气、紧张、害怕的时候,信息不会被传递到工作记忆中,此时大脑是不能正常工作的,这也是为什么在吵架的时候,根本听不进别人话的原因。


3.切换思考模式
第二部分,我们讲到了大脑的两种思考模式,当你在一种模式太久时,建议切换另一个模式。在学习和工作中,但你陷入毫无头绪时,停下工作,换个事情做做,有可能给你更好的创造力。


《三体》的作者刘慈欣也曾提到过这种方法,当他遇到瓶颈时,就会主动放下手上的工作,然后走上好几个小时。他认为灵感就像种子,当你种下之后,自然而然的有一天会突然发芽。


著名的蔡格尼克记忆效应也证实了这一点,它是指人们对于尚未处理完的事情,比已处理完成的事情印象更加深刻,内心会产生强烈的渴望去完成这个未完成的工作。因此当你停下工作之后,大脑的发散模式会默默启动,继续解决这个问题。


4.交替练习
跟切换思考模式一样,交替的练习,同样对学习有促进作用。交替学习是一个认知科学的术语,意思是把既相关也不相同的题材混合到一起来学习。在学校的时候,我们的课表安排也是按照这个原则进行的,比如上午学习语文、数学、英文,下午在学习数学、体育,而不是把两门数学都放到上午连着一起学习。


《如何学习》中提到一个案例,2007年,南佛罗里达大学的罗勒和泰勒教授做了一个实验。他们找来了24个小学生,辅导他们根据棱数来推导棱柱体有多少边、面和顶点。其中一半学生先学习从棱的数量推导,再学习从角的数量推导。而另一组学生混着学习。



第二天所有人参加一场考试,结果显示,交替学习组的正确率是77%,是集中学习组的38%的两倍多。可见,交替学习对提高数学解题能力格外有效。


作者的观点是交替的练习,让你的大脑一直处于应对不同场景挑战的准备中,让你的应变能力得到更好的训练。《Learning How to Learn》也有类似的观点,认为交替学习可以让大脑更有灵活性和创造性。

5.回顾学习
很多人喜欢的学习方式是反复阅读,脑科学研究表明,对已经掌握的概念,不断反复学习强化,并不能加强长期记忆的联系。心理学家Jeffrey Karpicke也证明,这种方法的成效远不及另一种简单技巧:回顾。
所谓回顾,就是阅读材料后,移开视线,看看你能回忆起多少内容。


Karpicke发表在《科学》杂志上的研究,运用以下这些方法提供了可靠证据,先让学生们学一篇科技文本,然后通过回忆其中信息来巩固练习。接着,让他们重读并再次回想,也就是再一次努力记住核心思想。



结果是,相同时间内,仅用回顾法练习的学生,较使用其他学习方法的学生而言,对材料的掌握更为全面深入。其他学习方法包括反复阅读资料,或者绘制据说可以加强学习材料之间联系的思维导图。学生通过正式考试或非正式自测,都证明了回顾法有助于学习。


这个实验告诉我们,回顾知识不是机械的复述,而是通过回顾这个过程加深理解。这个过程相当于不断把工作记忆存入长期记忆,又提取出来再次存放。通过第二部分的学习,我们知道这个过程可以强化神经突触,加强记忆。


6.睡觉巩固记忆,解决难题
一场疫情,让全国人民觉得在家睡觉就是对国家做贡献。这不是错觉,睡觉在脑科学领域有一个主流共识,睡眠可以帮助大脑巩固记忆,还可以把一些分散的、看起没有关联的信息给联接起来,另辟蹊径地解决某个难题。
研究表明,非睡眠时会让大脑产生有毒的物质,这些有毒物质会让你思维混乱。长时间的睡眠不足,更会产生各种不好的副作用,比如头痛、抑郁症、心脏疾病、糖尿病或缩短寿命。
那么睡眠能带来什么好处?

清醒时产生的毒素,在睡眠的时候会被清除。
大脑会将你学习和思考过的想法以及概念进行整理,删除不太重要的部分。
增强你需要或想要记住的区域的记忆。
针对你工作中的困难难题,大脑在你睡着后,会主动跟其他部位沟通、结合,汇集所有神经系统一起解决。当然前提是你在睡觉前正一直思考这个难题。


如果你在睡觉前,不但思考,还一直暗示自己想要梦到这些内容,梦见的概率会大大提升,这就是所谓的日有所思夜有所梦。所以当你累了、碰到苦难了,不妨睡一觉,也许会有意外的收获。

7.运动提高新神经元存活
最新脑科学研究表明,海马体每天都会有新的神经元产生。这些新的神经元能帮助我们学习新事物。但是如果我们不用,它们就会死亡,新的学习经历能帮助它们存活下来。更有意思的是,运动可以帮助新神经元存活。
很多人帮尽各种办法提升记忆力,殊不知,当你学习完,可以通过运动来帮助神经元存活,这就是最好的记忆强化。

04总结
《论语·卫灵公》:子贡,问为仁。子曰:“工欲善其事,必先利其器。”
我们每个人从一出生就在学习,学习是我们必不可少的能力,也是使用频率最高的能力。但是却少有人系统的学习如何学习,希望通过本文,可以让你开始对大脑学习的原理有所了解,并通过掌握这些原理,更好的使用大脑,让我们科学的高效的学习。

延伸阅读:

国际前沿脑科学研究:提高学习效率的七个科学方法 



对孩子来说,最主要的任务恐怕就是学习了;如何提高学习效能,是老师、孩子和家长都特别关心的问题。


热衷这个问题的不只是老师、学生和家长,还有各个领域的科学家们。他们进行了大量的实验与研究,试图从科学角度找到提升学习效能的有效方法:学习固然需要努力,然而科学的方法能让学习事半功倍。可惜的是,这些研究成果大都发表在专业刊物上,且术语艰深,并不为广大家长所了解。去年年末,屡获嘉奖的纽约时报科学版的特约撰稿人Benedict Carey做了一件大好事,他将近年来关于“如何提高学习效能”的科学研究成果集结成了一本书,并且以通俗易懂的语言介绍了这些科学原理以及应用的方法。

这些科学成果中有些看似违反常识,但它们也许能给孩子的学习效率带来巨大的帮助,这本书一经推出,很快便登上了畅销书榜单,有读者看了这本书后感叹:“如果我小时候就能了解这些该多好呀!

1. 睡一个合适的好觉

研究发现,获得充足的睡眠对于大脑形成和整合记忆至关重要。

在一个研究中,参与者被分为两组,每组都被布置一个记忆任务,即向参与者展示一堆以特定次序排列的不同颜色的鸡蛋,然后测试他们对这个排列次序的记忆力。

这两组有一个不同之处,那就是:一组人在测试前睡了一觉,而另一组人则没有。

结果,睡过一觉的那组的表现远胜于另一组:他们平均能够记起排列次序的93%,而另一组仅能记起69%。

睡眠不仅重要,针对不同的学习任务,应该何时睡怎么睡也有讲究。

假如你明天有一个考试,但还没有复习完,那么到底应该今晚复习到深夜,还是早早睡了、明天再早起复习呢?

在晚上早些时候就入睡的头4个小时对于记住信息非常有帮助。所以,如果你正在背单词,那么最好晚上早点上床睡觉。

不过,如果你需要进行创意发想,那么晚点睡并在晚上学习,是可以的。创意发想需要rapid eye movement (REM) sleep快速眼动睡眠,它通常发生在凌晨时间。所以,晚上学习是合适的,只要你保证在黎明之前能睡上几个小时。

2.不要总在同样的环境氛围或用同样的习惯进行学习

老师通常会建议孩子每天固定一个时间和地点,安静地、避免一切干扰地专注学习。然而这真的是最有效的学习方法吗?

大脑的觅食本能会记录所有环境线索,比如你学习时房间的气味、光线、椅子的软硬,等等。这些东西并不是无用的,它们实际上能够成为提示记忆的有用线索。大脑收录的跟特定记忆相关的线索越多,该记忆越能被快速提取。

科学家做过这样一个实验,他们组织一群人来记背同一组单词,在整个学习过程中伴随着某种音乐的播放。随后,研究员发现,一边播放与学习时相同的音乐一边进行测试时,参与者能够背出的单词量是在测试时播放不同类型音乐或不播放音乐的两倍。

这个实验结果显示,当同样的环境因素再现时,环境因素能够有效帮助人们回忆起学习过的信息,从而增强对学习内容的记忆。与其天天蹲在图书馆学习,或者你可以在户外学习一天、在厨房学习一天,今天喝杯奶茶、明天喝杯咖啡,每天变换不同类型的背景音乐,等等。

这些看上去很琐碎的变化能让你学到的知识与很多不同的线索相关联,进而刺激出更多的神经元连接并被储存在大脑的不同区域,这等于在大脑中大大增加了知识的存档量。

在考试时,你可能无法再现学习时的环境,基于同样的原理,你可以通过变换学习习惯来增加记忆的提示线索。比如,你可以将手写笔记和电脑笔记轮换、用不同颜色的笔来记录,等等。

3.化整为零才能记得持久

你是不是那种总是在考试前临时抱佛脚,一口气把所有内容强记硬背下来的人?这种方法应付考试也许是奏效的,但是你很可能很快就会把这些强背下来的东西给忘光。

事实上,只有分散学习时间,才能保证持久地记住这些信息。

这被科学家称作spacing effect间隔效应研究显示,短时间内一遍遍重复同样的信息,并不能收获有效的记忆力,因为你的大脑会很容易感到疲劳。如果想要持久地记住信息,实际上分几次复习反而更有效。

举个例子,你在2周内有个测验,你计划总共花9个小时进行复习。与其在考试前一天复习9个小时,分三天,每天复习3个小时,学习效率会更高。

这个学习计划将能够帮助你提高记住所有相关信息的几率,并且无需额外的学习时间——你只是更好地分配了你的时间。

4.分享越多收获越大

当你与别人分享你所学到的知识时,这个过程将帮助你极大地加深对知识的记忆与理解。

这是因为当你努力去复述你所学到的知识,储存记忆的神经元之间的连接被增强了,这使得之后再度回忆起该知识变得更容易和更迅速。

不过,如果你没有合适的分享讨论对象,可以用另外一种方式去实现。即在你学习某项知识之前,先去发现一些关于这个课题的相关问题,并试着给出答案,答案的对错无关紧要。

美国加州大学的心理学家做过这样一个实验,他们让学生试着去回答与接下来的几周将学到的课程有关的一系列问题。然后,在期末考试时,他们惊讶地发现,在学习前曾经回答过的问题的得分率比其他问题高出10%。

5.适度中断反而能让学习更高效

很多人认为,治疗拖延症最好的方法是,一旦开始一项任务就不能中断,直到完成它为止。

然而,研究发现,如果要完成一项需要持续很长时间的学习任务,适度地中断,学习效果反而更佳。

科学家曾经做过这样一项研究,他们给参与者布置了一堆琐碎的任务,比如填字游戏,等等。参与者在完成这些任务的过程中,研究员不时地故意去打断一下他们的进度。

之后,研究员要求这些参与者描述出所有他们被布置的任务的进行情况,然后发现他们记得最清楚的任务正是他们曾被打断的那些。

所以,如果在学习过程中,适度地中断一下,休息一会儿或去做点儿别的事,不仅会让你的记忆力更强,还能激发自由的思考,消化我们所学到的东西,发展出新的idea。

更甚者,当你在学习过程中遇到难点障碍,此时休息一会儿、或转换到其他比较容易的任务,反而能够帮助你自固化的思维和视角中跳脱出来,从新的视角思考这个问题。你的大脑可能很快就能浮现出问题的解决方案,当你不在思考它们的时候,大脑依然在运作,你的灵感反而会涌现,这种现象被称之为“mental incubation心理酝酿”

6.聚焦式重复训练不是最佳途径

如果你去上网球课,你的教练很可能会强调一个动作重复练习的重要性,比如一遍又一遍地练习一个反手击球。

然而研究显示,不同内容的广泛练习比聚焦在一个练习内容上对学习效果的促进更大。

看看实验,研究员把孩子们分为2组,训练他们在蒙住眼睛的时候如何投掷豆袋。第一组只训练投掷三步之遥的一个目标;另一组则有两个训练目标,分别距离2步和4步。

6次训练之后,孩子们全部参与测试,要求投向三步距离的一个单一目标。

出乎意料的是,第二组的表现更好,即便他们从没有练习过距离3步的目标。为什么?因为在训练过程中的变化性导致他们发展出更通用的“豆袋投掷”技能,这适用于任何距离的目标。

在训练中加入多样性的优势在于,能够让人为不可预期的情况做好准备,另外,多样性训练要求投入更多思考和努力,能够大大提升训练的效果。

如何在学校课业上运用这个原理?比如学习几何,与其反复背诵勾股定理和重点考试题目,不如拓展思维,努力去尝试与这个定理有关的各种类型的题目,以增强你对这个定理的普遍应用能力。

7.学霸的终极武器:“直观”能力

一个优秀的篮球运动员如何能够迅速地做出正确判断-如何去击打飞速而来的球?在这一瞬间有如此多的信息需要大脑处理:这个球有多高?它运转的速度有多快?它在旋转吗?这种近乎直觉的判断能力背后的秘密被称为perceptual learning知觉学习

知觉学习,是指发展“perceptual intuition直观”,这是一种“快速判断”的能力——它能够帮助我们对环境做出迅速判断,从繁杂的信息中分离出最重要的信息,而忽略其他不重要的信息。

可以说,是否拥有“直观”能力是菜鸟与高手的分水岭。我们不是与生俱来就拥有这项能力,经历了足够的训练之后才能具备。

比如:一个新手机长往往会被飞机驾驶室里大量的拨键声和仪器反应所淹没。而有经验的机长,则已经变成拥有直观能力的专家,他的注意力能够完全不受杂乱信息的干扰、迅速识别出仪器要告诉他的信息。这是因为通过长期的经验与训练,他已经对驾驶室的设备了如指掌,什么是重要的,什么是应该去注意的,已经变成他的直觉反应。

我们也可以在学习中通过刻意练习来塑建直观能力,一旦拥有这种能力,我们对知识的记忆能力和反应能力-整体的学习效能-都将上升到一个极高的水平。

要做到这个,我们可以使用 perceptual learning modules(PLMs)知觉学习模块——即利用图片或短视频等刺激材料,来培养学生对某种知识做出最快速的反应。

比如,医学院的老师给学生出示不同皮肤疹状的图片(这些在非专家的眼里很难一眼区分),然后要求他们迅速地判断图片中是哪一种皮肤疹病。经过长期的此类训练,学生们一看到症状图片就能迅速“感觉到”正确答案,从而成长为拥有直觉判断病症能力的专家。

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