曹怡然 薛貴

以ChatGPT、Sora為代表的新一代人工智能正在加速改變世界，并深刻影響未來的學(xué)習(xí)方式。一方面，知識生產(chǎn)呈爆炸式增長，但知識的碎片化程度也日益加??；另一方面，雖然知識獲取速度和效率大幅增加，隨之而來的卻是個體知識焦慮水平不斷加深，難以持續(xù)聚焦深度學(xué)習(xí)。但教育領(lǐng)域的變革似乎遠(yuǎn)遠(yuǎn)未能跟上時代的步伐，傳統(tǒng)教育方法仍然習(xí)慣于機(jī)械重復(fù)和題海戰(zhàn)術(shù)，而忽視了引導(dǎo)學(xué)生自主深度學(xué)習(xí)和系統(tǒng)思考。許多號稱“人工智能+教育”的學(xué)習(xí)，不過是拆分知識點和“精準(zhǔn)”推送習(xí)題。這些碎片化、機(jī)械化和“填鴨式”的教學(xué)方法導(dǎo)致學(xué)生陷入死記硬背的困境，看似學(xué)得快，但忘得更快，而且無法真正理解知識的內(nèi)涵和知識之間的關(guān)系，難以舉一反三和實際應(yīng)用。另外，雖然AI技術(shù)可以幫助學(xué)生快速獲取組織后的知識，但有時也會犯常識性的錯誤，這對學(xué)生的批判性思維能力和獨立思考能力提出了新的挑戰(zhàn)。

為了應(yīng)對以上困境，教育應(yīng)當(dāng)創(chuàng)新傳授知識的方式，遵循知識組織的規(guī)律，加強(qiáng)知識體系建構(gòu)，鼓勵學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生形成有機(jī)的知識體系，從而能夠在復(fù)雜多變的情境中準(zhǔn)確靈活遷移應(yīng)用。那么有機(jī)的知識體系是什么？有機(jī)知識體系的建立又會如何促進(jìn)學(xué)生的能力發(fā)展呢？本文將從腦科學(xué)的視角，揭示人腦知識體系的組織原則和方式，解密其功能和優(yōu)勢，并為教學(xué)實踐中如何促進(jìn)有機(jī)知識體系的構(gòu)建提供一些可操作的建議和方法。

有機(jī)知識體系的特征：來自腦科學(xué)的啟示

什么是有機(jī)的知識體系，它具備哪些特征？我們可以從人腦的知識組織原則中得到一些啟發(fā)。

有機(jī)知識體系具備模塊化的特征。我們的大腦以分布的方式進(jìn)行知識存儲。例如，在學(xué)習(xí)化學(xué)元素“鈉”時，負(fù)責(zé)存儲名字的腦區(qū)，會讓我們知道它的化學(xué)式是“Na”；負(fù)責(zé)存儲形狀和顏色的腦區(qū)，會讓我們想起它是銀白色金屬狀的固體；而做鈉水反應(yīng)實驗時，相關(guān)的運(yùn)動信息和聲音信息會分別存儲在對應(yīng)的腦區(qū)。

這種分布式存儲其實體現(xiàn)了大腦的一個基本信息組織原則，就是成分化表征。所謂的成分化表征，就是把一個復(fù)雜的信息分解成不同的基本構(gòu)成元素，然后根據(jù)不同的需要進(jìn)行組合。這有點像化學(xué)，所有的物質(zhì)由不同的化學(xué)元素組合而成。這樣做的好處，一是可以用一些基本的元素來表征不同的事物，更加經(jīng)濟(jì)和高效；二是這樣的表征可以很好地反映不同事物之間的相似性，實現(xiàn)類比和遷移；三是雖然建立信息連接的過程需要大量的重復(fù)，但是一旦建立起來，就比較牢固，也容易遷移。

有機(jī)知識體系具備層級性的特征。我們大腦的信息表征和存儲具有高度的層級性，包含了從具體到抽象、從局部到整體的層級加工。比如看到一張人臉時，我們大腦的視覺系統(tǒng)會逐步加工：初級視覺皮層只是加工簡單、具體的線條和邊緣輪廓，到了高一級的皮層，會以這些信息為基礎(chǔ)抽象出形狀和三維深度，構(gòu)成臉型、眼睛、嘴巴和鼻子，這些信息匯總到顳葉下部，最終識別成一張“臉”。這種同時包含了具體和抽象信息的記憶存儲是人腦的一個重要特征，使得我們能夠?qū)崿F(xiàn)具體和抽象的整合。具體的信息使我們產(chǎn)生具身的、感官化的、深刻的體驗，并和真實世界連接；而抽象的知識又使我們把握現(xiàn)象背后的本質(zhì)和知識間的關(guān)系，進(jìn)而有所創(chuàng)新。

有機(jī)知識體系具備結(jié)構(gòu)化的特征。人腦中這些包含了具體和抽象信息且分布式存儲的知識并不是雜亂無章的，而是有結(jié)構(gòu)的。這種結(jié)構(gòu)化的知識也叫“認(rèn)知地圖”，或者“圖式”。結(jié)構(gòu)化知識或認(rèn)知地圖概念非常復(fù)雜，還存在不同的爭議。

1948年，認(rèn)知心理學(xué)家愛德華·托爾曼（Edward Chase Tolman）做動物實驗時發(fā)現(xiàn)，小鼠需要從一個起點出發(fā)，沿著特定路線尋找出口。經(jīng)過反復(fù)練習(xí)，小鼠找到出口的速度越來越快。更加重要的是，如果我們把某個路口堵住，小鼠可以找到另外一條很近的路。這說明，小鼠并不是簡單記住了這條特定的路線，而是學(xué)會了迷宮的整體空間布局，這就是小鼠腦中的“認(rèn)知地圖”。其實人也是一樣，即使沒有地圖和導(dǎo)航，在新的城市生活幾天后，人也能在頭腦中形成不同地點之間的位置關(guān)系，也就是“認(rèn)知地圖”。

除了這種空間關(guān)系的“認(rèn)知地圖”，人們還會形成多種結(jié)構(gòu)化的知識。比如，有經(jīng)驗的棋手記棋譜的速度很快，說明他們掌握了圍棋的規(guī)律，這是一種“認(rèn)知地圖”。頂尖的足球和籃球運(yùn)動員可以快速判斷球場的形勢，并做出最佳的傳球，這也是形成了比賽的“認(rèn)知地圖”。語言專家能輕松判斷句子的語法是否準(zhǔn)確，是由于形成了語言的“認(rèn)知地圖”?？茖W(xué)、醫(yī)療、刑偵等各領(lǐng)域的專家形成的某些直覺，也源于他們的“認(rèn)知地圖”。

可以看到，與碎片化的知識不同，有機(jī)的知識體系指的是將知識拆分成一些基本單元，并按照需求重新組合，從而形成一個層次分明、緊密聯(lián)系、結(jié)構(gòu)嚴(yán)密的知識體系。

有機(jī)知識體系的好處

有機(jī)知識體系幫助快速掌握知識。有機(jī)知識體系能夠通過理解記憶幫助我們更好地學(xué)習(xí)和掌握知識。學(xué)習(xí)新知識時，人們總是嘗試將之嵌入已有的知識體系，從而提升記憶效率。研究表明，如果將新知識與已有的時序結(jié)構(gòu)結(jié)合起來學(xué)習(xí)，個體的序列記憶表現(xiàn)將顯著提升，這實際上也是記憶術(shù)的原理。因為有機(jī)知識體系內(nèi)部存在一個結(jié)構(gòu)，在這個結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上可以擴(kuò)展和豐富知識，這也像修建高樓搭建的主體框架一樣。沒有這個結(jié)構(gòu)，知識就是雜亂無章的，不容易提取。很多教師和校長都有這樣的體會：在自己熟悉的領(lǐng)域，記憶效果往往非常好。這是因為，我們先前的知識經(jīng)驗在頭腦中形成了知識體系，當(dāng)新知識能很好地與這個知識體系融合時，我們就更容易記住這些知識。

有機(jī)知識體系促進(jìn)知識靈活應(yīng)用。學(xué)習(xí)的目的不單單是為了記住知識，更關(guān)鍵的是要運(yùn)用知識去解決問題。孤立的記憶或知識即便被勉強(qiáng)記住，我們也只是能“默寫”出來，根本不知道它們能解決什么問題。如果建立的知識體系非常豐富，包含了更多層級以及雙向鏈接，那么我們也能夠組合和提出更多有創(chuàng)意的解決思路。在學(xué)習(xí)中，如果我們建立了某個學(xué)科的有機(jī)知識體系，那我們就可以解決很多全新的題目?，F(xiàn)在中高考強(qiáng)調(diào)知識的靈活應(yīng)用，跨學(xué)科知識增多，死記硬背不再適用。另外，前面提到的一流棋手因面臨不斷變化的比賽形勢，不能單靠硬背棋譜和戰(zhàn)術(shù)，而是依賴有機(jī)的知識體系，從而游刃有余地應(yīng)對?？茖W(xué)、醫(yī)療和法律等領(lǐng)域的專家也需要靈活應(yīng)用知識，以做出更準(zhǔn)確的決策、找到更有效的方法，并實現(xiàn)更優(yōu)化的結(jié)果。

如何在教育實踐中建立和運(yùn)用有機(jī)知識體系

大腦的建構(gòu)模式使得每個人天生都有在一定程度上整合知識的能力。通過科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，能夠更加系統(tǒng)和高效地幫助學(xué)生形成結(jié)構(gòu)有序、聯(lián)系緊密的有機(jī)知識體系。綜合現(xiàn)有研究成果，我們?yōu)榻逃咛峁┤缦聨讉€建議：

合理拆分，形成組塊。教師可以讓學(xué)生根據(jù)已有的知識和經(jīng)驗，把復(fù)雜的新知識拆分成和舊知識密切相關(guān)的小組塊，幫助學(xué)生建立新知識與舊知識之間的聯(lián)系。例如，在英語教學(xué)中，教師可以教給學(xué)生單詞的詞根和詞綴，這樣在學(xué)習(xí)新單詞時，學(xué)生便能很自然地把單詞分成幾個組塊，并且找到新單詞和已學(xué)過的詞根、詞綴之間的聯(lián)系，不僅能快速記住單詞的拼寫，也能理解和學(xué)會單詞的含義。

依據(jù)語義規(guī)律組織學(xué)習(xí)材料。人腦中的語義規(guī)律處于一種自動激活擴(kuò)散的狀態(tài)，比如學(xué)生剛學(xué)會上衣的表達(dá)方式，自然想知道褲子是哪個單詞。教師在準(zhǔn)備學(xué)習(xí)內(nèi)容時，可以遵循這一規(guī)律，把語義聯(lián)系緊密的知識組織在一起。比如，按照主題類別來學(xué)習(xí)單詞，分成“文具類”“水果類”“衣物類”等；學(xué)習(xí)口語對話時，按照使用場景分為“超市購物”“交通出行”“醫(yī)院看病”等。每一類內(nèi)容放到一起學(xué)習(xí)，這樣語義上聯(lián)系本就緊密的單詞和短語，記起來更快更牢，在真實場景中更容易運(yùn)用上。使用某一個單詞時，自然地想起與之相關(guān)的一類單詞，也就再次鞏固了對知識的掌握。

運(yùn)用思維導(dǎo)圖法構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)。思維導(dǎo)圖是一種將思維可視化的工具，它可以幫助學(xué)生在零散的知識點之間建立各種各樣的聯(lián)系，整合在一起，形成一個系統(tǒng)化、層次化的知識結(jié)構(gòu)。比如，在期末考試前，將本學(xué)期學(xué)過的化學(xué)物質(zhì)、方程式等整理在樹狀圖或括號圖上，還可以引導(dǎo)學(xué)生使用雙氣泡圖對比分析物質(zhì)屬性間的相同和不同，進(jìn)一步對知識間的聯(lián)系有更清晰的把握。這樣，學(xué)生在記憶和回憶時，就不容易混淆了。

從教師“輸入”到學(xué)生“輸出”的轉(zhuǎn)變。對相同的知識，每個人理解各異。這是因為每個人大腦都有獨特的連接模式。雖然教師會盡量考慮學(xué)生的知識背景和思維模式，但也難以讓學(xué)生完全理解自己的思路。很多教師選擇將知識碎片化，甚至鼓勵學(xué)生直接記憶而非理解。這種方式顯然不利于知識的掌握和有機(jī)知識體系的形成。

為了解決這一困境，一個有效的方式就是從“教師教”到“學(xué)生學(xué)”、從輸入到輸出的轉(zhuǎn)變。這也是受到著名的“費曼學(xué)習(xí)法”的啟發(fā)。在輸出的過程中，學(xué)生需要主動發(fā)現(xiàn)知識間的關(guān)系、組織知識，并構(gòu)建符合自己知識背景的知識體系。

在教學(xué)實踐中，要全面了解每個學(xué)生的輸出，可能會占用較多的教學(xué)時間。一方面，教師需要轉(zhuǎn)變觀念，認(rèn)識到這里的慢是一種快，因為這樣記憶更牢固，不需要花費太多的時間復(fù)習(xí)。另一方面，教師也可以通過一些策略來提高效率，下面介紹兩種有代表性的方式：

一是布置綜合性作業(yè)。常見的作業(yè)包含抄寫、背誦、填空題等，但由于每個題目所涉及的知識點非常少，這不利于建立知識體系。而作文、畫報、讀后感、調(diào)查報告、實驗報告等綜合性作業(yè)，則需要綜合應(yīng)用到很多知識。在這個過程中，學(xué)生可以消化和梳理所學(xué)知識，形成持久的、獨屬于自己的有機(jī)知識體系，并且在未來真正運(yùn)用起來。

二是開展項目式學(xué)習(xí)。在項目式學(xué)習(xí)中，學(xué)生需要自主確定項目目標(biāo)、制訂計劃、收集信息、解決問題、展示成果等，這就鍛煉了學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力。例如“校園里該如何放置垃圾桶？”這一課題就綜合了多個學(xué)科的知識。首先，垃圾桶的數(shù)量和位置怎樣設(shè)計最方便使用，需要用到空間幾何、計算等數(shù)學(xué)知識；其次，垃圾桶采用什么材料更環(huán)保，需要用到化學(xué)、生物的知識；再次，垃圾桶的外觀設(shè)計需要審美藝術(shù)的知識；最后，組織語言分享自己的設(shè)計理念需要語文相關(guān)的知識。在這個過程中，學(xué)生能及時查漏補(bǔ)缺，將知識體系補(bǔ)充得更完善、更全面。另外，學(xué)生能在不同學(xué)科知識之間建立新的聯(lián)系，進(jìn)一步擴(kuò)大和整合自己腦中的知識體系，也能更高效地解決實際問題。

此外，積極利用睡眠并提高睡眠質(zhì)量，也有助于知識體系的建構(gòu)。人們一直認(rèn)為睡覺時大腦在休息。實際上，睡眠時大腦也在積極工作，重新組織和梳理學(xué)習(xí)內(nèi)容。約克大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，如果學(xué)習(xí)后睡上一覺，成績會有顯著提高。這表明在睡眠中，記憶得到了鞏固。大腦研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，在慢波睡眠（SWS）過程中，與新學(xué)知識有關(guān)的神經(jīng)活動被自發(fā)地激活（即“睡眠重放”），學(xué)習(xí)內(nèi)容被重新組織，從而促進(jìn)知識體系的建構(gòu)和應(yīng)用。

“纖纖不絕林薄成，涓涓不止江河生?！睙o論是有機(jī)知識體系的搭建，還是學(xué)生認(rèn)知能力的提升，成效并非在第一天就能顯現(xiàn)出來。就像樹苗剛剛種下時，它需要不斷吸收養(yǎng)分，將樹根向土壤深處延伸，逐步建立起強(qiáng)大堅固的根系，而正是這看似沒有短期回報的過程，才造就了之后突飛猛進(jìn)的高速生長，使之成為一棵茂盛的參天大樹。因此，我們需要以耐心和毅力去陪伴學(xué)生在知識的土地上“深深扎根”，幫助學(xué)生形成知識體系的“參天大樹”。

【致謝：本文得到“國家科技創(chuàng)新2030—‘腦科學(xué)與類腦研究重大項目——中國學(xué)齡兒童腦智發(fā)育隊列研究”（項目編號：2021ZD0200500）的資助】