← 返回目录


什么是科学的学习方法?

学校≠教育≠技能;文凭溢价=80%信号传递+20%人力资本

144 👍 / 1 💬

问题描述

有很多人讲过,学习中要掌握科学的学习方法,那具体的方法是什么


科学的学习方法就是有科学依据、能经受住实证研究检验的学习方法,比如间隔重复、交错练习、测试效应等等。

间隔重复

摘自 @Thoughts Memo 汉化组的译文《第十八章 间隔重复(分散练习)

| 间隔效应

学习新知识只是解决学习难题的一半。另一半挑战在于如何牢记所学内容。要想记住知识,必须定期复习——否则,知识终将被遗忘。

一种常用的可视化记忆遗忘过程的方法是通过遗忘曲线来展示,这一概念最早由 19 世纪末的心理学家赫尔曼·艾宾浩斯提出并研究:

艾宾浩斯(1885)发现,当复习被间隔开来或分散到多个时间中进行(而不是集中在单一时期内)时,不仅能恢复记忆,还能将其进一步巩固到长期记忆中,从而减缓遗忘速度。这种现象现在被称为间隔效应

| 间隔重复

间隔效应带来的一个深远影响是:完成的复习次数越多(在适当的间隔下),记忆保留的时间就越长,下一次需要复习前的等待时间也就越长。这一发现催生了一种系统复习先前学习材料的方法,称为间隔重复(或分散练习)。在这里,「重复」指的是在适当时机成功进行的复习。

下面是一个例子,用来说明间隔重复的过程和威力。假设你学习了一个新单词。起初,你可能只能记住这个单词一天。但如果你在第二天测试自己对其含义的记忆,那么你可能会记住它直到周末。如果你在周末再次进行自测,那么你可能会记住几周。如果你坚持这种间隔重复的计划,最终你将能够在两次重复之间间隔多年(Bahrick et al., 1993)。

间隔重复的主要挑战在于如何选择最佳的复习间隔时间。如果间隔时间过长,你可能会遗忘所学的内容,导致你在间隔重复安排中倒退。但如果下一次复习来得过早,你的记忆强度就不会得到充分的提升,学习进度也会相应放缓。

| 直观理解间隔重复

Qadir & Imran (2018) 通过类比肌肉锻炼来解释间隔重复,帮助我们直观地理解这一概念:

⠀⠀⠀「……集中学习可能会带来暂时的熟练感,就像健身者通过密集训练可以使肌肉短时间内膨胀起来。然而,只有通过间隔锻炼,肌肉才能真正成长(即锻炼和休息交替进行)。同样,要实现长期有效的学习,也需要采用间隔练习的方,而不是依赖于突击学习。」

Brown, Roediger, & McDaniel (2014, pp.9-10, 81-82, 100-101) 对此进行了深入阐述

⠀⠀⠀「教育工作者普遍认为,掌握新技能的最有效方法是专注且持续地练习,直到完全掌握为止。这种观念根深蒂固,因为在集中练习的过程中,我们常常能看到快速进步。然而,研究表明,这种集中练习带来的进步往往是短暂的,很快就会消退。

⠀⠀⠀……

⠀⠀⠀集中练习之所以能给我们带来掌握的感觉,是因为我们在短期记忆中不断循环信息,而不需要从长期记忆中重构学习内容。但这种方法,就像反复阅读作为学习策略一样,获得的熟练感是暂时的,掌握感也是虚假的。真正触发知识重新巩固和深度学习的,是那个费力重构知识的过程。

⠀⠀⠀……

⠀⠀⠀当你从短期记忆中回忆所学内容时,比如在快速反复练习中,几乎不需要多少脑力,这样带来的长期收益也很有限。但当你在一段时间后回忆,而对内容的掌握已经有些生疏时,你就必须努力重构它。这种费力的回忆不仅强化了记忆,还能让所学内容重新变得灵活,从而促进了重新巩固。重新巩固有助于用新信息更新记忆,并将其与近期学习的内容联系起来。」

重新巩固的过程可以类比为(第 73-74 页)多次修改一篇文章的过程:

⠀⠀⠀「大脑巩固新知识的过程,可以用写作文章的经历来形象地类比。初稿常常是粗糙而不精确的。你是在写作的过程中逐渐明确自己想表达的内容。经过几轮修改,你的文章会变得更加凝练,多余的内容也会被删除。然后你会暂时搁置文章,让思想沉淀。当你一两天后重新审视时,你要表达的内容在脑中会变得更加清晰。这时你可能会发现自己实际上在阐述三个主要观点。你会将这些观点与读者熟悉的例子和佐证材料联系起来。你会重新组织和整合论点的各个要素,使文章更加有力且优雅。

⠀⠀⠀学习新知识的过程也是如此,开始时常常感觉杂乱无章、难以掌握;最关键的内容并不总是一目了然。知识的巩固有助于组织和固化学习内容。值得注意的是,在一段时间后进行复习也能达到类似的效果。这是因为从长期记忆中检索信息不仅能够强化记忆痕迹,还能使这些记忆再次变得可塑,从而能够与新近学习的内容建立联系。这个过程被称为重新巩固。这正是[间隔]提取练习能够修改和强化学习的原理。」

| 研究者之间的共识

值得注意的是,间隔效应仍然是一个活跃的研究领域。正如 Hartwig, Rohrer, & Dedrick (2022) 所描述,除了重新巩固之外,可能还有其他因素在起作用。尽管间隔效应背后的具体机制可能仍有争议,但其效果和实用价值已经得到研究者的一致认可:

⠀⠀⠀「研究者们已经提出了多种解释间隔效应的理论(相关综述可参见 Benjamin & Tullis, 2010; Delaney et al., 2010; Dempster, 1989)。根据这些理论,间隔效应可能源于以下几种机制:编码变异性(即在两次学习之间的间隔使得上下文变化,从而提供更丰富的编码)、加工不足(即如果两次学习时间相近,第二次对材料的加工会减弱)、记忆巩固(即第二次学习受益于间隔期间发生的记忆巩固过程)或学习阶段的提取(即间隔促进第二次学习时的主动回忆)。然而,目前还没有一种单一机制能够完全解释所有与间隔效应相关的研究发现,可能需要多种机制的结合才能最好地解释这一效应(Delaney et al., 2010)。

⠀⠀⠀无论具体机制如何,间隔效应的稳定性是毋庸置疑的——它在各种学习材料、实验程序和学习者特征中都有所体现(Dunlosky et al., 2013)。对本研究而言最重要的是,间隔效应已经在众多基于课堂的随机对照研究中得到证实(例如,Seabrook et al., 2005; Sobel et al., 2011;综述见 Dunlosky et al., 2013)。此外,课堂研究还发现间隔效应在数学学习中同样有效(Barzagar Nazari & Ebersbach, 2019; Hopkins et al., 2016; Lyle et al., 2020; Schutte et al., 2015)。简而言之,大量数据表明,采用间隔练习的方法可以提高学生在延迟测试中的数学成绩。……研究文献明确指出,如果要让学生长期保持所学知识,练习应该分散在多个课堂环节中进行(Rawson et al., 2013; Rawson et al., 2018)。」

正如 Rohrer (2009) 所言

⠀⠀⠀「……间隔效应可以说是学习研究领域中最显著且最稳定的发现之一,它似乎适用于各种学习情境。」

事实上,研究者 Kang (2016) 指出,数百项研究已经证实,间隔重复能够产生更优越的长期记忆效果。为了生动说明这一点,他描述了一项最早的间隔重复研究,其结果在过去一个世纪中被 254 项后续研究所反复验证:

⠀⠀⠀「以一项早期研究为例,研究者要求大学生学习雅典誓言 (Gordon, 1925)。他们将学生分为两组:一组连续听 6 次誓言朗读;另一组在第一天听 3 次,三天后再听 3 次。

⠀⠀⠀在即时测试中,集中学习组的表现略优于间隔学习组。然而,在 4 周后的延迟测试中,间隔学习组的表现明显优于集中学习组。

⠀⠀⠀这一结果表明,尽管集中练习在短期内可能看似[略微]更有效,但间隔练习才能产生持久的长期学习效果。」

间隔学习的效果如此显著和确凿,以至于它引起了广告领域的高度关注。在这一领域中,众多研究已经复现了间隔效应在增强消费者对品牌记忆方面的有效性 (Schmidt & Eisend, 2015)。

间隔重复提高泛化能力

人们通常认为间隔重复只能用来记忆孤立信息。但对于像数学这种大量复杂技能高度关联的学科,间隔重复也可以促进更加泛化的学习,使其更容易在不同情境中应用。

先从一些简单的直观感受开始,想象一下当你重读一本书,或者重看一部许久未看的电影时会发生什么。你往往会注意到之前未曾留意的细节。与你上次观看时相比,你开始时的心态有了变化,而结束后你也会得到新的观点,以及对作品更全面的理解。

事实上,Smith & Scarf (2017) 回顾了多项研究,证明「间隔不仅有助于特定项目的学习和记忆,还改善了学习的泛化」:

⠀⠀⠀「Hagman (1980) 的研究让参与者在相同或不同设备上学习和练习电气测试,练习集中在一天内完成或分散在连续三天内。在 2 周延迟后的迁移测试中,在不同设备上进行的间隔练习比在相同设备上进行的间隔练习效果更好。在相同设备上进行的间隔练习在迁移测试中的表现优于在相同或不同设备上进行的集中练习。此外,在相同或不同设备上进行的集中练习在迁移测试中的表现相当,这表明间隔对于训练变化以促进泛化是必要的。

⠀⠀⠀同样,Moulton et al. (2006) 比较了在 PVC 动脉模型和火鸡大腿动脉上练习显微外科技能的集中训练组和间隔训练组,并测试了他们的技能在训练后 1 个月内转移到活体大鼠的程度。Moulton et al. (2006) 发现,间隔训练组在多项结果测量上明显优于集中训练组。

⠀⠀⠀针对儿童的研究探讨了间隔对泛化的影响,使用了比成人研究更广泛的间隔时间。例如,Vlach 和 Sandhofer (2012) 研究了间隔对 5 至 7 岁儿童简单和复杂科学概念泛化的影响。参与研究的儿童完成了 4 节关于生物群落的课程,每节课涉及不同的背景(沙漠、草原、北极、海洋或沼泽),并在最后一节课后一周进行后测。集中组在 1 天内完成了所有四节课,中间组在 2 天内每天完成 2 节课,而间隔组在 4 天内每天完成 1 节课。对于简单泛化,间隔组在前测到后测的进步显著大于集中组,而中间组的进步与集中组或间隔组相比没有显著差异。相反,对于复杂泛化,间隔组的进步显著优于集中组和中间组。事实上,数据表明,间隔组是唯一一个在问题从简单到复杂时显示出进步的组,尽管这一趋势没有进行统计显著性检验。因此,间隔可能为更复杂的泛化提供更大的益处。

⠀⠀⠀Gluckman et al. (2014) 重复了 Vlach 和 Sandhofer (2012) 的发现,但在后测中,他们除了泛化问题外,还加入了关于儿童在课程中谈论的事实和概念的记忆问题(例如,什么是生物群落?)。对于简单和复杂的泛化问题以及记忆问题,间隔组显示出显著大于集中组的进步。报告的平均值显示了与上述相同的模式,间隔对复杂泛化的益处大于简单泛化。」

在后续研究中,Vlach, Sandhofer, & Bjork (2014) 还发现,与恒定间隔的间隔重复相比,采用递增间隔的更优效果的间隔重复更能促进泛化,这表明优化间隔重复过程可以显著提升泛化能力:

⠀⠀⠀「……我们研究了递增间隔学习排期是否会比等间隔学习排期更有效地促进泛化……在 24 小时延迟泛化测试中,我们观察到两种条件之间存在显著差异:递增间隔条件下的儿童表现明显优于等间隔条件下的儿童。

⠀⠀⠀……

⠀⠀⠀这些发现表明,递增间隔的益处不仅限于记忆任务,这些学习规划还可以促进多种类型的学习,例如信息的习得和泛化。」

交错练习

以下内容摘自 @Thoughts Memo 汉化组的译文《第十九章 交错练习(混合练习)

交错练习与分块练习

在传统课堂中,家庭作业通常属于同一主题。例如,如果学生在课堂上学习了多位数减法,老师可能布置15 道题当做家庭作业,来练习这一技能。这种方法被称为分块练习,即连续多次练习同一种技能。

虽然在初学一项技能时,分块练习是有益的,但对于复习来说,它对长期记忆的建立非常低效。与其让 10 道复习题集中在一次作业中,不如将它们分散到多个作业中,每个作业涵盖多种已学主题,这样效果更好。

例如,其中一个作业可能包含以下题目分布:

这种策略被称为交错练习(也称为多样化练习混合练习)。

交错练习的好处

| 效率

交错练习的一个优势在于,一次交错练习中,多个不同的主题都能得到最小有效剂量的复习,而分块练习则仅集中于一个主题,导致大部分复习的收益递减,白白浪费。正如 Rohrer & Pashler (2007) 在《在不增加学习时间的情况下提高记忆》一文中所述

⠀⠀⠀「我们的研究结果表明,一次专注于某些材料的学习会话应持续足够长的时间以确保掌握,但对同一材料的立即进一步学习是时间的低效利用。……当学生达到无误表现后继续学习被称为过度学习。……虽然过度学习通常会在短期内提高表现,但其益处会随着时间的推移急剧减少。

⠀⠀⠀……

⠀⠀⠀由于过度学习比不过度学习需要更多的学习时间,关键问题在于过度学习的好处与将相同时间用于其他用途的好处相比如何。……将这段学习时间用于复习几周、几个月甚至几年前学习的材料,通常会比继续学习刚刚学到的材料带来更大的收益。

⠀⠀⠀本质上,过度学习提供的回报非常有限,因为随着每增加一个单位的不间断学习时间,学习时间的投资回报会越来越小。」

如在其他地方的引用:

⠀⠀⠀「……过度学习具有集中练习的缺陷,当可以选择时,我们的研究结果表明,过度学习通常是学习时间的低效利用。」——Pashler et al. (2007)

⠀⠀⠀「……典型的数学作业包含许多围绕同一技能或概念的问题,但证据显示,学生在连续做多个同类问题时几乎没有获得长期益处(例如,Lyle、Bego、Hopkins、Hieb 和 Ralston,2020)。」——Rohrer & Hartwig (2020)

这可以通过遗忘曲线来直观表现(如下所示),并且它提供了一种有效的方法,Math Academy 用于选择交错复习的主题:简单地选择那些间隔重复即将到期(或最接近到期)的主题。

| 辨别学习和类别归纳学习

交错练习的另一个好处是,它不仅帮助学生练习解决问题的技巧,还增强了真正掌握知识所需的其他一些技能(参见 Rohrer, 2012 的综述):

正如 Taylor & Rohrer (2010) 所述

⠀⠀⠀「然而,当练习题目被分块时,学生能够成功解决一组练习题,而无需学习如何将问题与技能配对。实际上,因为所有题目都与主题相关——通常是紧接在前一课中讲授的主题——学生可以在阅读题目之前为每个练习题选择合适的方法。虽然这降低了练习题的难度,但学生实际上依赖于一种辅助。不幸的是,当这些同类问题出现在综合考试、标准化测试或后续研究生涯中时,这一弱点就显露出来了。

⠀⠀⠀相比之下,交错练习让学生有机会练习将每种问题与合适的方法配对的能力。不仅限于统计课程,将问题与合适的方法或概念配对的应用在数学中普遍存在。

⠀⠀⠀例如,应用题之所以难以解决,一部分原因在于题目很少会明确指出需要使用哪种方法或概念。例如,有道题目是「如果一只虫子向东爬行 8 米,然后向北爬行 15 米,它离起点有多远?」,解题要求学生推断需要使用勾股定理。然而,如果这道题出现在一组明确要求使用勾股定理的问题之后,这种推断就不再需要(例如,如果直角三角形的两条边长分别为 8 和 15 米,那么它的斜边长度是多少?)。因此,分块练习可能大大降低应用题的教学价值。

⠀⠀⠀再举一个例子,值得注意的是,分块练习可能会导致学生无法区分不同类型的问题,即使这些问题在表面上并不相似。例如,在小学中,学生通常被教导如何找到两个整数的最大公因数和最小公倍数。因此,这两种问题的指令很容易区分(「找出最大公因数……」与「找出最小公倍数……」)。然而,如果每种类型的练习题都被分块,学生可能会忽略指令,而只关注问题中变化的信息(即一对整数)。学生可能仅仅通过重复相同的步骤来解决问题,而不去思考为什么这样做是合适的。」

| 实验支持

交错练习的好处得到了众多研究的支持,这些研究涵盖了广泛的领域,包括数学、其他学术科目、认知任务、运动技能,甚至体育练习(参见 Rohrer, 2012 的综述)。正如 Rohrer (2009) 总结的那样:

⠀⠀⠀「实验表明,通过引入间隔练习或混合练习,测试成绩可以显著提高,这两者是混合复习的两个核心特征。此外,间隔和混合都不需要增加练习题的数量,这意味着这两个特征提高了效率和效果。……它对数学学习的影响值得教师和研究人员给予更多关注。」

虽然分块练习可以更快地提高表现(这使其在初学技能时很有用),但交错练习极大地促进了记忆和泛化(这使其成为更有效的复习策略)。正如 Rohrer, Dedrick, & Stershic (2015) 所阐述的那样:

⠀⠀⠀「……相同类型的问题有一小部分可能就好了,特别是学生刚接触某类问题后刚开始做作业的时候,因为它给了学生专注于执行策略(例如,程序步骤和计算)的机会。然而,随着学生连续完成多个同类问题,他们的额外努力的收益可能会迅速递减(例如,Rohrer & Taylor, 2006; Son & Sethi, 2006)。」

交错练习的益处再怎么讲也不为过。尤其是数学学习。Taylor & Rohrer (2010) 发现,仅仅是将练习题目进行交错而不是分块,测试成绩就能翻倍。Rohrer, Dedrick, & Stershic (2015) 在研究不同年龄段的学生和更复杂的数学问题时,再次验证了这一现象。正如《科学美国人》(Pan, 2015)总结的那样:

⠀⠀⠀「这项为期三个月的研究中,教师教授七年级学生斜率和图形问题。每周的课程基本与标准教学无异,但家庭作业的设计采用了交错或分块的形式。交错设计中,不同类型的旧题和新题混合在一起。在九个参与班级中,五个班级对斜率问题使用交错设计,对图形问题使用分块设计;其余四个班级则相反。

⠀⠀⠀在最后一节课的五天后,每个班级为所有学生举行了一次复习课。一次突击期末测试在一天或一个月后进行。结果如何?当测试在一天后进行时,交错练习的问题得分提高了 25%;在一个月后,交错练习的优势增加到了 76%。」

正如 Rohrer, Dedrick, & Stershic (2015) 进一步解释的,进行交错练习的学生在延迟期间对测试材料的记忆保持明显优于分块练习的学生:

⠀⠀⠀「……交错练习不仅优于分块练习,它几乎使学生对遗忘的免疫,因为即使测试延迟时间增加 30 倍,测试分数也仅下降不到十分之一(从 80% 降至 74%)。

⠀⠀⠀……

⠀⠀⠀在此和其他研究中观察到交错练习产生显著效果的另一个原因是,交错的数学练习本质上确保了学生分散他们的练习。也就是说,除了在作业中并列不同类型的问题外,同类问题在不同的作业中也被分散安排。」

测试效应

以下内容摘自 @Thoughts Memo 汉化组的译文《第二十章 测试效应(提取练习)

提取是最有效的复习方法

为了在做题时最大限度地调取记忆,除非完全卡住并且想不起来这种题怎么做,否则应避免查看参考资料。这被称为测试效应(也称为提取练习效应):复习材料的最佳方法是自我测试。正如 Yang et al. (2023b) 总结的那样:

⠀⠀⠀「……练习测试(即提取练习)是巩固所学和促进后续新信息学习的最有效策略之一,这一现象被称为测试效应、提取练习效应或测试增强学习(Carpenter et al., 2022; Pan & Rickard, 2018; Roediger & Butler, 2011; Shanks et al., 2023; Yang et al., 2021)。

⠀⠀⠀众多研究证实,与许多其他学习策略相比,提取练习更有益,例如重新学习(Roediger & Karpicke, 2006b)、记笔记(Heitmann et al., 2018; Rummer et al., 2017)、概念图(Karpicke & Blunt, 2011)和其他精细化策略(Larsen et al., 2013)。」

换句话说,测试效应揭示了「跟着学习」并不等同于真正的学习。学生常常误以为,只要他们能顺利跟上视频、书籍、讲座或其他资源,没有不理解的地方,他们就是在学习。然而,如果我们将学习定义为长期记忆的积极变化,那么除非你能持续地再现所学信息并运用它来解决问题,否则你就没有真正学会。

这在你仅仅「跟着学习」时是不会发生的,即使你完全理解学到的信息。学习是从记忆中提取信息的过程,并将信息转移到长期记忆中。如果不进行提取练习,信息很快就会消失。它只会在你的记忆中短暂停留——停留的时间足以让你误以为它会永远留在你的记忆中,但实际上它正在逐渐消退。

有趣的是,测试效应是人类已知的最古老的认知学习策略之一——早在 1620 年,弗朗西斯·培根就指出(第 76 页):

⠀⠀⠀「……好的学习方法不是连续读二十遍,而是只读十遍,并每次尝试从记忆中背诵,只有在想不起来时才查看文本。」

自 20 世纪初以来,关于这一现象的观察已通过数百项涉及不同记忆任务、内容领域和实验方法的研究得到证实,这些研究指出,提取练习的好处源于认知努力的增加(Rowland, 2014)。尤其是,测试效应已被证明在课堂环境中有效,频繁的带反馈的测验可以促进对测试和非测试内容的更深入学习(McDaniel et al., 2007)。其可靠性甚至已在工作记忆容量等个体认知差异上得到了明确证明(Pastötter & Frings, 2019)。正如 Yang et al. (2023b) 总结的那样:

⠀⠀⠀「课堂测试效应适用于不同教育阶段的学生(包括小学、初中、高中和大学/学院),以及 18 个学科类别(例如,教育、医学、心理学等)。更重要的是,研究结果表明,课堂测验不仅有助于记忆事实知识,还促进了概念理解,并有助于知识迁移,以解决实际问题。测试增强的知识迁移也在许多其他研究中也被观察到(综述见 Carpenter, 2012)。」

间隔提取练习

更重要的是,正如 Kang (2016) 指出,测试效应可以与间隔重复结合,形成一种更强大的学习方法,称为间隔提取练习

⠀⠀⠀「测试或间隔练习都能提升学习效果。但这两种策略结合使用效果会更好:通过测试(通常伴随纠正反馈)而不是反复阅读来复习先前学习的材料。

⠀⠀⠀事实上,许多关于间隔效应的研究不仅比较的是间隔重复阅读与反复阅读,还把它与集中提取练习比较(例如,Bahrick, 1979; Cepeda, Vul, Rohrer, Wixted, & Pashler, 2008)。与间隔重复阅读相比,带反馈的间隔提取练习能更好地保持记忆。

⠀⠀⠀一项研究考察了复习类型(反复阅读与带反馈的测试)以及复习时间安排(集中与间隔)如何影响八年级学生对历史事实的记忆保持(Carpenter, Pashler, & Cepeda, 2009)。在 9 个月后的期末测试中,间隔提取练习产生了最高的成绩(高于间隔重复阅读)。」

正如 Halpern & Hakel (2003) 详细阐释的那样:

⠀⠀⠀「促进长期记忆保持和知识迁移的最重要因素是『提取练习』。这意味着学习者需要在最少的提示下多次做出反应,并在不同情境中反复应用,这样学习者会回忆得更流畅,面对不同背景和内容都能成功调用已有记忆。简单来说,被频繁提取的信息更容易被记住。

⠀⠀⠀……

⠀⠀⠀提取练习的效果与研究学习的文献中的另一个重要发现联系起来——间隔练习优于集中练习。例如,Bjork 和他的同事建议在两次提取之间逐渐延长间隔时间,但不能太长,以免影响提取的准确性。」

正如 Yang et al. (2023a, pp.257) 强调,频繁测试是理想的:

⠀⠀⠀「虽然已经广泛证明,与重新学习相比,单次测试足以增强记忆,但许多实验研究发现,重复测试(即对所学内容多次测试)更能促进知识的保持和迁移(例如,Butler, 2010; Dunlosky et al., this volume; Roediger & Karpicke, 2006b)。

⠀⠀⠀重复测试的增强效果已在许多课堂研究中得到证实。此外,Yang et al. (2021) 的元分析把测试重复次数做了了编码(即学习信息被测试的次数),量化分析了测试增强学习的效果与测试(测验)重复次数之间的关系。结果显示,课堂内容被测验的次数越多,测验对提升考试成绩的帮助就越大。」


更多相关内容,请关注专栏:

The Math Academy Way


← 返回目录