“学习内存”：一个不恰当的比喻

2010-12-07邱崇光胡丽萍

中国远程教育 2010年2期

□ 李亮邱崇光胡丽萍

“学习内存”：一个不恰当的比喻

□ 李亮邱崇光胡丽萍

研究脑科学与学习的关系将使教育科学获益无穷，沉浸理论又是学习科学最近研究的又一个亮点。在《中国远程教育》杂志2009年第1期上，陶侃为了解释沉浸现象，以《沉浸理论视角下的虚拟交互与学习探究——兼论成人学习者“学习内存”的拓展》为题，借用计算机内存的概念，提出了“学习内存”的概念。本文针对人的学习过程、从加涅的信息加工理论的学习模型和现代脑科学中对学习和记忆的研究成果出发，指出了这样比喻的种种不妥之处。希望对沉浸理论的研究不要因为不恰当的比喻而误入歧途。

学习内存；沉浸理论；学习过程；脑科学

一、问题的提出

从脑科学角度研究教育现在已受到了研究者的重视，西方研究脑科学与教育关系问题的专家凯恩夫妇(Caine,R.N,Caine,G)认为，在教育领域中以脑为基础的研究不是一个孤立的运动，它是一种方法，教育最终会获益无穷。[1]我国著名教育家吕型伟指出，[2]由于科学和技术的发展，教育正面临重大而深刻的复苏。一种崭新的教育将在世界诞生，从而取代产生于工业时代一直沿用至今的教育模式。这种崭新的教育模式，将是建立在两个全新的基础之上，其一是信息技术，其二是脑科学。前者是教育的物质基础与外部条件：后者是人类对自身的发现，可以说是内部条件。技术使教育的手段更加先进，脑科学使教育更自觉更符合规律。两者结合，将使教育产生一个飞跃，最终使人的潜能得到极大的开发。

许多学者从脑科学的视野对人类学习活动进行了深入的研究，取得了不少成果。在《中国远程教育》杂志2009年第1期上，陶侃以《沉浸理论视角下的虚拟交互与学习探究——兼论成人学习者“学习内存”的拓展》（以下简称为“原文”）为题，根据脑科学研究的成果以及借用计算机内存的概念，创新地提出了“学习内存”的概念，并对其含义、构成、表现与功能以及对学习的影响进行了阐述。

笔者将对“学习内存”这一新概念，特别是其不妥之处进行讨论，与原文作者商榷。

二、原文对“学习内存”的概述

在原文中，作者认为：“学习内存”是指存储在个人大脑中的各种信息、符号、数据、记忆、经验和所形成的认知结构等综合体的容量，以及在合适的外部刺激或情境作用下，大脑中的这些综合体被激发、激活并调用于信息（符号）处理、消化、合成、创新等活动的效率。[3]这个定义在去掉各种修饰性的定语之后，就成为：学习内存就是容量和效率，这种内涵不清的定义，首先就使研究缺乏科学的逻辑起点。同时，作者还指出，成人学习者的“学习内存”的构成要素分为四大模块：知识模块、信息模块、认知模块、能力模块，前两者属于基础性模块，后两者属于发展性模块，它直接决定着“学习内存”的外在表现。最后作者认为，成人学习者的“学习内存”大小、优劣直接决定其学习的效率，人的“学习内存”大或优质，就意味着学习者知识面广、视野宽、思维流畅，具有较快的运转处理能力。必须指出的是：作者关于所谓学习内存的四大模块的说法也缺乏生理的和心理的实验支持。

作者提出这一新概念的主要目的是说明，在沉浸状态下，沉浸感成为学习的引擎，学习者处于极度亢奋中，此时其“学习内存”始终高密度、高强度运转，处理“未知空间”中的知识、信息等，并实现迅速转换。即沉浸感通过对“学习内存”的推动和拓展，促进学习者的学习。

三、人的学习过程

要探讨“学习内存”这一概念是否合理，首先需要对“人是如何学习的”这一复杂过程进行讨论和分析。“学习”在现实生活中是人们再熟悉不过的现象，但是人们却对“学习过程”的本质缺乏真正的了解，这是因为学习是一个很复杂的过程。在科学研究中，研究者从不同观点和角度对它进行了深入的分析和研究。

1.加涅的信息加工理论的学习模型

随着信息（加工）理论和电子计算机模拟的迅速发展，信息加工的模式也发展起来。美国著名心理学和教学设计专家加涅运用信息加工的理论和方法来解释人类复杂的学习过程，并运用计算机来模拟人的学习活动，研究得出学习与记忆的信息加工模型。如下图所示。[4]

从以上模型可以看出人的学习与记忆是由加工系统、执行控制系统和预期系统三者相互影响、相互作用、协同活动的过程。

加涅认为一个学习过程就是一个信息流程。学习者从环境中接受刺激，这个刺激推动感受器（听觉的、视觉的等），并产生神经信息。开始，这个信息进入感觉登记器，维持很短的时间（大约百分之几秒），感觉登记器所记载的信息并不都能持续到学习加工的以后阶段，只有那些能引起注意的对象才能被知觉到，这通常被称为选择性知觉。注意完成了这个转变，才进入短时记忆。

短时记忆可以持续一个有限的时间，一般是20秒钟。这个信息就作为听觉的、发音的或视觉的映象贮存在短时记忆中，它们是有待复述的。

当信息离开短时记忆而进入长时记忆时，信息便发生关键性的转变，这个信息被有意义地加以编码，变成了一个概念的或有意义的模式。在编码过程后，信息贮存在长时记忆中。

为了证实所学习的东西，必须从长时记忆中进行检索，于是产生检索的过程。在这一点上，这个信息又回到了短时记忆，被视为一种“工作的”或“有意义”的记忆。反应发生器从这个结构或直接从长时记忆中发生作用，产生了适当的反应组织，发出信号，推动反应器，引起激活而表现为人类的动作。

学习过程的最后一个环节就是反馈。反馈是学习者对其动作效果的对证。这是向学习者证明他的学习是否已经达到目的。反馈常常要求学习者进行外部的核对，但反馈的主要结果显然是内部的，它是用来巩固学习，使学会的东西能持久应用，这种现象又称为强化。

在学习过程中，执行控制系统对信息加工的过程进行调节和控制，从而提高学习和记忆的效率。预期系统主要起定向作用，是信息加工过程的动力系统，具体表现为学习者达到其学习目的的动机。

加涅是在联结主义和认知观点相结合的基础上，运用现代信息论的观点和方法，建立他的信息加工理论的学习模型的。他把学习看成一个不断复杂、不断抽象的模式体系。

但是其学习理论也存在着局限性[5]：首先，加涅的学习分类说仅仅是一种假说，没有科学依据，没有对一种确定的学习类型展开研究，而是广泛地归纳学习过程的一般特点。其次，人的学习过程不仅仅是一个信息加工的过程。人的认知过程主要是以理性认识为主导，以个体经验为基础，并始终伴随着情感和意志活动。人类的学习是受人的意向调节的，而这些只用信息过程是代替不了的。同时，机器与人脑不同，人脑的思维是长期社会实践的结果，人的意识是社会的产物，而电子计算机是没有意义的思维。根据人的学习的特殊性和复杂性，我们应该看到信息加工模式的局限性，简单而机械地引用信息加工模式来解释人的学习过程，是非常危险的，它不能代替人对知识、技能的学习过程。电子计算机的模拟也只能是模拟而已。

2.脑科学中对学习和记忆的研究

学习与记忆属于脑的高级功能或高级神经活动，不同的学科（行为学、心理学、生理学等）从不同的角度对学习记忆的定义不完全相同。从脑科学的视角来看，学习主要是指神经系统接收外界环境信息而影响自身行为的过程，而记忆是指获得的信息或经验在脑内存储或提取（再现、回忆）的神经作用过程。[6]因此学习和记忆之间既有区别又有联系，是难以截然分开的神经生理过程。

一般认为，学习与记忆的基本过程可以大致分为3个阶段：[7]

（1）获得：也称为登录（registration），是感知外界事物或接受外界信息的阶段，通过感觉系统向脑内输入信息，这就是学习阶段。在此阶段，大量的感觉信息属于没有意义的无关信息，都被丢弃，只有很少部分真正被脑获得并进一步加工处理。注意力对获得的信息影响很大，特别注意的信息容易被脑接受。

（2）巩固：这是获得的信息在脑内编码存储和保持的阶段。保持时间的长短和巩固程度的强弱与该信息对个体的意义以及是否反复再现有关，经常再现于意识之中的信息最巩固，保持的时间最长。

（3）再现：这是存储于脑内的信息提取出来使之再现于意识之中的过程。也就是通常说的回忆过程。

上图是脑的记忆过程，工作记忆让我们用已有的信息来整合当前的感觉信息，使我们可以有意识、有效地操作信息(思考、谈论和背诵)，从而保证将其存储在长时记忆中。可以看出，学习所获得的信息最终是存储在长时记忆中，因此对于学习来说，想要让它变得持久，就必须遵循一定的路径，也称为记忆通路，目前，研究人员已经得出了5种记忆通路：[8]语义的、情景的、程序的、自动的和情绪的。5种记忆通路都有各自接近信息的入口，这些入口可以通到长时记忆中存储信息。研究得出，[9]对某一件事情的存储用到的记忆通路越多，学习就越有效。同时，当情绪记忆通路被激活时，可以预期其他记忆通路的开启，因此活跃的情绪参与是学习的关键，这一通路的活跃应该是沉浸体验产生的重要原因。

从更微观的层面说，学习与记忆是脑内神经元之间联结的直接结果。人的大脑是由神经细胞组成的。神经细胞又称神经元，能够感受刺激和传导兴奋，具有接受、传递、加工、存储或发放信息的功能。外界信号被各个感觉器官收集到后,再由支干神经以一种化学物质(介质)的形式传递到脑细胞核(大脑皮层)存储。待需要时，再通过外感觉器官的末梢神经刺激大脑皮层，大脑皮层释放介质，经脑细胞支干传递出去，形成一个提取过程，也称信息再现。在这一过程中，信息的传输主要是靠神经元，它是执行脑和整个神经系统功能的核心。当两个神经元交流信息时，就形成了神经联结或突出联结。神经联结意味着个体产生了新的体验或获得了新的信息。因此神经科学家将学习定义为两个神经元彼此产生联结的过程。[10]神经联结越多信息交流越有效，获得的新信息就越牢固。神经元通过突触相互连接在一起，组成神经元回路或神经通路，从而实现脑的信息处理功能——感觉信息的加工、运动反应和情绪反应的编程、学习和记忆等。在人的一生中，大脑皮层会建立大量的神经网络以存储和处理信息。

大脑的变化、学习和记忆及脑内神经元的联结程度决定于环境对大脑的刺激。脑科学研究发现，[11]多姿多彩的环境刺激对早期大脑发展具有显著的影响。科学材料证实，大脑功能的水平在很大程度上取决于其工作时所处的环境状态，服从“用进废退”的规则。

脑科学研究通过对大脑结构以及功能的研究，解释了人类学习的本质和过程，为学习理论提供了证据和科学支持。

从以上的两种理论对学习过程的分析和描述可以得知，人的学习过程就是信息在人脑中的传输和编码、存储和提取的过程。脑科学对人类学习的研究为加涅的研究提供科学的依据。在人的学习过程中，短时记忆和长时记忆之间信息的传输和相互作用是学习的关键环节。短时记忆是信息的初步处理和暂时储存阶段。短时记忆的容量是有限的，一般人的短时记忆的广度平均值为7±2个。长时记忆是指永久性的信息存储，它的信息来自短时记忆阶段加以复述的内容。长时记忆的容量是无限的，它的信息是以有组织的状态被储存起来的。

四、比喻的功能

原文实际上就是进行了一个比喻，把人脑的学习的部分功能比喻为计算机的内存。比喻也叫譬喻，是根据事物之间的相似点，把某一事物比作另一事物。恰当的类比可以抓住主要矛盾和本质特征，把抽象的事物变得具体，把深奥的道理变得浅显。

著名文学理论家乔纳森·卡勒为比喻下的定义：[12]比喻是认知的一种基本方式，通过把一种事物看成另一种事物而认识了它。也就是说找到甲事物和乙事物的共同点，发现甲事物暗含在乙事物身上不为人所熟知的特征，而对甲事物有一个不同于往常的重新的认识。

一个合理的比喻必须具备以下条件：第一，比喻要抓住问题的核心；第二，必须用简单的东西来比喻复杂的问题，而不是用复杂的东西来比喻简单的问题；第三，比喻具备三个要素：本体、喻体和相似点。其中本体和喻体必须是性质不同的两类事物，并且它们之间必须有相似点。

五、对原文中“学习内存”的思考与讨论

1.比喻不当：“学习内存”是否是真正意义上的内存？

原文中，作者为了便于说明较抽象的学习和记忆过程，把人的大脑比方成一个高度精密的“超级存储器”，把记忆的存储和处理，即原文中提到的“学习内存”比方成“计算机内存”，把“学习内存”与学习者的关系类比为内存和计算机的关系。根据以上对人类学习过程和比喻功能的分析和研究，笔者认为这是一个不合理、不恰当的比喻。

（1）人的大脑是一个非常复杂的信息存储和处理系统

人的大脑是生物体内结构和功能最复杂的器官，同时它也是极为精巧和完善的信息存储和处理系统。大脑掌管着人类每天的语言、思维、感觉、情绪、运动等高级活动。它是一个非常复杂的巨系统，在这一系统中主要分为5个子系统，包括信息输入、信息存储、信息反应、情感意志和信息输出子系统。[13]可以看出，大脑对输入的信息不仅进行了存储，而且还进行了反应、加工和处理。因此，仅把人的大脑类比为“超级存储器”是不够的。人脑不仅是一个高度精密、被动的“超级存储器”，而且还是一个自动控制的“超级处理器”。

（2）“学习内存”并不是真正意义上的内存

在计算机领域中，内存是电脑的内部存储部件，它是随机动态存储器，是连接CPU和其他设备的通道，用来存储CPU处理的临时数据和程序指令，起到缓冲和数据交换作用。电脑中所有运行的程序和处理的数据都需要先从硬盘、软驱、光驱、U盘等外部存储设备中读入到内存，CPU才能执行程序和进行数据处理，CPU处理后的数据一般也要先储存在内存中，再传送到其它设备进行处理。电脑关机后，内存中的数据全部会消失。[14]从以上的定义中我们可以看出，内存有两个基本的功能：① 用来临时存储数据，内存中的数据会随着程序的运行情况而发生变化和更新，甚至可以被清空，同时它没有数据处理功能；② 内存是数据处理的交换平台，硬盘的数据需要处理的时候，都必须先把数据传输给内存，然后再到中央处理器中进行加工和处理，处理完之后再经过内存传回到硬盘。鉴于此，笔者认为符合以上两个基本功能的才是真正意义上的内存。

原文对“学习内存”的定义和描述表示的是存储信息大小和处理信息优劣的程度。同时“学习内存”不仅具有存储信息的功能，而且还具有处理信息的功能，此外，“学习内存”储存的信息不仅有临时数据也有需要长久记忆和存储的信息，因此可以看出，作者所提出的“学习内存”并不是真正意义上的内存。作者把“学习内存”比喻为“计算机内存”，并没有准确地用简单的概念说明复杂的概念，反而脱离了“学习内存”的本质。

（3）“学习内存”与学习者的关系不能等同于内存和计算机的关系

内存是计算机存储临时数据的存储部件，计算机把要永久保存的、大量的数据存储在外存上，而把一些临时的或少量的数据和程序放在内存上。内存的好坏会直接影响计算机的运行速度。同样，“学习内存”的大小、优劣直接决定学习者的学习效率。两者不同的是，学习者的学习使获得的信息储存在大脑中，从而扩大和优化了“学习内存”，而计算机中，内存是固定的，可以人为地扩展，但是计算机不能自动地扩展内存的容量。

此外，“学习内存”中的信息不会因为学习者的休眠或者某一次学习的终止而自动消失，有一部分信息因为遗忘被丢失，但有一部分信息会长久地保存于人的大脑中，而计算机中，内存中的信息会随着计算机的关闭而消失。

因此，学习者把所有经过大脑加工处理的信息储存于“学习内存”中，而计算机只是在运行的时候，把临时数据和信息储存在计算机内存中。

（4）根据加涅的学习模型，短时记忆可以被比喻成计算机内存

在加涅的信息加工理论的学习模型中，信息经过感应登记后，很快进入短时记忆，信息在这里可以持续二三十秒钟。短时记忆存储信息的能力很有限，存储在短时记忆中的信息经过多次复述之后，经过语义编码的转换，将信息从短时记忆转到长时记忆。因为短时记忆存储信息的容量有限，而且存储的信息也是临时数据，信息的保留时间非常短，会被遗忘，所以短时记忆相当于计算机的内存。短时记忆和长时记忆的关系类似计算机中内存和硬盘的关系。前者是大脑处理信息、暂存信息的场所；而后者储存大量信息，但不能直接为大脑所处理，只有通过提取至短时记忆才能被意识到（即处理）。[15]

综上所述，原文作者把“学习内存”比喻成计算机内存是一个不恰当的比喻，虽然两者是属于两个不同类型的事物，而且有相似点，都是存储信息的功能。但是比喻没有抓住问题的核心，即“学习内存”中信息的存储方式、内容以及性质等与计算机内存中信息的存储方式、内容以及性质并没有相似的地方。因此，这个比喻并没有用“计算机内存”这一简单的概念来真实地反映和说明“学习内存”的本质。

2.“学习内存”是否存在构成要素？

要素是按照确定方式联结成系统的组分（构成成分）、因素、单元。[16]可以看出，要分析得出某一个事物的要素，首先这一事物可以被当作或者它就是一个系统。系统是指同类事物按一定的关系组成的整体。[17]

在上文中，笔者提到，原文所谈的“学习内存”就是容量，是效率，而不是指某一区域或者某一事物，它描述的是某一事物的程度，即存储信息大小和处理信息优劣的程度。因此，它不能被归入到系统的范畴，而是描述某一系统程度的范畴。例如，热，这是描述温度高低的名词，它就不能被当成是一个系统。所以按照原文作者对“学习内存”的定义，可以得出它不是一个系统，它是无法再分解为若干要素的。

六、总结

综上所述，原文作者为了从脑科学的视角说明和解释“在沉浸状态下，较强的沉浸感可以使学习者有效地获取、加工和存储知识，提高学习效率”而提出来“学习内存”这一新的概念，但是比喻不恰当，反而引起了种种矛盾和误导。

本文通过人类的学习过程和比喻功能的探讨，对原文中提到的“学习内存”这一新概念进行辨析。首先，“学习内存”并不是真正意义上的内存，比喻的应用并没有反映“学习内存”所描述含义的本质。其次，“学习内存”作为描述存储信息大小和处理信息优劣程度的概念，并不能再进行分解。从而得出原文作者对“学习内存”所用的比喻是一个不恰当的比喻的结论。

[1]Caine,R.N.,&Caine,G.(1990,october).Understanding a brainbased approach to learning and teaching.Educational Leadership.48(2).P66-70.

[2]吕型伟.教育改革要不断深入[J].浙江教育学院学报，2008，（2）.

[3]陶侃.沉浸理论视角下的虚拟交互与学习探究——兼论成人学习者“学习内存”的拓展[J].中国远程教育，2009，（1）.

[4]桑新民.学习科学与技术[M].北京：高等教育出版社，2004.

[5]加涅学习理论的贡献及局限性[DB/OL].http://old.blog.edu.cn/user3/hyhnu/archives/2006/1582530.shtml，2009-08-23.

[6][7]吴馥梅.脑活动的内幕[M].南京：江苏科学技术出版社，2000.

[8][9]（美）斯普伦格（Sprenger，M）.北京师范大学“认知神经科学与学习”国家重点实验室，脑科学与教育应用研究中心译.脑的学习与记忆[M].北京：中国轻工业出版社，2005.

[10]吕萍.脑科学视野中的教学研究[D].上海：上海师范大学，2004.

[11]刘春雷，陈睿渊，冯义东.脑科学视角下的教育技术理论与实践[J].开放教育研究，2009，（3）.

[12]比喻-百度百科[DB/OL].http://baike.baidu.com/view/5525.htm，2009-09-01.

[13]曾邦哲.结构论[DB/OL].http://www.sysbioeng.com/chinese/jieguo05.html，2009-09-01.

[14]什么是电脑内存[DB/OL].http://ask.koubei.com/question/1406082711702.html，2009-09-02