降低认知负荷的费曼学习法自学模式设计

郑富，李宛濛

(1.河南大学，河南开封 475000；2.保定市第十七中学，河北保定 071000)

一、问题的提出

提高自主学习能力是初中学生提升自身价值和素养的现实需要，更是促进自身终身发展的重要内容。在现今的初中学生学习能力中，自学能力通常指学生具有的预习及复习能力的总和。费曼学习法是1965年诺贝尔物理学奖获得者理查德.菲利普斯.费曼(Richard Philips Feynman)所倡导的学习方法，费曼认为任何人在学习任何东西，如果能用最简单的话，用自己的话，不带行话术语，同时让八十岁以上及八岁以下的儿童听懂了，那么就是把这个概念真正掌握了[1]。由于初中学生身处中高考选拔的第一站，故在自学的目标、意识、能力的培养中，需要一个具可操作性，并存在有说服力依据的方法。

（一）自学的局限性

1.中学生自学目标的模糊

中学生深度学习不是单纯的知识传授，学生知道就好，需要日积月累，逐步形成长期能力。这样的能力需要从中学开始培养[2]。中学生的深度学习能力，离不开中学生自学目标的明确性。自学目标分为长中短期目标，对于中学生而言，长期目标应以自身的学习能力培养为主，中期目标应以中考成绩为主，短期目标则以当下的学习为主。对于当下的学习而言，自学目标应明确自己的自学内容在整学期中的地位是什么、在整个单元的地位是什么，同时知道自己在自学过程中，应该要达到什么效果。多数中学生在学习过程中，由于沉浸在大量的题海训练及课外班的预填后补中，促使中学生长期丧失自学的必要性，久而久之，中学生自学目标便逐渐模糊，到了最后，甚至完全没有自学目标，只能人云亦云。

2.中学生自学意识的缺乏

在中学生的学习中，学习意识指自己知道要学的意识，而自学意识指的是中学生知道“这个学科应该是自己要学”的观念认识。在任何能力的培养中，建立自学意识都是能力培养的基础，没有自学意识的自学能力是没有根基的能力。在我国的中学生课堂中，教师与学生大多扮演固定的角色，教师负责激情地“讲“学生负责机械地“听”。课堂中，缺乏教师和学生的交流阻碍了学生思维的流动。课堂后，教师忽视不同层次学生的能力不同而统一地布置作业，促使能力强的学生感到“没意思”、能力差的学生感到“太困难”。时间一久，自学意识便愈来愈低。

3.中学生自学能力的不足

从学校的授课方式来说，中学生自学能力意指课前预习及课后复习两项能力的总和。近年来，我国教师对于中学生自学能力的培养虽然重视程度增加，但在教学过程中却仍存在某些问题。在预习过程中，教师经常让学生以“制作教学课件”的方式进行预习能力的培养，而大部分学生则因对“自学”存在误区，在实际操作中，学生把大部分的时间和精力都花在了制作课件上，过度注重教学课件的精美，而并没有对知识点进行深度理解，导致对相关知识点的内部逻辑关系的梳理和概括不明确。此外，在课堂中，教师常使用“观点讨论”的方法检验学生的预习效果，在演示过程中，常见学生把自己制作的“教学课件”一字不差地进行讲述，缺乏自身对知识点的见解和分析表达能力。在复习过程中，教师常用的方法是要求学生“整理笔记”“整理错题”及“题海练习”三种，并且在前两种的要求上，大多是没有明确的标准及步骤，也没有专门的“整理教学”，重点都在题海练习上，教师通过不断的让学生进行练习后，在课上进行解题示范、讲解题技巧。对于学生而言，在接收到不明确的整理要求后，对于自学能力培养至关重要的笔记能力及错题分析，都得不到正确的认识及培养，导致学生自学能力的严重不足。

（二）研究目的

1.明确中学生自学目标的概念及其标准

不同于学校教师上课时的“教学目标”，中学生的自学目标一经制定之后，将会消耗大量的认知资源，明确何为中学生的自学目标、自学目标的范围、自学目标的标准、自学目标的制定流程都是协助中学生进行自学聚焦的重中之重。

2.构建自学过程中的自学意识培养机制

对于中学生而言，自学意识指知道“学习是自己的事”“学习只能靠自己”，建立良好的自学意识，不仅是教师的培养目标，同时也是家长的热切期望。对于学生而言，自学意识的形成是一个漫长的过程。在学生进行自学的过程当中，教师关于学生自学观念的正确引导、学生自学问题的及时处理、学生自学结果的及时反馈，会让学生不断的“看见自学成功的希望”及“看到自身自学能力的成长”，最后在看到成绩的进步后，形成了良好的自学意识，最终建立起对自身学习能力的真实自信。

3.建立适合初中学生自学的费曼学习法

费曼学习法是1965年诺贝尔物理奖获得者理查德·菲利普斯·费曼本人所使用的学习方法，他认为依序进行明确目标、以教促学、化整为零、总结提炼[3]等四个步骤，除了能拥有传授给他人知识的能力，也能证明自己能熟练掌握所学知识。但在知网中以“费曼学习法”进行搜索后，可以发现以“怎么教”方面的研究为主，而“怎么学”方面的研究较为缺乏。诺贝尔奖得主不同于考上清华北大的“学霸”，从两者定位进行区分，前者代表着对世界发展有具体贡献的人，因为每一个诺贝尔奖得主，都对世界上的特定领域、对全人类有巨大的贡献。而后者仅代表一个人有较好的应试能力，其是否对世界、对全人类能有巨大的贡献则不得而知。初中生正值需要树立良好榜样的关键阶段，研究诺贝尔奖得主的学习方法来帮助自己提升自学的效果，对于初中生而言，除了有良好的理论依据，其榜样的作用也不可忽视。

二、基于费曼学习法的学习模式构建

（一）学习模式要素

1.学习金字塔

美国著名学习家、学者埃德加·戴尔（Edgar Dale）在1946年在《视听教学法》中首次提出了“经验之塔”理论，随后美国缅因州的国家训练实验室在1999年也做了相似研究。该理论统计学生在不同的学习方式下，经过两周之后的学习内容平均留存率来评判学习效果[4]。

实验发现不同的学习方式，其学习内容的平均留存率，存在着固定规律。从低到高进行分层，分别是第一层次听讲（5%）、第二层次阅读（10%）、第三层次视听结合（20%）、第四层次演示（30%）、第五层次合作学习（50%）、第六层次实践练习（75%）、第七层次向他人教授（90%）。并且将第一到四层次概括为被动学习、第五到七层次概括为主动学习。可以发现主动学习的三种学习行为的学习效果远高于被动学习，第七层次的学习效果甚至是第一层次的14倍，该实验科学地揭示了不同学习方式及所收效果中的“同工不同酬”。

2.认知负荷

认知负荷是学生在进行具体任务的学习过程中，大脑认知系统上所自然产生的各种负荷。近年来，全球学者已揭示的认知负荷效应有12种，本文结合其中的自由目标效应、解答样例效应、完成问题效应、通道效应、注意分离效应、冗余效应、想象效应、元素关联效应、分离关联元素效应、变式效应[5]等10种效应于初中学生的自学过程中，以期在学生学习过程中，最大化地降低其认知负荷，提升其认知效能。

（二）学习模式建立及调研

费曼学习法的学习拥有许多版本，笔者通过对同一学生在同一学科的不同章节，以学生自己理解的费曼学习法、老师指导的费曼学习法、师生进行探讨后的费曼学习法三种方式，分别进行学习及记录。

1.三种费曼学习法

学生自己理解的费曼学习法为：（1）确定目标：指根据想表达的知识点初步定好概念。（2）模拟教学：依序为举例说出，在符合这个知识点的基础上举出一个例子；类比说出，依据想表达的知识的概念结构，来表述出自己要表达的知识点进行说明。（3）概念简化：总结出本次知识点的核心要点，用通俗易懂的语言讲解出来。

教师指导的费曼学习法为：（1）写下概念，首先把概念初步理解，再总结写出；结合教材《学霸笔记》的解读和警示进行自己的解读，并对这一知识点提出1至2个问题。（2）模拟教学，举例说出，针对这个知识点中的简单一点进行举例；类比说出，针对这个知识点的表述格式进行举例；聊天说出，根据班级里不同理解层次（零基础）的学生，以他们能听懂的方式讲清楚。（3）重复回顾，检查有无遗漏要点，有就回到上一步，没有就继续往下进行。（4）概念简化，用简洁的语言将本课知识点给别人讲解清楚。

师生探讨后的费曼学习法为：（1）先初步了解概念。（2）模拟教学，通过不同的角度与方式让一位零基础的学生听懂。如果一次不行，就多尝试几次，直至该学生彻底理解了该知识点。（3）重复回顾，提醒重复回顾的重要性，检查有无遗漏要点。（4）概念简化，用简单的语言总结概念及要点，给对方讲述清楚。见表1。

2.调研分析

为针对三种不同形式的费曼学习法使用效益进行比较，由三位中等水平的初一学生，针对初一下数学的不同章节进行自学，并在每种方法的使用之后，都要做两道题以进行验证，理解度与流畅度分别以百分比及1～10分制进行自评，正确率、理解度、流畅度分别除以耗时为正确效益、理解效益、流畅效益，三种效益之和为总效益。发现老师版的总效益为学生版的1.8倍，三种方式当中，进行老师版费曼学习法对学生的帮助最大。

3.进行调整

笔者在实验后与三位学生进行探讨后，认为有必要建立一个面对复杂、困难章节的升级费曼学习法，故将教师版费曼学习法结合降低认知负荷后进行调整。首先是在原先“确定目标”步骤前增加“学习指南”，格式设计参照信息化时代的关键词统计方法，并且在开始学习之前，于学生的大脑中预先勾勒知识用途，强化脑中目标的清晰程度，以在学习过程中，能降低学生的认知负荷，在没有灵感或产生困惑时，能及时回到整体架构思考问题；将原本的“确定目标”改为“概念分解”，并在模拟教学当中增加学习指南说明的要求，以更多样化的方式对所学知识进行更广泛运用。

（三）学习模式确立

1.学习指南

在学习之前，需要先保持一定距离，并以较大字体写出该章节内容的三个以内关键词，并紧邻关键词以约一半大小字体加括号的方式(元素关联效应)，在书上找出2～3个关键词写上，最后再以关键词约一半大小字体但不加括号的方式，写出自己看着关键词后能想到的用途及三个词(想象效应)，在本过程中，不能使用多种颜色，不能画图，只能以控制文字大小、加括号等简单方法来对主要概念进行区分，如在下图中，可以发现围绕着三个大关键词的数个小关键词，可以让大脑意识到每个大关键词及周围的小关键词是紧密相关、大关键词之间也是紧密相关(冗余效应)，呈现出包含出现频次，关键词相关性、关键词连接路径的文献可视化效果。

2.确定目标

在预习过程中需自行决定重要的知识是什么(自由目标效应)，以明确自己学习的方向、内容及标准，让自己在预习过程中能随时聚焦。此时的做是将要学习的概念，在理解之后，能以书面形式清晰地表述出来，如果遇到理解较难的概念时，则先进行概念分解，将该概念分解至能理解的知识单位之后，再回去继续深入理解概念，如将平行线的证明拆解为平行的定义、证明的步骤、平行线证明的步骤。

3.模拟教学

指按照学习金字塔第七层次的学习方式，将自己想象成老师，并且能给一位基础不好的学生讲明白。因此讲课时不能出现复杂术语，必须要用简单清晰的语言进行讲解。在讲解过程中，需要不断整理概念，同时避免出现概念混乱、表述不清及逻辑不通等情况。

为帮助学生更好地理解（变式效应），需以举例说出“列举出充分的证据、有代表性的事例来证明观点”、类比说出“指依据两种以上事物的已知共同点来进行推理”、聊天说出、画图说出（注意分离效应）、学习指南说明（想象效应）等五种方式进行（通道效应）表示，同时选定或自编一个使用该章节知识的典型范例（完成问题效应）。

4.重复回顾

指检查内容上的遗漏并完善，并在复习过后，建立基本的做题思路。将1～2个范例中的2～3个关键词挖空，并看着该范例说出关键词(完成问题效应)，再将自己在本次讲解中所出现的问题，进行再次梳理，回归课本。在明确概念后进行调整后，最后再进行重讲，直至能一口气能流畅讲完为止。

5.概念简化

提炼要点，并避免使用专业术语(冗余效应)，确保让基础很差的学生也能听得懂的方式讲解。常用的方式是找到该要点的同类概念或相近概念进行类比推理，或是找到该概念在生活情境当中的具体例子进行详细说明。

三、以初一学科为例

（一）地理

1.学习指南

2.确定目标

3.模拟教学

类比说出，假设你们家是一个人多的家庭（南亚人口密集），父母的脾气不好，要么就是饿着你（热季旱灾），要么就是吃撑了（雨季涝灾），还有可能完全不搭理你（凉季），同时你家里有一个自给自足的小院，里头种了稻米、小麦、棉花、黄麻，还为了要灌溉方便，搭了三条河从中穿过去；聊天说出，如果你们全家被迫要移民南亚，要注意的是你们能不能适应这个气候变化（一年三季）、生活的方式是不是你们喜欢的（农业或工业）、饮食穿着要怎么办（粮食作物与经济作物）；举例说出，如果要去南亚旅游，首先要看好三季特点，才能知道要怎么准备，热季时要多带点水、雨季时带防湿疹的药、凉季时气候正好，带钱就行；学习指南说出，在认识南亚的过程中，主要应了解的是位置与国家、人口与经济，其中书上有的重点中，已标上红色粗体的内容中，恒河跟印度河是三河中有标红色的、印度和巴基斯坦又作为南亚次大陆的简称印巴次大陆，所以这个部分也是重要的。热带季风气候中6到10月是雨季，并且湿热，位置在北纬10～30度间，有北回归线穿过，因此是热带气候。在人口与经济中，应要知道与“最”有关的、有逻辑关系的事情，包含南亚人口最多的是近12亿的印度人、全是发展中国家的南亚各国经济一定是以农业为主，因为在三季中的农业发展受气候限制，只能发展不太受季节影响的畜牧业，可画图说出来。

4.重复回顾

经过分析，找到了本章节中只能综合理解的知识，提出了气候、灾害、经济的综合影响为本章节重要考点的假设，并且在五三试卷中发现该题型为中考的二星考题，印证了假设，并开始出挖空复习题。南亚的气候与经济的互相影响是热季-棉花小麦等耐旱作物、雨季-水稻。改编典型问题，将2019年山东潍坊期中考题改编为印度人因为80%的人有共同的宗教信仰而高度崇拜牛，下列宗教中有哪些不是发源于本土的宗教：（1）佛教；（2）基督教；（3）印度教；（4）道教？

5.概念简化

在南亚七国中，由于印度最大，所以认识了印度就差不多等于认识南亚了。印度人信印度教，这个教的人很崇拜牛，所以不吃牛肉。印度人口是整个南亚里最多的，所以印度人一跺脚，南亚大地震。印度的经济虽然是农业为主，但是工业的发展也很快，这几年的印度信息、生物、航空航天产业都发展得很快，尤其是班加罗尔，又叫做印度的硅谷。

四、结束语

对于初中生而言，认真学习仅是得到好成绩的一种可能原因，而非必然条件。中学生的深度学习，需要具有良好自学意识、自学目标及自学方法所形成的自学能力为前提，在最大化地降低认知负荷的环境中，使用大脑高层认知的学习活动而实现。信息化时代的信息量大及速度快特征，结合着中考及高考的应试压力，对中学生更高的学习效能发起了挑战书。本文在诺贝尔物理奖得主所使用的费曼学习法上进行升级的学习模式确立后，在研究中学生降低认知负荷的学习方法上得到了初步的成功。但如何在更大范围的群体中得到成功的复制，仍是一个巨大的挑战，还需要长江后浪推前浪的不懈努力才能创造可能。