張弛

【摘 要】在信息加工心理學(xué)領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)模擬人的心理活動(dòng)是一種代表性的研究方法。受啟發(fā)于計(jì)算機(jī)的工作原理、方式，以信息加工心理學(xué)為視角，采用類(lèi)比的方法，將人腦的思維方式與計(jì)算機(jī)相對(duì)照，提出人腦的“并行思維模式”理論及“思維優(yōu)化”理論。其中，思維優(yōu)化的途徑包括優(yōu)化思維架構(gòu)和優(yōu)化軟件系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】信息加工心理學(xué)；并行思維模式；思維優(yōu)化；思維架構(gòu)；模擬

【中圖分類(lèi)號(hào)】G443 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2015）01-0030-04

信息加工心理學(xué)認(rèn)為，人腦是一個(gè)信息加工系統(tǒng)，它可以對(duì)表征信息的物理符號(hào)進(jìn)行輸入、編碼、貯存、提取、復(fù)制和傳遞。在該學(xué)科領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)模擬是一種代表性的研究方法，即將人的心理過(guò)程模擬為計(jì)算機(jī)運(yùn)行方式，從而認(rèn)識(shí)人的心理活動(dòng)過(guò)程，對(duì)人的內(nèi)部信息加工過(guò)程進(jìn)行邏輯分析。

理論建構(gòu)的基礎(chǔ)

信息加工心理學(xué)將信息加工方式劃分為系列加工、平行加工等幾種。系列加工是指信息加工按照確定的順序一步步進(jìn)行的加工方式，而平行加工則是指多方面刺激信息可以在不同的信息加工單元中同時(shí)進(jìn)行的一種加工方式。

在多數(shù)情形下，人腦加工信息的典型工作方式是一項(xiàng)項(xiàng)地完成，各項(xiàng)任務(wù)之間存在著先后順序問(wèn)題，這相當(dāng)于“系列加工”方式。就這種工作方式而言，要想提高總體工作效率，基本思路是提高每一子項(xiàng)工作的效率。這類(lèi)似于計(jì)算機(jī)不斷追求速度方面的提升，以縮短對(duì)每一項(xiàng)任務(wù)的處理時(shí)間，提升總體的性能。

近年來(lái)，科研人員在提高計(jì)算機(jī)芯片運(yùn)行速度方面遇到了瓶頸，不得不改變思路，探索和開(kāi)發(fā)更多內(nèi)核的處理器，并不斷完善處理器的構(gòu)架。前者實(shí)現(xiàn)了多線(xiàn)程的同時(shí)運(yùn)行，而后者則在同樣頻率的前提下，提高了工作的效率。

鑒于此，本文從信息加工心理學(xué)的角度，重點(diǎn)將計(jì)算機(jī)的“平行加工”方式及處理器的架構(gòu)與性能關(guān)系等問(wèn)題與人腦的工作方式相類(lèi)比，進(jìn)而演繹出一些新的理論——“并行思維模式”理論、“思維架構(gòu)”理論等。

并行思維模式

1. 計(jì)算機(jī)工作原理概貌

在計(jì)算機(jī)學(xué)科，任務(wù)、程序、進(jìn)程、線(xiàn)程是幾個(gè)基本而重要的概念，它們之間相互聯(lián)系又存在區(qū)別?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)在工作時(shí)，一般都可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)活躍或者隨時(shí)可激活的程序，也就是可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)，從而使得工作效率大為提高。

計(jì)算機(jī)的某一個(gè)程序可以與多個(gè)進(jìn)程對(duì)應(yīng)，而一個(gè)進(jìn)程中又存在著一個(gè)或多個(gè)線(xiàn)程，一個(gè)進(jìn)程的全局變量由所有的線(xiàn)程共享。在單核處理器的時(shí)代，表面看似同時(shí)運(yùn)行的線(xiàn)程，其實(shí)是存在著先后次序的，各個(gè)線(xiàn)程之間不斷切換輪流執(zhí)行，它們各自占用的時(shí)間較短，人們不易或不能察覺(jué)到。隨著多核處理器的誕生，計(jì)算機(jī)得以真正滿(mǎn)足在同一時(shí)間內(nèi)執(zhí)行不同線(xiàn)程的需求。

此外，在計(jì)算機(jī)學(xué)科，并行計(jì)算技術(shù)是一個(gè)被普遍使用的技術(shù)，它起源于科學(xué)計(jì)算，但已不再局限于應(yīng)用在科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域。廣義上說(shuō)，使用并行計(jì)算技術(shù)可以為多個(gè)完全獨(dú)立的計(jì)算任務(wù)提供并行處理能力。狹義上，并行計(jì)算技術(shù)是指使用多個(gè)處理器為一個(gè)“不可分割的”計(jì)算任務(wù)提供并行處理能力。

2. 類(lèi)比及理論建構(gòu)

根據(jù)信息加工心理學(xué)，人腦的工作方式與計(jì)算機(jī)工作方式在一定程度上存在著相似性。由此推斷，人腦在工作時(shí)應(yīng)該存在著典型或不典型的“并行思維模式”。

（1）程序與語(yǔ)言

當(dāng)人要完成一項(xiàng)復(fù)雜的思維活動(dòng)任務(wù)時(shí)，例如讀懂一篇文章的意思，理解一篇文章的內(nèi)涵并加以記憶，若用計(jì)算機(jī)來(lái)類(lèi)比，就好比是計(jì)算機(jī)要執(zhí)行一項(xiàng)系統(tǒng)任務(wù)：完成對(duì)某個(gè)紙質(zhì)文本的讀取、識(shí)別、解讀、存檔。人腦在執(zhí)行這個(gè)系統(tǒng)任務(wù)時(shí)，可以為自己設(shè)定一個(gè)基本“程序”：先閱讀，初步理解字面意思，再查閱資料或者尋求他人指點(diǎn)，再深入分析文章的內(nèi)涵，最后加以記背和練習(xí)；計(jì)算機(jī)也要為自己的工作任務(wù)選定程序：利用掃描軟件對(duì)紙質(zhì)文本進(jìn)行掃描，利用OCR軟件對(duì)掃描件進(jìn)行識(shí)別，利用翻譯軟件、工具辭典軟件及借助互聯(lián)網(wǎng)支持對(duì)文句進(jìn)行解讀，對(duì)結(jié)果加以存盤(pán)等。

當(dāng)然，上述“程序”都是宏觀的、廣義的，本質(zhì)上相當(dāng)于我們通常所說(shuō)的過(guò)程、流程。然而就其中某一個(gè)微觀的步驟而言，計(jì)算機(jī)在執(zhí)行運(yùn)算時(shí)，還有其特定的微觀“程序”（某個(gè)局部的、一段指令集），相應(yīng)地，人在處理某一個(gè)思維任務(wù)如背誦文章時(shí)，也有其內(nèi)在的微觀“程序”。例如就背誦這個(gè)局部任務(wù)而言，要達(dá)到其目的，可以采取全文通讀、整體背誦的策略，也可以采取分段記憶、逐個(gè)攻破的策略；可以選擇朗誦的方式背誦，也可以選擇默讀的方式背誦。而計(jì)算機(jī)要完成某個(gè)動(dòng)作時(shí)，也可以采取不同的微觀方式。例如，要將TXT文件轉(zhuǎn)化為DOC文件，可以選擇Word軟件也可以采用WPS軟件。此外，我們知道，編寫(xiě)計(jì)算機(jī)程序可以使用不同的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，語(yǔ)言雖不同，但卻可以達(dá)到同樣的最終效果。人其實(shí)也可以。

（2）進(jìn)程與線(xiàn)程

其實(shí)，當(dāng)“程序”為靜態(tài)時(shí)方為原始意義上的程序，它只是一組有序的指令集合而已，而當(dāng)這些指令集處于執(zhí)行的動(dòng)態(tài)時(shí)，這種微觀的、有生命的“程序”本質(zhì)上就不再是程序了，更準(zhǔn)確地說(shuō)，它應(yīng)該是“進(jìn)程”。一個(gè)程序?qū)?yīng)著一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程，這些進(jìn)程的關(guān)系可以是先后的關(guān)系，也可以是并行、相互交錯(cuò)的關(guān)系，既可以同時(shí)運(yùn)行又可以交替運(yùn)行。當(dāng)然，再微觀一些來(lái)看，一個(gè)進(jìn)程又可以有多個(gè)線(xiàn)程，線(xiàn)程不能單獨(dú)執(zhí)行，必須組成進(jìn)程，通過(guò)創(chuàng)建多線(xiàn)程進(jìn)程，每個(gè)線(xiàn)程在一個(gè)處理器上運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的并發(fā)性，使每個(gè)處理器都得到充分運(yùn)行。

相對(duì)應(yīng)的，人腦在處理問(wèn)題時(shí)其實(shí)也是可以多進(jìn)程、多線(xiàn)程的，且也可以并行，產(chǎn)生“并行思維模式”的效果。例如，人在閱讀書(shū)本時(shí)，可以邊閱讀，邊解讀字面意思，邊根據(jù)其中意境加以想象，邊背誦，這些“進(jìn)程”之間從宏觀來(lái)看，更像一種交錯(cuò)、并行的關(guān)系，而非絕對(duì)、死板的先后順序——人在閱讀文本時(shí)，也許并未刻意啟動(dòng)理解、背誦程序（進(jìn)程），卻已形成了理解（信息編碼）和記憶。

人有能力同時(shí)做兩件或兩件以上毫不相干的事情，這些現(xiàn)象說(shuō)明了人的多種思維是可以并行的。也許有人會(huì)質(zhì)疑：其中有些活動(dòng)不是肢體、體力活動(dòng)嗎？要知道這些肢體運(yùn)動(dòng)并非是無(wú)意識(shí)的，需要依賴(lài)思維，本質(zhì)上是并行狀態(tài)思維的外顯。

（3）多線(xiàn)程與多核處理器

由于人腦只有一個(gè)，是否可以依托“多核處理器”實(shí)現(xiàn)多線(xiàn)程同時(shí)并行的效果？這個(gè)問(wèn)題值得探討。筆者認(rèn)為，人腦比電腦本質(zhì)上要復(fù)雜得多，它有多個(gè)功能區(qū)域，有1000億個(gè)神經(jīng)元，大腦神經(jīng)細(xì)胞間最快的神經(jīng)沖動(dòng)傳導(dǎo)速度為400多公里/小時(shí)，這是“超高速”的。而且在1秒鐘內(nèi)，人腦內(nèi)可以發(fā)生10萬(wàn)種化學(xué)反應(yīng)，這許多的反應(yīng)在微觀來(lái)看，類(lèi)似于許許多多的微處理器都在忙碌地工作著，或者說(shuō)，有許許多多活躍的線(xiàn)程在同時(shí)執(zhí)行著。神經(jīng)沖動(dòng)傳導(dǎo)速度正類(lèi)似于計(jì)算機(jī)處理器的頻率（即運(yùn)行速度），這樣來(lái)看，人腦就像一個(gè)高頻率且超多核的計(jì)算機(jī)處理器，是當(dāng)代計(jì)算機(jī)尚望塵莫及的。

再宏觀一些，就處理某些具體任務(wù)來(lái)看，人腦工作依然可以被比擬為多核、多線(xiàn)程的。例如，觀看一幅圖畫(huà)作品，也許人在第一眼“掃描”時(shí)就已經(jīng)初步知道了畫(huà)的組成概要、大致的顏色布局，而并沒(méi)有進(jìn)行“逐行掃描”或者按序“分塊掃描”。畫(huà)中的每一個(gè)局部都以光的形式同時(shí)進(jìn)入眼球，傳入大腦，被解讀了。

（4）多功能問(wèn)題

以上所述并行思維現(xiàn)象，更多的是把人腦比作計(jì)算機(jī)的中央處理器（CPU），而計(jì)算機(jī)的硬件組成除了中央處理器（運(yùn)算器、控制器）外，還包括輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存儲(chǔ)器等，這些邏輯部件有著各自不同的功能，各司其職、分工完成整體工作。而人腦本身也就是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，它顯然不單純是個(gè)“處理器”，除了具有計(jì)算機(jī)處理器那樣的控制功能和運(yùn)算功能外，也同時(shí)具有輸入、輸出、存儲(chǔ)等功能。其中，存儲(chǔ)也同時(shí)包含了外部存儲(chǔ)和內(nèi)部存儲(chǔ)。

在計(jì)算機(jī)的外部存儲(chǔ)器中，和大腦功能最相似的應(yīng)該是硬盤(pán)，存量大（但也有限）、速度快，而光盤(pán)、優(yōu)盤(pán)、軟盤(pán)等則類(lèi)似于人類(lèi)存儲(chǔ)、讀取信息的媒介——書(shū)籍、報(bào)紙（容量在理論上可以無(wú)限大）等。計(jì)算機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括ROM、RAM、Cache（高速緩沖），這似乎與人腦之間也具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。ROM是只讀存儲(chǔ)器，其中數(shù)據(jù)是事先寫(xiě)好的，工作過(guò)程中只能讀取，斷電后數(shù)據(jù)也不會(huì)消失，這就好比人腦中已經(jīng)根深蒂固的那些觀念、概念、思維方式，它們用來(lái)指導(dǎo)、支持人的其他思維活動(dòng)，可以立即調(diào)用，且基本不會(huì)再作修改，例如人們清楚地知道物體會(huì)自動(dòng)從上向下掉落，知道熱水會(huì)自動(dòng)從熱變冷等。RAM是隨機(jī)存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)單元的內(nèi)容可隨意取出或存入，這就好比人在接觸事物時(shí)，大腦對(duì)這些事物的印象、理解是隨著即時(shí)傳入信息的變化而不斷發(fā)生著變化的（這不恰恰就是建構(gòu)主義理論中“同化”和“順應(yīng)”的基礎(chǔ)嗎），這些印象、理解、信息一會(huì)兒形成、一會(huì)兒刪除，速度很快。Cache介于中央處理器和主存儲(chǔ)器之間，是一個(gè)高速、小容量的緩沖存儲(chǔ)器，它與中央處理器之間速度匹配，相當(dāng)于緊靠工廠(chǎng)生產(chǎn)車(chē)間的一個(gè)臨時(shí)倉(cāng)庫(kù)，方便生產(chǎn)車(chē)間隨時(shí)、快速取料，這就大大提升了處理器的效能。人腦在處理系統(tǒng)問(wèn)題時(shí)，其實(shí)也需要類(lèi)似的“臨時(shí)存儲(chǔ)體”來(lái)快速地提供臨時(shí)信息，例如，做一道多步驟的數(shù)學(xué)計(jì)算題、推斷題，進(jìn)入第二步分析時(shí)，頭腦中馬上需要第一步的信息、結(jié)論來(lái)支撐；進(jìn)入第三步時(shí)，又立刻要用到第二步的信息、結(jié)論，而此時(shí)，再之前一步的信息、結(jié)論則可以暫時(shí)忽略、刪除；如此遞進(jìn)下去。

所有這些類(lèi)似計(jì)算機(jī)的輸入、輸出、存儲(chǔ)、運(yùn)算、控制等功能，為人腦的多任務(wù)并行提供了另一種現(xiàn)實(shí)可能，當(dāng)然，這種并行方式是宏觀功能層面的。

3. 利弊分析

計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的方向之一就是不斷開(kāi)發(fā)更多核的處理器，為多任務(wù)同時(shí)執(zhí)行提供支持。從這個(gè)角度看，似乎同時(shí)運(yùn)行的任務(wù)越多，計(jì)算機(jī)的效率就越高。受此啟發(fā)，我們也許都希望自己能有更強(qiáng)的多任務(wù)處理能力，依托“并行思維”提高工作效率。

既然計(jì)算機(jī)可以升級(jí)換代，人腦可不可以呢？當(dāng)然可以。只不過(guò)，計(jì)算機(jī)靠的是更換功能更優(yōu)良的硬件，而人腦依靠的則是進(jìn)行訓(xùn)練，通過(guò)一定的訓(xùn)練，人在同時(shí)處理幾件事情時(shí)，可以從不協(xié)調(diào)、手忙腳亂到漸漸嫻熟、自在起來(lái)。然而，我們?cè)趯?shí)際操作計(jì)算機(jī)時(shí)還會(huì)有這樣的感受，計(jì)算機(jī)開(kāi)啟的程序（進(jìn)程）并非越多越好。即便是使用的是多核處理器，如果開(kāi)啟的程序（進(jìn)程）太多，則可能會(huì)出現(xiàn)“卡殼”“死機(jī)”的現(xiàn)象，這受制于存儲(chǔ)器的性能與容量、軟件的支持性等多種因素。多任務(wù)同時(shí)運(yùn)行，有時(shí)高效有時(shí)反而低效。所以，我們?cè)诠ぷ鳌W(xué)習(xí)中，也應(yīng)該客觀、冷靜地對(duì)待并行思維問(wèn)題，分析其利弊。

有的情況下，多任務(wù)并行可以促進(jìn)思維、提高效率。如在閱讀過(guò)程中，遇到了一些富有深意的話(huà)語(yǔ)，可以隨即在大腦中調(diào)用和浮現(xiàn)出某些相關(guān)的場(chǎng)景、現(xiàn)象典故等，這些同步進(jìn)行的形象化思維可以幫助人對(duì)復(fù)雜、抽象的知識(shí)進(jìn)行深入理解。這也類(lèi)似于教師在講解知識(shí)時(shí)，可以同時(shí)借助投影儀來(lái)展示形象化的視頻、圖像，以幫助學(xué)生更好地理解所要揭示的含義。

有的情況下，多思維并行卻是有害的。例如，一邊讀書(shū)，一邊又玩著電腦游戲或者想著游戲中的攻略、電視中的劇情等。此時(shí)，學(xué)習(xí)的效果一定是大打折扣了，結(jié)果是得不償失的。所以，對(duì)于學(xué)習(xí)、工作而言，多數(shù)情況下還是要強(qiáng)調(diào)用心、專(zhuān)注、定神。只是在具體某個(gè)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中才更適合啟用“并行思維模式”（相當(dāng)于一個(gè)進(jìn)程中的若干線(xiàn)程并行模式）。

此外，人腦不同于計(jì)算機(jī)的一點(diǎn)還在于，其持續(xù)工作或者大負(fù)荷工作時(shí)是會(huì)疲勞的，從而導(dǎo)致效率降低乃至幾乎罷工，而計(jì)算機(jī)只要處于通電狀態(tài)且硬件未損壞、環(huán)境狀況良好，其效能就是基本不變的，當(dāng)然，這不包括軟件系統(tǒng)的問(wèn)題。所以，人腦刻意追求多“線(xiàn)程”、多“進(jìn)程”，并不科學(xué)。

啟示——“思維優(yōu)化”的途徑

1. 思維架構(gòu)優(yōu)化

我們?cè)谑褂糜?jì)算機(jī)時(shí)常常會(huì)有這樣的疑惑，為什么同樣的工作主頻、核芯數(shù)量，處理器的實(shí)際性能卻相差許多呢？這是因?yàn)檫@些處理器采用了不同的架構(gòu)！架構(gòu)是處理器的基礎(chǔ)，對(duì)于處理器的整體性能起到?jīng)Q定性作用。當(dāng)前，處理器架構(gòu)的更新包括了指令集的更新，對(duì)多核芯的支持，各個(gè)核芯間數(shù)據(jù)交換的優(yōu)化，內(nèi)存/緩存訪(fǎng)問(wèn)機(jī)制的改善，總線(xiàn)帶寬的提升等，優(yōu)良的架構(gòu)不僅能提升性能，還可降低能耗。

類(lèi)似的，人腦是否也有架構(gòu)問(wèn)題呢？應(yīng)該有。我們知道，人在疲勞、頭腦不清晰時(shí)，遇到事情往往理不出個(gè)頭緒來(lái)，眉毛胡子一把抓，工作效率低下，因?yàn)樗乃季S架構(gòu)此時(shí)是混亂的。如果把人腦的反應(yīng)速度比作計(jì)算機(jī)處理器的頻率，一個(gè)反應(yīng)很快的人，思考問(wèn)題、處理問(wèn)題的速度是否一定也就快呢？顯然不一定。也就是說(shuō)，人腦的“思維架構(gòu)”直接影響著其實(shí)際工作效能。優(yōu)良的思維架構(gòu)可以讓人的思維、工作更高效，能耗也更低，讓人面對(duì)復(fù)雜問(wèn)題時(shí)不感到困惑、繁雜、費(fèi)神。

由此可見(jiàn)，所謂“思維架構(gòu)”，其實(shí)就是人腦思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的范式、流程、路徑，是人腦接受信息、分析及加工信息、傳遞信息的方式。這些方式的不同，影響著信息傳遞和處理的流暢、通暢程度，最終影響到思維的質(zhì)量與結(jié)果。人無(wú)需總是抱怨自己的頭腦不聰明、不敏捷。如果能夠注意訓(xùn)練自己思考、分析問(wèn)題的方式，優(yōu)化思維的“架構(gòu)”，是可以在現(xiàn)有智商條件下，大大提升工作效率的。這對(duì)學(xué)習(xí)后進(jìn)生、學(xué)困生、不自信的學(xué)生而言，是自信的“源泉”，是其取得進(jìn)步的重要支撐！

2. 軟件系統(tǒng)優(yōu)化

當(dāng)計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)被限制，其工作效能是否就沒(méi)有提升的空間了呢？答案也是否定的。我們知道，電腦的操作系統(tǒng)不同，使用的感受和實(shí)際工作效率也是不同的。具體到處理某一項(xiàng)具體任務(wù)時(shí)，如果使用不同的軟件，最終效率和效果也不同。例如，進(jìn)行視頻的剪切、轉(zhuǎn)化等任務(wù)，可以采用格式工廠(chǎng)、魔影工廠(chǎng)、QQ影音等多種軟件，采用不同的軟件，消耗的時(shí)間不同，編輯后的視頻文件在質(zhì)量（清晰度）上可能也存在差異。由此再來(lái)分析人的思維優(yōu)化、能力提升問(wèn)題，首先要回答什么是人頭腦中運(yùn)行的“軟件”？應(yīng)該說(shuō)，這大致對(duì)應(yīng)的就是人頭腦中儲(chǔ)存、運(yùn)用的知識(shí)體系及處理問(wèn)題的技巧。舉例來(lái)說(shuō)：數(shù)學(xué)中的證明題往往是可以一題多解的，采用某些方法也許非常便利，而采取另一些方法也許就變得非常煩瑣，雖然最終結(jié)果相同，但過(guò)程不同?？磥?lái)，頭腦中存儲(chǔ)和運(yùn)行的“軟件”也是非常重要的！

（作者單位：江蘇南通市第三中學(xué)）