黃根哲，劉博林，趙海霞

(1.長(zhǎng)春理工大學(xué)，吉林 長(zhǎng)春130022；2.青島科技大學(xué)，山東 青島 266061)

一、思考的三個(gè)特征

人的大腦功能包括運(yùn)動(dòng)功能、感覺(jué)、語(yǔ)言、情緒、思考(認(rèn)知功能)[1-2]。其中運(yùn)動(dòng)功能的運(yùn)行方式是信息從大腦發(fā)出，通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳遞到身體的運(yùn)動(dòng)單元以達(dá)到控制肌肉的目的。感覺(jué)是通過(guò)人體感受器把接受到的外部信息傳輸?shù)叫?yīng)器并產(chǎn)生知覺(jué)的過(guò)程，這些外部信息通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)和味覺(jué)感受器官被接受后傳遞至大腦的效應(yīng)器，并經(jīng)過(guò)編碼處理后把信息傳輸?shù)街袠猩窠?jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生感覺(jué)經(jīng)驗(yàn)。另外，大腦的一部分功能還負(fù)責(zé)語(yǔ)言的表征、情緒的調(diào)節(jié)等[3]，說(shuō)明大腦真正用于思考(認(rèn)知功能)的部分是不多的。因此，大腦進(jìn)行的思考具有三個(gè)特征[4]，首先，與視覺(jué)系統(tǒng)能夠即時(shí)捕捉復(fù)雜的畫(huà)面相比，思考是緩慢的。當(dāng)人一睜開(kāi)眼睛，瞬間就能獲得面前的景象、顏色、位置等信息，但是人的思考系統(tǒng)不能立刻找到問(wèn)題的答案；其次，與視覺(jué)系統(tǒng)不需費(fèi)力就能獲得信息不同，思考是費(fèi)力的。人可以邊看邊做其他事，但人不能在解題時(shí)思考其他的事情；最后，與視覺(jué)系統(tǒng)很少出錯(cuò)相比，思考是不可靠的。人的視覺(jué)系統(tǒng)很少出錯(cuò)，而且即使視覺(jué)系統(tǒng)出錯(cuò)了，看到的東西與真實(shí)實(shí)物也是非常接近的。但是，人的思考系統(tǒng)往往無(wú)法得出一個(gè)接近正解的答案或答案很有可能是錯(cuò)誤的。事實(shí)上，人的思考系統(tǒng)很有可能連正確答案都得不出來(lái)。

二、成功思考的三要素

既然人們不擅長(zhǎng)思考，為什么還要思考呢？這是因?yàn)槿松鷣?lái)就有好奇心，好奇心促使人不斷思考。人的思考過(guò)程正如圖1所示，就象計(jì)算機(jī)的計(jì)算過(guò)程，如果要使計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快，需要有大容量的外存儲(chǔ)器向運(yùn)算器輸入數(shù)據(jù)，同時(shí)要用鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、掃描儀、光筆、手寫(xiě)板、攝像頭、游戲桿等輸入設(shè)備向運(yùn)算器輸入數(shù)據(jù)，運(yùn)算器的運(yùn)算過(guò)程性數(shù)據(jù)要實(shí)時(shí)保存到內(nèi)存儲(chǔ)器里或重新調(diào)入到運(yùn)算器進(jìn)行計(jì)算。其最終的運(yùn)算結(jié)果以影像系統(tǒng)、繪圖儀、顯示器、磁記錄器、打印機(jī)、語(yǔ)音等形式輸出。

人的長(zhǎng)期記憶如同計(jì)算機(jī)的外存儲(chǔ)器，其中不僅包含事實(shí)性知識(shí)(factual knowledge)，也包括程序性知識(shí)(procedural knowledge)。事實(shí)性知識(shí)是關(guān)于事物是什么的知識(shí)，程序性知識(shí)是執(zhí)行任務(wù)時(shí)所必需的先后次序性知識(shí)[5]。長(zhǎng)期記憶是一個(gè)存儲(chǔ)事實(shí)性知識(shí)和程序性知識(shí)的巨大倉(cāng)庫(kù)，如瓢蟲(chóng)身上斑點(diǎn)的顏色、個(gè)人喜歡的食物、兒時(shí)好朋友的姓名等。長(zhǎng)期記憶中的所有信息通常儲(chǔ)存在意識(shí)之外(潛意識(shí))，在調(diào)用之前人是意識(shí)不到它的存在的，而只有在大腦思考區(qū)的生物信號(hào)觸發(fā)下它才從潛意識(shí)中突現(xiàn)到意識(shí)區(qū)中。例如，如果人被問(wèn)及：“企鵝生活在哪里？”人們幾乎會(huì)脫口而出“南極”。這個(gè)信息在30秒前還“睡在”人的長(zhǎng)期記憶中，但是當(dāng)人被問(wèn)及這個(gè)問(wèn)題后，人才意識(shí)到這個(gè)信息的存在，這時(shí)它才進(jìn)入到思考區(qū)。

環(huán)境條件如同計(jì)算機(jī)的輸入設(shè)備，它往往是解決問(wèn)題所需的先前所掌握的知識(shí)、得到的經(jīng)驗(yàn)、獲得的能力等外部條件。這些先前的外部條件對(duì)于解決問(wèn)題而言是必要的條件，但實(shí)際情況下往往不夠充分。如果外部條件是充分的，它屬于良構(gòu)問(wèn)題(well-structured problems)，如果外部條件不是充分的，則它屬于劣構(gòu)問(wèn)題(ill-structured problems)。學(xué)生所接觸的學(xué)校問(wèn)題往往是良構(gòu)問(wèn)題，即給定的外部條件足夠用于對(duì)問(wèn)題的求解，但在工程或社會(huì)上遇到的真實(shí)問(wèn)題往往是劣構(gòu)問(wèn)題,即現(xiàn)有的條件不足以解決面臨的問(wèn)題。

工作記憶如同計(jì)算機(jī)的內(nèi)存儲(chǔ)器。如果計(jì)算機(jī)的內(nèi)存儲(chǔ)器容量小，當(dāng)進(jìn)行比較復(fù)雜的運(yùn)算時(shí)，就常常會(huì)出現(xiàn)計(jì)算速度慢或“死機(jī)”現(xiàn)象。人的工作記憶也一樣，當(dāng)大腦面對(duì)復(fù)雜的問(wèn)題時(shí)，人的思考就會(huì)出現(xiàn)遲鈍或思維“僵硬”現(xiàn)象。因?yàn)橛?jì)算機(jī)沒(méi)有意識(shí)，人只要輸入計(jì)算命令，無(wú)論其計(jì)算過(guò)程難易，其最終結(jié)果只能是一直計(jì)算到輸出結(jié)果或卡死為止，但人不同于計(jì)算機(jī)，人如果面對(duì)過(guò)于復(fù)雜問(wèn)題時(shí)，人的意識(shí)往往就會(huì)傳遞出放棄思考的信號(hào)。

因此，人的成功思考取決于3個(gè)因素：環(huán)境的充分必要條件，長(zhǎng)期記憶的數(shù)量和質(zhì)量以及工作記憶的空間大小。如果環(huán)境條件不充分，或長(zhǎng)期記憶的數(shù)量和質(zhì)量不夠，或工作記憶的空間不足，都可能導(dǎo)致思考的失敗。

圖1 計(jì)算機(jī)CPU與人大腦的作用機(jī)制比較

三、關(guān)于“問(wèn)題”溯源

問(wèn)題屬于認(rèn)識(shí)論和方法論的范疇，它刻畫(huà)的是認(rèn)知主體、環(huán)境、認(rèn)知客體三者之間的一種關(guān)系[6]。不同的學(xué)者對(duì)什么是問(wèn)題有不同的見(jiàn)解。美國(guó)著名人工智能學(xué)者紐厄爾和西蒙[7]對(duì)問(wèn)題的理解是：當(dāng)人們面臨一項(xiàng)任務(wù)而又沒(méi)有直接手段去完成時(shí)，就產(chǎn)生了問(wèn)題。人一旦找到了完成任務(wù)的手段或方法，問(wèn)題就可以得到解決[8]。波普爾指出，問(wèn)題是已知和未知之間的張力[9]。一種綜合的觀點(diǎn)認(rèn)為，問(wèn)題是在認(rèn)知主體對(duì)矛盾進(jìn)行反映加工之后形成的。如果實(shí)質(zhì)矛盾沒(méi)有反映到認(rèn)知主體的頭腦中，那么它就不構(gòu)成問(wèn)題[6]。

四、問(wèn)題的來(lái)源

生活中包含著極其豐富的材料和多種多樣的關(guān)系，它是一切認(rèn)知活動(dòng)的基礎(chǔ)和前提，它是前理論的、前科學(xué)的、前給予的，是我們不得不加以接受的東西。生活作為一個(gè)復(fù)雜多樣、異質(zhì)雜合、協(xié)調(diào)的統(tǒng)一體，其中各種事物、思維、動(dòng)機(jī)、需要、愿望之間存在著各種各樣的差異和矛盾，這是問(wèn)題產(chǎn)生的最重要的不竭之源[6]。生活不斷向每個(gè)人提出具體的、日常的生活問(wèn)題，也不斷向科學(xué)家、哲學(xué)家和其他思考者提出普遍的、抽象的、理論的問(wèn)題[6]。在現(xiàn)實(shí)世界中，每天都有新事物、新現(xiàn)象、新問(wèn)題涌現(xiàn)出來(lái)[6]，它們給人類(lèi)提出了挑戰(zhàn)，迫使人類(lèi)思考它們，從前人們提出同性戀、變性人、艾滋病人是否可以結(jié)婚的問(wèn)題，如今在亞洲又提出了因兒子的精子導(dǎo)致不育，是否可用公公的精子為兒媳人工授精的問(wèn)題[10]。另外，科技工作者都是從科學(xué)發(fā)現(xiàn)、技術(shù)發(fā)明、改革創(chuàng)新等活動(dòng)中提出問(wèn)題。例如，地球北半球的臺(tái)風(fēng)為何逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)？ 冬天為何不產(chǎn)生臺(tái)風(fēng)？如何確認(rèn)地球在自轉(zhuǎn)？為何位于北緯14°線至35°線的撒哈拉地區(qū)形成沙漠地帶，而不是最熱的赤道附近？

五、問(wèn)題的適切性

問(wèn)題有真假之分，真正的問(wèn)題是未被前人解決過(guò)、未上升到理論層面的問(wèn)題。這樣的真實(shí)問(wèn)題像火石，它能點(diǎn)燃智慧之燈，照亮人前進(jìn)之征程。真實(shí)問(wèn)題是智慧的迷宮，它對(duì)人們的思考能力提出挑戰(zhàn)，并引導(dǎo)人們?nèi)ヌ岣吆桶l(fā)展他們的思考能力。真實(shí)問(wèn)題之所以有激發(fā)功能，是因?yàn)樗刑魬?zhàn)性、刺激性。問(wèn)題，尤其是困難的、新奇的真實(shí)問(wèn)題，是對(duì)人的能力、精神、意志、知識(shí)水平和方法的挑戰(zhàn)和考驗(yàn)。問(wèn)題使人從“學(xué)習(xí)狀態(tài)”躍遷到“研究狀態(tài)”，不能解決問(wèn)題往往會(huì)給人一種壓力，一種痛苦感、失敗感。而一旦問(wèn)題得到解決則使人產(chǎn)生一種征服感、控制感、喜悅感和成就感[8]。因此，“以問(wèn)題為導(dǎo)向”的研究像一塊磁石，會(huì)引導(dǎo)人們思考、分析、探索問(wèn)題背后真正的根源。

未知問(wèn)題的提出和解決會(huì)讓人著迷，但不是所有問(wèn)題都能激發(fā)人的探求精神，能使人產(chǎn)生非解決不可的問(wèn)題一定是適切的問(wèn)題。如果一個(gè)問(wèn)題對(duì)解決者因環(huán)境條件不充分，或長(zhǎng)期記憶的數(shù)量和質(zhì)量不夠，或工作記憶的空間不足，導(dǎo)致解決問(wèn)題毫無(wú)進(jìn)展時(shí)，問(wèn)題會(huì)讓人產(chǎn)生沮喪、氣餒等負(fù)面情感體驗(yàn)，最后的結(jié)果有可能就會(huì)放棄解決問(wèn)題；同樣，如果問(wèn)題過(guò)于簡(jiǎn)單或一眼就能洞悉答案，問(wèn)題解決者就會(huì)感到無(wú)聊，也不會(huì)產(chǎn)生愉悅感。適切的問(wèn)題解決過(guò)程中的思考能給人帶來(lái)滿足感、成就感。這為以問(wèn)題為導(dǎo)向的教學(xué)提供了佐證，即教師首先要通過(guò)學(xué)情分析，了解學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)情況，分析學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，然后向?qū)W生提出不是過(guò)難或過(guò)易的問(wèn)題。當(dāng)學(xué)生動(dòng)用自己所學(xué)到的前期知識(shí)，經(jīng)過(guò)認(rèn)真思考后，問(wèn)題得到了解決，其內(nèi)心就會(huì)產(chǎn)生愉悅感、成就感，甚至是自信心。

六、長(zhǎng)期記憶和問(wèn)題解決能力的關(guān)系

20世紀(jì)50年代，受前蘇聯(lián)分科系統(tǒng)教學(xué)的影響，傳統(tǒng)的學(xué)校教育以分類(lèi)知識(shí)教育尤其是以“知識(shí)的長(zhǎng)期記憶”為主，造成學(xué)生記憶了很多知識(shí)，但不知如何學(xué)以致用、不能用于解決實(shí)際問(wèn)題，導(dǎo)致學(xué)校教育培養(yǎng)了大量的只會(huì)讀書(shū)不會(huì)解決問(wèn)題的“書(shū)呆子”。但自從國(guó)家提出“大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新”這“雙創(chuàng)”舉國(guó)體制后，學(xué)校教育教學(xué)從“知識(shí)教育中心”向“能力教育中心”潛移默化的過(guò)程中，一定程度上出現(xiàn)了“重能力培養(yǎng)、輕知識(shí)傳授”的另一個(gè)極端現(xiàn)象，似乎人的能力培養(yǎng)可以拋開(kāi)人的長(zhǎng)期記憶知識(shí)的儲(chǔ)備。而且，長(zhǎng)期以來(lái)偉大的思想家往往存在一種悖論，即盡管他們擁有大量的長(zhǎng)期記憶知識(shí)，卻往往表現(xiàn)出對(duì)長(zhǎng)期記憶的不屑一顧，例如，心理學(xué)家B·F·斯金納曾說(shuō)：“教育是所有學(xué)習(xí)的知識(shí)被遺忘后唯一留下的東西?！弊骷荫R克·吐溫說(shuō)：“我從來(lái)不讓上學(xué)干擾我受的教育?！弊骷液嗬げ剪斂怂埂啴?dāng)斯曾說(shuō)：“說(shuō)到教育，沒(méi)有什么比干巴巴的事實(shí)積累的無(wú)知更讓人驚訝的了?！闭軐W(xué)家阿爾弗雷斯·諾斯·懷特海德曾說(shuō)：“學(xué)習(xí)對(duì)你沒(méi)有用，除非你丟掉教材，燒毀筆記，忘記應(yīng)付考試要背的瑣碎細(xì)節(jié)。”詩(shī)人拉爾夫.瓦爾多.艾默生曾說(shuō)：“我們?cè)谥袑W(xué)、大學(xué)沉悶地學(xué)了10年或者15年，最后只有一肚子的單詞，什么都不懂”。愛(ài)因斯坦更有一句人人都耳熟能詳?shù)拿裕骸跋胂罅Ρ戎R(shí)重要?！盵11]事實(shí)果真如此嗎？答案是否定的?，F(xiàn)舉一例為證，法國(guó)數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家科里奧利[12]小時(shí)候很喜歡郊游，經(jīng)常到郊外嬉戲。他經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期觀察發(fā)現(xiàn)：向南流向的大河在兩岸地質(zhì)條件相同的情況下，河水前進(jìn)方向的右岸總是比左岸被沖刷得嚴(yán)重，這種奇特的自然現(xiàn)象在他幼小的心靈里留下了難以忘卻的長(zhǎng)期記憶。他長(zhǎng)大以后，經(jīng)過(guò)深入研究發(fā)現(xiàn)：這是由于地球的自轉(zhuǎn)，在地表會(huì)產(chǎn)生一種能使運(yùn)動(dòng)流體的方向發(fā)生偏斜的力，這種力叫地球自轉(zhuǎn)偏向力。此項(xiàng)發(fā)現(xiàn)為后來(lái)人類(lèi)的交通運(yùn)輸、堤壩建筑、氣象預(yù)報(bào)等與地球自轉(zhuǎn)有關(guān)的工程實(shí)際問(wèn)題的解決提供了理論依據(jù)。

因此，可以說(shuō)長(zhǎng)期記憶的數(shù)量和質(zhì)量是問(wèn)題解決能力發(fā)展的基礎(chǔ)，人對(duì)自然現(xiàn)象、社會(huì)情形和思維特征等事物發(fā)展的脈絡(luò)了解得越多，常識(shí)越豐富，知識(shí)掌握得越牢固，相應(yīng)的技能越熟練，越有利于問(wèn)題解決能力的提高。如果離開(kāi)掌握知識(shí)的活動(dòng)去談發(fā)展解決問(wèn)題的能力，其能力就成為無(wú)源之水、無(wú)本之木[13]。因此，學(xué)校教育不應(yīng)該提倡從“知識(shí)中心”轉(zhuǎn)移到“能力中心”，不能把“學(xué)會(huì)”與“會(huì)學(xué)”對(duì)立起來(lái)，更不能因知識(shí)更新太快，就不重視學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)和掌握。相反，越是知識(shí)更新的快，越要有廣博的知識(shí)視野、合理的知識(shí)結(jié)構(gòu)和良好的知識(shí)素養(yǎng)。

七、工作記憶空間和問(wèn)題解決能力的關(guān)系

圖2所示為搬運(yùn)圓盤(pán)的游戲。在位置1有3個(gè)從下往上依次減小的圓環(huán)。任務(wù)是將3個(gè)圓環(huán)都移動(dòng)到位置3的柱子上。移動(dòng)圓環(huán)有兩個(gè)規(guī)則：一次只能移動(dòng)一個(gè)圓環(huán)，移動(dòng)過(guò)程中不能將大圓環(huán)放置在小圓環(huán)上。通常情況下，一般人只要花一點(diǎn)時(shí)間就能解答出這個(gè)問(wèn)題，但是出這道題的真正目的是體會(huì)大腦中的工作記憶被充斥的困難局面。首先你要從環(huán)境中獲取游戲界面的狀態(tài)和游戲規(guī)則，然后想象著移動(dòng)圓環(huán)，你必須在大腦的工作記憶空間保存解題的中間步驟，即3個(gè)圓環(huán)的位置，然后思考并分析可能的結(jié)果，同時(shí)你需要記住移動(dòng)過(guò)程中的規(guī)則要求。例如，你想象把圓環(huán)C放到位置2，再把圓環(huán)B放到位置3，這時(shí)你就發(fā)現(xiàn)無(wú)法把圓盤(pán)A放到位置3，因?yàn)檫@已經(jīng)違反了“大圓環(huán)不能放置在小圓環(huán)上”的規(guī)則。于是，你又在大腦的工作記憶空間重新設(shè)計(jì)，想象把圓環(huán)C放到位置3，把圓環(huán)B放到位置2，之后，再把圓盤(pán)C從位置3放到位置2，這時(shí)候是符合游戲規(guī)則的，再后，把圓盤(pán)A從位置1移動(dòng)到空出來(lái)的位置3，把位置2的圓盤(pán)C從位置2移到位置1，把位置2中的圓盤(pán)B移到位置3，最后，把位置1中的圓盤(pán)C移到位置3。這樣，如果你能夠用大腦記住以上所有中間過(guò)程和規(guī)則，你就能完成整個(gè)想象游戲。但是，如果你同時(shí)在工作記憶空間放入太多的事物或中間步驟時(shí)，就如計(jì)算機(jī)計(jì)算過(guò)于復(fù)雜的問(wèn)題時(shí)出現(xiàn)的“死機(jī)”一樣，你很有可能失去正在思考的中間線索，問(wèn)題就無(wú)法得到解決。

圖2 搬運(yùn)圓盤(pán)的想象游戲

因此，工作記憶的一個(gè)顯著特點(diǎn)是其空間有限，而且，研究發(fā)現(xiàn)，工作記憶空間不能通過(guò)知識(shí)的掌握和大腦訓(xùn)練得到提高，即一個(gè)人的工作記憶空間基本上是不變的。那么，解決工作記憶有限的有效方法是什么呢？那就是通過(guò)“聯(lián)想合并”原則，把雜亂、獨(dú)立的信息看作一個(gè)單元，并以單元的形式存入工作記憶，從而減少工作記憶的負(fù)荷。例如，用英語(yǔ)按順序記住太陽(yáng)系八大行星的名字是有一定難度的，但是用“聯(lián)想合并”原則把雜亂的英文單詞首字母以熟悉的英文語(yǔ)句形式寫(xiě)出來(lái)就方便多了，即 My Very Educated Mother Just Served Us Noodle (受過(guò)良好教育的媽媽剛剛給我們提供了面條)，這句話中的每個(gè)單詞首字母與太陽(yáng)系八大行星的首字母相同，即 Mercury, Venus, Earth, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptune。人們只要記住每個(gè)單詞并想起那句簡(jiǎn)單的英語(yǔ)語(yǔ)句，通過(guò)休謨的聯(lián)想三原則[10]：相似律(resemblance)、時(shí)空接近律(contiguity)和因果律(cause effect)，就能聯(lián)想到太陽(yáng)系八大行星的英文名順序。因此，擺脫工作記憶空間有限的首要條件是要有一定的事實(shí)性知識(shí)，例如，要記住八大行星的英文名和My Very Educated Mother Just Satisfied Us Noodle這一邏輯語(yǔ)句。由此也可以看出，長(zhǎng)期記憶的數(shù)量和質(zhì)量直接影響工作記憶的效率[14]。美國(guó)著名心理學(xué)家丹尼爾.T.威林厄姆[4]指出，專(zhuān)家之所以能成為專(zhuān)家，那是因?yàn)閷?zhuān)家具備“10年規(guī)則”效應(yīng)，即一個(gè)人只有在某個(gè)領(lǐng)域花上10年以上的時(shí)間進(jìn)行長(zhǎng)期記憶知識(shí)的積累，他才有可能成為這個(gè)領(lǐng)域的專(zhuān)家。因此，可以說(shuō)，專(zhuān)家和新手擁有的長(zhǎng)期記憶知識(shí)的數(shù)量和質(zhì)量是根本不同的，專(zhuān)家的大腦里擁有的是大量的經(jīng)過(guò)分類(lèi)、整合、歸納后的長(zhǎng)期記憶知識(shí)體系，因此，當(dāng)他遇到新的問(wèn)題時(shí)，就能迅速把問(wèn)題分解、歸類(lèi)成最簡(jiǎn)單的單元，從而能夠快速地找到解決問(wèn)題的方法。另外，反復(fù)練習(xí)會(huì)使工作記憶中操縱信息的過(guò)程更加有效。例如，兒時(shí)學(xué)習(xí)系鞋帶的過(guò)程，孩子必須要全神貫注，即這一過(guò)程占用了孩子工作記憶的所有空間，但隨著練習(xí)越來(lái)越熟練，孩子就可以不假思索地系鞋帶了。