一位老師看著一位四年級學生嘗試解方程 4 + 3 + 6 = _ + 6。孩子在空白處寫上 13。“你是怎麼得到這個答案的？”老師問。“我把 4、3 和 6 加起來，得到 13，”孩子回答。但是，當孩子說話時，他用一隻手放在左邊的 6 下面，另一隻手放在右邊的 6 下面，表明孩子至少隱式地注意到了等式兩邊的 6。因此，老師意識到，只需稍作思考就能看出，這兩個相等的數字會相互抵消，而左邊剩下的數字可以相加得到正確答案 7。老師說：“解決這個問題的更好方法是把 4 和 3 相加，然後把那個數字填在空白處。” 從那時起，孩子就使用這種分組策略來解決未來的問題。
這段對話發生在我實驗室裡，當時我的同事和我正在進行一項關於手勢和學習的研究。老師和學生都沒有談論 6。但是老師在學生的手勢中看到了兩個 6 的表示，這促使了關於分組的明確指導。如果學生沒有以這種方式做手勢，老師可能會建議另一種解決問題的方法，這種方法可能沒有那麼有效。
我們經常在解釋複雜話題時使用手勢，但我們在簡單聊天時也會移動雙手。這些自發的手部動作並非隨機；它們反映了我們的想法。即將掌握一項任務的兒童會在他們的手勢中展示這一事實。聽眾會從這些動作中收集資訊，通常是不自覺地。優秀的老師會根據學生的手勢改變他們的教學，改變他們的解釋，甚至改變他們自己的手勢。孩子們從這種量身定製的教學中學得更好。
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孩子們僅僅透過移動雙手就能自然地塑造自己的學習環境。但是，鼓勵孩子們在學習時使用手勢可以放大這種效果，激發他們的內隱知識，從而改變他們處理問題和任務的方式。孩子們更快地掌握任務，並且當他們移動雙手時，他們能更好地記住如何完成任務。透過這種方式，將手勢引入課堂可以促進學習。
通往心靈的門戶
每個人都會做手勢，雙手與語言同步移動。這些動作有幾種型別。除了指點之外，我們還用手勢來模仿動作——例如，旋轉手指，彷彿擰開一個罐子——並捕捉抽象的想法——例如，在談論未來時向前移動手。
手勢是天生的：自出生以來就失明的人也會做手勢，即使他們從未見過其他人這樣做。先天失明的說話者在與其他盲人交談時也會移動雙手這一事實表明，我們並不總是為聽眾做手勢。我們也為自己做手勢。
手勢是如此自然，以至於人們常常沒有注意到自己正在這樣做。在我們的一些實驗中，我們避免告訴受試者我們真正研究的內容，以避免引起可能損害結果的自覺反應。然而，當實驗結束後，我們解釋說我們正在檢查他們的手勢時，參與者常常為沒有做手勢而深感抱歉——即使他們在整個研究過程中都大量地做了手勢。人們通常也同樣沒有意識到別人的手勢，但他們仍然吸收資訊，並將其無縫地融入到他們從聽到的單詞中收集到的資訊中。事實上，手勢之所以能夠影響我們的思考和學習方式，很大程度上可能歸因於它仍然是隱蔽的。
我對語言起源的興趣促使我開始研究手勢。早在 20 世紀 70 年代，我就研究了失聰兒童，他們僅用雙手發明了自己的交流系統，透過特定的手勢來表示名詞、動詞和其他詞性。為了確定失聰兒童的交流系統與他們周圍的手勢有多大不同，我需要了解聽力正常的人在說話時用手做什麼。因此，在 20 世紀 80 年代中期，我開始研究聽力正常的兒童在思考和學習時的手勢。
長期以來，手勢和非語言交流一直被認為是瞭解人們情緒和態度的視窗。在我開始研究這個話題時，芝加哥大學的大衛·麥克尼爾和現在的賓夕法尼亞大學的亞當·肯頓等心理學家開始探索手勢可以告訴我們人們如何思考，而不是他們如何感受 [參見《手勢提供洞察力》，作者：伊普克·瓦克斯穆特；大眾科學思想，2006 年 10 月/11 月]。我和我的同事們沿著這條將手勢與思想聯絡起來的線索進行了研究。我們過去 25 年的研究將這些特徵性的手部動作與具身認知的新興研究聯絡起來——知識和意識紮根於身體感覺和動作的方式。
媽媽的帽子
在我 1986 年首次進行的手勢研究之一中，我觀察孩子們試圖解釋他們對一個流行的物質守恆問題的答案。在這個問題中，演示者將水從一個又高又細的玻璃杯倒入一個又矮又寬的玻璃杯中，並問道：“第二個玻璃杯中的水量與第一個玻璃杯中的水量相同、更多還是更少？” 當然，水量必須相同，但許多年幼的孩子看到第二個玻璃杯中的水位較低，就說水量減少了。當我們觀看孩子們口頭回答時，我的同事和我注意到他們經常也做手勢。
為了確定我們是否能在這些手勢中找到意義，我們給孩子們錄影，並關掉聲音，將手勢與言語分開。我們還聽了沒有觀看錄影的音訊，以專注於言語。我們發現，有時，我們從孩子們的手勢中收集到的資訊與他們所說的不一樣。例如，一個孩子可能會說，當水倒入更寬的玻璃杯中時，水量減少了，因為“它更矮了”，但他的手勢——兩隻手呈 C 形，反映了玻璃杯的寬度——會表明他在某種程度上隱式地知道玻璃杯的寬度也很重要。
同樣，試圖解決 4 + 3 + 6 = _ + 6 的學生說出了錯誤的答案，但透過將手放在兩個 6 下面，他表明他意識到一種可以得出正確答案的策略。手勢和言語之間的這種不匹配也發生在其他情況下。它們通常捕捉到說話者沒有完全意識到的知識。例如，剛學會說話的幼兒可能會說“媽媽”，但指著一頂帽子。這種行為並不意味著幼兒認為媽媽是一頂帽子。相反，幼兒正在將手勢和言語結合起來，彷彿在說“媽媽的帽子”。2005 年，我們報告說，產生這種手勢-言語組合是孩子即將說出他的第一個雙詞句子的跡象。在觀察孩子們一段時間後，我們能夠預測，在一個孩子產生她的第一個手勢-言語組合後的兩到三個月，她就會說出她的第一個雙詞句子。
更普遍地說，手勢所傳達的資訊與他們的言語不同的那些人，通常正處於在任務上取得進展的邊緣，無論是算術問題、語言發展的飛躍還是對物理世界的概念性洞察。一個人的手勢可能代表了一種與他或她在言語中表達的方式不同的解決問題的方式。在一項實驗中，我們要求學齡前兒童在腦海中組合一個形狀的兩個部分，以確定它們與哪個完整形狀匹配。我們發現，一些學齡前兒童會談論形狀的“點”或角——這與解決問題基本無關——但與此同時，他們會做出一個手勢，說明如何移動這些部分以適應其中一個形狀選擇 [見上圖]。在這種情況下，正如前面描述的加法問題一樣，手勢揭示了一種比它們所伴隨的言語更相關的策略。
在這些情況下，關於如何解決問題的明確指導通常會帶來快速的結果；事實上，教學往往更有利於那些手勢與言語不同的學生，而不是那些手勢和言語一致的學生。當我們向無法解決數學問題或尚不理解物質守恆的孩子提供指導時，那些在試圖解釋材料時產生任何型別的手勢-言語不匹配的孩子最有可能在指導後有所進步。我們數學示例中的孩子已經準備好接受關於如何解方程的建議，學齡前兒童也是如此，他們談論“點”，但手勢是關於移動碎片，他們的手勢向任何關注的人展示了這一事實。在這些接受能力強的學習者中，指導可能有助於將手勢中傳達的內隱知識移到意識的前沿，使其能夠戰勝錯誤或形成不良的想法。關注手勢中的隱蔽資訊可以揭示哪些孩子準備好繼續前進，哪些孩子還沒有準備好。
鞏固記憶
做手勢的行為不僅反映了人們知道什麼，而且如果得到有意的鼓勵，還可以改變他們的思考方式——通常會變得更好。告訴孩子們在說話時做手勢可以加快學習速度。在 2007 年發表的一項研究中，西北大學的心理學家薩拉·布羅德斯和現在愛荷華大學的蘇珊·瓦格納·庫克，以及當時我的研究助理扎卡里·米切爾，要求 70 名三年級和四年級學生解決兩組數學等價問題（例如 6 + 4 + 2 = _ + 2）。在所有學生第一次嘗試解決這些問題後，我們告訴他們中的一些人在解釋答案時移動雙手，另一些人只用語言。然後，我們給所有孩子上了一課，教他們如何解決問題，並要求他們解決一組新問題。在課程之前做過手勢的學生比那些雙手靜止的學生回答正確的問題更多。移動雙手幫助孩子們學習了課程中呈現的資訊。
當我們仔細觀察時，我們注意到做手勢的孩子用他們的手勢提出了新的策略，而他們以前並沒有用語言或行動表達出來。例如，一個孩子指著左邊的 6、4 和 2，然後在右邊的 2 附近做了一個拿走的手勢，說明了一個“把左邊的所有數字加起來，然後減去右邊的數字”的策略。這種知識在沒有被告知做手勢的孩子身上仍然處於休眠狀態，儘管我們相信他們一定擁有這種知識，因為我們研究中的所有孩子在課程之前都以完全相同的方式解決和解釋了問題。因此，手勢不僅反映了內隱知識的存在，而且還可以幫助將其帶到孩子思想的前沿，促進他或她的學習進步。
除了鼓勵孩子們隨意做手勢外，老師還可以指導孩子們做出捕捉特定概念的特定手勢。在 2008 年發表的一項研究中，我發現指導孩子們做出特定的手勢——而不是讓他們做任何他們想做的手勢——有助於孩子們記住他們學到的東西。在給 84 名三年級和四年級兒童上數學課之前，庫克、米切爾和我教一組孩子說“我想使一邊等於另一邊”（均衡器策略）並做出表達這個想法的手部動作（左手掌掃過等式左邊，然後右手掌掃過等式右邊）。我們告訴另一組孩子只重複這些詞語，第三組孩子只做手部動作。
然後，庫克教孩子們將均衡器策略——同時使用手勢和言語——應用於一組相同型別的數學問題。在每個問題之前和之後，孩子們重複這些詞語或手勢，或兩者都重複。所有人在課程結束後都正確地解決了相同數量的問題，但是當一個月後使用類似的問題進行測試時，只有那些在最初課程中做過手勢的孩子繼續正確地解決問題。（不做手勢的人恢復了他們舊的方式。）重要的是孩子們做手勢：只做手勢的孩子記得的和那些同時使用言語和手勢的孩子一樣多，這表明教給孩子們為課程量身定製的手勢——在這種情況下，是模仿正確的解決問題策略——可以使學習持久。使用身體來表達一個想法似乎可以將這個想法鞏固在孩子的技能庫中。
接下來，我們想知道老師是否可以僅透過指導學生做出適當的手部動作——而沒有任何明顯的口頭指導——來引入一個想法或策略。在 2009 年發表的一項研究中，我們口頭教孩子們均衡器策略，但僅透過建議某些手部動作來引入另一種策略（分組）。對於均衡器策略，所有孩子都被教導在解決諸如 8 + 3 + 5 = _ + 5 之類的問題時說“我想使一邊等於另一邊”。我們告訴他們中的一些人 просто 說這些話。其他人重複這些詞語，並做出手部動作，將兩個加數分組：對於 8 + 3 + 5 = _ + 5，孩子們將他們的食指和中指做成 V 形，並將其放在 8 和 3 下面。然後，他們用同一隻手指向空白處。為了弄清楚有多少效果可能是僅僅移動雙手的結果，我們要求第三組背誦均衡器言語，並用他們的手勢來表明將錯誤的兩個數字分組——在 3 + 5 下面做一個 V 形。在所有情況下，老師的口頭指導都只提到了均衡器策略。
儘管所有孩子都談論了均衡器方法，但那些用手勢表示正確分組策略的孩子解決正確問題的數量最多。也許更令人鼓舞的是，那些在錯誤的兩個數字下做出 V 形的孩子比那些根本沒有用手勢表示分組的孩子得到了更多正確的答案——似乎他們從他們部分正確的手勢中提取了一些分組的方面。此外，在課程後有所進步的手勢者突然開始談論分組，這表明即使老師沒有談論或用手勢表示分組，這種知識也變得明確了。因此，孩子們在課程後解釋分組的能力一定源於他們自己的手勢；他們僅僅透過以特定的方式移動雙手就學到了一種新技術。
讓講述更容易
手勢還可以透過承擔一些認知負擔來幫助學習。當問題很困難時，手部動作可以完成一些必要的“思考”，就像寫下問題可以使其更容易解決一樣。我的同事和我透過評估手勢對一個旨在挖掘與記憶單詞列表相同的認知資源的問題的影響來檢驗了這個假設。如果手勢減輕瞭解決問題所需的腦力勞動或認知負荷，那麼做手勢的行為應該提高人們記住單詞的能力。
在我的團隊 2001 年發表的一項研究中，在給兒童和成人一份要記憶的單詞列表後，我們告訴他們解決一個數學問題並解釋他們的解決方案。對於某些問題（但不是其他問題），參與者在給出他們的解釋時做了手勢。當我們發現參與者做手勢時，他們比不做手勢時回憶起更多的單詞列表——這表明手勢減輕了數學問題的認知負荷，為記住單詞留出了更多的腦力。
我的同事心理學家雷迪·平和我最近在要求五到七歲的孩子解釋他們對物質守恆問題（前面提到的將水從一個容器倒入另一個容器的實驗）的反應時，發現了手勢對認知負荷的類似影響。因此，手勢似乎是一種從大腦解除安裝資訊的方式，提高了大腦專注於其他工作或困難問題的其他方面的能力。在說話時做手勢原則上可以減輕敘述任何複雜事物時的負擔，例如，在講述一個複雜的故事、描述兩個人之間的關係或解釋重力如何工作時。使用你的雙手可以使講述更容易，使你能夠關注對話的其他方面——例如，聽者的面部表情或你接下來要說什麼。
在課堂上，手勢還有其他用途。如果老師密切關注孩子的手部動作，他們也許能夠看到孩子知識的前沿，從而確定孩子接下來準備學習什麼。老師還可以分辨出孩子的誤解，並嘗試糾正它們。老師應該鼓勵他們的學生做手勢，不僅要找出他們知道什麼，還要為孩子們的智力增長提供引擎。
此外，老師可以將手勢融入到他們的課程中。我們的研究表明，當老師用語言提出一種正確的策略，而用手勢提出另一種策略時，孩子們尤其受益，從而提供他們自己的手勢不匹配。例如，對於問題 7 + 2 + 4 = _ + 4，一位老師說：“你可以透過使一邊等於另一邊來解決這個問題”，這是一種均衡器策略，同時用手勢表示加減策略。也就是說，老師依次指向等式左邊的 7、2 和 4，然後在右邊的 4 附近做了一個拿走的手勢（以建議將左邊的數字加起來，然後減去右邊的數字）。以不同的方式提供兩種策略似乎為孩子提供了更多關於如何解決問題的資訊。但是老師需要小心，不要用他們的手勢無意中誤導學生，因為手部動作既可以誤導，也可以提供資訊。然而，總的來說，在課堂上培養手勢可以為通往知識的道路掃清障礙。