一個人沿著國際象棋桌子圈的內側走動，在每張桌子前掃視兩三秒鐘，然後才走棋。在外圈，數十名業餘棋手坐著思考如何應對，直到他完成一圈。那是1909年，這個人是古巴的何塞·勞爾·卡帕布蘭卡，結果是一場完勝：28 場比賽全部獲勝。這次表演是卡帕布蘭卡連續贏得 168 場比賽的巡迴賽的一部分。
他是如何如此出色、如此迅速地進行比賽的？在這樣的限制下，他能提前計算多遠？據說卡帕布蘭卡回答說：“我只看到一步棋，但它總是正確的一步。”
因此，他用簡潔的話語概括了一個世紀以來心理學研究確立的結論：國際象棋大師相對於新手的優勢，很大程度上源於最初幾秒鐘的思考。這種快速的、知識引導的感知，有時被稱為統覺，也可以在其他領域的專家身上看到。正如大師可以回憶起他下過的棋局中的所有步驟一樣，一位造詣很深的音樂家也常常可以重構只聽過一次的奏鳴曲的樂譜。正如國際象棋大師常常在瞬間找到最佳走法一樣，一位經驗豐富的醫生有時可以在看到病人的瞬間做出準確的診斷。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
但是這些不同學科的專家是如何獲得他們非凡的技能的呢？有多少功勞可以歸於天生的天賦，又有多少功勞可以歸於強化訓練？心理學家們一直在對國際象棋大師的研究中尋找答案。一個世紀以來此類研究的收集結果，催生了解釋大腦如何組織和檢索資訊的新理論。更重要的是，這項研究可能對教育工作者具有重要的啟示。也許國際象棋棋手用來磨練技能的相同技術可以應用於課堂教學，以教授閱讀、寫作和算術。
認知科學的果蠅
人類專業知識的歷史始於狩獵，這是一項對我們早期祖先的生存至關重要的技能。成熟的獵人不僅知道獅子去過哪裡；他還可以推斷出獅子將要去哪裡。重複研究表明，跟蹤技能從童年時期開始提高，呈“線性關係上升，一直到 30 多歲中期達到頂峰”，加州州立大學富勒頓分校的人類學家約翰·博克說。訓練一位腦外科醫生需要的時間更少。
大量的心理學證據表明，專家是後天培養的，而不是天生的。
如果技能上沒有明顯超越新手的巨大優勢，就不可能存在真正的專家，只有擁有令人印象深刻的資歷的普通人。唉，這種情況太常見了。過去二十年的嚴格研究表明，專業選股者投資的成功率並不比業餘愛好者高，著名的品酒師區分葡萄酒的能力也並不比鄉巴佬好多少，而且擁有高階證書的精神治療師對患者的幫助並不比學位較低的同事多。即使專業知識無疑存在——比如在教學或企業管理方面——也往往難以衡量，更不用說解釋了。
然而，國際象棋的技能是可以衡量的，可以分解成各個組成部分，可以進行實驗室實驗，並且很容易在其自然環境——錦標賽大廳中觀察到。正是由於這些原因，國際象棋已成為思考理論的最大單一試驗場——正如它被稱為“認知科學的果蠅”。
國際象棋技能的衡量已經比任何其他遊戲、運動或競技活動的類似嘗試走得更遠。統計公式衡量一位棋手最近的成績，而不是較早的成績，並根據對手的實力對成功進行折扣。結果是評級，可以非常可靠地預測比賽結果。如果棋手 A 的評級比棋手 B 高 200 分，那麼 A 平均將有 75% 的時間擊敗 B。無論棋手是排名靠前還是僅僅是普通棋手，這種預測都成立。評級為 2812 的俄羅斯特級大師加里·卡斯帕羅夫將有 75% 的時間贏得對陣評級為 2616 的荷蘭排名第 100 位的特級大師揚·蒂曼的比賽。同樣，評級為 1200（約中位數）的美國錦標賽棋手將有 75% 的時間贏得對陣評級為 1000（約第 40 個百分位數）的人。評級允許心理學家透過績效而不是聲譽來評估專業知識，並跟蹤給定棋手在其職業生涯中技能的變化。
認知科學家選擇國際象棋作為他們的模型——而不是檯球或橋牌——的另一個原因是，正如德國詩人約翰·沃爾夫岡·馮·歌德所說，國際象棋作為“智力的試金石”的聲譽。長期以來，國際象棋大師的壯舉一直被歸因於近乎神奇的心理能力。這種魔力在所謂的盲棋比賽中最為耀眼，在盲棋比賽中，棋手不允許看棋盤。1894 年，法國心理學家阿爾弗雷德·比奈，第一項智力測驗的共同發明者，請國際象棋大師描述他們是如何下盲棋的。他最初的假設是，他們獲得了棋盤的近乎照片般的影像，但他很快得出結論，視覺化要抽象得多。大師們不會看到騎士的鬃毛或製作它的木頭的紋理，而只會調出關於棋子在棋局中相對於其他元素的位置的一般知識。這與通勤者對地鐵線路站點的隱含知識是相同的。
盲棋大師用手頭棋局的細節以及對過去棋局的顯著方面的回憶來補充這種知識。假設他不知何故忘記了兵的精確位置。他可以找到它，就像那樣，透過考慮開局的刻板策略——遊戲的一個經過充分研究的階段，選項相對有限。或者他可以記住他早期走法之一背後的邏輯——例如，透過推理：“我不可能在兩步棋前吃掉他的象；因此，那個兵一定擋住了路……”他不必始終記住每一個細節，因為他可以透過利用組織良好的連線系統隨時重建任何特定細節。
當然，如果擁有如此複雜結構的知識不僅解釋了盲棋的成功，而且還解釋了國際象棋大師的其他能力，如計算和計劃，那麼國際象棋的專業知識將不是那麼依賴於天生的能力，而是依賴於專門的訓練。荷蘭心理學家阿德里安·德·格魯特本人是一位國際象棋大師，他在 1938 年證實了這一觀點，當時他利用在荷蘭舉行的盛大國際錦標賽的機會，將普通棋手和強棋手與世界領先的特級大師進行了比較。他這樣做的一種方法是要求棋手描述他們在檢查從錦標賽棋局中提取的位置時的想法。他發現，雖然專家——僅次於大師的級別——確實比非常弱的棋手分析的可能性要多得多，但隨著棋藝水平上升到大師和特級大師級別，分析的增加卻很少。更好的棋手並沒有檢查更多的可能性，只是檢查了更好的可能性——正如卡帕布蘭卡所聲稱的那樣。
最近的研究表明，德·格魯特的發現部分反映了他選擇的測試位置的性質。一個需要進行廣泛、準確計算的位置將允許特級大師展示他們的實力，就像那樣，然後他們將比業餘愛好者所能希望的更深入地搜尋可能走法的分支樹。因此，經驗豐富的物理學家有時可能會比物理專業的學生檢查更多的可能性。然而，在這兩種情況下，專家都不是那麼依賴於內在的更強的分析能力，而是依賴於結構化知識的儲存。當遇到困難的位置時，較弱的棋手可能會計算半個小時，通常會提前看很多步，但會錯過正確的延續，而特級大師會立即看到這一步，而根本沒有有意識地分析任何東西。
德·格魯特還讓他的受試者檢查一個位置有限的時間，然後嘗試從記憶中重建它。在這項任務中的表現從新手到特級大師一路跟蹤著棋藝水平。即使在檢查了 30 秒後，初學者也無法回憶起位置的太多細節，而特級大師通常可以完美地回憶起來，即使他們只瀏覽了幾秒鐘。這種差異跟蹤了一種特殊的記憶形式，特定於遊戲中常見的國際象棋位置型別。這種特定的記憶一定是訓練的結果，因為特級大師在一般的記憶力測試中並不比其他人做得更好。
在橋牌玩家（他們可以記住許多遊戲中打出的牌）、計算機程式設計師（他們可以重建大量的計算機程式碼）和音樂家（他們可以回憶起長段的音樂片段）中也證明了類似的結果。事實上，對特定領域主題的這種記憶是衡量專業知識存在與否的標準測試。
一位最初的弱棋手（僅以首字母 D.H. 識別）的罕見案例研究支援了專家更多地依賴結構化知識而不是分析的結論，這位棋手在九年多的時間裡崛起，到 1987 年成為加拿大領先的大師之一。佛羅里達州立大學心理學教授尼爾·查內斯表明，儘管棋手的實力有所提高，但他分析國際象棋位置的程度並沒有比以前更高，而是依賴於對國際象棋位置和相關策略的極大改進的知識。
組塊理論
在 20 世紀 60 年代，卡內基梅隆大學的赫伯特·A·西蒙和威廉·蔡斯試圖透過研究專家記憶的侷限性來更好地理解專家記憶。他們從德·格魯特未完成的工作開始，要求各種實力的棋手重建人為設計的國際象棋位置——也就是說，棋子是隨機放置在棋盤上的——而不是作為大師比賽的結果達到的位置。在隨機位置中，棋藝水平與棋手回憶準確性之間的相關性遠弱於真實位置。
因此，國際象棋記憶被證明比看起來還要具體，它不僅針對遊戲本身，而且還針對典型的國際象棋位置進行了調整。這些實驗證實了早期的研究，這些研究令人信服地證明了在一個領域的能力往往不會轉移到另一個領域。美國心理學家愛德華·桑代克在一個多世紀前首次注意到這種缺乏轉移的現象，當時他表明，例如，學習拉丁語並不能提高英語的運用能力，而幾何證明並不能教會在日常生活中使用邏輯。
西蒙用一種基於稱為組塊的有意義模式的模型來解釋大師在重建人為國際象棋位置方面的相對弱點。他援引這個概念來解釋國際象棋大師如何處理大量儲存的資訊，這項任務似乎會給工作記憶帶來壓力。普林斯頓大學的心理學家喬治·米勒在他 1956 年發表的題為“神奇數字七，加減二”的論文中，著名地估計了工作記憶——大腦的草稿紙——的極限。米勒表明，人們一次只能考慮五到九個專案。西蒙認為，透過將資訊層次結構打包成組塊，國際象棋大師可以繞過這個限制，因為透過使用這種方法，他們可以訪問五到九個組塊，而不是相同數量的較小細節。
以句子“瑪麗有隻小羊羔”為例。這個句子中的資訊組塊數量取決於一個人對這首詩和英語語言的瞭解程度。對於大多數以英語為母語的人來說，這個句子是更大的組塊——熟悉的詩——的一部分。對於懂英語但不瞭解這首詩的人來說，這個句子是一個單獨的、自成一體的組塊。對於那些記住單詞但不瞭解其含義的人來說，這個句子是五個組塊，而對於那些知道字母但不認識單詞的人來說，這個句子是 18 個組塊。
在國際象棋的背景下，新手和特級大師之間也可以看到相同的差異。對於初學者來說，棋盤上有 20 個棋子的位置可能包含遠遠超過 20 個資訊組塊，因為棋子可以放置在如此多的配置中。然而，特級大師可能會將位置的一部分視為“城堡王翼中的義大利式主教”，以及“被封鎖的國王印度式兵鏈”，從而將整個位置塞進大約五六個組塊中。透過測量將新組塊提交到記憶所需的時間，以及棋手在達到特級大師實力之前必須學習國際象棋的小時數，西蒙估計，典型的特級大師可以訪問大約 50,000 到 100,000 個國際象棋資訊組塊。特級大師只需看一眼國際象棋位置，就可以從記憶中檢索出任何這些組塊，就像大多數以英語為母語的人在只聽到前幾個詞後就可以背誦詩歌“瑪麗有隻小羊羔”一樣。
即便如此，組塊理論也存在困難。它無法完全解釋記憶的某些方面，例如專家在分心時執行其壯舉的能力（這是記憶研究中常用的策略）。佛羅里達州立大學的 K. 安德斯·埃裡克森和查內斯認為，一定有其他機制使專家能夠像使用草稿紙一樣使用長期記憶。埃裡克森說：“僅僅證明高技能棋手幾乎可以在盲棋條件下發揮他們正常的實力，組塊理論幾乎不可能解釋，因為你必須知道位置，然後你必須在你的記憶中探索它。” 這種操作涉及更改儲存的組塊，至少在某些方面是這樣，這項任務可以比作倒背“瑪麗有隻小羊羔”。這是可以做到的，但不容易，當然也不是沒有許多錯誤開始和錯誤。然而，快速且在盲棋條件下進行的特級大師比賽往往質量出奇地高。
埃裡克森還引用了對醫生的研究，這些研究清楚地表明，醫生將資訊放入長期記憶中，然後又以使他們能夠做出診斷的方式取出資訊。不過，埃裡克森最樸實的例子來自閱讀。在 1995 年的一項研究中，他和科羅拉多大學的沃爾特·金奇發現，打斷高水平的讀者幾乎沒有減慢他們重新進入文字的速度；最後，他們只損失了幾秒鐘。研究人員透過求助於他們稱之為長期工作記憶的結構來解釋這些發現，這是一個幾乎是矛盾的說法，因為它將長期記憶分配給一直被定義為與之不相容的一件事：思考。但 2001 年在德國康斯坦茨大學進行的大腦成像研究為該理論提供了支援，表明國際象棋專家比新手更多地啟用長期記憶。
倫敦布魯內爾大學的費爾南德·戈貝特支援一種競爭理論，該理論是在 20 世紀 90 年代後期與西蒙共同提出的。它透過呼叫由大約十幾個國際象棋棋子組成的高度特徵化且非常大的模式來擴充套件組塊的概念。他們稱之為模板，它將有許多插槽，大師可以在其中插入諸如兵或象之類的變數。例如，可能會存在一個模板，用於“尼姆佐印度防禦的孤兵後翼位置”的概念，大師可以透過將其重新歸類為相同的位置“減去黑格象”來更改插槽。再次借用詩歌的類比，這有點像透過在某些插槽中替換押韻的等價物來記住“瑪麗有隻小羊羔”的即興重複，例如用“拉里”代替“瑪麗”，用“游泳池”代替“學校”等等。任何知道原始模板的人都應該能夠立即在記憶中固定更改後的模板。
神童的湧現
所有專業知識理論家都同意的一點是，在大腦中構建這些結構需要付出巨大的努力。西蒙提出了他自己的心理學定律，即 10 年規則，該規則指出，掌握任何領域大約需要十年辛勤的勞動。即使是像數學領域的高斯、音樂領域的莫扎特和國際象棋領域的鮑比·菲舍爾這樣的神童，也一定付出了同等的努力，可能是透過比其他人更早開始並更努力地工作。
根據這種觀點，近年來國際象棋神童的激增僅僅反映了基於計算機的訓練方法的出現，這些方法讓孩子們可以學習比他們的前輩通常能夠管理的更多的國際象棋大師比賽，並更頻繁地與大師級水平的程式對弈。菲舍爾在 1958 年 15 歲時獲得特級大師頭銜時引起了轟動；今天的紀錄保持者，烏克蘭的謝爾蓋·卡爾亞金，在 12 歲零 7 個月時獲得了這一頭銜。
埃裡克森認為，重要的不是經驗本身，而是“努力學習”，這需要不斷應對超出自己能力範圍的挑戰。這就是為什麼愛好者可能會花費數萬小時下國際象棋、打高爾夫球或演奏樂器，但始終無法超越業餘水平，以及為什麼受過適當訓練的學生可以在相對較短的時間內超越他們。有趣的是，花在下國際象棋上的時間，即使是在錦標賽中，似乎對棋手的進步貢獻不如這種學習；這些比賽的主要訓練價值是指出未來學習的弱點。
即使是新手，起初也會進行努力學習，這就是為什麼初學者在打高爾夫球或開車時常常進步如此迅速的原因。但是，在達到可接受的效能——例如，跟上自己的高爾夫球友或透過駕駛考試——之後，大多數人都會放鬆下來。然後他們的表現變得自動化，因此無法進一步提高。相比之下，正在接受培訓的專家始終保持大腦的盒子蓋開啟，以便他們可以檢查、批評和擴充其內容，從而達到其領域領導者設定的標準。
與此同時，表示專業知識的標準變得越來越具有挑戰性。高中賽跑運動員可以跑完四分鐘一英里；音樂學院的學生演奏的曲目曾經只有大師才能嘗試。然而，再次是國際象棋，它提供了最有說服力的跨時間比較。約翰·納恩是一位英國數學家，同時也是一位特級大師，他最近使用計算機來幫助他比較在兩次國際錦標賽（一次在 1911 年舉行，另一次在 1993 年舉行）的所有比賽中犯下的錯誤。現代棋手下得更加準確。納恩隨後檢查了 1911 年一位在中間排名棋手的所有比賽，並得出結論，他今天的評級不會超過 2100 分，位元級大師水平低數百點——“而且那還是在狀態良好且順風順水的情況下”。最好的老牌大師們要強大得多，但仍然遠低於今天的領導者水平。
再說一遍，卡帕布蘭卡和他的同代人既沒有計算機也沒有遊戲資料庫。他們必須自己解決問題，就像巴赫、莫扎特和貝多芬一樣，如果他們在技巧上落後於今天的宗師，那麼他們在創造力方面就超越了他們。牛頓和新晉物理學博士之間也可以進行同樣的比較。
此時，許多懷疑論者最終會失去耐心。他們肯定會說，通往卡內基音樂廳的道路不僅僅是練習、練習、再練習。然而，這種對天生才能重要性的信念，在專家及其培訓師中也許最為強烈，卻奇怪地缺乏確鑿的證據來證實它。2002 年，戈貝特對英國國際象棋棋手（從業餘愛好者到特級大師）進行了一項研究，發現他們的棋藝水平與他們的視覺空間能力（透過形狀記憶測試衡量）之間根本沒有聯絡。其他研究人員發現，專業讓分師預測賽馬結果的能力與他們的數學能力根本不相關。
雖然目前還沒有人能夠預測誰將成為任何領域的偉大專家，但一項引人注目的實驗表明，有可能有意識地培養一位專家。匈牙利教育家拉斯洛·波爾加在家教育他的三個女兒學習國際象棋，每天佈置多達六個小時的作業，培養出一位國際大師和兩位特級大師——歷史上最強大的國際象棋姐妹。最小的波爾加，30 歲的朱迪特，現在世界排名第 14 位。
波爾加實驗證明了兩件事：特級大師是可以培養的，女性也可以成為特級大師。拉斯洛·波爾加出版了一本關於國際象棋教育的書後，國際象棋神童的出現次數倍增，這並非巧合。在莫扎特的父親在兩個世紀前做了同樣的事情之後，音樂神童的數量也經歷了類似的增長。
因此，在專業知識的發展中，動機似乎比天生的能力更重要。在音樂、國際象棋和體育運動——所有專業知識都由競技表現而不是學術資格定義的領域——專業化在越來越年輕的年齡出現，這並非偶然，這要歸功於越來越敬業的父母甚至大家庭的幫助。
此外，成功建立在成功的基礎上，因為每一次成就都可以加強孩子的動力。1999 年對來自幾個國家的職業足球運動員進行的一項研究表明，他們比普通人群更有可能出生在一年中的某個時間，這將決定他們以大於平均年齡的年齡進入青少年足球聯賽。在他們早年，這些孩子在與隊友一起踢足球時，在體型和力量方面將享有巨大的優勢。由於體型較大、更靈活的孩子將有更多機會控球，他們將更頻繁地進球，他們在比賽中的成功將激勵他們變得更好。
體育、音樂和其他領域的教師傾向於認為天賦很重要，並且他們一眼就能看出來。事實上，他們似乎將能力與早熟混淆了。通常無法僅從獨奏會上判斷出一位年輕的小提琴家的非凡表現是源於天生的能力，還是源於多年的鈴木式訓練。卡帕布蘭卡至今仍被認為是“天生”最偉大的國際象棋棋手，他吹噓自己從未研究過國際象棋。事實上，他從哥倫比亞大學輟學的部分原因是他在下國際象棋上花費了太多時間。他著名的快速理解力是他所有訓練的產物，而不是訓練的替代品。
大量的心理學證據表明，專家是後天培養的，而不是天生的。更重要的是，將孩子快速培養成專家（在國際象棋、音樂和許多其他學科中）的已證明能力，給學校提出了明確的挑戰。教育工作者能否找到鼓勵學生進行努力學習的方法，以提高他們的閱讀和數學技能？哈佛大學的經濟學家小羅蘭·G·弗賴爾一直在嘗試提供金錢獎勵來激勵紐約市和達拉斯表現不佳的學校的學生。例如，在紐約市一項正在進行的專案中，教師每三週對學生進行一次測試，並向得分高的學生獎勵少量金額——大約 10 美元或 20 美元。早期結果令人鼓舞。與其永遠思考“約翰尼為什麼不會閱讀？”這個問題，教育工作者也許應該問，“世界上有什麼是他學不會的呢？”