交錯效應:混合學習促進大腦學習

並行學習相關的技能或概念是一種出人意料的有效大腦訓練方法

我們都聽過這句格言:熟能生巧!換句話說,掌握技能需要時間和努力。但是,究竟如何學習像網球、微積分,甚至如何演奏小提琴這樣的複雜學科呢?一個古老的答案是:一次練習一項技能。一個初學鋼琴的人可能會在和絃之前練習音階。一個年輕的網球運動員在練習反手之前先練習正手。學習研究人員稱之為“分塊”,因為這種方法符合常理且易於安排,因此分塊在學校、培訓專案和其他環境中占主導地位。

然而,另一種策略有望取得更好的效果。這就是“交錯”,一種鮮為人知的技術,正引起認知心理學家和神經科學家的關注。分塊是指在練習下一個技能之前一次練習一個技能(例如,“技能A”在“技能B”之前等等,形成“AAABBBCCC”的模式),而交錯則是將幾個相關技能的練習混合在一起(例如形成“ABCABCABC”的模式)。例如,一位鋼琴家在音階、和絃和琶音之間交替練習,而一位網球運動員則在正手、反手和截擊之間交替練習。

在過去的四十年裡,一項規模雖小但不斷增長的研究發現,在包括體育和類別學習在內的各種科目中,交錯通常優於分塊。然而,幾乎沒有在非人為的真實世界環境中對該技術進行研究——直到最近。學校的新研究發現,交錯為一項基本技能:數學,帶來了顯著且持久的好處。這一發現不僅有可能改變數學的教學方式,還可能改變人們更廣泛的學習方式。


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交錯的希望最初出現在運動技能領域。一項早期研究(發表於1986年)涉及訓練學生學習三種類型的羽毛球發球。與分塊相比,交錯產生了更好的每種發球型別的回憶,以及更好的處理新情況的能力,例如從球場另一側發球。後來在棒球籃球和其他運動中報告了類似的結果。2003年,首批研究運動領域之外的交錯的研究之一發現,使用它來訓練醫學生比分塊產生更準確的心電圖診斷。2008年,另一項被廣泛引用的研究發現,在教授大學生識別風景畫家的繪畫風格方面也有類似的好處。即使是批判性思維技能也有所受益:在一項2011年的研究中,接受該技術訓練的學生對複雜的法律場景做出了更準確的評估。

然而,外語研究表明,交錯的有效性有一個重要的警告。當以英語為母語的人使用該技術來學習一種完全不熟悉的語言時,例如生成英語到斯瓦希里語的翻譯,結果更好相同,或更差於分塊之後。這些不同的結果意味著學習者在交錯開始之前應該對主題材料有一定的熟悉度(或者,材料應該能夠快速或容易地理解)。否則,正如外語的情況似乎表明的那樣,交錯有時可能會比有幫助更令人困惑。

考慮到交錯的前景,令人驚訝的是,很少有研究調查其在日常應用中的效用。然而,認知心理學家道格·羅勒(Doug Rohrer)和他在南佛羅里達大學的同事們最近在《教育心理學雜誌》上發表的一項新研究,朝著彌合這一差距邁出了一步。羅勒和他的團隊是第一個在實際課堂中實施交錯的團隊。地點:佛羅里達州坦帕市的中學。目標技能:代數和幾何。

這項為期三個月的研究涉及教授七年級學生斜率和圖形問題。教師每週的課程與標準實踐基本相同。然而,每週的家庭作業練習冊採用交錯或分塊設計。當交錯時,不同型別的舊問題和新問題混合在一起。在九個參與班級中,五個班級使用交錯來解決斜率問題,而使用分塊來解決圖形問題;其餘四個班級的情況相反。在最後一節課五天後,每個班級為所有學生舉行了一次複習課。在一天或一個月後進行了一次突擊期末考試。結果呢?當測試在一天後進行時,使用交錯訓練的問題的分數提高了25%;一個月後,交錯的優勢增至76%。

這些結果之所以重要,有很多原因。首先,它們表明交錯在現實世界中長期有效。它對於幾乎普遍存在的科目,數學,非常有效。交錯效應是長期的——持續數月——並且相對於分塊的優勢實際上隨著時間的推移而增加(換句話說,遺忘較少)。即使分塊材料得到額外的複習,這種好處仍然存在。總的來說,交錯效應可以是強大的、穩定的和持久的。

顯然,交錯對七年級數學有奇效。此外,當結合先前在各種主題(代數、指數比例稜柱體積)以及不同年級的學生(從小學到大學)中顯示出該技術類似優勢的先前工作時,交錯可能成為最有效的數學學習技術之一。

研究人員現在正在努力理解為什麼交錯會產生如此令人印象深刻的結果。一種著名的解釋是,它可以提高大腦區分或辨別概念的能力。對於分塊,一旦你知道要使用什麼解決方案或要執行什麼動作,困難的部分就結束了。對於交錯,每次練習嘗試都與上次不同,因此死記硬背的反應不起作用。相反,你的大腦必須不斷專注於尋找不同的解決方案。這個過程可以提高你學習技能和概念的關鍵特徵的能力,從而更好地讓你能夠選擇和執行正確的反應。

第二個解釋是,交錯可以加強記憶聯絡。對於分塊,暫時儲存在短期記憶中的單一策略就足夠了。交錯並非如此——正確的解決方案從一次練習嘗試到下一次都會發生變化。因此,你的大腦不斷地忙於檢索不同的反應並將它們帶入短期記憶。重複該過程可以加強不同任務和正確反應之間的神經連線,從而增強學習。

這兩種解釋都意味著,當使用交錯時,需要加大訓練期間的努力,無論是區分正確的反應還是加強它們。這對應於該技術的一個潛在缺點,即學習過程在一開始通常感覺更緩慢和困難。然而,這種額外的努力可以產生更好、更持久的結果。

在現代社會中,人們對增強學習和記憶的方法非常感興趣:大腦訓練、學習應用程式等等。交錯的優勢在於有科學證據支援其在各種情況下的使用。它還具有無需額外培訓、額外時間或特殊裝置即可工作的實際優勢。只需要更仔細的規劃,並且可能需要在開始時付出一些額外的努力。

儘管存在這些相對優勢,但交錯仍然鮮為人知且未被使用。以小學數學為例。在美國今天使用的所有數學教科書中,只有一種型別——撒克遜系列——使用分塊練習。人們只能推測,如果交錯在課堂和教科書中得到廣泛使用,會發生什麼。學業成就的差異可能是巨大的。

隨著交錯研究的進展,我們將進一步瞭解該技術:它在其他哪些領域有效,哪些領域無效,以及它可能有哪些其他侷限性。但這並不妨礙我們現在就對其進行測試。例如,你正在學習統計學嗎?學習演奏樂器嗎?開始一項新的運動嗎?在所有這些領域,你都面臨著一系列需要學習的技能或概念。典型的反應是逐個反覆練習這些技能或概念。另一種選擇是混合起來。事實證明,你的大腦可能更喜歡這樣做。

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@garethideas.

Steven C. Pan is a chancellor's postdoctoral fellow and learning scientist at the University of California, Los Angeles. His research involves using the tools of cognitive psychology and neuroscience to enhance human learning, memory and performance.

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