精准学习

架设起脑科学与教育的桥梁

教育是人类动用各种手段，获取知识和技能、塑造人的心智的社会性活动，教育与以阐明脑的工作原理和机制为目标的脑科学(神经科学)有着千 丝万缕的联系。

脑科学是当代前沿科学之一，解析脑的奥秘是人类认知面临的重大挑 战。之所以这么说，首先是因为大脑是一个极其复杂的系统，它所包含的 神经细胞总数达 860 亿，这些细胞并非独立存在，而是通过数量高于神经 细胞数千倍的突触联结起来，形成神经环路。这种环路是大脑实施某一特 殊功能的基本单元。进而，神经环路的结构和活动方式并非一成不变，而 是处于动态变化之中。更重要的是，脑具有高度的可塑性，其形态、结构 以及活动方式，随着机体的发育、所处环境的改变，在其功能实施的过程 中不断改变，从而又增加了解析时的难度。从认识世界的视角而言，对脑 的研究是一种所谓的自我指涉性(self-referential)研究，即认识的主体—— 脑对其自身的研究，存在固有的哲学上的困难，这不可避免地为这一领域的发展设置了障碍。

近年来，随着技术上的巨大进步和认识上的突破，我们对脑的工作原理和机制的认识发生了革命性的变化。人们清楚地认识到，人脑的高级功能 ( 如感知、认知、思维、智力等 ) 是多个神经环路相互作用所形成的脑的大型神经网络活动的结果。在这样一种神经网络中，单个神经细胞的活动都是处于不同区域、不同层次的众多神经细胞活动的综合，从根本上来说，各

类信号在时间域和空间域中的分布模式，才对这些高级功能的实施具有关键的意义。这就好比一首交响曲，决定其产生听觉印象的，并非单个音符所发出的声音，而是一群音符组织起来所形成的旋律。在脑科学的其他领域，研究进展也十分迅速，认识到脑的可塑性是学习、记忆等生理过程的生物学基础，就是其中的突出成果。所有这些研究清楚地表明，对脑的活动及其工作原理和机制的认识，对于教育至关重要。这必然引起人们对教育神经科学研究的高度重视。

在这样的背景下，法国神经科学家斯坦尼斯拉斯 ·迪昂撰写的《脑与意识》《脑与阅读》《脑与数学》《精准学习》等著作相继出版。迪昂是法国科学院院士，在认知研究的许多领域中都有杰出的贡献，是国际著名的认知科学大家。他的这些著作深入浅出、生动地阐述了教育神经科学的基础和进展，引起了社会各界的强烈反响。

《精准学习》一书，可谓教育神经科学的概论，对大脑如何进行学习做了全景式的系统阐述，用扎实的证据说明，为什么学习能力是人脑最伟大的才能；介绍了学习的四大核心支柱；同时也精当地阐述了与学习有关的其他方面，例如，注意和睡眠在学习过程中的重要性等。在另外三本书中，作者更是对“计算”“阅读”“意识”等三个迥然不同的专题，以一位认知科学家的视角，分别做了细致的剖析。

在《脑与数学》一书中，这位数学认知领域公认的权威科学家，综合对 数学思维过程的认识，以及对人类计算能力、先天禀赋的理解，改变了我们 数学学习的观念，改进了数学的教育方式。《脑与阅读》则涉及人类阅读之 谜。作者对人脑阅读能力的形成、发展，以及对如何重塑大脑及其行为所作 的深入思考，耐人寻味。

他在《脑与意识》一书中，对有着“世界之结”称谓的意识问题进行讨 论，用丰富的实验资料，解析了人类主观意识的客观规律，对梦的神经机制 作了引人入胜的分析。他以实证方法确定了意识现象涌现的必要条件，从而 提出了有关意识的“全脑神经工作空间”的富有启发性的假说。特别需要指 出的是，在这些著作中，作者自然地把自己的研究成果融入其中，从而在全 景式的画面上展示了个人的特色。

他在这套书中就某些特殊问题提出了自己的观点，值得我们深思。例 如，他对“人工智能”和人脑学习能力的比较是一个既有理论高度又有现实 意义的重要问题。特别是机器人 ChatGPT 的问世，颠覆了人类固有的思维 定势，引起了人类社会的恐慌。对这个问题作正确的引导，将会促进社会的 进步，而误导舆论，则有可能引起灾难性的后果。作者适时地提出了自己 的观点，促使人们尽可能以冷静的态度对这场炙热的讨论做出自己正确的 判断。

另一个例子是关于“人脑并非白板”的论述。作者认为，在人脑中对应 某种文化学习的神经结构和功能是由遗传和进化决定的，这些结构与功能联 结在人类文明开启之前就已经存在。文化学习的过程，就是借助人脑的可塑 性，把遗传、进化决定的有关神经资源重新分配给“文化学习”这一新功 能，使之获得对高级文化进行编码的能力。这就意味着，由进化、遗传决定 的神经结构和功能，会对后天的文化学习产生重大的影响。简言之，人脑并非白板，而是在出生时就携带着由进化、遗传所带来的痕迹，因此，要想使数学、第二语言、科学等学科学习更有成效，都必须找到与之相应的“神经环境”。这些论述生动地体现了作者对论述主题的出色把握，以及对内容的精准驾驭，翔实地显示了一位科学大家的风采，这些著作在国际上所引起的热烈反响是完全可以理解的。

迪昂院士的这套书，架设起了脑科学与教育间的桥梁。脑科学研究所取得的大量成果，对教育显然具有重要的意义，而教育实践又会对脑科学研究提出更高的要求。这套丛书所显示的双向促进作用，赋予了这种交流更丰富的内涵。迪昂院士的这些著作，不仅对于从事脑科学及相关研究的专家们有重要的参考价值，对教育实践者有指导意义，对于广大读者提高知识素养也大有裨益。

这套书的主编周加仙研究员，20 多年来一直致力于教育神经科学的专业发展与研究工作。2010 年，她邀请迪昂院士来华东师范大学，担任该校教育神经科学研究中心的荣誉教授，二者从而建立了长期的合作研究关系。她本人就是教育神经科学领域中一位优秀的专家，在探索中国文字学习、数学学习对脑、认知与行为的影响，在运用人脑学习的规律，提升教育的质量方面，卓有成绩，且对中文、英文均驾驭自如，是翻译此类著作的不二人选。她不仅组织了翻译团队，还亲自参与翻译，并校译了全部译文，保证了译文的准确流畅。相信这套丛书的出版，不仅会促进我国教育神经科学的基础研究，也将有力地推动教育实践和教育决策走向科学化的进程。

 中国科学院院士，复旦大学教授

 2023 年 2 月 28 日

斯坦尼斯拉斯·迪昂

精准学习系列：《脑与意识》《脑与阅读》《脑与数学》《精准学习》

在对智力的纷繁定义中，学习无疑是zui核心的认知成分。而学习的对象，理所当然就是知识。但是，以超大模型为基石的人工智能如ChatGPT的出现，让各类知识不仅唾手可得，而且它的专业性可与一般专家比肩。于是，以知识为生的程序员、律师、医生等“知识分子”第yi次面对可能失业的窘境，而“书中自有黄金屋”的古人智慧也将过时。不学知识，那我们应当学什么？在人类的历史上，恐怕从没有像今天这样，我们如此急迫地需要重新定义学习的对象！认知神经科学家迪昂教授的《精准学习》提供了一个再次激发人类潜力的学习方式。由此，人类与人工智能互学习、共进化。

——刘嘉

清华大学基础科学讲席教授，北京智源人工智能研究院首xi科学家

学习是智能的核心，也是人脑zui伟大的才能。但什么才是真zheng的学习？迪昂站在心理学、脑科学、人工智能和教育学的交汇处，系统阐述了对学习的zui新理解、人脑相较于AI在学习上的独特优势，并提出了促进人脑学习的科学方法。如果你也渴望理解、提升或者创造智能，一定不能错过这本书。

——薛贵

北京师范大学认知神经科学与学习国家重dian实验室教授，长江学者特聘教授

阅读这本书也是学习理论和反思实践经验的过程，不断反思自己学习的历程、教育孩子的过程、指导学生的教学方法，是对自我的反思以及重新认识个体与世界关系的过程。这本书对于认识我们大脑的神奇学习能力、发展新的教育方法与理论，以及思考如何发展具有学习能力的人工智能深有启发。

——王守岩

复旦大学类脑智能科学与技术研究院副院长

迪昂博士是擅长打破边界的神经科学大师，他总有办法将人脑研究领域中碰到的复杂困境分解成可被理解的细致图像。在《精准学习》中，迪昂深刻阐释了人脑的学习机制及高xiao学习的普适原则，精辟谈论了为什么人脑的学习能力比现行人工智能更强。本书为教育、神经科学、人工智能等领域带来了关键指导。

  ——孟祥芝

北京大学心理与认知科学学院副教授、博士生导师

斯坦尼斯拉斯·迪昂不仅是神经科学领域的领军者，还是一名杰出的思想传播者。在其最新力作《精准学习》中，迪昂详细阐释了人脑学习的基本机制，将深奥难懂的脑科学知识用大众读得懂的通俗语言娓娓道来。《精准学习》是人脑如何学习的jue佳入门读物，将让每一个关注脑与学习的读者获益无穷。

——李燕芳

北京师范大学教授、博士生导师，儿童脑智发育与学习促进研究领域专家

有些概念虽然我们特别熟悉，但对它的定义却是模糊不清的，“学习”就是这样的一个概念。它很普遍，每个人都在学习，然而，它又像是一个黑匣子。迪昂打开了它，揭示了里面令人敬畏的秘密……迪昂在《精准学习》这本书中对人脑的基本机制做了系统的解释。它是一本ji好的、让大众了解大脑如何学习的入门读物。

——《纽约时报》

对于教育工作者、家长和其他对如何有效学习感兴趣的人来说，《精准学习》都是一本极富启发性的书。

——《出版人周刊》

推荐序1 架设起脑科学与教育的桥梁 

推荐序2 人脑具有非凡的学习能力

导 言 人脑中最伟大的才能:学习能力

第一部分 什么是学习

第1章 学习的7个定义

学习就是调整心理模型的参数

学习是在利用组合爆炸

学习就是将错误降到最低

学习就是探索各种可能性

学习是—种优化的奖励函数

学习限定了搜索空间

学习是投射先验假设

第2章 为什么人脑的学习能力比目前的人工智能机器更强

人工智能缺少了什么

学习是对领域语法的推理

学习就是像科学家—样推理

第二部分 人脑如何学习

第3章 看不见的婴儿知识

物体概念

数感

对概率的直觉

关于动物和人的知识

面孔感知

语言本能

第4章 脑的诞生

婴儿的脑是组织有序的

语言通路

皮层的自组织

个体差异的起源

第5章 养育的作用

记忆的描述

真实突触和虚假记忆

营养是学习的核心要素

突触可塑性的能力与局限

什么是敏感期

突触的可塑性必须被打开或关闭

布加勒斯特奇迹

第6章 脑的再利用

神经元再利用假说

数学再利用了估算的神经回路

阅读再利用了视觉和口语的神经回路

音乐、数学和面孔

丰富的环境刺激所带来的益处

第三部分 学习的四大核心支柱

第7章 注意

警觉:脑的觉醒

定向:脑的过滤器

执行控制:脑的总机

学会去注意

共同关注

教学是去关注别人的知识

第8章 主动参与

被动的有机体无法学习

加工的深度越深，学习的效果越好

发现教学法的失败

好奇心以及如何去激发它

想要知道:动机的源泉

学校可能扼杀孩子好奇心的三个方法

第9章 错误反馈

惊讶:学习背后的驱动力

脑中充斥着错误信息

错误反债并不等于惩罚

分数是错误反债的糟糕替代品

自我检测

黄金法则:间隔学习

第10章 巩固

释放脑资源

睡眠的关键作用

沉睡的脑会重演前—天的轨迹

睡眠期间的发现

睡眠、童年和学校

结 论 教育与神经科学的“联姻”

致 谢

注 释

译后记