以ChatGPT、Sora为代表的新一代人工智能正在加速改变世界，并深刻影响未来的学习方式。一方面，知识生产呈爆炸式增长，但知识的碎片化程度也日益加剧；另一方面，虽然知识获取速度和效率大幅增加，随之而来的却是个体知识焦虑水平不断加深，难以持续聚焦深度学习。但教育领域的变革似乎远远未能跟上时代的步伐，传统教育方法仍然习惯于机械重复和题海战术，而忽视了引导学生自主深度学习和系统思考。许多号称“人工智能+教育”的学习，不过是拆分知识点和“精准”推送习题。这些碎片化、机械化和“填鸭式”的教学方法导致学生陷入死记硬背的困境，看似学得快，但忘得更快，而且无法真正理解知识的内涵和知识之间的关系，难以举一反三和实际应用。另外，虽然AI技术可以帮助学生快速获取组织后的知识，但有时也会犯常识性的错误，这对学生的批判性思维能力和独立思考能力提出了新的挑战。
为了应对以上困境，教育应当创新传授知识的方式，遵循知识组织的规律，加强知识体系建构，鼓励学生进行深度学习，帮助学生形成有机的知识体系，从而能够在复杂多变的情境中准确灵活迁移应用。那么有机的知识体系是什么？有机知识体系的建立又会如何促进学生的能力发展呢？本文将从脑科学的视角，揭示人脑知识体系的组织原则和方式，解密其功能和优势，并为教学实践中如何促进有机知识体系的构建提供一些可操作的建议和方法。
有机知识体系的特征：来自脑科学的启示
什么是有机的知识体系，它具备哪些特征？我们可以从人脑的知识组织原则中得到一些启发。
有机知识体系具备模块化的特征。我们的大脑以分布的方式进行知识存储。例如，在学习化学元素“钠”时，负责存储名字的脑区，会让我们知道它的化学式是“Na”；负责存储形状和颜色的脑区，会让我们想起它是银白色金属状的固体；而做钠水反应实验时，相关的运动信息和声音信息会分别存储在对应的脑区。
这种分布式存储其实体现了大脑的一个基本信息组织原则，就是成分化表征。所谓的成分化表征，就是把一个复杂的信息分解成不同的基本构成元素，然后根据不同的需要进行组合。这有点像化学，所有的物质由不同的化学元素组合而成。这样做的好处，一是可以用一些基本的元素来表征不同的事物，更加经济和高效；二是这样的表征可以很好地反映不同事物之间的相似性，实现类比和迁移；三是虽然建立信息连接的过程需要大量的重复，但是一旦建立起来，就比较牢固，也容易迁移。
有机知识体系具备层级性的特征。我们大脑的信息表征和存储具有高度的层级性，包含了从具体到抽象、从局部到整体的层级加工。比如看到一张人脸时，我们大脑的视觉系统会逐步加工：初级视觉皮层只是加工简单、具体的线条和边缘轮廓，到了高一级的皮层，会以这些信息为基础抽象出形状和三维深度，构成脸型、眼睛、嘴巴和鼻子，这些信息汇总到颞叶下部，最终识别成一张“脸”。这种同时包含了具体和抽象信息的记忆存储是人脑的一个重要特征，使得我们能够实现具体和抽象的整合。具体的信息使我们产生具身的、感官化的、深刻的体验，并和真实世界连接；而抽象的知识又使我们把握现象背后的本质和知识间的关系，进而有所创新。
有机知识体系具备结构化的特征。人脑中这些包含了具体和抽象信息且分布式存储的知识并不是杂乱无章的，而是有结构的。这种结构化的知识也叫“认知地图”，或者“图式”。结构化知识或认知地图概念非常复杂，还存在不同的争议。
1948年，认知心理学家爱德华·托尔曼（Edward Chase Tolman）做动物实验时发现，小鼠需要从一个起点出发，沿着特定路线寻找出口。经过反复练习，小鼠找到出口的速度越来越快。更加重要的是，如果我们把某个路口堵住，小鼠可以找到另外一条很近的路。这说明，小鼠并不是简单记住了这条特定的路线，而是学会了迷宫的整体空间布局，这就是小鼠脑中的“认知地图”。其实人也是一样，即使没有地图和导航，在新的城市生活几天后，人也能在头脑中形成不同地点之间的位置关系，也就是“认知地图”。
除了这种空间关系的“认知地图”，人们还会形成多种结构化的知识。比如，有经验的棋手记棋谱的速度很快，说明他们掌握了围棋的规律，这是一种“认知地图”。顶尖的足球和篮球运动员可以快速判断球场的形势，并做出最佳的传球，这也是形成了比赛的“认知地图”。语言专家能轻松判断句子的语法是否准确，是由于形成了语言的“认知地图”。科学、医疗、刑侦等各领域的专家形成的某些直觉，也源于他们的“认知地图”。
可以看到，与碎片化的知识不同，有机的知识体系指的是将知识拆分成一些基本单元，并按照需求重新组合，从而形成一个层次分明、紧密联系、结构严密的知识体系。
有机知识体系的好处
有机知识体系帮助快速掌握知识。有机知识体系能够通过理解记忆帮助我们更好地学习和掌握知识。学习新知识时，人们总是尝试将之嵌入已有的知识体系，从而提升记忆效率。研究表明，如果将新知识与已有的时序结构结合起来学习，个体的序列记忆表现将显著提升，这实际上也是记忆术的原理。因为有机知识体系内部存在一个结构，在这个结构的基础上可以扩展和丰富知识，这也像修建高楼搭建的主体框架一样。没有这个结构，知识就是杂乱无章的，不容易提取。很多教师和校长都有这样的体会：在自己熟悉的领域，记忆效果往往非常好。这是因为，我们先前的知识经验在头脑中形成了知识体系，当新知识能很好地与这个知识体系融合时，我们就更容易记住这些知识。
有机知识体系促进知识灵活应用。学习的目的不单单是为了记住知识，更关键的是要运用知识去解决问题。孤立的记忆或知识即便被勉强记住，我们也只是能“默写”出来，根本不知道它们能解决什么问题。如果建立的知识体系非常丰富，包含了更多层级以及双向链接，那么我们也能够组合和提出更多有创意的解决思路。在学习中，如果我们建立了某个学科的有机知识体系，那我们就可以解决很多全新的题目。现在中高考强调知识的灵活应用，跨学科知识增多，死记硬背不再适用。另外，前面提到的一流棋手因面临不断变化的比赛形势，不能单靠硬背棋谱和战术，而是依赖有机的知识体系，从而游刃有余地应对。科学、医疗和法律等领域的专家也需要灵活应用知识，以做出更准确的决策、找到更有效的方法，并实现更优化的结果。
如何在教育实践中建立和运用有机知识体系
大脑的建构模式使得每个人天生都有在一定程度上整合知识的能力。通过科学的学习方法，能够更加系统和高效地帮助学生形成结构有序、联系紧密的有机知识体系。综合现有研究成果，我们为教育者提供如下几个建议：
合理拆分，形成组块。教师可以让学生根据已有的知识和经验，把复杂的新知识拆分成和旧知识密切相关的小组块，帮助学生建立新知识与旧知识之间的联系。例如，在英语教学中，教师可以教给学生单词的词根和词缀，这样在学习新单词时，学生便能很自然地把单词分成几个组块，并且找到新单词和已学过的词根、词缀之间的联系，不仅能快速记住单词的拼写，也能理解和学会单词的含义。
依据语义规律组织学习材料。人脑中的语义规律处于一种自动激活扩散的状态，比如学生刚学会上衣的表达方式，自然想知道裤子是哪个单词。教师在准备学习内容时，可以遵循这一规律，把语义联系紧密的知识组织在一起。比如，按照主题类别来学习单词，分成“文具类”“水果类”“衣物类”等；学习口语对话时，按照使用场景分为“超市购物”“交通出行”“医院看病”等。每一类内容放到一起学习，这样语义上联系本就紧密的单词和短语，记起来更快更牢，在真实场景中更容易运用上。使用某一个单词时，自然地想起与之相关的一类单词，也就再次巩固了对知识的掌握。
运用思维导图法构建知识网络。思维导图是一种将思维可视化的工具，它可以帮助学生在零散的知识点之间建立各种各样的联系，整合在一起，形成一个系统化、层次化的知识结构。比如，在期末考试前，将本学期学过的化学物质、方程式等整理在树状图或括号图上，还可以引导学生使用双气泡图对比分析物质属性间的相同和不同，进一步对知识间的联系有更清晰的把握。这样，学生在记忆和回忆时，就不容易混淆了。
从教师“输入”到学生“输出”的转变。对相同的知识，每个人理解各异。这是因为每个人大脑都有独特的连接模式。虽然教师会尽量考虑学生的知识背景和思维模式，但也难以让学生完全理解自己的思路。很多教师选择将知识碎片化，甚至鼓励学生直接记忆而非理解。这种方式显然不利于知识的掌握和有机知识体系的形成。
为了解决这一困境，一个有效的方式就是从“教师教”到“学生学”、从输入到输出的转变。这也是受到著名的“费曼学习法”的启发。在输出的过程中，学生需要主动发现知识间的关系、组织知识，并构建符合自己知识背景的知识体系。
在教学实践中，要全面了解每个学生的输出，可能会占用较多的教学时间。一方面，教师需要转变观念，认识到这里的慢是一种快，因为这样记忆更牢固，不需要花费太多的时间复习。另一方面，教师也可以通过一些策略来提高效率，下面介绍两种有代表性的方式：
一是布置综合性作业。常见的作业包含抄写、背诵、填空题等，但由于每个题目所涉及的知识点非常少，这不利于建立知识体系。而作文、画报、读后感、调查报告、实验报告等综合性作业，则需要综合应用到很多知识。在这个过程中，学生可以消化和梳理所学知识，形成持久的、独属于自己的有机知识体系，并且在未来真正运用起来。
二是开展项目式学习。在项目式学习中，学生需要自主确定项目目标、制订计划、收集信息、解决问题、展示成果等，这就锻炼了学生综合运用知识的能力。例如“校园里该如何放置垃圾桶？”这一课题就综合了多个学科的知识。首先，垃圾桶的数量和位置怎样设计最方便使用，需要用到空间几何、计算等数学知识；其次，垃圾桶采用什么材料更环保，需要用到化学、生物的知识；再次，垃圾桶的外观设计需要审美艺术的知识；最后，组织语言分享自己的设计理念需要语文相关的知识。在这个过程中，学生能及时查漏补缺，将知识体系补充得更完善、更全面。另外，学生能在不同学科知识之间建立新的联系，进一步扩大和整合自己脑中的知识体系，也能更高效地解决实际问题。
此外，积极利用睡眠并提高睡眠质量，也有助于知识体系的建构。人们一直认为睡觉时大脑在休息。实际上，睡眠时大脑也在积极工作，重新组织和梳理学习内容。约克大学的研究人员发现，如果学习后睡上一觉，成绩会有显著提高。这表明在睡眠中，记忆得到了巩固。大脑研究进一步发现，在慢波睡眠（SWS）过程中，与新学知识有关的神经活动被自发地激活（即“睡眠重放”），学习内容被重新组织，从而促进知识体系的建构和应用。
“纤纤不绝林薄成，涓涓不止江河生。”无论是有机知识体系的搭建，还是学生认知能力的提升，成效并非在第一天就能显现出来。就像树苗刚刚种下时，它需要不断吸收养分，将树根向土壤深处延伸，逐步建立起强大坚固的根系，而正是这看似没有短期回报的过程，才造就了之后突飞猛进的高速生长，使之成为一棵茂盛的参天大树。因此，我们需要以耐心和毅力去陪伴学生在知识的土地上“深深扎根”，帮助学生形成知识体系的“参天大树”。
【致谢：本文得到“国家科技创新2030—'脑科学与类脑研究’重大项目——中国学龄儿童脑智发育队列研究”（项目编号：2021ZD0200500）的资助】
联系客服
