从红娘算法看什么是科学

在大多数人心里,科学(数学)和生活是分开的两个东西。在很多数学、科学老师心里,也是这样。文科老师那可能就比例更高了。我最近注意到,甚至在某些认为对数学或者科学很有认识的老师,或者科学家数学家心里,科学(数学)和生活也是分开的两个东西。

科学,就是把现实世界中的问题,可能来源于生活、实验、其他人的研究、自己的深入思考等等,转化成一个形式化的问题(例如数学的形式,这时候成为数学模型),进而解决它。有的时候,解决完了这个问题之后(或者在做形式化的时候),还会思考一下:这个问题是不是可以一般化,用于描述其他类似的问题;这个解决的方法是不是可以一般化,用于解决其他类似的问题;这个答案是不是可以一般化,用于解决其他类似的问题。后面的这一步叫做一般化,系统化,是形成理论的必要和有效步骤。

最近跟人讨论到用算法来促进男女朋友匹配的问题:茫茫人海中,完全靠偶遇来找到灵魂伴侣是很不容易的一件事情,如果能够有一个算法来从收集好的人员资料(资料的准确性是另一个问题,可以通过另一个算法或者人工来提高)中帮你找到潜在的对象,会大大提高社会福利(大家都更开心的意思,不是通常的那个发月饼的福利的意思)。有人就说了,那多么不浪漫啊,靠撞,撞啊撞,撞啊撞,撞到了双方喜欢的,多么浪漫啊,就好像歌唱的那样“只因为在人群中看了你一眼”(顺便,那仅仅是因为你看到的人比较好看,没准是翟欣欣那样的呢,看一眼你能够知道其品格,属于典型SB浪漫,而不是真浪漫);如果用算法,那就冷冰冰了,完全没有浪漫了。

这个问题背后的算法还真的是有的,叫做匹配理论(Matching Theory)。不仅仅可以用来当红娘,还可以用来帮助解决住院医生和医院相互选择的问题等等。而且,这个理论实际上已经得过两次Nobel经济学奖。先不管真的这个理论是怎么回事。在这里,我想说的事情是,从这个问题看,什么是科学,什么是数学。

任何一个问题,我们都可以并且应该想一想一般性的解决方式,而这个一般性,往往就会落到数学上面。这就是科学进入生活的思考方式,这就是科学。为什么这样会不浪漫呢?浪漫难道就来自于像无头苍蝇一样撞的过程,还是撞到之后交往的过程?如果是前者,请问,那个时候就你和你将来的灵活伴侣在分开撞啊,如何会浪漫呢?如果说,分开撞那个阶段最浪漫,那好,别找到另一半最好,可以不停地撞啊。算法的功能只不过就给这个无头的苍蝇装上了一个头,一副天线,如何就会不浪漫呢?

做任何事情,都要想想方法,有方法可以做的结果更好,效率更高。这个面对任何问题都想想方法,并且在可能的时候一般化(这时候往往要通过数学),就是科学的精神。

红娘的问题的讨论,实际上,起点是关于,语文是不是一压力依靠大量阅读的问题。经常,我们听到,语文需要依靠大量阅读,甚至有的老师会提出来,你的阅读量要到多少,要你作好并且上交阅读量的记录。甚至,我们还会听到,“什么什么问题,就是因为你的阅读量不够,回去多读点书”。问题是,你这个当老师的,有教学生怎么阅读吗?你自己有思考怎么阅读吗?有整理一下方法来帮助学生减少阅读量的心吗?是不是想都没想过这个方法的问题?

如果说语文可以这样,我数学能不能也这样:“什么什么问题,就是因为你做题量不够,回去多做点数学题”?我科学能不能这样:“什么什么问题,就是因为你做实验和观察的量不够,回去多做点实验和观察”。生活于是就成了这样:“你不会生活,就是因为你生活的时间不够长,回去多活着,就会生活了”。这样的老师,属于典型的没有寻找方法的心,或者有心但是没有找到方法的能力,或者有心有能力没有寻找方法的意愿。

我们提出来的“教的更少,学得更多”就是一定要帮助学生找到方法,做到能够学会学科大图景的前提下,学习的东西越少越好。方法很重要,当然,学会方法的过程中,可以采用摸索和指导结合的方式,但是,方法本身必须是明确的。例如WHWM分析阅读方法,例如制作概念地图来做缩写、总结、反思。这其实,不过就是科学用于解决语文阅读的方法这个问题。

我们不能:茫茫人海,爱情基本靠撞;茫茫文(题)海,阅读(数学)基本靠量,而是要摸索出来方法,给学生指明实现“学的更少,学得更多”的方向,做到:茫茫人海,爱情不靠撞,算法来帮忙;茫茫文(题)海,阅读(数学)不靠量,方法来帮忙。而这一切的思想上的根源都在于:用科学的角度来思考每一个问题!

理解型学习用于听课和看书

我在《教的更少,学得更多》一书里面,主要从学什么和怎么学出发讲了教什么怎么教,以及如何来确定教什么的问题。答案就是以学科大图景为目标的,以系联性思考和批判性思维为基础的,基于概念地图的理解型学习系统,并且要让这样的系统来改造所有的课的教学。但是,关于如何用这样的思路来帮助学生学习,包含看书、听课、做题等,讲的比较少,只有一章。今天我把这个部分补充一下。

无论看书或者听课,或者其他的学习过程中,在整体层面,还是要关注学科大图景问题(一个学科的典型对象、典型问题、典型思维方式、典型分析方法,以及和其他学科乃至世界的关系),以及关注对学科的情感,以及对学习方法——也就是这个理解型学习——的掌握。因此,在这个层面,就不多少了。

今天,我们主要关注细节层面怎么做。其思想就是要同时关注然,所以然,所以所以然这几个层次的问题;其方法就是问W(是什么)H(怎么样)W(为什么)M(对我有意义吗,我喜欢吗)这四个问题以及做概念地图;其背后的思考仍然是系联性思考和批判性思维。这些已经包含在书里了。现在,我们来具体说说怎么做。

首先,对于老师那节课或者书本那一小节的具体知识,要尽量搞明白:这节课老师讲了什么知识——例如小数的乘法的计算,这个知识是怎么回事——例如到底是怎么算的,为什么会需要这个计算和为什么可以这样算——前者需要联系生活实际的例子后者需要从等式变换的角度来做逻辑论证,最后问自己“我是否觉得这个知识有道理,有意义”。这是在具体知识的层面的WHWM。具体这个例子可以看心儿关于小数乘法的总结

其次,要尽可能做到,就算具体的知识不太明白的情况下(当然,明白了最好),也能够想清楚这一段知识的地位和目的,以及老师讲这个具体知识的动机。就好像你跟着人走路或者开车的时候,你如果能够明白前面的人为什么走这一段路,就算这段路本身你不太熟,你仍然可以很开心和放心地跟着,而不是无脑地跟着。这时候,要求就比较高了:你要有自己的方向感。这个对于上面的小数乘法的例子,就比较难:完全就是学习一个计算步骤,你可能很难对此有什么方向感。但是,如果你能够把这一段知识和等式保持计算结果不变的知识联系起来——例如等式两边同时乘以或者除以一个非零数结果不变,则仍然,你可以更好地欣赏和领会上面的论证过程。当然,如果老师能够把这个计算和生活实际联系起来,或者和数学更深刻的理论联系起来,则也能帮助学生更加有方向感。其实,在教材里面有初步的尝试,例如以“角”为单位来计算变成以“元”为单位来计算。不过,本来可以用更加粗糙的问题来体现数学需要从实际问题中抽象出来实体和实体之间的关系,然后从关系变成计算,这样一个过程。也就是体现抽象化在数学中的地位。当然,一方面,这个需要老师们站在更高的角度——数学是什么的角度来重新梳理和讲授课程,另一方面,也要学生不断地从具体知识之中走出来,站到更高的地方来看这部分的学习目的。其实,这个步骤是在思考具体知识和学科大图景的联系。实际上,任何一个具体知识的教学和学习,都应该做到和大图景的结合和联系。

再次,把你对具体知识层面的WHWM、整体大图景层面、以及两者联系的层面的理解画成一张概念地图。

最后,当然,练习题还是要做一点点的。如果会了,就可以少做一点了。做练习的时候,也不是想着用什么公式做什么计算,而是问:这些是什么东西,它们之间是什么关系,这些关系对应着什么运算。知道了关系和运算,问题就自然解决了。对于不问关系,只套公式的,可以去看看那个上山和下山的平均速度的问题。如果你的老师还能够帮助你做和这部分知识相关的以问题/项目为基础的学习,就更好了。

《教的更少,学得更多》出版了

JinshanCmap

​《教的更少,学得更多》从2013年完成以后,就一直当作《学会学习和思考》课程的主要教学参考书之一来使用。另两本是《学习、使用和创造知识》,以及《教育的目的》。今天终于见到印刷版了。辛苦编辑们了。感谢教师发展中心、研究生院、国际处以及系统科学学院等单位。感谢参与本课程教学和学习的老师学生们。感谢Novak的帮助和指导。

不过,发这个帖子主要不是为了感谢,而是为了发个广告。目前已经可以在京东上看到这本书。

这本书交代了我们所谓的“教的更少,学得更多”的教学体系背后的思考,以及一些课程建设和实施的经验。这个体系的主要思想是宏观和微观两个层次的结合:宏观上,需要通过整理领域和课程的概念地图来构建知识高速公路,绘制学科大图景,然后以此为基础来选择教什么学什么,决定大概怎么教怎么学;接着在介观上,对于每一个大图景里面的项目,找好例子来体现;在微观上,在学习和体会每一个例子的每一个步骤,不放过任何问WHWM的机会,多问为什么。这个背后也就是系联性思考、批判性思维,以及能够综合体现它们两者的概念地图。结合学科大图景为目标的教学,这就是我说的理解型学习

在实际教学中,还需要运用好做中学、教中学等方式,把指导性教学和辅导性教学结合好。

这是解决教什么怎么教,学什么怎么学的问题的根本方法。我们的探索和体系,还有经验,应该对有心的老师和学生,甚至家长,都有帮助。

其实将来有一天,我还想实现更大的梦想,不仅仅是提供其他人教和学的借鉴,还能够把知识高速公路做出来,成为整个人类知识教和学,以及研究的基础。

为了理解世界而学习,为了发展自我而学习

学习就是为了发现和发展自己,提升自己进一步发展的潜力。教学就是帮助学生实现这个目标。怎么帮?

Whitehead的答案是“不能同时教太多”,“要教就要教得透彻”。那么,怎么来选择这些尽量少的内容,如何来实现教得透彻?

学生不是低头拉车的黄牛,或者无脑拉磨的驴子。学生需要你去影响他对整个你所教授的学科的情感和大图景的认知,需要你给方向感方面的提示从而去思考和追寻。那么,如何给学生方向感,大图景,情感?

首先,你自己对学科的认识到达了这样一个大图景的高度:主要研究对象是什么、基本任务是什么、典型思维方式是什么,在这些基本问题下面,有哪一些典型例子。

其次,你自己要非常喜欢这个学科。如果不是这样,请你千万千万不要去教这门课。知识教错了,理解不透澈,其它老师或者学生自己还有改变的机会。你要是把学生教的恨这个学科了,门就关上了,基本上就再也打不开了。

最后,是技术的问题:学会制作这个学科的概念地图,整理出来整个学科的主要概念及其关系;按照前面所说的“大图景”、“方向感”、“教得透彻”的目标,把教学的详细目标制定出来,按照这个详细的目标来选择教学的内容;在怎么教的层次,运用概念地图背后的思维——强调概念之间的联系(理解型学习)、概念与现实的联系(做中学),并布置一定量的作业和课程项目。

于是,对于你选择的任何一个教学的内容,问自己:我为什么选择它来教?我为什么认为让学生花费时间精力来学习这个是值得的?

不管什么层次的教学,从幼儿园、小学到大学、研究生院,都应该问这样的问题:我为什么选择它来教?我为什么认为让学生花费时间精力来学习这个是值得的?答不好的内容,直接去掉,因为我们要“不能同时教太多”,“要教就要教得透彻”,因为我们要实现“教的更少,学得更多”。