學習理論

比起怎麼學習，首先必須要先知道學習的目的是獲得內隱知識[Tacit Knowledge]

本文是著重在大腦如何運作學習這件事情，如果是想知道如何學習效果最好，請到訓練計畫理論[Training Plan]

什麼是記憶和經驗?

要談學習理論，首先要分清什麼是學習?

  • 記憶是單純的資訊、填鴨式教育其實沒有學到經驗，單純是背誦訊息。
  • 經驗則是經過實踐或測試，可以面對不同狀況的能力。

舉例來說，九九乘法表是單純的背誦訊息，無法馬上回答沒背過的比如3456x123；而進行任何數字相乘後得到答案，是一種運用乘法這個知識去面對不同狀況的能力。

並不是完全的二分，比如演奏吉他鋼琴小提琴……等各種樂器，本身需要很多記憶的內容加上練習過的操作，可以視作是一種光譜，比如一個吉他初學者，短時間內學了複雜技巧的fingerstyle樂曲，只是背誦怎麼操作吉他這個物件，光譜上可能是1%經驗與99%的記憶。
比較進階的吉他手，複雜樂曲是應用學會的彈吉他經驗，可能是50%經驗50%記憶，使用對音樂的理解來學這首樂曲。
而大師樂手，可能是95%經驗5%記憶，大師學一首樂曲，是透過對音樂和對吉他的理解學會這首樂曲。

學生時期也會發現有些人花大量時間讀書，考試成績卻沒有明顯的進步，主要原因也是過度的使用記憶而非訓練出知識經驗。之後的篇幅會解釋更多經驗的概念。

吸收資訊的器官

大家應該都聽過，不同的人擅長的器官不同，有些人擅長聽力、有些人擅長視覺、有些人擅長觸覺…… 擅長不同的資訊獲取方式，會有不同的結果， 舉例來說：

  • 嗅覺主導的人，對於食物或環境味道會比較敏感，甚至會喜歡用空氣清淨機，
    • 嗅覺主導實驗人員可以更直觀的感受到動植物的狀態，因為可能會聞到這個動物是否健康，容易分辨植物味道。
    • 嗅覺主導當廚師比較容易分辨食材和料理過程中的反應變化，用聞的去做料理。
  • 聽覺主導的人，上課容易聽懂，也容易聽懂別人在講甚麼，反之可能看書容易睡著。
    • 有些人可以聽聲音認人，但是臉盲，多半就是聽力比較好的人。
    • 看電影玩遊戲會在乎音效 BGM
  • 視覺主導的人，看東西會注意到比較多細節，反之可能是上課聽不太懂的一群人，可能需要看書來理解，最好有圖片搭配的方式作為理解。
    • 畫心智圖對視覺主導的人來說就是一個容易加深印象的方式。
    • 玩遊戲總是要特效全開
  • 除此之外還有其他各種，比如操作主導的人，寫字會有更好的效果，喜歡實際動手操作；邏輯思考主導的人，容易閱讀文字，跟著文字脈絡往前走。還有其他類型就不繼續列舉了。

「聽不懂別人講話」可能就是一個人的資訊擅長器官不是耳朵，需要用文字或者圖片來做理解。有些人口中的「看不懂」，可能是真的看不懂，對於聽覺或味覺主導的人，給他圖像沒有更幫助理解。

什麼是理解?

人的器官接受訊息，不管是聲音、影像、文字、味道…..，在大腦會有做訊息的解析。解析的結果取決於很多因素，包含從最前端的受器、傳遞過程、到大腦解析，都會有所影響。

比如有些人可以吃出食物細微的味道差異，有些人則難以察覺食物味道的變化。這種差別有可能是天生受器不同，像是香菜被某些人討厭，主因是味覺受器的關係；而另一種可能是對於味道的觀念不具備，因此即使吃到了有些微差異的食物，也不覺得需要在意那些差異。
再比如聽覺型的人，多半具有比較靈敏的聽覺細胞。

但器官是天生的，而且往往隨著衰老過程退化，這部分是無法訓練的；能訓練的部分是大腦解析的能力，透過注意細微差異來學習觀念。

比如繪畫中需要訓練型準色準，天生色弱的人無法確實分辨顏色差距，只能些微訓練對顏色的敏感度，但可能對形狀比較敏感。有些人眼睛有散光，物體的邊界就看不明顯，可能反而會比較著重在顏色。

唱歌有些人以為五音不全是因為沒有唱的能力，實際上唱歌唱不準是因為沒有音感，音準問題在進入專業之前其實是沒有訓練出觀念，不具備辨識音高的經驗。所以大部分的人經過一段時間訓練音感，唱歌品質會有顯著提升。

其他各式各樣領域也同理，很多時候不是因為沒有才能，而是沒有經過系統性的訓練大腦觀念，沒有實操的經驗。

什麼是知識

学习观15：人类为什么没进化成过目不忘？影片從演化上提出一個關鍵原因：人類需要面對未知的環境，需要透過知識去解決各種問題。如果只是單純記憶，即使記憶再多，只要遇到過往沒經歷過的問題，就會無法解決。因此我們需要一個可以學習經驗的機制。

因此這個影片提到一個很重要的概念：「知識是一種對訊息的壓縮經驗。」
知識是面對了幾次類似的問題，總結出一個可以通用的解決問題方式。

這揭開了為什麼我們學這麼多年的英文，仍然英文很差。 因為語言是需要情境的，英文的單位是一個句子。
理解一篇文章應該是用句子為單位作為理解，學習英文應該是一整句一整句去看，從中猜測整句的概念。

所以學習要學的是透過面對不同的情況下，強迫一個人用自身產出解釋。

過擬合(Overfitting) vs 泛化(Generalization)

(圖片來源：https://www.mathworks.com/discovery/overfitting.html)

從這張圖可以看到最左邊的部分，Overfitting的特色就是對於每一個現象都做了一一對應，Underfitting則是一種過度簡化因果關係。 學習知識是找到一個可以解釋最多情況，同時又帶有可推論未來，比如軟實力、可轉移能力就是一種可以面對不同問題的Generalization能力。

要達到泛化，首先要避免陷入局部的細節，比如學英文，語言是以塊狀、句子為單位存在，因此背單字是一種overfitting。 或者學一個學科，做相近的題目只會形成Overfitting，需要做不同類型的題目，才能有Generalization的內化。

以吉他為例，指套pick、手撥、pick，是三種不同的彈撥，有些人會覺得不需要三種都練，只練一種就好，這種情況就更容易overfitting；或者只練少數音階。要避免Overfitting，三種彈撥方式都練、不同的音階都練，反而會獲得更好的效果。
我當初學吉他的時候有一個想法，不同吉他的弦長不同、fret間距也有差異，每種大小吉他都練是很麻煩的一件事，以為效益不好。現在回過頭來看，當初的想法就是一種overfitting。

前額葉皮質（prefrontal cortex, PFC）

前額葉位於大腦額葉的前部，這個區域在大腦蒐集各種之訓之後，會嘗試做encode壓縮，如果經常獲得相近的訊息，前額葉就會嘗試壓縮出一個泛化的經驗知識。

學到了 - 髓鞘化(Myelination)

《一流的人如何保持顛峰》書中提到一個公式：壓力+休息=成長

學習理論需要提到大腦非常重要的一個機制：髓鞘化(Myelination)，髓鞘化是網狀的腦神經中，神經元和神經元之間建立髓鞘(myelin sheath)，長出髓鞘之後神經的反應速度會變快，也就是所謂的肌肉記憶。 髓鞘化需要重複的練習，加上一段時間的休息，大腦才有足夠的時間建構這個加速通道，好的睡眠品質是很重要的。

髓鞘化後的神經訊號很少，速度快，因此如果掃描一個新手正在學樂器的大腦，會有大量的訊號。 反之掃描冠軍的大腦，因為訊號很快傳遞結束，掃描看到的是安靜訊號不多的狀態。 大師的直覺就是長年大量的髓鞘化堆疊，大腦直接做出了類似本能的反應。

一個肌肉記憶是建構在另一個肌肉記憶之上，因此往往專業領域的練習需要漫長大量的練習不同課題去堆疊。要形成髓鞘化的另一個重點是練習都要是有效練習，如果練習沒有明確針對解決某個問題，就不會進步。

  • other resource:
    • 《為什麼要睡覺？：睡出健康與學習力、夢出創意的新科學》

高原現象(plateau phenomenon)

《原子習慣》

(圖片來源：https://the-knowledgesmart-blog.blogspot.com/2013/03/learning-plateaus.html)
短期學習，局部看有初學者效應和邊際效益，剛開始學的時候會有進步很快的感覺，然後過一段時間，進步幅度會越來越少，這個就是高原現象。

上圖可以說只是短期局部；下圖是以整體來看的話，長期的學習過程是階梯狀的：
(圖片來源：https://the-knowledgesmart-blog.blogspot.com/2013/03/learning-plateaus.html)

高原效應階梯的成因是形成觀念尚未形成，學習過程尚未完成髓鞘化。而一旦完成學到了，就會快速往上跳到下一個階段卡關。
因此學習各種領域的過程，卡關是常態。人腦需要大量的練習去學會一個經驗，一旦經驗形成，就能應用在不同的問題上。

知識廣度深度

學習過程需要的知識量可以看自信模型[Self-Confidence]

螺旋學習法

我們最好接觸不同的內容來達到Generalization，因此學習課表其實是需要一直輪替。

有一位鋼琴大師說過：「一般人只想進步，而非卓越」。

大部分的人在學習的過程，學一段新能力之後，往往會習慣繼續練習這個新的能力，會覺得”我要練到熟”再換練下一個，這時候就會落入Overfitting；真正要做的事情是馬上去練另一個相關但不完全相同的內容，如此練數個項目之後才會形成Generalization。

舉例來說，學吉他的人剛學了爬格子，其實在稍微能爬的時候，就要開始練不同的音階。但多數人習慣是想要先把一種音階練好再練另一個音階，這就會發生兩個問題，第一個是練相同東西會有邊際效應進步變慢，另一個問題是Overfitting。 或者重量訓練，如果一個教練讓學生每周練不同的東西，學生會覺得每一項都還沒學好，上次學深蹲還沒掌握、動作還不熟，這周硬舉也練不熟，下周再換。這種情況就如同前面提到的，生物本能是線性思維，而教練想做的是讓學生學到Generalization。

很多人瓶頸期沒突破往往也是因為沒有攝取其他方面的經驗，比如繪畫中會有人自己人體畫不好，以為是要學人體。但實際上是缺乏透視系統的知識。因此大部分人突破瓶頸的方式就是要多接觸其他方面來達到觸類旁通。

多元思維模型

《窮查理的普通常識》提到了Lollapalooza效應，是指多個互相聯繫的同向因素疊加後產生了極強的放大作用的效應的統稱。

現在大型語言模型(LLM)在吸收夠多資訊之後出現的推理能力，湧現(emergence)現象也是類似概念。

結語

我們要做的事情是不管在為關尺度上或者宏觀尺度上，都是想要學到Generaliztion，因此訓練的過程，需要不斷地更換大小課題。

用許多小課題學會一個大課題之後，很適合轉去另一個大課題，再用許多小課題去學習新的大課題。

而每個小課題，也是透過面對不同的細節訓練來學到經驗。

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