On adult leaning theory based on neural network

Review in Psychology Research June 2013, Volume 2, Issue 2, PP.27-38

On Adult Leaning Theory Based on Neural Network Zhi Cheng1 Educational Technology Department/School of Education, Guangzhou University/GD, Guangzhou 510006, China #Email: gzchengzhi@hotmail.com

Abstract Several information processing phases in human brain have been proposed in this paper, combined with the obtained theories of information processing and construction, in which cognitive equations are applied to adult learning with the purpose of the theory constriction exclusive for adult. Then methods for adult learning in different age have been developed based on the cognitive characteristics of adult induced from the numerical solution of the cognitive equations. The adult learning theory developed in this paper can be possible solution to the development, education of adult, further to accelerate the development of lifelong education.

Keywords: Cognitive Equation; Neural Network; Learning Theory; Adult Education

基于神经网络的成人学习理论 程智 1 广州大学教育学院教育信息技术系，广东省 广州市 510006 摘

要：本文将认知方程组应用到成人学习领域，尝试构建出一个专门针对成年人的学习理论。本文结合已有的信息加

工和建构主义学习理论，提出了人的大脑信息加工处理的几个阶段。然后再结合认知方程组的数值解所反映出的成年人 的认知特点，得出了可以用来促进不同阶段成年人学习的方法。本文所构建出的成人学习理论有助于我们深入探讨成人 成长、成人教育等方面的问题，促进终身教育体系的建立。 关键词：认知方程；神经网络；学习理论；成人教育

引言 从古至今，人们对人的成长过程充满了好奇，不断有哲人对人的成长提出各种假设和想法。其中著名 的如孔子，就对个人的成长过程给出了他的想法。他总结了自己的成长历程，认为就他个人而言：“吾十 有五而志于学，三十而立，四十而不惑，五十而知天命，六十而耳顺，七十而从心所欲，不逾矩。” （《论语·为政篇二》）。这反映出孔子已经知道人的年龄增长与人的认知发展之间是有密切关系的。中 国古代的儒学和理学家们继承了孔子的思想以后，强调“物格而后知至，知至而后意诚，意诚而后心正， 心正而后身修，身修而后家齐，家齐而后国治，国治而后天下平。”（《礼记·大学》），说明古人已经 知道人的认知成长的阶段性特点。那么从现代科学理论的角度来理解，对于成年人来说，其认知成长的规 律是什么？如何有效促进成人的认知成长？一个基于神经网络的成人学习理论可以给出相应的答案。

1

问题的起源 目前在涉及到成年人的教学问题方面，似乎还缺少一套如同皮亚杰的儿童认知发展理论那样行之有效

的理论。随着终身学习理念的推广，如何在高等教育以及成人教育中开展有效的教学活动，需要更加强有 力的理论的支持。 已有的专门面向成人的学习理论中，影响比较大的如同变革学习理论 [1–3]，仍然属于那种定性的理论。 - 27 www.ivypub.org/rpr

如果能够得到成人认知发展模型的支持，将可以更加有效地发挥其理论应用的价值。目前来看，一个有效 的面向成人的认知发展模型，最直接的应该是基于生理心理学或者是某种计算模型的。 如果直接研究人的大脑神经网络的冲动，目前的技术还不足以如同物理学中的计算模型那样，精确地 了解人的思考过程与大脑神经网络冲动之间的关系。我们现在所能够做到的是通过核磁共振成像技术，描 述人的语言学习[4]、面部表情[5]等与大脑不同区域核磁共振成像之间的关系。然而这只能作为某一方面的证 据，还不足以形成系统的成人学习理论。 不过我们可以注意到，虽然在直接研究人的大脑神经网络冲动的生理心理学方面遇到了一定的困难， 但是人工神经网络的发展却为此带来了一线曙光。这样在还无法直接对生理上的大脑神经网络进行分析计 算的条件下，通过借助人工神经网络的一些概念，我们可以建立起一个比较接近人的大脑神经网络的理论 模型，然后利用这一模型来探讨人的认知发展过程的一些规律性的东西。比如基于人工神经网络的认知发 展模型等[6] ，这一个模型利用已有的人工神经网络理论来探讨人的认知发展的问题。 在基于人工神经网络的认知发展模型中，通过所建立的认知方程组，已经能够获得与已有的认知发展 理论比较一致的结论，比如皮亚杰的儿童认知发展理论等，并在成人的认知发展过程中获得应用，填补了 这一方面理论的空缺。 目前我们也可以注意到教育神经科学学习理论[7]正不断引起人们的重视。教育神经科学学习理论是要通 过研究大脑神经网络冲动的方式来探讨学习的规律。所形成的教育神经科学学习理论目前还存在很多的不 足之处，基于人工神经网络的认知成长模型应该可以成为其中的一个组成部分。 在基于神经网络的认知成长模型中，因为采用了可以计算的模型，必然会引用大量的数学方法来进行 表述。采用数学方法来表述的好处在于其表达的精确性、无异议性。因此模型一旦建立起来以后，利用严 密的数学推导，可以避免思辨过程所带来的歧义性的问题。对于所得出结论的合理性的检验，也只需要检 验在建立模型的时候所设立的假设即可，不需要花太多的精力纠结于整个推理过程，这为更高效率地确定 结论的可信度带来了方便。 而使用了微分方程的形式，则意味着可以随时了解各种输入变量的变化所引起结果的变化情况，了解 如何控制环境因素来获得所期望的结果。这种方法在自然科学领域已经获得了广泛应用，并被证明是行之 有效的。 在教育心理学中使用微分方程来解决认知发展的问题目前还比较少见。现在遇到的困难就在于正在从 事教育心理学研究的人士并不熟悉这一工具，要理解所获得的结论存在一定的困难，意味着需要在这一方 面做进一步的推广和普及工作。

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认知方程组

2.1 认知模式和认知深度 认知能力的构成方面，可以从认知模式（M）和认知深度（D）这两个方面来进行界定。认知模式反映 大脑神经网络运行时候所拥有的状态数量，对应了认知的多样性的问题。如果一个个体的认知模式比较丰 富，也意味着该个体的认知发散性比较强烈，对应的就是创造性思维能力的强弱。 认知深度反映个体对一个问题思考的深度，即深入解决问题的能力。如果用计算术语来进行解释，反 映的就是能够解决一个复杂问题的深度如何。如果认知深度比较大，则能够深入地解决一个复杂的问题。 如果认知深度不够，则无法应对复杂的问题。个体的认知深度与知识积累有关，也与大脑神经网络的结构 有关。 认知模式和认知深度反映了个体认知能力的两个方面。因此认知能力指的是认知模式和认知深度两个 方面的综合水平。 从认知能力这两个方面的发展情况来看，认知模式和认知深度的发展是不平衡的。在某些阶段，认知 - 28 www.ivypub.org/rpr

模式发展比较快，而认知深度则始终处于一个比较低的水平。在另一些阶段，认知模式发展到了极限，无 法再增加上去，但认知深度却仍有深入发展的机会。 认知模式和认知深度发展的不平衡性导致出现不同的思维品质。如果认知模式比较强但认知深度却比 较弱，则这时候思维的发散性比较强，表现出想象力比较丰富，但对一些问题的思考深度却不够。这种情 况比较适合学习艺术类的知识。对于这一阶段的学习者，适合学习各种艺术类的内容。比如音乐、绘画、 舞蹈等内容。 而如果认知模式开始逐渐下降，认知深度却仍然在继续发展，则个体表现出比较强的逻辑思维能力。 基于上述考虑，通过了解认知模式和认知深度随着大脑神经系统的发展而产生的变化，就可以构建出 一列的微分方程组，用来反映随着年龄的增长而产生的认知发展的情况。 认知方程组的构建基于以下两个假设： 1、大脑神经网络包含的神经元数量的多少反映出认知模式的大小。这可以从统计规律以及人工神经网 络的规律看出来。对于一个复杂网络来说，网络节点越多，则意味着网络越复杂，网络在运行的时候所形 成的模式也就越丰富。而在人工神经网络理论中，全互连接的 Hopfield 神经网络[8,9]其存储能力也是与神经 元数量成正比的，这都反映出神经元数量与网络运行模式之间的关系。 2、大脑网络连接的复杂程度与认知深度有关系。在计算科学中，网络越复杂，其计算复杂性就越高， 对应于利用计算机来解决该问题所需的计算时间就越长。比如对于互相连接在一起的两个节点，这种二体 问题最简单，通过公式就可以快速精确解决该问题。如果是几百个甚至几千万个节点连接起来的网络，其 计算复杂程度就变得非常高，利用计算机来解决这些问题就需要更长的计算时间，乃至对于一些复杂的网 络，甚至在有限的时间（比如地球的寿命）中根本无法解决该问题。 然而网络的复杂性，只是意味着该大脑神经网络具备了处理更加复杂问题的潜力，并不意味着拥有复 杂神经网络的个体就能够自动去解决非常复杂的问题，也不意味着这样的个体就自动具备了足够的认知深 度。一个个体的认知深度还跟该个体所积累的知识有关系。知识积累越丰富，个体解决复杂问题的能力也 就越强，从而体现出比较大的认知深度。 一旦个体知识积累所达到的认知深度已经达到了大脑神经网络的计算复杂性极限，就意味着认知深度 已经无法再继续增加了。而如果这时候，大脑神经网络由于生理衰老原因出现神经网络功能的衰退，导致 神经网络计算复杂性下降，则此时个体的认知深度将开始下降。 按照这两个假设，可以获得以下一组认知方程，它由知识积累方程、神经元数量的增长方程、认知模 式方程、计算复杂性方程、认知深度方程等五个方程构成。 认知方程组[6]：

dK (t )  aK (t ) dt dN (t )  bN (t )  cN (t ) 2 dt

(1)

(2)

t M (t )  nN (t ) exp[ h exp( )]

(3)

t C (t )  {m exp[ h exp( )]}N (t )

(4)

dN (t ) ] dt

(5)





D(t )  kK (t )[ E  lN (t ) 上述方程中，如果 D(t)>C(t)，那么 D(t)=C(t) 上述各系数中 N(t)表示神经元的数量。 - 29 www.ivypub.org/rpr

K(t)表示知识的积累程度。 N(t)表示神经元的数量。 M(t)表示认知模式。 C(t)表示神经网络的复杂性。 D(t)表示认知深度。 E 神经网络消耗的能量。 "t"表示年龄。 其他的系数包括：a,b,c,m,n,h,l,α,τ. 由认知方程组，利用计算机可以获得其数值解。该数值解可以用图 1 所示的曲线显示出来[6]：

图 1 认知发展曲线

通过对比认知方程组获得的结果与皮亚杰理论之间的联系，就可以在一定程度上判断认知方程组的正 确性，并以认知方程组为基础，对成人认知发展的趋势做出预测。 按照图 1 显示的结果，可以将人的成长过程划分为以下几个阶段： 儿童认知成长阶段的划分与皮亚杰的划分基本一致。而成年人的认知成长阶段则可以划分为成熟期 （20-35 岁）、深度期（35-50 岁）、衰减期（50-60 岁）、稳定期（60 岁以后）等共四个阶段。

2.2 儿童的认知发展 认知方程组的一个比较直接的应用就是在儿童的认知发展方面。利用认知方程组数值解出来的结果， 结合已有的图表，获得儿童成长阶段的划分。这些阶段划分与皮亚杰的儿童认知发展理论是一致的。这在 一定程度上有助于我们理解为何儿童的认知发展具备这样的阶段性特点。 从儿童的认知发展曲线上可以看出，由于儿童大脑神经网络系统发展非常快，儿童大脑神经网络的神 经元数量在十几岁的时候已经发展到了相当完善的程度。这意味着儿童的认知模式很早就可以达到峰值， 反映出儿童就已经开始拥有丰富的想象力了。过了三十多岁以后，由于神经系统的衰老，导致认知模式开 始出现下降的趋势。 从认知深度这一方面来看，从曲线中也可以看出，大约在儿童 12 岁之前，儿童的认知潜力并不大，故 认知深度受到一定的制约，即便是让儿童在某一方面的知识积累达到非常专业化的程度，比如在数学等方 - 30 www.ivypub.org/rpr

面进行训练，也可能因为将很快达到认知潜力的极限，而无法深入进行下去。这可能是儿童抽象思维能力 受到限制的原因所在。 然而过了 12 岁以后，儿童的大脑神经网络变得更加成熟和完善，这时候显示出大脑的计算复杂性变得 非常大，意味着儿童开始拥有非常巨大的认知深度方面的潜力。在这一阶段，儿童的抽象思维能力发展潜 力非常大，可以教给儿童非常抽象的知识。不过由于知识本身的积累规律，导致在这一阶段，制约儿童认 知深度的主要是知识的积累问题。这包括了所需积累的知识类型、积累知识的方式等。

3

成年人的认知发展

3.1 从认知曲线看成人认知问题的特点 与儿童的认知发展不同，成人的认知曲线有一些比较明显的特点。这些特点表现在大脑神经网络发展 已经成熟，并开始走向衰退。其中的认知模式开始出现下降趋势。不过认知模式的下降速度相对而言比较 缓慢。值得注意的是神经网络计算复杂性下降的比较严重。这是由于大脑神经元之间的连接数量远超过神 经元的数量，从而导致神经元之间连接功能的衰退引起的计算复杂性的减少效应更加明显。 不过在这一阶段，个体的知识积累并没有达到顶峰，显示出个体认知深度仍然表现出知识积累曲线的 特性。由于知识积累上升速度更快，这一阶段成人的认知深度有了突飞猛进的发展。这使得成人在一生中 开始达到认知能力的峰值。这一阶段表现出比较强烈的自主学习和自主知识积累的特性。 一旦知识积累的曲线与神经网络计算复杂性曲线相交，这时候认知深度将取决于神经网络计算复杂 性。这期间认知深度表现出的是神经网络生理方面的特性。在这一阶段，成人可以在那些自己以前没有涉 及过的领域学习新的知识，并进行知识的积累，比如一种完全陌生的语言等。因为曲线上显示这一阶段的 成年人还具备一定的学习能力。然而如果自己在前一阶段已经是某一方面专家的情况下，在这一阶段，知 识的积累所获得的认知深度就有很大的局限性了。 在这一阶段可以注意到虽然认知深度下降很快，但是认知模式下降速度并不太快，说明原先已经存储 的知识和经验还能够在这一阶段成年人的大脑中保持相当长的时间，这利于成年人进行回溯，并将这些知 识传递给年轻一代。

3.2 构建成人学习理论 已有的学习理论包括行为主义学习理论、认知学习理论、建构主义学习理论等，这些学习理论主要针 对的是青少年。而社会变革学习理论则是专门针对成年人而提出的。不过这种理论是定性的。 为了构建行之有效的成年人的学习理论，需要解决这么几个问题： 1、成年人的知识积累过程如何？ 2、成年人的神经系统的衰减会不会影响到知识的积累？ 3、成年人的知识积累达到极限的时候会有什么特点？ 4、成年人神经系统的衰减过程会有哪些现象？ 与儿童的学习过程相对应，成人在信息接收的过程中，也需要经过三个阶段：感觉记忆、瞬时记忆、 长期记忆。 信息进入了大脑认知结构以后，将被纳入已有的认知结构之中。后续的处理方法是采用同化和调整两 种策略。 新的知识被成功纳入认知结构以后，就可以将其应用到新的领域，并能够继续进行分析、综合。而评 价的过程则形成了自己对外界事物的自我看法。这种自我看法具备一定的稳定性要求。对外评价的结果是 期望能够保持整个大脑的认知系统不会被破坏。 这一过程可以表示如下： - 31 www.ivypub.org/rpr

图 2 大脑信息加工处理的过程

可以看出这一过程综合了已有的信息加工认知理论、皮亚杰的理论以及布鲁姆的认知目标分类学。表 1 还显示了该信息加工处理过程与布鲁姆认知目标分类学之间的关系。 表 1 信息加工处理过程与认知目标分类的关系 认知过程

布鲁姆认知目标分类

感觉记忆 短时记忆

知识

长时记忆 同化 理解 调整 应用

应用

分析

分析

综合

综合

评价

评价

将该信息加工处理过程与认知方程组结合在一起，就可以帮助我们分析大脑信息加工处理过程与认知 模式、认知深度之间的关系。 认知模式涉及到大脑神经网络中神经元的数量，与信息加工的前三个阶段有密切关系。体现出感觉记 忆、短时记忆、长时记忆等信息加工过程。而认知深度体现出信息加工处理后几个阶段。 可以用图 3 来表示： 感觉记忆——短时记忆——长时记忆——同化——调整——应用——分析——综合——评价

认知模式增加

认知深度增加

图 3 信息加工处理与认知能力之间的关系

上述关系反映出越往感觉记忆方向，思维的发散性越强。而越往评价方向看，则思维的深度越大。 对比成年人与儿童的学习过程，从认知曲线中可以看出，随着年龄增加，认知深度的上升导致信息加 工处理的过程逐渐向后面的阶段偏移。 儿童期认知发展的特点表现出认知模式增长迅速。在这种情况下，儿童在前三个阶段的认知发展水平 尤为突出。然而儿童的认知深度发展还不太明显，处于比较平缓的增长时期。因此儿童认知深度始终还处 于前面的几个阶段。随着儿童年龄的增长，认知特点会逐渐向后面的几个阶段发展。 就极端的情况来看，儿童的认知过程还不能够对事物进行有效的评价。 进入图 1 中显示的成熟期区域以后，认知模式和认知深度都同时增长，这时候信息加工的所有过程都能 够比较有效地进行下去。然而由于认知深度还没有达到高点，这时候在分析、综合、评价等环节还不如深 度期的成年人那么有效。 到了深度期以后，虽然认知模式开始下降，但是认知深度还在发展，这时候的认知特点反映出信息加 工处理过程中，侧重于中间的几个阶段。认知模式下降，表现出感觉器官功能的下降。但认知模式的下降 - 32 www.ivypub.org/rpr

则可以促进应用、分析、综合、评价这四个阶段更加有效地进行下去。 到了衰减期和稳定期以后，认知模式和认知深度都开始下降，其中认知深度下降更加明显。这时候无 论在哪一个环节都开始处于退化的状态。在感觉记忆和评价这两个极端来看，这两个时期的老年人出现比 较严重的功能性退化，不过如果综合考虑认知模式和认知深度这两方面的要求，老年人还是可以在中间的 一些环节中做出一定的成绩的。这些环节包括长时记忆、同化、调整等。也就是说老年人能够利用已经存 储在认知结构中的经验来做出自己的贡献。 衰减期和稳定期的区别在于，衰减期由于认知能力下降很快，很多人士将面临着认知能力的剧烈变 化，并引起情绪方面的变化。 而到了稳定期以后，老年人则能够比较倘然地接受自己的认知能力的变化。

3.3 促进成人学习的方法 为了促进成年人的学习，需要安排不同的教学活动。成人的教学活动安排是不同于给青少年安排的教 学活动的。其中的区别可以通过基于神经网络的认知发展模型来进行分析。新的学习理论的构建则能够提 供更充分的理论依据来促进成人学习。 3.3.1

成熟期学习的促进

要促进成熟期成年人的学习，可以考虑到这一时期成年人的特点：大约 20-35 岁，成人学生的认知潜力 仍然十分巨大，不足之处在于综合知识积累不够，故整体的平均认知深度还不够，这影响到了其整体的认 知能力的提升。 然而从认知方程组中的知识积累方程来看，如果在这一时期的成人学生能够就某个专业方面的知识加 以深入学习和积累，可以导致对应该知识积累的曲线上升比较快。因此成人学生在这一阶段将可以做出非 常巨大的成绩。这一阶段的典型例子包括爱因斯坦等。 这一阶段的信息加工特点表现在：信息加工能够达到同化、调整和应用层次。信息加工过程侧重于接 纳新的知识。不过对于部分学习者，由于在某些方面知识积累的比较多，具备较高的认知深度，这部分学 习者可以达到进行有效评价的层次 在教学的时候，应该尽可能提供这一阶段成人学生就某个未知课题进行深入探讨的机会。让学习者自 主地进行研究，适当加以指导，帮助学生有效地进行知识的建构。教学方法上，可多采用协作、案例、研 究性学习等方法。 3.3.2

深度期学习的促进

这一阶段的特点表现在神经网络发展已经成熟，神经元的数量不再增加，导致认知模式开始保持稳定 不再增加，甚至有所下降。 由于神经网络系统的衰老，大脑的认知潜力在下降。不过这些潜力还没有被完全发挥出来，随着知识 积累的不断增加，个体的认知深度也在不断上升。大约到了 50 岁左右认知潜力和认知能力曲线相交在一 起，导致这一阶段的结束。 这一阶段学习者的信息加工特点表现在学习者学习的专业性的增强，这一年龄阶段的大部分学习者能 够在自己专长方面达到有效评价的层次。 在这一阶段，学习者已经完全能够就某一方面的课题进行深入研究和探讨，外界提供的指导仅仅起到 辅助作用。对这些学生教师不需要进行指导，因为教师的指导意义不大，教师积累的知识与学生积累的知 识差距甚远。教师的指导过程要求学生按照教师的方向来进行研究，反而限制了学生认知深度的发展，也 就是认知能力的发展。总体来看，这一阶段教师的作用是工具性的。不过学生认知深度的上升必须依赖已 有的知识积累，因此这一阶段学习者的专业性更强，应该尽量避免涉及一些自己非常陌生的新的领域。 - 33 www.ivypub.org/rpr

在各种教学方法的应用方面，行动研究、案例、讨论都是可取的。 3.3.3

衰减期学习的促进

到了 50 岁之后，进入认知深度强制下降的阶段，意味着学习者的认知深度已经开始下降。这种下降是 受到大脑神经网络的限制的。 强制下降意味着虽然学习者的知识积累已经非常多，然而已经无法对一些知识进行更加深入的认知 了。比如对一些数学推导过程，可能难以深入进行下去等。 这一阶段的信息加工特点表现在学习者的认知能力开始下降。学习者在自己专业方面的评价能力开始 有所下降，但还是能够高于一般的水平。这一阶段学习者的分析综合能力比较强。 在这一阶段，由于成人的认知深度已经开始随着认知潜力的下降而下降。出现心有余而力不足的问 题。由于认知能力的变化而导致出现情感等方面的问题则更容易困扰成人学习者。可以考虑通过帮助其分 析问题，以便能够辅助解决一些涉及认知深度比较大的问题。教学方法上，可以考虑成人学习者之间的相 互合作、讨论等多种方式。另外还要注意与学习者之间的情感交流等。 3.3.4

稳定期学习的促进

这一阶段对应的年龄约为 60 岁以后。认知特点同衰减期基本相同，不过衰减速度开始减慢。即便是认 知深度进一步下降，这一部分学习者的学习仍是有益的。主要表现在以下几个方面： 1)通过学习可以提高大脑细胞的活力。 2)从认知方程组给出的结论来看，这一阶段的成人对某些知识的认知还存在进一步提升的可能。比如这 一阶段的一些成人以前一点也不懂计算机上网的，其在这一方面的知识积累曲线基本上是水平的，离计算 机复杂性曲线还有一段距离。此时通过学习，其认知深度还是可以有所提升的，只是提升的潜力不如年轻 人那么高而已。 3)虽然认知深度下降很快，但是认知模式下降并不多，因此已经学习过的知识还留存在大脑中，可以作 为经验传授给年轻人，帮助年轻人的发展。 4)从群体动力机制来看，通过讨论的方式有助于提高这部分成年人的认知能力。 5)这一阶段成年人尽管认知深度在下降，但总体上来看，还是超过了儿童的认知深度。 总体上来看，这一阶段成年人信息加工处理的特点表现在学习者经过衰减期的快速下降以后，信息加 工处理过程基本上处于同化等层次下面。而由于感觉器官功能性衰退，导致信息加工处理工程中的感觉记 忆等阶段的能力也不太足够。因此这一阶段成年人的信息加工处理过程主要集中于长时记忆、同化这两个 阶段上面。 针对这一部分成年人的教学方法可侧重于回忆、回溯、传授经验、讨论（避免冲突）。不太适合案 例、研究等方法。 处于不同阶段的成年人所具备的认知特点与信息加工处理、教师作用、教学方法等促进认知的方法之 间的对应关系可以用表 2 来表示： 表 2 不同阶段的认知特点及促进认知的方法 认知阶段

认知特点

信息加工处理

教师作用

教学方法

成熟期

潜力大、知识 积累不够、整 体认知深度偏 低、可在单个 专业方向可获 得更大的认知 深度

平均水平达到 同化、调整和 应用层次。可 在单个专业方 向达到评价的 层次

导师、指导

研究性学习、 案例、跨学科 应用。

- 34 www.ivypub.org/rpr

表 2 不同阶段的认知特点及促进认知的方法（续）

深度期

认知模式有所 下降、认知潜 力下降、认知 深度迅速上 升。

衰减期

认知深度开始 下降

稳定期

认知特点同衰 减期基本相 同，但是衰减 速度减慢。

学习者专业性 的增强，大部 分学习者能够 在自己专长方 面达到评价层 次。 学习的评价能 力开始下降， 分析综合能力 较强。 经过衰减期的 快速下降以 后，信息加工 特点基本上处 于同化等层 次。

工具、助手

行动研究、案 例、讨论

诊断

合作、讨论、 情感交流

伙伴

回忆、回溯、 传授经验、讨 论。

成年人学习理论应用方面的讨论

4

4.1 成人的成长 成人的成长问题是一个引人关注，却又容易引起混淆的问题。首先是成人需不需要成长的问题；其次 是成人如何成长的问题。 对于成人需不需要成长的问题，一般认为成长是青少年的事情，既然已经成人，就不再需要成长了， 可以利用自己在青少年的时候所积累的知识和能力去解决实际的问题。 然而随着终身教育理念的出现，专业发展等课题方面的深入研讨，人们发现即便是对于成年人来说， 也是有成长的过程的。早期对成长的理解通常是直接与伴随成年人的职位等方面的提升联系在一起的。而 随着终身教育理念以及对专业发展问题的深入探讨，人们开始注意到，这种成人的成长问题更多的还是体 现在成年人的内部。这种内部的成长涉及到认知、能力和情感等的成长。本文探讨的是成人的认知成长问 题。 对于成年人是如何成长的，许多终身教育以及专业发展的理论都有深刻的探讨。更多的人则通过回 溯、经验总结等方法，给出了自己对成人成长的看法。 目前来看，无论是理论方面的，还是个人的经验总结、建构等，都是定性的，需要有现代科学理论和 实验来提供更强有力的支持证据。 基于神经网络的成人学习理论就是基于这样的一个出发点。人工神经网络理论已经发展了几十年的时 间，积累了很多的理论。这些理论在实践中都一一获得了证实。通过对这样的一个得到广泛认可和应用的 科学技术方面的理论进行适当改造，使之适应人的大脑的认知特点，就可以在一个已经获得充分事实证明 的理论基础上构造出可信度很高的学习理论，并用它来解释成人的成长过程。这在一定程度上为过去那种 通过内省的方法获得的成人成长经验提供了外部的依据。 例如比较有代表性的是孔子通过内省的方式获得的自己的成长历程：“三十而立，四十而不惑，五十 而知天命，六十而耳顺，七十而从心所欲，不逾矩” （《论语·为政篇二》），现在将其与本文所提出的 成人认知成长阶段进行对比，可以更好地理解孔子的教育思想。

4.2 成人教育问题 通过构建基于神经网络的成人学习理论，我们对成年人的认知成长过程有了新的理解，则可以继续将 其应用到成人教育领域。这就可以解决成人教育领域中的很多问题。这些问题包括：成人为什么需要教 - 35 www.ivypub.org/rpr

育？如何对成人进行教育？ 在成人为什么需要教育的问题上，从前面构建的成人学习理论中我们可以看出每一阶段的成年人都有 自己的特点。 在成熟期，成年人的认知深度还有一定的局限性，但已经开始迅速上升。这时候如果没有接受适当的 教育，则成年人在这一阶段就只能够完全依赖自己的知识积累来获得认知的成长。这就存在这么几个问 题： 1、完全依赖自己进行知识积累，认知深度曲线会比较平稳，但如果其他的成年人在某个方面获得教 育，导致完全自主成长的成人的认知成长落后于其他接受教育的成年人，使得其在社会中的竞争力不足， 进而令自己丧失很多的机会。 2、认知成长的盲目性。在社会分工日益明显的时代，个人成长还需要与社会发展紧密结合在一起。如 果自己的认知成长与社会的发展和需求出现差异，则可能导致所学知识无法适应社会的需求。通过成人教 育的方式有助于解决这一问题。 3、认知潜力无法得到有效发挥。在成熟期，成人学生的认知潜力还非常大，通过教育的方式，成人学 生在成熟期可以更加有效地挖掘自己的潜力，对一些问题进行深入研究，并为人类的发展做出巨大的贡 献。 4、成人认知的顺利发展受到影响，这种认知方面的顺利发展是有助于情感发展的。如果成人学习者能 够在认知方面得到顺利发展，这同样有助于他们的情感发展。而顺利的情感发展，反过来又可以促进认知 的顺利发展。 对于深度期的成人来说，虽然认知深度在快速成长，学习研究过程主要是自主进行，且成人所掌握知 识的专业性越来越强，但是在这一阶段，教育对其促进作用仍然十分明显。 教育对这一阶段成人的促进作用主要表现在以下几个方面： 1、教育过程是一个专业信息交流的过程。通过这种信息交流，处于这一阶段的成年人能够有效地纠正 自己在认知发展过程中存在的各种问题，获得专业领域的最新成果。比如一些处于偏远地区的成年人通过 进入先进地区接受教育，能够以更高的效率获得专业发展的最新信息，并用来促进自己的认知成长。 2、教育能够提供其正确的研究方法。一些处于深度期的成年人，虽然在知识积累方面已经达到了非常 专业化的程度，但是由于对相关领域所使用的研究方法不熟悉，使得他们无法将自己的知识积累应用到实 践领域，自己的知识也无法获得同行的认可。通过教育的方式，能够提供他们该领域的研究方法，促进其 专业成长。 3、教育也是一个合作的过程。尽管通过其他的途径，成年人也可以获得更多的合作机会，不过就为成 年人专门提供的各种教育活动来说，这种专业领域的合作机会还是存在的。特别是一些基础性的学科、高 科技领域，由于市场等方面的原因，采用教育的方式来促进成人之间的合作会更加有效。 4、教育能够提供一种归属感，满足个人情感成长的需要。从人本主义理论来看，人的需求是有层次性 的。如果一个人的低层次需要没有得到满足，则高层次需要很难实现。教育能够满足成人的归属感方面的 需求。通过教育这种方式，接受相同教育的成人相互之间能够形成共同体，满足个体获得归属感的需求。 对于衰减期的成人来说，尽管在认知潜力和认知能力方面都开始出现了下降的情况，似乎没有必要继续 接受教育来提升他们的认知能力。然而通过适当的教育方式还是可以促进他们在以下几个方面得到发展： 1、在某些不熟悉的知识领域获得发展。尽管在自己的专业领域，成人已经达到了最大的认知深度。然 而对于其他领域的知识，成年人的认知能力可能还处于成熟期以前的水平。因此人的认知潜力虽然还在下 降，但是在这些自己不熟悉的领域中，还是有很大的发展潜力的。这可以为成年人在跨学科领域获得发展 提供基础。 2、应对认知能力突变的挑战。由于认知能力在这一阶段出现了一个拐点，人生也开始面临着一个比较 - 36 www.ivypub.org/rpr

严峻的挑战。通过教育，能够更有效地促进成人顺利度过这一阶段。 3、为稳定期的认知发展做准备。在这一阶段对自己过去的经验进行归类总结，并进行积累。这种知识 积累可以为进入了稳定期以后进行回溯、传授经验等工作做好准备。这样的一个认知能力并非自动就可以 获得的，通过教育的方式可以提高成人的这种准备能力。 对于稳定期的成人来说，这时候虽然认知能力还在下降，但是下降速度已经开始趋缓。如何通过教育 解决这一阶段成人所面临的很多问题，可以从以下几个方面着手： 1、帮助成人进行回溯、经验总结。在这一阶段由于成人过往所积累的知识已经非常丰富，虽然认知深 度开始下降，但是经验仍然存储在神经网络之中，可以通过回溯和经验总结的方式保留下来。不过由于这 一阶段成人的认知深度开始下降，回溯和经验总结的能力不够。通过教育可以弥补成人的这方面的缺陷。 2、弥补缺陷知识。现在是一个知识爆炸的年代，对于人类来说，一生之中很难掌握所有的知识。在进 入稳定期以后，由于认知深度不够，成人已经难以在自己的专业领域有所作为。但是稳定期的认知潜力还 是足够成人学习其他领域的知识的。如果在这一时期，成年人发现自己在某些知识方面非常缺乏，可以在 这一阶段学习这一领域的知识，弥补自己在知识方面的缺陷。 3、适应社会。通过教育的方式，可以给这一阶段的成年人提供社会中的各种新的知识，从而满足这一 阶段成年人适应社会的需要。 4、进行交流。教育也可以提供这一阶段成年人相互之间进行交流的机会。这种交流包括认知方面的， 也包括了情感方面的。在这种比较特殊的交流环境中，成人可以同时获得认知和情感等多个方面的成长。 5、提高生活质量。稳定期的成年人由于在生理方面各种身体器官都处于严重的退化状态。通过教育这 种方式，能够促进他们理解自己所处的状况，更有效地对待所面临的问题，从而达到提高生活质量的目 的。 而如何对成人进行教育的问题上，则可以根据每一个阶段成人的认知和信息加工处理等特点，按照表 2 的对照关系，有针对性地提供相应的教学方法来促进促进成人的学习。

4.3 构建终身教育体系 成年人教育问题的解决将有助于终身教育体系的构建。终身教育是联合国教科文组织在 1965 年的时 候，在成人教育促进国际会议期间提出来的[10–12]，按照保罗•兰格兰的说法，终身教育并不是一个具体的东 西，而是一种思想、理念，目的是要促进一个人的更有效的成长 [12]。终身教育理念的提出，也是为了适应 信息化社会的需要，满足所有的人能够在自己需要的时候随时补充知识。同时每一个人都能够在信息化的 社会中进行学习、终身学习。 然而在构建终身学习体系的时候，一个核心的问题就是对于成人的学习方式、成人成长的特点和要 求，以往的理论都是基于定性的，或者是个人内省建构的方式获得的，与科学理论基础的要求有一定的差 距，究竟那一种理论能够更有效地解释成人的学习方式，存在一定的不确定性。 基于神经网络的成人学习理论可以在一定程度上解决这一问题。通过前面的分析，可以获得成年人成 长过程中，不同的年龄阶段认知的特点。根据这些特点，按照个体进行信息加工处理的要求，结合每个阶 段成人的认知特点，运用多种教学方法来促进该年龄阶段的成年人的学习。 这有效地解决了过去那种完全凭借经验的方法来探讨成人终身教育的问题。同时终身教育也不再仅限 于传授知识，而是可以令每一阶段的成年人都能够适应该阶段认知特点的需求，利用合适的教育方法来促 进自身的成长。

4.4 认知与脑退化症 从认知方程组数值解的情况还可以看出一些比较有趣的现象。可以注意到在稳定期，一般的情况下， 认知深度的下降是渐进的。然而如果认知深度突然偏离原来的下降通道，下降到更低的水平，就表现出认 - 37 www.ivypub.org/rpr

知能力发展的不稳定性，这时人的认知能力将变得非常低下。 这种状况有点类似于脑退化症的表现情况。或许对认知方程组的深度分析，有助于我们从另一个角度 探讨解脑退化症等与大脑神经网络有关病症的机理。

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结论 本文通过对认知方程组的深入分析，探讨了成人认知成长的阶段性特点，并尝试建构出一个适合于成

年人的学习理论。 在该理论中，通过认知方程组划分出成年人的成长阶段，再利用已有的认知、建构主义学习理论的结 论，获得人的大脑信息加工处理的阶段划分。然后综合成年人的成长阶段以及人的大脑信息加工处理阶 段，可以获得二者之间的对应关系。这就给我们显示出每个成人的成长阶段所具备的信息加工处理的特 点。按照这样的对应关系，就可以探讨采用什么样的教学方法来促进成人的学习问题以及教师在成人学习 过程中所起的作用。 成年人学习理论的构建，将有助于我们理解成年人是如何成长的、成年人的教育问题，进而为构建终 身学习体系提供理论的指导。

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【作者简介】 1

程智（1967-），男，汉族，副教授。研究方向：教育技术、远程教育、学习理论。1988 年毕业于北京

师范大学物理系。 Email: gzchengzhi@hotmail.com

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