改變我們如何學習的科學Grasp：MIT有效學習法的實踐

名人推薦：★榮獲科克斯書評星級推薦好評！
一本有說服力又扣人心弦的書，它呼籲教育者應該把重點放在學習上，而不是在篩選學生和如何爭取好學生上。—科克斯書評（Kirkus Reviews）星級好評
一本既生動又具學術性的好書，我強力推薦給每一位對學習理論和歷史有興趣，以及對改善教學與學習有興趣的人。—亨利‧羅迪格（Henry Roediger Ⅲ），《超牢記憶法》作者之一
一本令人驚豔的書，作者對學習的神經與認知歷程提供了完整的說明，為學生的學習潛能提供了令人信服的案例。—羅伯特‧畢約克（Robert Bjork），加州大學心理系教授

二○一七年二月的最後一天，MIT機械工程系的助理教授文特（Amos Winter），正在實驗室中警告大二學生，鋰聚合物電池有致人於死的殺傷力，雖然它們應該是很安全的，但是處理不當，也會有足夠的殺傷力，會致命的。
學生：「它有多少能量？」他說：「去查。」大約十秒之後，每個查出來的人都默不作聲。文特跳到白板前面，他說：「你們知道電池的容量，因為上面貼有多少毫安培小時單位的標籤。你們只要加上時間就知道它有多少焦耳的能量。」在很短的時間內答案就在白板上了：一萬三千三百二十焦耳。他說：「這相當於把一台Honda Civic的車子抬高離地面十公尺，然後想像它落在你的手上！」這就是鋰聚合物電池爆炸時所會引起的傷害，假如你手上的這顆電池開始起泡泡，立刻把它埋到實驗室的沙桶中，然後朝反方向逃命！
假如沒有任何這種意外，那麼課程就持續進行。除了電池，每個學生面前還有一個簡單的機器人——那種有兩個輪子，可以滑動的最簡單的機器人——這個機器人是給學生練習用的，因為在學期終了時，他們要設計出比較複雜的機器人來。這個練習用的機器人叫做小米（Mini-Mes），學生要從它身上學到機械工程的原理，從簡單到複雜。他們要學習編寫微控制器（microcontroller，即小的電腦）的程式來啟動電動馬達，然後要在小米中裝入自主導航的零件，使它變成一台最基本的無人車。在這期間，他們不但要學有關機器人的知識和技術，還得去像設計師和工程師那樣去思考，他們必須了解如何有創意的去做一個作業，在問題沒有變嚴重前，先發現它並處理掉。最重要的是，透過這個作業，建立自己的信心，知道自己有能力在一開始時就找出對的路子。因為一開始時，通常都有很多可能的解決方法，到後來才會出現一條最好的方法。
這是學習的過程，至少在理論上是如此，但是在2.007這門課中，有些學生的機械工程經驗比別的同學多很多。有些甚至參加過高中的機器人比賽（最著名的課外機器人組織「FIRST Robotics」，就是來自1989 年的2.007）。有一個學生哈塔利（Alex Hattori）曾經參加過電視的機器人大賽「Battlebots」，這個比賽以金屬暴力著名。他和他的隊友打造了一個像下水道蓋子大小的機器人，去挑戰那些有著兇狠名字的對手，如SawBlaze 和Overhaul。
對其他沒有提早起步的一百六十四名學生來說，哈塔利的經驗很令他們擔心，因為在MIT這種重視學業表現的學校，學生的壓力從未間斷。成績上不必要的競爭其實對學生一點好處也沒有，學校也很努力去減低這種壓力，比如說，大一新生第一學期不用ABC評分（只用pass／non pass），但是2.007課不一樣，競爭是深入骨髓中的，這是為什麼這門課是MIT大學部最有名的課。每一年春季結束時，這門課會舉辦一個機器人展覽會，吸引了無數人，甚至校外人士來參觀。優勝者不但可以進入MIT的榮譽簿（MIT Valhalla）（譯註：Valhalla 是北歐神話中的天堂，或稱英靈神殿），在求職的履歷表上，這更是了不起的榮譽。
麥肯茲（Brandon McKenzie）的眼光落在桌旁他的實驗夥伴上。他是游泳校隊，大一就參加過第三區的游泳冠軍賽，這學期還會再參加冠軍賽，雖然他一週有十八個小時以上泡在水裡，卻能維持總平均五．○的成績。麥肯茲是不習慣落後的人，但是在這個班上，他無法擺脫其他人在打造比賽級機器人方面比他強很多的陰影。班上也有好幾個同學跟他一樣有這個擔憂，例如桌子另外一端的方艾咪（Amy Fang）和坐在他右手邊的室友，也是他隊友的葛瑞夫斯（Josh Graves）。但是班上也有很強的同學，如坐在他對面的馬龍（Jordan Malone），這個人電腦設計的工夫一流，文特後來說他是「超強者」（super power）（而這還不是他最令人印象深刻的部分，雖然人家沒有問，他自己也從來沒有提起，但是每個人都知道馬龍是短跑道速滑的高手，曾在二○一○年溫哥華和二○一四年索契的冬季奧林匹克運動會拿過獎牌，那時他還不到三十歲，當然這是在他進入MIT之前）。還有一個同學梁（Zhiyi Liang），大家都簡稱他為Z，他是一個愉快的科學瘋狂者，每週來上課時都有一些新發明。麥肯茲並沒有對他的同學展現任何敵意，他一直是班上最可靠的鼓勵者，話說回來，他也從來沒有對他的游泳隊友有過任何敵意，但這並不阻礙他跟他們競爭。
文特教授發下沒有品牌的微控制器Arduinos，它可以指揮小米如何動作，當學期結束時，他們設計的比賽機器人也會用到它。那天早上的課主要是有關直流電馬達的機制，這是最簡單的電動馬達，現在文特教授把學生對直流電馬達的了解當作已知，開始教他們如何去用這種馬達。當他飛快的講過一序列相當複雜的概念時，麥肯茲手忙腳亂的抄筆記，同時調整小米的線路，在他的筆記型電腦上，用Arduinos的微控制器來指揮小米。他感覺到自己越來越跟不上進度，已在危險的下滑邊緣了。
他後來說：「我有點沮喪。」雖然使用Arduinos的程式語言C++對他來說是新的，但是有些同學顯然是已經會了，而且「像他自己的手背」那樣熟練。他現在努力跟上進度，但是他知道他只要一不注意聽，一晃神，他就完了，就好像沉到游泳池最深的一端，但不知道該怎麼保持浮在水面上。雖然這門課有很多助教，可隨時告訴他如何把頭浮出水面，但是還是得靠自己實際去應用那些知識才有用。
2.007這門課的核心目標就是引發學生觀念的改變，從理論到實踐，從彷彿知道到真正掌握知識。這門課在一九七○年發展成現在這個樣子，當時有個年輕的教授佛勞爾斯（Woodie Flowers）覺得這門課應該要這樣教，在後來的幾十年間，這位年輕的教授變成退休的榮譽教授，但是他還是不時的出現在課堂中來講授學習。他有著像史丹．李（Stan Lee）（譯註：美國漫畫之父，是蜘蛛人、綠巨人的創作者）那樣的招牌鬍子，灰白頭髮紮成辮子，每一次他都強調一個重點：「學習微積分」和「學習去用微積分思考」的差別。
對像我這樣的教育者，我們都希望學生不只是拿到好成績，還要能將知識實際應用到真實世界中。這個差別非常重要。但是學生的習慣卻不是如此，他們習慣的是8×11的作業簿，教室的四面牆，四年的高中後，能順利進入大學——跨出這個熟悉的環境去到真實世界是相當嚇人的，哪怕只是暫時，也是忐忑不安。所以每一年雖然都有一些學生願意把握機會去實際製作機器人，但是也有學生不確定自己要幹什麼。
坐在麥肯茲對面的艾咪已經在打量她的同學了。她後來承認她覺得班上同學太厲害，讓她害怕，所以她決定採取中庸之道，作一般（average）的學生即可，她把伺服電機連到她機器人的面板上，她覺得在這門課能拿到好成績有點不太可能，2.007的課沒有考試，學期末的比賽也跟成績沒有關係，但是老師會很嚴厲的檢視期末機器人的設計。這門課的作業讓學生有點透不過氣來：作業分兩部分，一個是寫的部分，每週都有四個很難的工程問題要解，另外還有動手做的部分，完成小米的某些功能。這個禮拜他們要交出一段影片，記錄他們的小米如何朝某一特定方向前進，打U-turn回轉而不能用任何遙控器。到學期尾聲時，有些學生要能用複雜的自動化設計，使他的機器人透過感光器來循著地板上的直線行走。
在文特解釋這門課的目標時，一個從麻省列克興頓來的學生塔希爾（Mo Eltahir）說：「太棒了，每一堂課教的東西都可以用來幫助學期末的競賽。」
文特笑著說：「你們敢說你們有學到東西嗎？」
他們的確有，在後來的上課中，他們銘刻新的記憶，這個記憶比他們以為的還要深。這個有很高情境因素的記憶使他們可以了解並且影響他們的世界。為了要鼓勵這個歷程，2.007這門課拋棄了一百年來傳統教室授課的包袱，用更好的方式去取代它。
一九○二年，美國教育心理學家杜威（John Dewey）（他是當年「最有名的哲學家」，他去世時，《紐約時報》的追悼文如此稱讚他），曾指出他所觀察到的典型教室的壞處，例如數學和真實生活的物件分離，地理與地質和歷史事件分離，他在他的《孩子與課程》（The Child and the Curriculum）一書中寫道：「老師所教的與孩子的背景知識和興趣沒有關聯。」學生被動的接受知識，經過若干年的就學經驗卻沒有真正的動機去學習，他們所接受的知識與日常生活以及人生目標毫無關聯。今天雖然學校已經想辦法去改善這個缺點，但是主要問題仍然存在，因為學校的教育宗旨還是假設學生的學習是為了將來的他們，而不是為了現在的他們。
2.007這門課就完全不是這樣，第一，要感謝這門課「不念就當掉」的本質，學生沒有那種懶洋洋、背一背就過關的讀書態度，反而追求在課堂中所教的理論一定要馬上應用得到，因為假如你不應用它，你的對手就用了。一部分是學生對「所學馬上有所用」感到興奮，今天課堂上學的馬上可以用到真實世界的工程問題上，另一部分是能讀上這門課很光榮，這門課帶給學生很強的學習動機，即使這個學生過去是只求過關（MIT的確有這樣的學生，他們傾向做最小的努力獲得A，而不是獲得B，我以前就是這樣），也會被激發願意花比必要更多的時間在實驗室，手上拿著螺絲轉，筆記型電腦打開著。就在這短短的一學期，這門課啟發了學生，不論他們是本來就有興趣或完全是門外漢，培養出的未來機械工程師比任何一門課都多，雖然很多課都想模仿2.007，但是沒有一門課能超越它。
今天，當我沉思擺在我面前的任務時，我的想法從來沒有偏離2.007太遠。任何一個值得它學費的課程，至少要做到不但教知識，還要使學生在真實世界中用到這個知識。2.007這門課是大大的做到了這一點。

二○一七年二月的最後一天，MIT機械工程系的助理教授文特（Amos Winter），正在實驗室中警告大二學生，鋰聚合物電池有致人於死的殺傷力，雖然它們應該是很安全的，但是處理不當，也會有足夠的殺傷力，會致命的。
學生：「它有多少能量？」他說：「去查。」大約十秒之後，每個查出來的人都默不作聲。文特跳到白板前面，他說：「你們知道電池的容量，因為上面貼有多少毫安培小時單位的標籤。你們只要加上時間就知道它有多少焦耳的能量。」在很短的時間內答案就在白板上了：一萬三千三百二十焦耳。他說：「這相當於把一台Honda Civic的車子抬...

如何讓教育變得不一樣／國立東華大學校長趙涵捷
記得孔子說：「學而時習之，不亦說乎？」學習這件事自古以來就是華人最看重的事情，如何開發最適合於學生的教育方法，更是人們孜孜不倦研究的課題。教育的本質是什麼？這是讓人成為人，還是讓人成為社會機器中的一個環節呢？我們當前在大學任職的教師，毫無疑問都是從各級學校激烈競爭中脫穎而出的佼佼者，如果套用這本書中的說法，都是「篩殼機」篩選出來的「優異品種」。但，在高度體制化的學習制度中，我們各自的潛能真有得到充分的發揮嗎？敝人作為教育行政工作者，如何最大程度讓教師與學生的潛能獲得開發，這是我常念茲在茲在思考的課題。
學習的奧祕在哪裡？知其然，必先知其所以然，洪蘭教授翻譯的這本《改變我們如何學習的科學Grasp》，就把學習的「所以然」仔細剖析開來。這本書向我們展示「人人皆有可能」的教育觀：本書指出，人的IQ是可以改變的，會依據環境和經驗而變，暫時成績不佳的學生，他們只是被一些不必要的認知束縛，教師需要重新考量教學方法，讓學生想要學習。洪蘭教授是研究腦神經科學出身的優異學者，擅長通過對大腦各個區塊功能的研究，對症下藥指出如何更好利用大腦。除書中提到的「間隔學習」這類適用於個人調整學習方法的內容外，最讓我有感觸的是教育資源配置問題。
書中提到，新型的學習方式如磨課師（MOOCs）可讓很多人的潛能發揮出來，從人口總數的層次來看，其激發的潛能是無法量化的。我在這十年來先後擔任宜蘭大學與東華大學的校長，特別重視學校磨課師課程的發展。在台灣有許多大學，學校的排名或許有高低的差別，但是學生們求知若渴的心態本來不應該有差別。學生通過考試進入了不同等級的學校，若任何感興趣的領域其老師在其他學校任教，學生想要去聽課，即便現在交通便利的時空，都免不了還是要舟車勞頓。幸運的是，我們今天生活在資訊發達的時代，透過磨課師課程的資源共享，教育資源分布不均的老問題，已獲得相當幅度的彌補。
我在書中閱讀到這個大哉問：學生應該跟隨著自己的衝動去決定要學什麼嗎？還是他們應該學會嚴格控制自己的思想，去讀老師認為重要的題目？我接受作者的看法，他覺得教育不可能等待完美的答案，我們需要綜合各種不同的意見，而且在新事證進來時立刻更新。洪蘭教授在這本書中最特別的貢獻，就是她已經不只在從事翻譯工作，更重要者，她常在字裡行間有「譯註」，藉此梳理臺灣教育的現象或問題，並抒發她對於這些事情的感想或建議，這使得我們讀來有著特別的親切感，從中更能看得出她翻譯這本書有著特別的用意，那就是讓更多有心人能從中思考如何讓教育變得更契合於人心。
從事行政工作，就有機會展開教育資源的調配，敝人一直在思考如何善用行政裁量權，來有效消弭城鄉差距，並讓不同特質的青年都能被看見。這兩年，我在東華大學創設如「大一不分系」這類大學實驗教育，目的就是讓各類不同的青年，尤其讓不見得適合於「篩殼機」這類紙筆測驗的學生，獲得進入大學的機會，這些青年不只獲得改變命運的機會，更能跟平素只知為考試而讀書的學生加強接觸與交流。當我看到我校的老師為學生特別客製的學習計畫已有顯著成效，心中有說不出的喜悅。這些措施正與本書所說的教育理念一致：以學生為中心，提供個人化的教學進度，這是從外到內的教育會有成效的最主要原因。
教育的最終目的是以因材施教的手段，成就學生成為完整的人。當今高度發展的科技可以幫助我們更好地完成這一教育使命，認知科學可以讓我們更深刻認識人腦的結構與運作過程，可從外部的設備上提高教學方法手段。但有使命感的教育者，更應該善用自己的智慧，開發出結合傳統教育與現代科技的全新教育方法。孟子說：「人皆可為堯舜。」我覺得，人人皆可成精英，只是需要教育工作者有耐心去尋找正確的教育方法，挖掘學生的潛能，不讓學生受困於僵化的教育思維，扼殺自身的學習動機。整體來說，不論是教育者還是受教者，任誰都適合拿這本書來反思自己的學習方式與學習歷程，持續探討如何讓教育變得不一樣。

如何讓教育變得不一樣／國立東華大學校長趙涵捷
記得孔子說：「學而時習之，不亦說乎？」學習這件事自古以來就是華人最看重的事情，如何開發最適合於學生的教育方法，更是人們孜孜不倦研究的課題。教育的本質是什麼？這是讓人成為人，還是讓人成為社會機器中的一個環節呢？我們當前在大學任職的教師，毫無疑問都是從各級學校激烈競爭中脫穎而出的佼佼者，如果套用這本書中的說法，都是「篩殼機」篩選出來的「優異品種」。但，在高度體制化的學習制度中，我們各自的潛能真有得到充分的發揮嗎？敝人作為教育行政工作者，如何最大程度讓教師...

譯者序
常有學生問我：「老師，台灣每天出版這麼多書，我們怎麼知道如何去挑選值得看的好書呢？」
的確，我們有時候會因為一本書的書名很有吸引力而買了它，但是回家打開一看，卻大失所望。
我的經驗是先讀作者序，因為作者通常會講述他起心動念寫這本書的初衷，這時就不管書名如何聳動（很不幸，這是現代社群媒體的通病，似乎要靠駭人聽聞的標題才能吸引讀者注意），你大概可以了解一下內容在講什麼。
第二是看出版社，有信譽的出版社不會出一些讓自己蒙羞的書（台灣曾有個出版社出版日本的《完全自殺手冊》，害死了幾個愛模仿的國中生，結果「千夫所指，無疾而死」，最後被迫關門倒店）。如果是帶有學術性質的科普書，則還要看作者任教的學校，原因也是跟出版社一樣，學校重視聲譽，一個人若能在名校教書，品德雖不知道，但至少所講的學術內容不會差到哪裡去。
我就是根據這三個原則選了這本書，因為我很好奇一名念工程的教授，如何這麼清楚桑戴克和杜威這兩條教育路線之爭呢？一般從事教育的老師都只知道桑戴克的「效果律」和杜威的「做中學」（生活即教育，教育即生活），但是細節並不清楚。我這學期正好有開教育研究所的課，問起學生這兩個學派的區別，學生多半是如上回答。但是這兩句話並無衝突，為何會成為兩個派別呢？
本書的作者是麻省理工學院（MIT）的教授，在印度長大，到美國留學，他能清楚講出這兩派的差異，讓我很驚喜，所以就接下了翻譯的工作。希望旁觀者清，期盼他的見解會帶給我們學生更清楚的理解。
我們過去一直詬病傳統填鴨式的教學方式，卻未能提出一個取代它的好方法。最主要的原因是，我們一直對人類如何學習——一個人從什麼都不知道如白紙的嬰兒，成長為學富五車的大師——這中間大腦的歷程和變化不清楚。因為不知道人是如何學習的，也就無法擬出一個理想的教學方式。
最近幾年，因為腦造影技術的精進和核磁共振機器的普遍，這個謎已經逐漸解開了。二○二○年，法國國家科學院的院士狄漢（Stanislas Dehaene）寫了一本《大腦如何精準學習》（How We Learn），就從大腦科學來解釋訊息如何進入大腦，成為我們的知識。他提出了注意力、主動參與、錯誤的立即回饋及記憶的固化四個歷程。現在這本書更從MIT的校訓Mens et Manus著手，就機械系的一門課來說明，為什麼將今天課堂上所學的立即應用在機器人的操作上，會使學生廢寢忘食去鑽研背後的道理，為什麼MIT這麼看重動手做而把它當作校訓。作者藉著MIT的微型碩士線上課程，不斷告訴讀者理想的教育制度應該是什麼。
對台灣來說，傳統的教室教學在新冠疫情傳播危機之下，一夕之間被迫改變，學生改為在家學習，所以書中提到的遠距教學對現在的我們一點都不陌生。藉著作者對線上教育的闡述，我希望能改變我們過去對重視成績的偏見。作者說得很好，真正的學習發生在孩子的大腦裡，時間、地點、工具都不是重點。父母不必在意孩子今天學到了什麼，因為他有一生的時間可以學習，真正的贏家跟貫穿全書的機器人比賽一樣，是屬於了解到學習真諦的人。

譯者序
常有學生問我：「老師，台灣每天出版這麼多書，我們怎麼知道如何去挑選值得看的好書呢？」
的確，我們有時候會因為一本書的書名很有吸引力而買了它，但是回家打開一看，卻大失所望。
我的經驗是先讀作者序，因為作者通常會講述他起心動念寫這本書的初衷，這時就不管書名如何聳動（很不幸，這是現代社群媒體的通病，似乎要靠駭人聽聞的標題才能吸引讀者注意），你大概可以了解一下內容在講什麼。
第二是看出版社，有信譽的出版社不會出一些讓自己蒙羞的書（台灣曾有個出版社出版日本的《完全自殺手冊》，害死了幾個愛模仿的國中...

推薦序如何讓教育變得不一樣／趙涵捷
譯者序
引 言探險的開始
Part1 學習是科學，和科學是學習
1 學習被區分
2 第一層：水蛭的細胞和學校的鐘
3 第二層：系統內的系統
4 第三層：革 命
5 第四層：思考如何思考
Part2 心智和手
6 航 程
7 大尺度的從外到內
8 由內而外翻
9 決戰時刻
結 語

推薦序如何讓教育變得不一樣／趙涵捷
譯者序
引 言探險的開始
Part1 學習是科學，和科學是學習
1 學習被區分
2 第一層：水蛭的細胞和學校的鐘
3 第二層：系統內的系統
4 第三層：革 命
5 第四層：思考如何思考
Part2 心智和手
6 航 程
7 大尺度的從外到內
8 由內而外翻
9 決戰時刻
結 語