三联生活周刊：初高中阶段的青少年，认知能力有怎样的发展？

薛贵：认知能力有很多种划分方式，其中一种比较通俗的划分，是可以将它分解为注意力、记忆力、思维力、反应力、自控力这五种能力。每一种能力还能够继续拆解，比如注意力可以拆解为警觉、容量、选择、持续和分配这几种类型。随着大脑的发育，这些类型的能力都能得到发展。

其中最引人注意的变化，是在注意力和自控力之间。简单来说，相比儿童，青少年的注意力集中的时间更长、反应更快，更能把注意力集中在重要的信息上。尤其当注意力的广度达到峰值，最直观的表现就是，中学生喜欢多任务处理同时做许多事。比如写作业的同时还要看视频、视频上还要开弹幕，或是看视频用两倍速、三倍速播放，成年人觉得眼花缭乱，但他们可能会觉得正合适。与此同时，青少年自控力较成年人更弱，价值观的判断也尚未达到成年人的水平。所以青少年的认知、行为往往会出现“油门”发达，“刹车”较软，又没有“方向盘”的特点。

2021年10月5日，家长和孩子在国家自然博物馆体验“找不同”游戏（中新社 田雨昊 摄/ 视觉中国 供图）

三联生活周刊：认知能力发展背后，是大脑的哪些生理基础发生了变化？

薛贵：相比于儿童阶段，大脑各个部分的发育在青少年阶段都有迅猛的发展。具体而言，在青少年阶段，由神经元树突和未髓鞘化的轴突组成突触连接的数量，从婴幼儿开始增长的高峰期快速下降，大脑消除多余或低效的神经元突触的连接，神经网络更加高效。同时，脑区之间神经连接的髓鞘化增加，相当于“电线皮”的包裹更加厚实，使神经元的信号传输速度快速提升，青少年因此具有非常快的反应速度。

在区域脑区的发育中，与高级认知功能息息相关的前额叶发育趋于稳定；其中负责认知的背外侧前额叶基本发育完成，那是注意力的广度达到巅峰的重要原因，而与自我认知、情绪控制和价值观形成相关的内侧前额叶的发育则相对迟缓，基本要等到25岁以后才能完全成熟，加上青春期荷尔蒙的影响，青少年也因此自控力较弱。而在不同脑区之间，尤其是前额叶皮层与边缘系统和顶叶等区域的整合也在增强。

北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室薛贵教授（黄宇 摄）

杨春亮：需要注意的是，人们不仅有认知能力还有元认知能力，就是“关于认知的认知”。它包括元认知知识和元认知调节两个成分。元认知知识就是对自己认知过程的了解，比如了解自己的认知能力、学习策略和情绪状态，认识到不同任务的特点和要求，知道学习一件事时，应该何时、为何，以及如何使用学习的策略。而元认知调节就是对认知活动计划、监控的能力，包括计划、监测、调控、反思的过程。比如在学习过程中，先制订计划，再在学完之后判断自己学没学会，如果效果不好，要不要再重学一遍，要不要换一种学习方法。

元认知能力与背外侧前额叶的发展密切相关，是一种晚发育的能力，在小学时还只有初级能力，在青少年阶段才慢慢形成，甚至在成年后也在不断发展。比如我们的研究发现，问一个儿童如果两个人头发颜色不一样，他俩谁的学习成绩会更好。正常情况下成年人知道头发颜色与学习能力无关，孩子可能会认为头发颜色有影响。与此同时，当我们在实验中教一些学龄前儿童知识，问他如果考这些知识，他能够考多少分，很多孩子都会说能考100分，但实际上他们根本记不住全部的知识。这种过度自信会随着年龄的增长与元认知能力的发展而不断减弱。

三联生活周刊：当下智能手机普及，一方面，青少年看起来有更丰富的学习资源；另一方面，社交媒体、短视频的风行，似乎在破坏青少年认知能力的发育。互联网手段对青少年的认知能力在生理和行为上有何具体的影响？

薛贵：对于青少年而言，互联网，尤其是社交媒体的负面特征体现在它碎片化的知识“零食”、算法对大脑奖励机制的劫持和互联网搜索带来的认知卸载上。这会对青少年带来多个层次的深刻影响。

从上面提到的五种能力分别来看，首先青少年的内侧前额叶发育尚不完全，自控力不完善，原本需要通过克制、抵抗诱惑来促进自控力的发展，包括大众熟知的“延迟满足”的作用。但是，社交媒体和网络游戏上消息的实时反馈，视频的动画效果、声音的刺激，对大脑来说都是一种奖励的信号，会刺激多巴胺的分泌，由此造成对多巴胺的劫持。当多巴胺的诱惑超过了自控力的能力范围，就会成瘾。不仅自控力受到损害，由于多巴胺阈值越来越高，人就会陷入“看的时候不会特别满足，但不看的时候会特别不满足”的境地，由此引发焦虑和抑郁。虽然科学上目前没有一个使用手机多长时间就是成瘾的确定标准，但当人觉得不看手机就难受，就说明有成瘾的风险了。

对于注意力而言，诸如短视频不断切换的形式，会干扰持续注意力的发育。从影像学来看，成瘾或是注意力缺陷的青少年大脑前额叶灰质和白质都有减少，反映出神经元的数量减少，以及脑区功能连接减弱。

而记忆力是对信息进行编码、巩固、储存、提取的能力，涉及感官系统和各个脑区的联动。外界信息刺激我们的听觉、视觉神经，形成几秒的感觉记忆，注意力之后发挥作用，筛选这些信息，形成几秒到几分钟的短时记忆。短时记忆要形成长时记忆，一般需要进行多次的重复学习，或者通过海马体的记忆重放来完成。在海马体所驱动的记忆重放过程中，大脑皮层的多个区域和海马体协同活动，不同区域的神经元在同一时间窗口放电，从而在大脑皮层形成新的突触连接，形成长时记忆。记忆的提取则需要线索的驱动，通过海马体的模式补全功能进行提取，已经建立的神经通路被激活；而前额叶则负责提取结果的判断，决定提取成功或者下达继续搜索的指令。在青少年阶段，随着海马体的发育，对空间、语义和情景的记忆的数量、精确性、灵活性都有了很大的提升，能够更多、更准确地记住和回忆个人经历和事件。

《小欢喜》剧照

可以发现，记忆力在编码时首先就需要注意力的参与，持续性注意力的缺陷，也会导致记忆力的发育受影响。另外，当下在互联网上似乎可以搜索到任何信息的情况下，人们存在“认知卸载”的现象，就是他们会更多记住找到信息的路径，而非信息本身。更重要的是，碎片化的信息难以形成结构化的知识体系，从而也导致了记忆的困难。所以，我们经常感到刷了几个小时的视频，却什么也没有记下来。不仅如此，长期接受短视频的输入，会导致大脑缺乏空闲的时间，还影响睡眠。海马体正是在人空闲或睡眠的时候进行记忆的重放，修剪与知识体系不相关的零碎部分，巩固有用的记忆并形成体系化的知识，这对形成长时记忆非常有效。

国外也曾做过研究，找60名大学生，让他们先判断一组单词是有真实意义的还是生造的，同时告诉他们之后有赴约或吃药的任务，这些任务需要“记住在未来某一时间或情境下完成计划行为的能力”的前瞻性记忆。然后分组，一些人休息10分钟，一些人看文本信息（Twitter），一些人看长视频（YouTube），一些人看短视频（TikTok）；之后问他们是否记得之前布置的任务。结果发现，观看短视频这组被试，前瞻性记忆的准确率从80%骤降至49%，说明短视频对记忆能力的巨大影响。

思维力也会受到短视频和信息爆炸的影响。思维力是对信息进行分析和加工处理的能力，通过从表面散乱和无序的信息中抓取关键特征，建立关联并形成结构。它同样需要由各个脑区协作来完成这个过程，可以用思维的品质，也就是深刻性、灵活性、独创性、批判性和敏捷性来评判思维力的发展。

在青少年阶段，随着前额叶皮质层的发育日渐成熟，青少年具备较好的抽象思维和假设推理的能力，深刻性、独创性和批判性上远高于儿童时期，同时逐渐具备处理多个变量和观点、识别问题的多种解决路径、在复杂情境中做出权衡和决策的能力，灵活性也大幅增强。比如说，把一杯水倒进一个又细又高的杯子，小朋友往往会认为水变多了。但青少年会明白，水量没有变，只是杯子的形状发生了变化。青少年也在逐步形成思维的模式和框架，从而提高问题解决的速度和质量。

但是一方面，观看短视频只是被动接受，不会让人有深度思维的需要。久而久之，就降低了个体深度思考的能力；另一方面，由于注意力和自控力的影响，个体也往往难以集中精力，对一个问题进行持续深入的思考和加工，从而大大降低了思维的深度；最后，思维是以机构化的知识为前提的，没有高质量的知识储备，人们也没有办法进行高质量的、有深度和创新性的思考。做任何的思考都需要先去书本和网络中搜索信息，再在大脑中对这些信息进行初步的分类和压缩，最后进行深度的思维处理，这个效率会大大降低，同时质量也难以保证。

北京师范大学心理学部杨春亮副教授（黄宇 摄）

杨春亮：可以补充的是，美国做过长达10余年对于青少年无聊感的追踪调查。研究发现，随着智能手机的兴起，从2011年开始，青少年的无聊感逐渐增长，且一年比一年程度深。背后的一大原因是，短视频等快速切换内容的模式，不仅给人造成“可以一直刷下去”的“无限快感”的幻觉，让人生出不切实际的期待，也使得注意力希望投入，却没有办法深入参与，无法获得沉浸的体验。而无聊感会进一步导致走神，乃至学习动机的下降。

同时，“认知卸载”对元认知能力也有影响。研究者曾做过一个对照实验，先拿出20道问题，让一半学生自己回答，另一半学生可以搜索互联网或者求助于AI。学生回答完问题后，我们过一会儿再拿出20道难度一样的问题，问学生能答对多少道，然后再测试。结果发现，使用互联网回答的学生对自己的能力过度自信。背后的原因在于，由于直接获得答案，没有经过认知过程里在大脑中提取信息的环节，造成他们对自我的能力产生混淆，分不清这些知识是外界的知识，还是自己的知识。这个实验面向的是大学生，可以想见，中学生遇到这个问题，程度将更加严重。

类似的问题也出现在用手机拍照PPT记忆知识点的行为上。我们通过对照实验发现，拍照知识点的学生一方面在拍照的过程中分散了注意力，一方面认为“拍下来了，就掌握了”。而事实上，拍照损害而不是增强了记忆。

三联生活周刊：但在现实生活中，许多青少年会认为同时做两件事才能让主要做的事做下去，比如只有听着歌才能写得下去作业，这样的情况是否合理？

杨春亮：这也是一种典型的元认知错觉。从原理上来说，人的注意力是有限的，分散注意力会导致我们在主任务上的表现变得更差。国外也曾做过关于多任务的对照研究，让一些人专心学习，一些人一边听歌一边学习，之后问他们学习的效果如何，他们对自己的评价都差不多，但测试下来，发现成绩有明显差异。造成这种错觉的原因，是分散注意力的方式令自己舒服，同时学习效果没有横向对比，学生意识不到问题的存在。打破这种错觉的方式，就是自己设定一个测试，比如家长安排孩子专心学一组单词，再一边听歌一边学一组单词，然后做个测试，考查学习效果，让孩子自己意识到问题。

三联生活周刊：鉴于互联网、社交媒体的这些负面影响，许多国家规定青少年只有到高中才可以使用手机。这样的规定是否可行？

薛贵：这种方式确实有道理，但学生会使用手机、互联网来学习本身也是一种能力，也许更重要的是教会家长、老师引导青少年正确使用手机。而且由于大脑具有可塑性，如何帮助受到互联网困扰的孩子改变习惯，也同样非常重要。

即便抛开互联网的因素，青少年学习能力的培养本就有许多问题，比如许多家长认为孩子学习不好、注意力不集中是态度的问题，但实际可能就是认知能力没有发育好。这些问题一直都存在，互联网的普及只是加剧了问题。我们去年在北师大开办了学习力指导师的培训班，教授学员培养学生学习力的方法。学习力就是个体主动获取、整合与运用知识的综合能力，认知能力、学习方法、学习动力和元认知能力都包括其中。有来自全国的40多名中小学教师、教育局工作人员、培训机构老师和家长前来学习。他们向我们反馈，学生因为注意力不集中和工作记忆容量不足，导致阅读困难以及学习成绩差，进而产生焦虑、抑郁等情绪的情况很普遍，甚至大多数家长会说孩子玩手机太多，拿走手机就难受。所以，我认为用科学的方法做引导更为迫切。

《忽而今夏》剧照

杨春亮：学习力指导师在美国等国家从上世纪中叶就开始出现，在本世纪初已经普及。美国的部分中小学里，除了有心理老师，也会安排学习力指导师。而在中国，我们发现这个职位也很有必要。在这个培训班中，我们发现，许多接受培训的中小学老师是心理老师，因为他们已经意识到学生的心理问题很多都源于学习。而研究者们也曾对授课老师做过问卷调查，发现很多授课老师认为自己的主业是传授知识，不会把太多时间放在对学生学习习惯、学习方法、学习策略等元认知能力的培养上。

同时，学生甚至家长、老师采用的学习策略，本身就是低效的。比如我们发现，测试可以看作是记忆中的提取过程，这个过程能够刺激记忆的巩固、保持。但学生在学习过程中，往往会用记笔记、重复阅读、划重点之类的方法。这背后的原因一方面是元认知的错觉，重复学习的流畅性更好，会让人感觉自己掌握了，测试则会让人对信息进行深度加工，感到困难；另一方面也源于环境，他的学习习惯源于家长、老师的教导，而成年人的学习策略本身主要基于自己的日常经验，可能本身就存在问题。国际学生评估项目（PISA）曾在2018年对全球68个国家的中学生做过调查，发现中国的中学生在阅读素养、数学能力等方面名列前茅，但与此同时，中国学生花费的学习时间也是最多的，中国学生的学习效率属于全球中下游水平，而学生的幸福感也同样处于中下游水平。

而在当下互联网的时代，从社会需要到个人发展，都更注重学习能力的培养，用互联网学习是一种无监督的自主学习，培养元认知的能力就变得尤其重要。

三联生活周刊：恢复、提升认知能力和元认知能力有哪些方法？

薛贵：对于认知能力，一般科学的方法是先对孩子的认知能力做评测，然后再做干预和训练。比如我们会让孩子做一些移动物体的追踪任务，发现孩子可能只能同时追踪少数几个物体；还有让孩子在五分钟之内做一些简单任务的，发现其稳定性比较低。这些都说明孩子的注意容量、选择性和持续性等存在问题。我们就会用一些游戏训练他们，提高注意力。比如，可以让家长和孩子配合完成找茬游戏。给孩子买一些找茬的图片，指导孩子在两幅相近的图片中寻找不同点。这个时候，孩子需要非常专注才能找出所有不同的点。也可以让孩子和家长进行比赛，看谁找得更快。这个游戏对孩子的眼力和反应速度都有考验，久而久之，孩子的注意力会通过训练得到提高。还可以进行一些认知训练的计算机游戏，比如多物体追踪、持续作业任务等等，并根据学生表现自适应提高任务难度，从而个性化地提高孩子的注意力。其他诸如正念冥想，把注意力集中在一点上，减少外界信息的干扰，也是训练专注度的有效方法。

《小舍得》剧照

训练思维能力也类似。同样是找茬游戏，家长可以提前准备一些包含“错误”或者“不合逻辑”的情景图片。比如，一张图片中出现了“蘑菇长在干燥的沙漠岩石上”“近处高楼比远处树木更矮小”等不合理的情况。这时候，让孩子自己指出错误，并解释为什么这些情况不可能发生在现实当中。

在学习力指导师的培训班上，我们会先用四天时间介绍各种方法，然后让学员回去使用这些方法，在1～2个学生身上开展实践，总结经验并收集问题；之后再集中培训四天，然后再用两个月实践。我们发现，使用这些方法坚持三个月，就能收到比较明显的效果。例如，我们向学员介绍如何利用“番茄工作法”，把时间切割成“10分钟专注+3分钟休息”的模式，通过“短周期专注”对抗分心，提升效率。同时，学习力指导师可根据孩子“番茄钟”学习的完成情况进行总结和调整，逐步提高专注的时长。

杨春亮：科学的学习策略能够帮助学生提高学习效率。除了元认知的能力，以及前面提到的测试的策略，交错学习、间隔复习，用自己的话解释知识的精深加工策略，自己主动生成答案、例子或概念的生成效应，将信息用图像和文字同时呈现或记忆的双重编码，都是科学的策略。

在学习力指导师的培训班上，我们教授学员如何引导学生做计划和反思，比如让孩子做几道题，然后问他用了什么学习方法，有没有按照事先的计划学习，测试的结果如何，如果不如意，原因是什么，该用什么方法改正。例如，孩子在做10道数学题前，家长引导他先制订计划：先做简单题，之后再做难题，15分钟完成并检查。做完后，他用了18分钟，错了两道题。此时家长引导孩子进行反思：为什么出现了超时的情况？错题的原因是什么？下次如何改进？孩子此时可能意识到是由于自己在某道题目上花费时间过多、错题没看清题目。下次做题时要先把会做的题目做完再攻克难题，每道题都要认真通读题目、标出重点。这个过程，就是计划—执行—反思的学习闭环。

当下的互联网和人工智能技术，对于培养、训练学习策略有很多帮助。比如当下的一个研究方向是，学生在用互联网学习时，在电脑显示屏上安装一个摄像头，摄像头追踪学生的眼动和表情，不仅可以判断学生的情绪和走神的次数，提出休息的建议，而且可以通过分析学生在学习教学视频时，眼睛追踪知识点的轨迹，预测出学生是否掌握了知识点，甚至推测学生的成绩。

《加油妈妈》剧照

另外，虽然交错学习是一个很好的学习策略，但我们发现，学生使用的教材中的练习题，往往是组块学习，一个知识点覆盖了许多题目。于是我们做了实验，把教材拍给ChatGPT等人工智能，然后输入指令，设定难度，并要求它把涉及不同知识点的题目穿插着安排，我们把最终得出的题目交给学生练习，发现学生的成绩有明显提高。受此启发，老师、家长，甚至学生自己在用互联网自学时，用AI来生成练习题，通过回答练习和AI反馈来促进知识的理解与迁移应用。

 排版：初初 / 审核：然宁

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