外科的教学与学习

周莹莹 翻译 应小燕 审校

(南京医科大学第二附属医院妇产科，南京 210011)

在过去50年中，一些重要认识已经深入到我们的教学中。尽管已经过去半个世纪了，但直到现在，其中的某些认识还未被纳入到主流的医学教育中。通过研究思维是如何运作的，我们发现一个重要认识和一个已被广泛接受的学习概念，即认知负荷(cognitive load)。

认知负荷理论和支撑它的假说是在20世纪50年代中期提出的。在1956年9月11日麻省理工学院举办的“信息理论特殊兴趣小组”研讨会上，Miller［1］提出这个理论使与会者确信实验心理学、理论语言学和认知过程的计算机模拟是更大的整体。未来在有关学科协调的研讨会中需要一个进一步细化阐述的主题。许多名词包括认知研究学(cognitive studies)、信息处理心理学(informationprocessing psychology)和认知科学(cognitive science)命名这个关于信息技术跨学科探索的科学，但是没有一个得到普遍的承认。

命名是在1976年的Alfred P.Sloan基金会中被标准化的，这个基金会是由对神经科学的新领域感兴趣的，试图架起生理大脑和认知心理的研究之间桥梁的成员组成的。基金会成员选定了代表大脑和思维的术语“认知科学”(cognitive science)来描述，同时创建了一个关于认知科学的Slone特殊项目来探索这项兴趣。

最初与认知科学有关的一些多学科中，包括心理学、语言学、神经科学、计算机科学、人类学、哲学等。

认知负荷理论认为其存在的记忆有2个主要组成:工作记忆(working memory)和长期记忆(longterm memory)［2～5］。人类认知结构包括容量和持续时间有限的工作记忆以及永久性储存多种模式的信息和知识容量的长期记忆［6］。

工作记忆是一种有意识的记忆，被认为是位于大脑额叶前部皮层和顶叶区域，涉及到大脑同时可以控制和操作的信息数量［7］。

工作记忆可以被定义为一个大脑系统积极地把大脑中的信息转变为语言和非语言的任务，如语言理解、学习和推理，并使其可进行进一步的信息处理等。它是一种为必要信息的复杂认知任务提供临时存储和处理的大脑系统［5，8］。

工作记忆被认为是由1个中央执行系统和2个子部件组成的。一个子部件处理视觉空间信息(图片);而另一个则处理听觉信息(语言)。据推测，这些子部件处理的信息具有其相对独立性［4］。

在生理意义上，工作记忆是兴奋大脑的神经联系的短暂潜力，通过训练、赋予意义的关联过程，使其能够发展成为长期记忆。这意味着长期的强化过程关系到结构大脑神经元生理变化。这可能与大脑神经元生理改变有关，从而导致产生长期记忆的潜能。

与工作记忆不同，长期记忆不会受到容量的限制，它有储存几乎无限量知识的能力。储存在长期记忆的信息元素在结构和功能上不同于工作记忆。长期记忆被认为是由2种类型的记忆组成:陈述性(declarative)和程序性(procedural)。

陈述性或外显记忆(explicit memory)是可以被作为事实和知识回忆起的长期记忆［10］。陈述性记忆可以进一步分为2类:存储特定经历的情景记忆(episodic memory)和存储事实信息的语义记忆(semantic memory)［11］。当整个大脑在回忆时，海马和周边结构在陈述性记忆中显得非常重要［12］。

程序性记忆或内隐性记忆(implicit memory)是如何做事情的记忆，像骑自行车或开飞机等。程序性记忆经常是下意识地检索针对完成参与认知和运动技能的整个过程。这种类型的记忆据说是被编码和存储在小脑皮质中［13］。

长期记忆的内容被假定为是复杂的结构，允许我们去接受、思考和解决问题。这些结构，也称为图式(schemas)，允许处理多个元素作为一个单元的信息。图式是认知结构，形成一个人的知识库［14］。

图式是通过终身学习获得的，往往包含其他图式。通常个人意识不到长期记忆的内容。只有当这些内容带进工作记忆，我们意识到包含在图式中的信息。

人类可以编码和存储大量信息以备后期使用，学习经验既是有限工作记忆，又为长期记忆提供信息检索准备。

当前的思考表明学习教学材料包含的信息必须首先通过工作记忆来处理。这些信息必须被编码到图式来保留。为了能够有效编码，教学材料应为工作记忆编码信息时减轻负担。当前认知负荷理论的应用只关注它本身通过工作记忆负荷减轻的技巧，使得图式获取有利于长期记忆［15］。

以下是关于减轻教学材料工作记忆负担的一些建议:①通过使用实验样例或无目标问题来改变解决问题的方法，以避免工作记忆的沉重负荷;②通过身体的信息资源的整合成为心理信息资源的整合来减轻工作记忆负担;③通过减少无相关重复加工信息的冗余来减轻工作记忆负担;④利用听觉和视觉信息都是必要的情况下(即无冗余)提高工作记忆容量［15］。

在认知科学成果的基础上，美国外科医师协会、教育部将相对较新的关于学习方法见解的几个方面整合到住院医师培训中。特别是，协会认识到认知负荷理论明确表达的工作记忆容量是有限的，并建议外科培训的教育材料是旨在减轻学习中的认知负荷［2，16］。

另一个在外科教学中的重要概念是刻意训练在专业技能获得上的作用。人们常常有这样的观点，导致这些专业技能的特性是与生俱来的，遗传获得的。在美术界、体育界、音乐界以及科学界的杰出人物们必须感觉有天才或本能来解释他们的优秀表现［17］。人们相信由于专业表现从本质上有别于普通表现，专家们必须是从本质上区别于我们一般人。

这一观点近来受到了质疑，一个有关于个人如何取得专业表现的新观点得到了发展。更多的近期观点表明专业表现能够通过学习和适应来取得。在真正意义上，更好的表现是通过扩展的刻意训练(deliberate practice)取得的。这里只有有限的作用和与生俱来的特质(遗传的)及“天生才能”有关。在某种意义上，几乎每一个人都有在特定的领域有高水平的表现的潜能，只要他们能参加高度集中的一贯的长期训练［18］。

刻意训练是由爱立信公司规定的有一个提升表现(improve performance)的明确目标的高度结构化活动。刻意训练需要付出努力，这本身不是一个享受的过程，但是，刻意训练是可以提升表现的［18］。

刻意训练获得的专业表现不是短暂的、简单的。它必须通过一个至少持续10年时间的训练，是一个每天持续有限时间努力的行动。为了得到最大化的提升，个人必须限定他每天或每周能够完全坚持的一个数量练习。

不管是在音乐、科学、体育、国际象棋或者艺术领域，专业表现的取得需要持续很长一段时间(音乐家需要大约10年或10 000小时)，包括刻意训练、动力(motivation)、训练之后足够的恢复时间［18］。

换句话说，现在人们普遍认为，精英的表现是包含10年甚至更长时间在一定领域内通过优化配置的刻意训练付出的最大限度努力取得的。刻意训练的目标(动机)是用来区别专业和非专业人员的标准。专家很审慎安排他的刻意训练并限定他的持续时间来避免自身耗竭。还有一个区别是更多更好的知识，这些知识随着时间和努力积累。有意义的是，科学家和作家们典型地选择早晨作为他们努力的时间，而运动员大多在下午进行最艰苦的锻炼［18］。

一个关于上述情况深思熟虑的回顾表明我们怎样学和发展能在外科训练方面有一个深厚长远的影响。例如，过低评估学习外科的基本技能练习量是非常不明智的。利用计算机模拟的刻意训练和热身只涉及我们所应用的皮毛［18］。

减轻教学方法和教学材料的认知负荷在学习经历中将有积极的作用。减少这种负载有利于促进信息和知识从工作记忆转变到长期记忆。

乍看起来，在早期学习过程中实践学习技能很好玩。之后，我们学习需要付出努力，这过程并不愉快，但最终，我们能够从实践中学习。练习、思考和不断地练习，能够磨练技能，并促进知识从工作记忆向长期有效的、可随时使用的长期记忆转变［19］。

记忆需要在首次获得后进行巩固和整合［20］。记忆巩固有2个特定的进程:突触的整合，这发生在最初几个小时的学习中;系统整合，依赖海马体记忆通过数周到数年的时间成为不依赖于海马体的记忆。

为21世纪准备的医生需要做出改变，这将是具有挑战性的，但这是必要可行的。利用在文中所习认知科学的知识、概念，可以用来传授、实践和评估。我们如何学习这些新的认识，应该与其他学生和老师分享。

美国医学协会(American Medical Association，AMA)已经加入到介绍我们是如何学习的新见解的医学教育的大胆创新中。在加速转变医学教育的一份声明中，美国医学协会将重点放在:①寻找医学生教育的建立、实施和评估新方法的合作伙伴;②着重于灵活性、个性化和协作学习，达到医生培训提高竞争力和职业化目的;③在医学教育中，通过提高标准化处理的方法来实现病人安全、技能提高、以病人为中心的团队服务。

美国医学协会将在未来5年内完成:①医学教育委员会以及新老合作伙伴组成专家咨询团，运用结构化审查针对医学教育的改变制定标准;②与合适的医学学校和医疗保健体系建立伙伴关系，通过这个整体来发展创新支持新的灵活的成果导向教育。

与此同时，美国也将继续形成毕业后医学教育(graduate medical education，GME):与美国毕业后医学教育评鉴委员会(ACGME)及住院医师委员会密切合作制定GME标准;支持处理GME和人力问题的联邦和州级倡导者［21］。

实践技能的获得可以安全地吸收，而非需要实现古老的格言“看一个、做一个、教一个”。日益复杂的仿真和虚拟现实的工具使学生和练习专业人员安全地提高实践技能，不危及病人。这些工具还将帮助提供无偏见评估，以便在进入下一个新水平以前做出有效的示范和示教。评估促使人学习［22］。

最后必须注意的是，作为一个整体，人类的记忆不是固定不变的，不像书本上打印出来的单词是一成不变的。相反，言语学习是需要反复运用和强化

的［19］。

所有上述强调的观察到的事实是人类的记忆是脆弱的，并且在许多情况下是不可靠的。它受记忆退化和失真的影响。(当实验室或其他不可辨驳的证据驳斥人类记忆时，证人的证词在接二连三的刑事裁决中被推翻。)事实上，我们只是刚刚开始了解我们的意识是如何工作的，这种理解对教学和学习将产生深远的影响［19］。

1 Miller GA.The cognitive revolution:a historical perspective.Trends Cogn Sci，2003，7(3):141 －144.

2 Miller GA.The magic number seven plus or minus two:some limits on our capacity to process information.Psychol Rev，1956，63:81 －97.

3 Atkinson RC，Shiffrin RM.Human memory:A proposed system and its control processes.In:Spence KW，Spence JT，eds.The Psychology of Learning and Motivation.Volume 2.New York:Academic Press，1968，89 －195.

4 Baddeley AD.Working memory.Science，1992，255:556 －559.

5 Baddeley AD，Hitch GJL.Working memory.In:Bower GA，ed.The Psychology of Learning and Motivation:Advances in Research and Theory.New York:Academic Press，1974.47 －89.

6 Sweller J.Visualization and instructional design.In:Proceedings of the International Workshop on Dynamic Visualizations and Learning.(Tübingen，Germany，July 18 － 19，2002)，Tübingen:Knowledge Media Research Center.1501 － 1510:2002.Accessed June 10，2012.http://www.lwm－kmrc.de/workshops/visualization/sweller.pdf.

7 MottaghyFM.Interfering with working memory in humans.Neuroscience，2006，139(1):85 －90.

8 Becker JT，Morris RG.Working memory.Brain Cogn，1999，41(1):1－8.

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10 Ullman MT.Contributions of memory circuits to language:the declarative/procedural model.Cognition，2004，92(1 － 2):231 －270.

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12 Eichenbaum H.The hippocampus and declarative memory:cognition mechanisms and neural codes.Behav Brain Res，2001，127(1 － 2):199－207.

13 Nagao S，Kitazawa H.Role of the cerebellum in the acquisition and consolidation of motor memory.Brain Nerve，2008，60(7):783 －790.

14 Sweller J.Cognitive load during problem solving:effects on learning.Cognit Sci，1988，12:257 －285.

15 Sweller J.Instructional Design in Technical Areas.Melbourne:ACER Press.1999.

16 Using Cognitive Load Theory to Improve Teaching and Learning of Surgery.http://www.facs.org/education/rap/plass0609.html.Accessed 15 June 2012.

17 Galton F Sir.Hereditary Genius:An Inquiry into its Laws and Consequences.London:Julian Friedman Publishers.1869.

18 Ericsson KA，Frampe RT，Tesch－Römer.The role of deliberate practice in the acquisition of expert performance.Pathol Rev，1993，100(3):363－406.

19 Jason H，Westberg J.New understandings from education and brain science:implications for surgical teaching and learning.20th SLS Anniversary Meeting and Endo Expo 2011.Los Angeles，California.September 14，2011.3:00 －4:00pm.

20 Dudai Y.The neurobiology of consolidations，or，how stable is the engram?Annu Rev Psychol，2004，55:51 －86.

21 AMA.Accelerating Change in Medical education.Accessed 7/13/2012.http://www.ama－assn.org/resources/doc/about－ama/accelerating－change－in－medical－education.pdf.

22 Cooke M，Irby DM，Sullivan W，et al.American medical education 100 years after the Flexner Report.N Engl J Med，2008，355(13):1339－1344.