一个人沿着国际象棋桌子圈的内侧走动，在每张桌子前扫视两三秒钟，然后才走棋。在外圈，数十名业余棋手坐着思考如何应对，直到他完成一圈。那是1909年，这个人是古巴的何塞·劳尔·卡帕布兰卡，结果是一场完胜：28 场比赛全部获胜。这次表演是卡帕布兰卡连续赢得 168 场比赛的巡回赛的一部分。
他是如何如此出色、如此迅速地进行比赛的？在这样的限制下，他能提前计算多远？据说卡帕布兰卡回答说：“我只看到一步棋，但它总是正确的一步。”
因此，他用简洁的话语概括了一个世纪以来心理学研究确立的结论：国际象棋大师相对于新手的优势，很大程度上源于最初几秒钟的思考。这种快速的、知识引导的感知，有时被称为统觉，也可以在其他领域的专家身上看到。正如大师可以回忆起他下过的棋局中的所有步骤一样，一位造诣很深的音乐家也常常可以重构只听过一次的奏鸣曲的乐谱。正如国际象棋大师常常在瞬间找到最佳走法一样，一位经验丰富的医生有时可以在看到病人的瞬间做出准确的诊断。
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但是这些不同学科的专家是如何获得他们非凡的技能的呢？有多少功劳可以归于天生的天赋，又有多少功劳可以归于强化训练？心理学家们一直在对国际象棋大师的研究中寻找答案。一个世纪以来此类研究的收集结果，催生了解释大脑如何组织和检索信息的新理论。更重要的是，这项研究可能对教育工作者具有重要的启示。也许国际象棋棋手用来磨练技能的相同技术可以应用于课堂教学，以教授阅读、写作和算术。
认知科学的果蝇
人类专业知识的历史始于狩猎，这是一项对我们早期祖先的生存至关重要的技能。成熟的猎人不仅知道狮子去过哪里；他还可以推断出狮子将要去哪里。重复研究表明，跟踪技能从童年时期开始提高，呈“线性关系上升，一直到 30 多岁中期达到顶峰”，加州州立大学富勒顿分校的人类学家约翰·博克说。训练一位脑外科医生需要的时间更少。
大量的心理学证据表明，专家是后天培养的，而不是天生的。
如果技能上没有明显超越新手的巨大优势，就不可能存在真正的专家，只有拥有令人印象深刻的资历的普通人。唉，这种情况太常见了。过去二十年的严格研究表明，专业选股者投资的成功率并不比业余爱好者高，著名的品酒师区分葡萄酒的能力也并不比乡巴佬好多少，而且拥有高级证书的精神治疗师对患者的帮助并不比学位较低的同事多。即使专业知识无疑存在——比如在教学或企业管理方面——也往往难以衡量，更不用说解释了。
然而，国际象棋的技能是可以衡量的，可以分解成各个组成部分，可以进行实验室实验，并且很容易在其自然环境——锦标赛大厅中观察到。正是由于这些原因，国际象棋已成为思考理论的最大单一试验场——正如它被称为“认知科学的果蝇”。
国际象棋技能的衡量已经比任何其他游戏、运动或竞技活动的类似尝试走得更远。统计公式衡量一位棋手最近的成绩，而不是较早的成绩，并根据对手的实力对成功进行折扣。结果是评级，可以非常可靠地预测比赛结果。如果棋手 A 的评级比棋手 B 高 200 分，那么 A 平均将有 75% 的时间击败 B。无论棋手是排名靠前还是仅仅是普通棋手，这种预测都成立。评级为 2812 的俄罗斯特级大师加里·卡斯帕罗夫将有 75% 的时间赢得对阵评级为 2616 的荷兰排名第 100 位的特级大师扬·蒂曼的比赛。同样，评级为 1200（约中位数）的美国锦标赛棋手将有 75% 的时间赢得对阵评级为 1000（约第 40 个百分位数）的人。评级允许心理学家通过绩效而不是声誉来评估专业知识，并跟踪给定棋手在其职业生涯中技能的变化。
认知科学家选择国际象棋作为他们的模型——而不是台球或桥牌——的另一个原因是，正如德国诗人约翰·沃尔夫冈·冯·歌德所说，国际象棋作为“智力的试金石”的声誉。长期以来，国际象棋大师的壮举一直被归因于近乎神奇的心理能力。这种魔力在所谓的盲棋比赛中最为耀眼，在盲棋比赛中，棋手不允许看棋盘。1894 年，法国心理学家阿尔弗雷德·比奈，第一项智力测验的共同发明者，请国际象棋大师描述他们是如何下盲棋的。他最初的假设是，他们获得了棋盘的近乎照片般的图像，但他很快得出结论，可视化要抽象得多。大师们不会看到骑士的鬃毛或制作它的木头的纹理，而只会调出关于棋子在棋局中相对于其他元素的位置的一般知识。这与通勤者对地铁线路站点的隐含知识是相同的。
盲棋大师用手头棋局的细节以及对过去棋局的显着方面的回忆来补充这种知识。假设他不知何故忘记了兵的精确位置。他可以找到它，就像那样，通过考虑开局的刻板策略——游戏的一个经过充分研究的阶段，选项相对有限。或者他可以记住他早期走法之一背后的逻辑——例如，通过推理：“我不可能在两步棋前吃掉他的象；因此，那个兵一定挡住了路……”他不必始终记住每一个细节，因为他可以通过利用组织良好的连接系统随时重建任何特定细节。
当然，如果拥有如此复杂结构的知识不仅解释了盲棋的成功，而且还解释了国际象棋大师的其他能力，如计算和计划，那么国际象棋的专业知识将不是那么依赖于天生的能力，而是依赖于专门的训练。荷兰心理学家阿德里安·德·格鲁特本人是一位国际象棋大师，他在 1938 年证实了这一观点，当时他利用在荷兰举行的盛大国际锦标赛的机会，将普通棋手和强棋手与世界领先的特级大师进行了比较。他这样做的一种方法是要求棋手描述他们在检查从锦标赛棋局中提取的位置时的想法。他发现，虽然专家——仅次于大师的级别——确实比非常弱的棋手分析的可能性要多得多，但随着棋艺水平上升到大师和特级大师级别，分析的增加却很少。更好的棋手并没有检查更多的可能性，只是检查了更好的可能性——正如卡帕布兰卡所声称的那样。
最近的研究表明，德·格鲁特的发现部分反映了他选择的测试位置的性质。一个需要进行广泛、准确计算的位置将允许特级大师展示他们的实力，就像那样，然后他们将比业余爱好者所能希望的更深入地搜索可能走法的分支树。因此，经验丰富的物理学家有时可能会比物理专业的学生检查更多的可能性。然而，在这两种情况下，专家都不是那么依赖于内在的更强的分析能力，而是依赖于结构化知识的存储。当遇到困难的位置时，较弱的棋手可能会计算半个小时，通常会提前看很多步，但会错过正确的延续，而特级大师会立即看到这一步，而根本没有有意识地分析任何东西。
德·格鲁特还让他的受试者检查一个位置有限的时间，然后尝试从记忆中重建它。在这项任务中的表现从新手到特级大师一路跟踪着棋艺水平。即使在检查了 30 秒后，初学者也无法回忆起位置的太多细节，而特级大师通常可以完美地回忆起来，即使他们只浏览了几秒钟。这种差异跟踪了一种特殊的记忆形式，特定于游戏中常见的国际象棋位置类型。这种特定的记忆一定是训练的结果，因为特级大师在一般的记忆力测试中并不比其他人做得更好。
在桥牌玩家（他们可以记住许多游戏中打出的牌）、计算机程序员（他们可以重建大量的计算机代码）和音乐家（他们可以回忆起长段的音乐片段）中也证明了类似的结果。事实上，对特定领域主题的这种记忆是衡量专业知识存在与否的标准测试。
一位最初的弱棋手（仅以首字母 D.H. 识别）的罕见案例研究支持了专家更多地依赖结构化知识而不是分析的结论，这位棋手在九年多的时间里崛起，到 1987 年成为加拿大领先的大师之一。佛罗里达州立大学心理学教授尼尔·查内斯表明，尽管棋手的实力有所提高，但他分析国际象棋位置的程度并没有比以前更高，而是依赖于对国际象棋位置和相关策略的极大改进的知识。
组块理论
在 20 世纪 60 年代，卡内基梅隆大学的赫伯特·A·西蒙和威廉·蔡斯试图通过研究专家记忆的局限性来更好地理解专家记忆。他们从德·格鲁特未完成的工作开始，要求各种实力的棋手重建人为设计的国际象棋位置——也就是说，棋子是随机放置在棋盘上的——而不是作为大师比赛的结果达到的位置。在随机位置中，棋艺水平与棋手回忆准确性之间的相关性远弱于真实位置。
因此，国际象棋记忆被证明比看起来还要具体，它不仅针对游戏本身，而且还针对典型的国际象棋位置进行了调整。这些实验证实了早期的研究，这些研究令人信服地证明了在一个领域的能力往往不会转移到另一个领域。美国心理学家爱德华·桑代克在一个多世纪前首次注意到这种缺乏转移的现象，当时他表明，例如，学习拉丁语并不能提高英语的运用能力，而几何证明并不能教会在日常生活中使用逻辑。
西蒙用一种基于称为组块的有意义模式的模型来解释大师在重建人为国际象棋位置方面的相对弱点。他援引这个概念来解释国际象棋大师如何处理大量存储的信息，这项任务似乎会给工作记忆带来压力。普林斯顿大学的心理学家乔治·米勒在他 1956 年发表的题为“神奇数字七，加减二”的论文中，著名地估计了工作记忆——大脑的草稿纸——的极限。米勒表明，人们一次只能考虑五到九个项目。西蒙认为，通过将信息层次结构打包成组块，国际象棋大师可以绕过这个限制，因为通过使用这种方法，他们可以访问五到九个组块，而不是相同数量的较小细节。
以句子“玛丽有只小羊羔”为例。这个句子中的信息组块数量取决于一个人对这首诗和英语语言的了解程度。对于大多数以英语为母语的人来说，这个句子是更大的组块——熟悉的诗——的一部分。对于懂英语但不了解这首诗的人来说，这个句子是一个单独的、自成一体的组块。对于那些记住单词但不了解其含义的人来说，这个句子是五个组块，而对于那些知道字母但不认识单词的人来说，这个句子是 18 个组块。
在国际象棋的背景下，新手和特级大师之间也可以看到相同的差异。对于初学者来说，棋盘上有 20 个棋子的位置可能包含远远超过 20 个信息组块，因为棋子可以放置在如此多的配置中。然而，特级大师可能会将位置的一部分视为“城堡王翼中的意大利式主教”，以及“被封锁的国王印度式兵链”，从而将整个位置塞进大约五六个组块中。通过测量将新组块提交到记忆所需的时间，以及棋手在达到特级大师实力之前必须学习国际象棋的小时数，西蒙估计，典型的特级大师可以访问大约 50,000 到 100,000 个国际象棋信息组块。特级大师只需看一眼国际象棋位置，就可以从记忆中检索出任何这些组块，就像大多数以英语为母语的人在只听到前几个词后就可以背诵诗歌“玛丽有只小羊羔”一样。
即便如此，组块理论也存在困难。它无法完全解释记忆的某些方面，例如专家在分心时执行其壮举的能力（这是记忆研究中常用的策略）。佛罗里达州立大学的 K. 安德斯·埃里克森和查内斯认为，一定有其他机制使专家能够像使用草稿纸一样使用长期记忆。埃里克森说：“仅仅证明高技能棋手几乎可以在盲棋条件下发挥他们正常的实力，组块理论几乎不可能解释，因为你必须知道位置，然后你必须在你的记忆中探索它。” 这种操作涉及更改存储的组块，至少在某些方面是这样，这项任务可以比作倒背“玛丽有只小羊羔”。这是可以做到的，但不容易，当然也不是没有许多错误开始和错误。然而，快速且在盲棋条件下进行的特级大师比赛往往质量出奇地高。
埃里克森还引用了对医生的研究，这些研究清楚地表明，医生将信息放入长期记忆中，然后又以使他们能够做出诊断的方式取出信息。不过，埃里克森最朴实的例子来自阅读。在 1995 年的一项研究中，他和科罗拉多大学的沃尔特·金奇发现，打断高水平的读者几乎没有减慢他们重新进入文本的速度；最后，他们只损失了几秒钟。研究人员通过求助于他们称之为长期工作记忆的结构来解释这些发现，这是一个几乎是矛盾的说法，因为它将长期记忆分配给一直被定义为与之不兼容的一件事：思考。但 2001 年在德国康斯坦茨大学进行的大脑成像研究为该理论提供了支持，表明国际象棋专家比新手更多地激活长期记忆。
伦敦布鲁内尔大学的费尔南德·戈贝特支持一种竞争理论，该理论是在 20 世纪 90 年代后期与西蒙共同提出的。它通过调用由大约十几个国际象棋棋子组成的高度特征化且非常大的模式来扩展组块的概念。他们称之为模板，它将有许多插槽，大师可以在其中插入诸如兵或象之类的变量。例如，可能会存在一个模板，用于“尼姆佐印度防御的孤兵后翼位置”的概念，大师可以通过将其重新归类为相同的位置“减去黑格象”来更改插槽。再次借用诗歌的类比，这有点像通过在某些插槽中替换押韵的等价物来记住“玛丽有只小羊羔”的即兴重复，例如用“拉里”代替“玛丽”，用“游泳池”代替“学校”等等。任何知道原始模板的人都应该能够立即在记忆中固定更改后的模板。
神童的涌现
所有专业知识理论家都同意的一点是，在大脑中构建这些结构需要付出巨大的努力。西蒙提出了他自己的心理学定律，即 10 年规则，该规则指出，掌握任何领域大约需要十年辛勤的劳动。即使是像数学领域的高斯、音乐领域的莫扎特和国际象棋领域的鲍比·菲舍尔这样的神童，也一定付出了同等的努力，可能是通过比其他人更早开始并更努力地工作。
根据这种观点，近年来国际象棋神童的激增仅仅反映了基于计算机的训练方法的出现，这些方法让孩子们可以学习比他们的前辈通常能够管理的更多的国际象棋大师比赛，并更频繁地与大师级水平的程序对弈。菲舍尔在 1958 年 15 岁时获得特级大师头衔时引起了轰动；今天的纪录保持者，乌克兰的谢尔盖·卡尔亚金，在 12 岁零 7 个月时获得了这一头衔。
埃里克森认为，重要的不是经验本身，而是“努力学习”，这需要不断应对超出自己能力范围的挑战。这就是为什么爱好者可能会花费数万小时下国际象棋、打高尔夫球或演奏乐器，但始终无法超越业余水平，以及为什么受过适当训练的学生可以在相对较短的时间内超越他们。有趣的是，花在下国际象棋上的时间，即使是在锦标赛中，似乎对棋手的进步贡献不如这种学习；这些比赛的主要训练价值是指出未来学习的弱点。
即使是新手，起初也会进行努力学习，这就是为什么初学者在打高尔夫球或开车时常常进步如此迅速的原因。但是，在达到可接受的性能——例如，跟上自己的高尔夫球友或通过驾驶考试——之后，大多数人都会放松下来。然后他们的表现变得自动化，因此无法进一步提高。相比之下，正在接受培训的专家始终保持大脑的盒子盖打开，以便他们可以检查、批评和扩充其内容，从而达到其领域领导者设定的标准。
与此同时，表示专业知识的标准变得越来越具有挑战性。高中赛跑运动员可以跑完四分钟一英里；音乐学院的学生演奏的曲目曾经只有大师才能尝试。然而，再次是国际象棋，它提供了最有说服力的跨时间比较。约翰·纳恩是一位英国数学家，同时也是一位特级大师，他最近使用计算机来帮助他比较在两次国际锦标赛（一次在 1911 年举行，另一次在 1993 年举行）的所有比赛中犯下的错误。现代棋手下得更加准确。纳恩随后检查了 1911 年一位在中间排名棋手的所有比赛，并得出结论，他今天的评级不会超过 2100 分，比特级大师水平低数百点——“而且那还是在状态良好且顺风顺水的情况下”。最好的老牌大师们要强大得多，但仍然远低于今天的领导者水平。
再说一遍，卡帕布兰卡和他的同代人既没有计算机也没有游戏数据库。他们必须自己解决问题，就像巴赫、莫扎特和贝多芬一样，如果他们在技巧上落后于今天的宗师，那么他们在创造力方面就超越了他们。牛顿和新晋物理学博士之间也可以进行同样的比较。
此时，许多怀疑论者最终会失去耐心。他们肯定会说，通往卡内基音乐厅的道路不仅仅是练习、练习、再练习。然而，这种对天生才能重要性的信念，在专家及其培训师中也许最为强烈，却奇怪地缺乏确凿的证据来证实它。2002 年，戈贝特对英国国际象棋棋手（从业余爱好者到特级大师）进行了一项研究，发现他们的棋艺水平与他们的视觉空间能力（通过形状记忆测试衡量）之间根本没有联系。其他研究人员发现，专业让分师预测赛马结果的能力与他们的数学能力根本不相关。
虽然目前还没有人能够预测谁将成为任何领域的伟大专家，但一项引人注目的实验表明，有可能有意识地培养一位专家。匈牙利教育家拉斯洛·波尔加在家教育他的三个女儿学习国际象棋，每天布置多达六个小时的作业，培养出一位国际大师和两位特级大师——历史上最强大的国际象棋姐妹。最小的波尔加，30 岁的朱迪特，现在世界排名第 14 位。
波尔加实验证明了两件事：特级大师是可以培养的，女性也可以成为特级大师。拉斯洛·波尔加出版了一本关于国际象棋教育的书后，国际象棋神童的出现次数倍增，这并非巧合。在莫扎特的父亲在两个世纪前做了同样的事情之后，音乐神童的数量也经历了类似的增长。
因此，在专业知识的发展中，动机似乎比天生的能力更重要。在音乐、国际象棋和体育运动——所有专业知识都由竞技表现而不是学术资格定义的领域——专业化在越来越年轻的年龄出现，这并非偶然，这要归功于越来越敬业的父母甚至大家庭的帮助。
此外，成功建立在成功的基础上，因为每一次成就都可以加强孩子的动力。1999 年对来自几个国家的职业足球运动员进行的一项研究表明，他们比普通人群更有可能出生在一年中的某个时间，这将决定他们以大于平均年龄的年龄进入青少年足球联赛。在他们早年，这些孩子在与队友一起踢足球时，在体型和力量方面将享有巨大的优势。由于体型较大、更灵活的孩子将有更多机会控球，他们将更频繁地进球，他们在比赛中的成功将激励他们变得更好。
体育、音乐和其他领域的教师倾向于认为天赋很重要，并且他们一眼就能看出来。事实上，他们似乎将能力与早熟混淆了。通常无法仅从独奏会上判断出一位年轻的小提琴家的非凡表现是源于天生的能力，还是源于多年的铃木式训练。卡帕布兰卡至今仍被认为是“天生”最伟大的国际象棋棋手，他吹嘘自己从未研究过国际象棋。事实上，他从哥伦比亚大学辍学的部分原因是他在下国际象棋上花费了太多时间。他著名的快速理解力是他所有训练的产物，而不是训练的替代品。
大量的心理学证据表明，专家是后天培养的，而不是天生的。更重要的是，将孩子快速培养成专家（在国际象棋、音乐和许多其他学科中）的已证明能力，给学校提出了明确的挑战。教育工作者能否找到鼓励学生进行努力学习的方法，以提高他们的阅读和数学技能？哈佛大学的经济学家小罗兰·G·弗赖尔一直在尝试提供金钱奖励来激励纽约市和达拉斯表现不佳的学校的学生。例如，在纽约市一项正在进行的项目中，教师每三周对学生进行一次测试，并向得分高的学生奖励少量金额——大约 10 美元或 20 美元。早期结果令人鼓舞。与其永远思考“约翰尼为什么不会阅读？”这个问题，教育工作者也许应该问，“世界上有什么是他学不会的呢？”