【芥末翻】是芥末堆全新推出的一檔學術欄目， 由芥末堆海外翻譯社群的小夥伴們助力完成。 我們致力於將全球經典或是前沿的教育理念、教育技術、學習理論、實踐案例等文獻翻譯成中文， 並希望能夠通過引進這類優質教育研究成果， 在全球教育科學的推動下， 讓更好的教育來得更快！
（此篇文章是對原文的完整翻譯， 對1月14日summary進行補充。 原文連結：https://www.nature.com/articles/s41539-016-0003-0）據我們所知， 過去五萬年以來， 人類大腦發育的遺傳基礎並沒有發生根本性的改變。 但是在最近幾個世紀， 人類在認知潛能的作用下， 極大地改變了世界。
人類的學習和資訊處理能力
在心理學教科書中， 往往將學習解釋為由於經驗所產生的心理表徵或行為的長期改變1。 根據四個條件， 學習不僅僅是臨時用到某種資訊， 或是對特定情況的一次性適應， 學習與心理變化有關， 而這些變化又通過行為的變化表現出來。 學習導致的心理和行為變化必須與源於身體內部的變化（如成熟或疾病）區別開來。 學習是人與環境的一種互動， 人在需要適應外界環境時就會開始學習。
從進化角度來看， 生物處在一個需要不斷完成任務（例如， 獲得食物、避免威脅、交配）的世界， 作為個體和物種去存活。 所有類型生物的大腦都具有一項本能， 就是不斷調節而適應環境的需要。 然而， 由於環境是變化的， 大腦必須足夠靈活增強適應能力， 在不同的刺激或在刺激和反應之間建立新的聯繫。 在通常條件下， 一個刺激往往預示著另一個刺激的發生， 因此使得大腦對一個好的或壞的結果產生預期。 在操作性條件反射下， 人的行為會因其產生的後果而發生改變。 人類經常在一定條件下無意識地學習， 對他們所處的環境做出反應並不斷適應它。
但是， 對人類學習產生作用的遠遠不只是條件本身，
從普遍認知視角看人類學習
學習體現在將資訊存儲和處理之後以知識的形式表現。 圖1是關於人類記憶的多存儲模型示意圖， 它對資訊編碼、存儲和提取進行了建模。 人類從視覺、聽覺和其他感覺器官不斷接收大量資訊， 感覺記憶活動是資訊處理的第一步。 在接收到的資訊中， 僅有一部分與引起了關注或對行為有導向作用的資訊輸入到工作記憶， 在認知活動中由它負責暫時維護和處理這些資訊。工作記憶可以控制人的注意力，從而以目標為導向進行有意識的資訊處理。工作記憶為長時記憶把關，我們一般認為後者有無限的容量。在這裡，通過經驗和學習獲得的資訊存儲於不同的形式中，也存儲於多種符號系統中（如語言、文字、數學符號系統、圖畫、樂譜）。
圖1. 與Lennart Schalk博士共同開發的人類資訊處理模型
人類資訊處理的多存儲模式不是單向的，不應將長時記憶視為資訊存儲區或硬碟，認為資訊一旦保存就永遠不變。長時記憶更適合用一個自我組織網路模型來表示，它將語言詞彙、圖像或過程表示為關聯強度不同但相互關聯的節點。工作記憶負責管理來自感覺記憶的新資訊和長時記憶中被啟動的知識之間的互動。一個可能預示著危險的猛烈的突發刺激（例如，巨大的聲響或刺眼的強光）能中斷工作記憶活動。然而在大多數情況下，工作記憶過濾掉不相關的干擾資訊，確保必要的目標不受干擾。工作記憶對輸入的資訊不斷地進行篩選，將其與從長時記憶中獲取的知識相對照，並為滿足實現環境或自身目標的需要做出適當的反應。來自於感覺記憶和長期記憶中不恰當和不合適的資訊會被抑制，而這兩個來源中的恰當和合適的資訊則會得到更新。一個人對目標的追求程度會影響到其對無關資訊的抗干擾程度。在有意識學習的狀態下，工作記憶比走神更能防止不相關資訊的干擾。如果對干擾資訊的抑制較少，計畫外和無意識學習就會成為可能（即附帶學習）。
這些工作記憶活動通過增加新的節點和改變節點間聯繫的強度永久地改變了長時記憶中的知識。圖1列舉了不同類型的知識；其中一些知識與感官輸入的資訊密切相關，而另一些則是符號化的抽象表現。認知心理學認為，學習與知識表達的變化相聯繫，而這會使工作記憶資源得到更好的利用。過程性知識（瞭解為什麼）基於一套生成規則的系統引發一定的行為。
當經驗不斷重複時，一些規則之間的聯繫會被彼此加強，因此僅需要調用最少的甚至不調用工作記憶資源，就可以完成一系列彼此關聯並相互觸發的行為。這個學習過程不僅可以更有效地提取特定的過程性知識，也可以在完全不佔用工作記憶資源的情況下並行處理額外的資訊。
有意義的學習需要構建陳述性知識（瞭解它是什麼），這種知識由符號系統（語言、腳本、數學或視覺-空間表示）來表達。學習對陳述性知識進行重組。例如，將一些無關的知識片段組合成幾個有意義的資訊單元。例如，讓一個人記住一串數位“91119893101990”顯然超出了工作記憶的能力。但如果你發現這裡面包括德國歷史的兩個重要日期：1989年11月9日柏林牆倒塌日，和1990年10月3日兩德合併日，就有可能記住這串數字。這是因為知道這兩個日期的人從他們的長期記憶中檢索到它們，把這14個單個數位分成兩個單元塊，從而釋放掉工作記憶（對資訊進行暫時加工和貯存的容量有限的記憶系統,在許多複雜的認知活動中起重要作用）資源 。記憶大師可以記住長達幾十個數字的一串數，這是因為他們建立了一個非常複雜的知識庫，將大量輸入的資訊分組記憶。
學習也表現在運用概念結構和推理過程對陳述性知識加以擴展。把“動物、生產、牛奶”這三個概念聯繫起來，就構成了奶牛的基本概念。通常情況下，概念有從屬關係中的上級（如如動物）和下級（如牛，袋熊）的順序，這為運用推理生成有意義的知識提供了基礎。如果一個人對袋熊的唯一瞭解就是它是一種動物，那麼他仍然可以推斷出它需要食物和氧氣。由於每個人學習的歷史不同，他們對事物的概念可能有很大的差異。農民或獸醫對奶牛的概念會關聯到比“動物、生產、牛奶”更多的概念，他們會將它與一個更大的動物網路聯繫在一起。在大多數農民的長期記憶中，“牛”可能與“豬”有很強的聯繫；而獸醫應該會特別聯想到其他反芻動物。一個人如何選擇和表達所輸入的資訊，主要決定於他的概念網路，而概念網路也決定了他掌握知識的專業程度。在眾多學術領域中，尤其是在STEM領域（科學、技術、工程、數學），現已證明在專家和新手使用相同詞語時，他們對其含義的表述可能完全不同。這一點在物理學領域，特別是在機械領域已得到明確證實。我們可以將兒童視為普遍的新手；他們的日常概念主要基於事物的屬性特徵，而受過教育的成年人通常考慮的是事物的定義特徵。以“島嶼”這個詞為例，對於年幼的孩子來說，它主要是指一個溫暖的地方，人們可以在那裡度過自己的假期。相比之下，成年人對島嶼的概念是指一片完全被水包圍但不足以被視為大陸的陸地。
對概念的理解從屬性到定義特徵的轉變被稱為“觀念轉換”，以此為目標的學習是學校教育的一項重要挑戰。學生們對一個學科核心概念的理解可以發生根本性的改變（例如，物理學中的重量的概念）。年紀較小的小學生一般會同意一小堆大米有重量，但是他們卻不相信一粒大米有重量。這是因為孩子們往往把“重量”和“重”混為一談，就不奇怪他們為什麼這麼想了。因此，他們一般會相信一粒放在螞蟻背上的大米是有重量的。通過教學，學生通常會理解一個物體的重量可以利用天平來測量出，而不是由個人的感覺來決定。然而，僅認為重量是代表一種物體屬性的概念，仍然與牛頓力學中物體重量是由兩個物體之間的關係來決定的概念不完全一致。後者對於重量的理解需要一個相互關聯的知識網路，包括力、重力和品質的概念等等。
課堂教學的結果是使學生們獲得了所學科目的過程性知識和概念性知識。過程是可以反復出現的，但領先科學中的高等概念，卻往往不那麼直觀。為了更好地學習這種概念，教育學研究已經將認知學習研究的觀點納入進來，並逐漸將其應用於教學實踐。目前已開發和評估了多種教學方法，帶動學生們重組和重新定義他們的知識，從而促進他們對高等概念的理解。這些方法包括自我解釋、對照案例、元認知問題等。此外，認知研究也為“學習物件分類”工具的發展提供了支援。“學習物件分類”方法已廣泛應用于課程開發和教師培訓計畫，對學習目標定位、教學手段和教學評價提供支援。這個方法承認過程性知識和概念性知識的區別，以六個認知過程（如圖1所示）描述如何將知識轉化為可觀察效果。
人類先天的核心知識如何在學術學習中發揮作用
使人類成為最佳學習者的原因遠不止上面所討論的一般記憶功能。與其他生物一樣，人類來到這個世界時並不是頭腦空空一片，而是具有所謂的核心知識（圖1）。這一點可以由對嬰兒進行的優先注視試驗來證實：首先，他們會對一定的刺激或情景習以為常，我們把它看作是第一場景刺激；然後，向嬰兒展示與前面不同的第二場景，如果他或她關注這個刺激的時間超過了關注第一場景的時間時，表明嬰兒可以區分這兩種刺激。這一現象有助於確定嬰兒是否覺察到與物理世界一般原則所違背的情況，比如物體的固態特性，即一個物體不能與另一個物體不能佔據相同的空間。核心知識是通過很少的努力就可以獲得的特殊的學習和行為能力的一類知識，並且因為它，人類才具備了獨特的符號交流和推理能力，尤其語言學習能力。無可爭辯，人類生來就具有語言學習能力，包括對語言的語音、語法和社會方面的意識。
核心知識可以作為獲取文化知識的起點，例如在數位和數學推理領域，這一點已被詳細證實。嬰兒擁有兩個核心系統，最小在6個月大時，嬰兒就具有大致表達數位大小的能力，他們可以通過數量的多少區分數位的大小。同樣大的孩子中，有一些能力突出的孩子甚至可以關注到三組不同數量的物體，這是由他們準確的描述系統所決定的。數學方面能力的差別由兩個方面決定：核心系統和將核心系統連接到外部文化的數位記號系統。阿拉伯數字系統是世界上最常見的數位記號系統，它僅發明了一百多年，直到印度人將數字“0”從阿拉伯國家傳播到歐洲，才使十進位數字字系統才得以發展。基於符號系統的文化轉變是發展學術數學的關鍵。今天的孩子們上了幾年學就可以瞭解人類數百年發展起來的概念。高中數學課程中的內容，如微積分，是在不到三個世紀以前才發展起來的。由於阿拉伯數字系統和羅馬數字系統之間存在差異，兩千年前出生的孩子不可能像今天的孩子們那樣運用相同的數字核心知識進行學習。
人們的核心知識中有一些是與圖形嚮導相關的，它幫助人們識別很多學科都涉及到的幾何圖形。文字的發明是人類文化發展的基石，它使語言以字母或其他符號的形式表現出來。文字是人類在大約五千年前發明的，而人類的基因卻在五萬年以前就出現了。顯然，與口頭語言不同，人類不是先天就適合從事寫作和閱讀活動的。但現在，大多數6歲的孩子在第一年開始識字學習時，通常就不會遇到太大的困難。這是因為，人類擁有很多對掌握讀寫能力有幫助的能力，其中最主要能力的就是語言、聽覺、視覺和繪圖。當最初人類發明文字的時候，這些能力是相對獨立的。現在的學校教孩子們讀和寫，主要就是想幫助其發展綜合能力。
在一些動物身上也發現了人類具有的核心知識，如數位和幾何。但正如我們所知，沒有其他動物發明了數學。只有人類能夠利用核心知識來發展更高的認知，它是文化、技術和文明的先決條件。此外，人類的工作記憶是將以上提到的那些相對獨立的系統整合到一起的前提。工作記憶的潛能並不在出生時就全部發揮出來，而是在童年時代逐漸成熟，並可能會有一些改變，直到青春期時才會全部發揮出來。比方說，2歲以下的兒童就無法恰當地切換目標和記憶符號。
總結一下前面討論的內容，人類具有兩項獨特的學習能力資源。第一項是工作記憶功能，它是一種通用的資源，可以為下一步的活動同步協調多個心理表徵。第二項是人類自古以來就擁有的模組化核心知識，包括對空間、數量、物質世界和社會世界的認知。如果採用適當的學習方法，工作記憶可以將核心知識與語言、數位和其他符號系統聯繫起來，為學術領域的推理和知識獲取提供基礎。這兩項資源都是人類與生俱來的，但同時也是個體存在差異的原因，下文將就此進行探討。
人類的學習潛力並不相同：差異視角
20世紀初，隨著對個體學習潛力預測需求的出現，這個領域的標準化測試開始發展。一個具有法律學學位的法國人Alfred Binet，為了判斷沒有達到學校要求的兒童是否患有精神發育遲緩或行為障礙，設計了一系列問題。當今的智力測試中，仍然可以找到類似的問題。例如，讓兒童重複一些簡單的句子或一串數字，正著念再反著念；解釋一些詞語，比如“房子”或“錢”。當被問到蒼蠅、螞蟻、蝴蝶和跳蚤有哪些相同點時，他們需要從記憶中再現這些圖畫。新成立的德國漢堡大學心理學教授William Stern，制定了第一個智商（IQ）測定公式來量化童年和青春期的智力個體差異：IQ=心理年齡/實際年齡*100，心理年齡是指特定年齡組的平均測試分數。假如一個6歲孩子的測試分數達到了在8歲孩子的平均分數，則他的IQ=133。然而，從青春期開始，心理年齡評分逐漸趨於相近，而實際年齡線性增加，這導致IQ值的結果趨於下降——這顯然與現實不符。
美國的心理學家們在哈佛大學教授Robert Yerkes（後在耶魯大學）的領導下，開展了一項研究，對個人智力測試評分與同年齡組的其他人進行比較。按照慣例，將平均IQ分數定為100，計算出個體的實際得分與該值有多少標準差，這個方法一直沿用至今。第一次世界大戰期間，發明了一些測試方法用於篩選英語水準較低的年輕男性移民，推動了非口頭語言智力測試的發展。在英國，教育心理學家Cyril Burt宣導使用智力測試篩選一部分學生進入高級學術學校。來自倫敦大學學院的Charles Spearman是最早關注口語表達、數位、視覺空間方面等測試專案之間的相關性的研究學者。他發現它們之間存在顯著的相關性，並設計了通用智慧模型（係數g），在後面幾十年的時間裡，在全世界開展多項研究對這一模型進行了驗證。
20世紀初世界各地的科學家設計的高水準的智力2測試對之後的研究產生了深遠的影響。在1923年，傑出的實驗心理學家Edward Boring總結道，“智力是智力測試所要測試的目標。這是一個狹義的定義，但卻是嚴謹地討論測試問題的唯一出發點。智力的內涵更為廣泛，所以希望心理學家可以找到更好的術語來表示它。既然如此，在未來科學研究可以擴展它的定義之前，我們需要記住智力測試所測量的僅僅是可測部分的智力。”。70多年以後，心理學家們在Linda GottFredson於1997年提出的智力定義達成了廣泛的共識：“智力是一種非常普遍的心理能力，包括推理、計畫、解決問題、抽象思維、理解複雜思想、快速學習和從經驗中學習的能力。它既不單純指書本學習這種狹隘的學術技能，也不是應對考試的智慧。進一步說，它是一種更寬、更深的能力，是對我們所處環境的理解——“領會”、“搞懂事情”、“知道做什麼”。從這個定義可以看出智力測試成績與學業上成功的相關性較高，卻與校外成功（如收入或職業狀態）的相關性較低，但它對於後者也很重要。
大量的縱向研究表明，智商在人的整個生命週期中是一個相當穩定的值，這一點在蘇格蘭的Lothian地區的出生佇列實驗中得到了非常可信的證實。這個實驗對1921年和1936年出生的11歲的兩組人進行了智力測試，60多年後再對他們進行了實驗，兩次結果非常接近，相關性r=.70（參考文獻55）。這組資料還顯示出，智力對人生成功的各種因素，包括職業、健康和壽命等具有重大的長期影響。
現已證明，智力測試成績是一種客觀、可靠和有效的指標，可將其用於預測學習效果和生活是否成功。世界各地建立了大量的智力測試資料集，這有助於更好地理解人類認知能力的基本結構。雖然幾乎所有的資料集都可以提取出一個g因素3，但分測試之間有很大差異，這表明除一般認知能力外存在個體差異。我們已經發現，在基於某一種形式（語言、數位或視覺空間）進行測試時，各種形式之間是有相關性的，但需要的是不同的思想活動。另一方面，基於不同形式的測試也有相關性，它們可能發生了類似的心理活動（例如記憶或推理）。在一開始對智力測試進行統計分析時，就明顯地體現出智力的層次結構，即g因素在頂部，特殊因素在下面。儘管如此，智力研究學者們仍然很難就第二級和以下水準的能力分類方法達成一致。1993年，在經歷了幾十年的研究後，John Carroll發表了數百份用於智力結構分析的資料集。他提出一個三層模型，其中g因素在頂層，中間層包括更廣泛的能力，如理解知識、推理、定量知識、讀寫、視覺和聽覺處理等。最底層是八十種更為細微的能力，如空間掃描、口語流暢度和聲音識別等。Carroll的工作被認為是迄今為止在認知能力個體差異結構領域最全面的觀點。至今，科學家們仍在討論g因素的解釋問題。g因素可能是大腦的一個綜合特徵，它使得資訊處理的效率或高或低（自上而下方法）。然而，有些資料集是根據智力模型設計的，根據模型，人腦由大量的單個能力組成，心理活動就是調用這些單個能力的過程（自下而上的方法）。在這種情況下，認為g因素以一定的比例與精細能力配合發揮作用。
個體智力差異的遺傳原因
通過對同卵雙胞胎和異卵雙胞胎的研究，我們知道遺傳差異在很大程度上影響了智商的差異。同卵雙胞胎智力測試成績的相關性接近r=.80，幾乎等於測試的可靠性係數。另一方面，一起長大的同性異卵雙胞胎的智商相關性略高於.50，即普通兄弟姐妹的智商相關性。由於普通兄弟姐妹成長環境的相似度低於異卵雙胞胎的，因此這個結果符合環境因素對智力的影響。遺傳差異的量值是對比了大量同卵雙胞胎和異卵雙胞胎的各自相關性，並對它們進行統計分析而得出的。雖然遺傳因素和智商有很大關係，但不表示我們可以通過一個人的DNA評估他或她的認知能力。儘管我們給人類基因組計畫投入了大量的資金和努力，但在與認知能力表達相關的基因的研究仍沒有取得多大的成功。智力是由大量的基因共同決定的，分佈在整個基因組的每個基因都會發揮一小點作用。此外，這些基因似乎是以非常複雜的方式相互發生作用，並與環境發生作用。
在這個領域，有一個傳播得很廣泛但完全錯誤的觀點，就是將“遺傳原因”與“必然性”混為一談。這是因為人們沒有認識到反應規則的存在，這一概念由德國生物學家Richard Woltereck在1909年提出。反應規則是指某一基因組由於環境的不同而產生不同的外在表現。人類的一些生理特徵（例如眼睛的顏色）的反應規則比較有限，即這類基因的表現很少會受到環境的影響。而另一些生理特徵，如身高，具有較強的遺傳能力和相對寬泛的反應規則。一個人是否能夠達到基因定義的高度，取決於他在兒童和青少年時期的營養狀況。食物充足的富裕國家的平均身高比營養匱乏的貧窮國家的平均身高要高。但在這兩個國家中，人們的身高也不盡相同。富裕國家的遺傳率幾乎接近100%，因為人人都享有足夠的營養。相反，在貧窮國家，一部分人營養充足而達到了他們基因所定義的高度；而另一些人營養不良，就沒有長到基因所定義的高度。對於身高而言，反應規則很寬泛，基因的表現取決於兒童和青少年時期的營養。這也說明了為什麼在過去幾十年中發達國家的人們有逐漸變高的趨勢。
環境對基因的表達有調節作用，因此，與其說“先天vs後天”，不如說“後天之於先天”[nf1] 更為準確。基因和環境之間存在複雜的相互作用，所以智力的遺傳力在人的生命週期中會增加。這個發現非常有意義，並且它在社會中已得到了充分的體現。無論是在工作還是私人生活中都充滿各種各樣的認知活動，成人與兒童相比會更主動地選擇適合他們基因的特殊環境。人們一旦找到了適合自己的位置，就可以通過有意識的學習來提高他們的能力。
在智力測試發展的頭幾十年裡，研究學者對非語言智力有效性的看法比較簡單，開展了所謂的文化無關或文化公平測試，它們基於視覺空間材料，如鏡像、迷宮、幾何圖形組和幾何圖形矩陣，對不同社會等級和文化水準的人進行研究。現在已經證明這個方法是錯誤的，因為到目前，已有大量證據表明學校教育對智力的發展、個體差異的形成和穩定都產生了重要的影響。如果一個人的智力想要達到基因的最大潛力，就必須接受10年左右的制度化教育。
總之，關於雙胞胎和收養的研究表明，50-80%的IQ變化是由遺傳差異引起的。之所以存在這麼大的比例，是因為研究物件的遺傳力，特別是基因的反應規則影響了智力的發育。一般而言，與基因相關的智力測試得分差異越大，表明越多的社會成員獲得了學校教育、醫療和充足的營養。有強有力的證據表明，社會經濟地位較低的家庭的智力遺傳力會下降。例如，處於較低社會經濟狀況（SES）的異卵雙胞胎比較高SES的異卵雙胞胎在智力上更為相互接近，這表明在前面的條件下環境對他們的影響更強。換句話說，由於較低SES家庭所接觸的環境刺激少，與智力發展相關的基因的表達可能會受到阻礙。儘管可能難以想像，但智力的高遺傳力比率的確是社會經濟和教育公平的一項重要指標。此外，一個國家如果可以提供良好的營養、醫療和全員高品質教育，國民的智力可以得到更好地發展， SES和遺傳力之間相互作用的大量分析研究已對這一點實現了證實。雖然美國的研究顯示了SES與遺傳力正相關，但一項來自於西歐和澳大利亞的經濟和社會平等程度的高水準研究卻並非如此。
智力測驗分數背後的認知過程：個體在資訊處理上的差異
在本文的第一部分中，我們對認知過程進行了討論，原則上因為它才使人類能夠發展出當今世界這樣高水準的學術能力。在第二部分中，介紹了智力測試成績已被證明是預測學術和職業成功的有效指標，而智商的差異主要來源於遺傳因素。幾十年來，認知過程和心理測試智力的研究在很大程度上是相互獨立的，但隨著研究的進行，它們越來越趨向於一致。那些研究人類認知不同組成部分的測試揭示了巨大個體差異的存在，這些測試與智力測試密切相關。記憶功能測試與g因素測試有關。感官記憶測試表明，識別簡單刺激所需的時間（察覺時間）與智力呈負相關。關於工作記憶，有大量的研究表明，各類工作記憶功能與智商之間存在著實質性的關係，他們的平均相關係數大於.50（參考文獻72-74）。在這些研究中，工作記憶功能是通過速度任務來衡量的，這些任務要求在有干擾的條件下，主動跟蹤目標的輸入資訊並作出反應。神經效率是智力的一項主要神經特徵 ；在完成智力測試項目以及工作記憶項目時，更聰明的個體表現出較少的大腦活動（通過腦電圖或功能性磁共振成像測量)。在資訊處理效率方面，最小在4個月大的兒童身上已發現了差異。最重要的是，它們可以預測8歲兒童的心理智力。
這些結果清晰地表明，有一部分個體差異可以追溯到一般認知能力的差異。但是，心理測量學研究也表明，除g因素外，個體之間在一個具體的層面上存在差異，其中在數位、語言和空間能力方面的差異較為明顯。面向嬰兒階段開始的縱向研究表明，造成這些差異的原因可以追溯到核心知識的差異。例如，非符號化的數位能力對數學能力有影響；在其他核心知識領域，尤其是在語言方面，也發現了類似的長期影響。
人類具有一般認知和特殊認知能力，在現代社會中，人們的成長會面對非正式的和正式的學習環境，其中學校課程會幫助人們獲得過程性和陳述性知識。人類的基因支援工作記憶功能並為核心知識的應用提供了基礎，因此人類才可以利用環境提供的機會學習。人類可以因此獲取廣泛和深入的知識，並為尚未可知的未來需要做好準備。基於縱向研究的回歸分析揭示了先天知識和智力的不同之處，同時利用兩者來預測學業和職業的成功，比單純使用一種要有效得多。更為重要的是，無論一個人有多聰明，如果想在複雜的領域獲得專業知識，都需要有意識的實踐和投入大量的時間。但是，如果想要在某項能力上達到一定高度，不同智力水準的人所花費的時間是不同的。此外，智力在一些領域個人所能達到的能力水準形成了一個障礙。正如本文第一部分所討論的，對於一些領域，首先是STEM領域，它的主要特點是抽象的概念，需要對概念特徵進行定義，這些特徵可能與一個由其他抽象概念和過程所組成的更廣泛的網路密切相關。只有智力測試成績明顯高於平均水準的人才能勝任這些領域的工作。對於有幸在提供高品質教育的學校學習的個人而言，智力水準、廣泛和深入的知識將起到關鍵作用。在一些高校的入學考試中，比如SAT，也體現出對智力水準的考察，學校會要求學生在新的領域中運用知識。社會為人們提供了統一的知識獲取和認知刺激環境，幫助個人實現他們的智力潛能，但同時也不可避免地造成了智力上的差異。教育不是偉大的等化器，而是造就了人與人之間紮根于基因的差異性。
①學習表現為行為或行為潛能的變化。通過學習，我們的行為會發生某種變化，如從不會游泳到會游泳。當然，有些學習不會在我們的當前行為中立即表現出來，但會影響我們對待事物的態度和價值觀，即改變我們的行為潛能，如宗教信仰；
②學習所引起的行為或行為潛能的變化是相對持久的，如學會游泳後游泳技能將終身不忘。藥物、疾病、疲勞等因素也會引起行為或行為潛能的變化，但這種變化是暫時的，因此不能稱為學習，如運動員使用興奮劑提高成績，學生因疾病降低學習成績等；
③學習是由反復經驗引起的。有時候個體的生理成熟或衰老也會引起行為產生持久改變，如青春期少年的嗓音變化，這是由生理成熟引起的，與經驗無關，所以不能稱為學習。由經驗而產生的學習主要有兩種：一種是正規學習，如有計劃的訓練或練習，學校的學習等；另一種是隨機學習，因偶然的生活經歷而產生，如幼兒被開水燙一次就知道開水不能摸。
廣義的學習是指人與動物在生活過程中憑藉經驗產生的行為或行為潛能的相對持久的變化。次廣義的學習指人類的學習。狹義的學習專指學生的學習。
譯注【2】：智力的定義
智力（Intelligence)是指生物一般性的精神能力。指人認識、理解客觀事物並運用知識、經驗等解決問題的能力，包括記憶、觀察、想像、思考、判斷等。這個能力包括以下幾點：理解、判斷、解決問題，抽象思維，表達意念以及語言和學習的能力。當考慮到動物智力時，“智力”的定義也可以概括為：通過改變自身、改變環境或找到一個新的環境去有效地適應環境的能力。智力也叫智慧，是人們認識客觀事物並運用知識解決實際問題的能力。智力包括多個方面，如觀察力、記憶力、想像力、分析判斷能力、思維能力、應變能力等。智力的高低通常用智力商數來表示，是用以標示智力發展水準。特別需要指出的是智力不指代智慧，兩者意義有一定的差別。
譯注【3】：g因素
1904年斯皮爾曼（C.Spearman）提出了智力結構的“二因素說”，即‘G’因素（一般因素）和‘S’因素（特殊因素）。
按二因論之要義，人類智力內涵，包括著兩種因素：一為普通因素（general factor）簡稱G因素；另一為特殊因素（specific factor），簡稱S因素。按斯皮爾曼的解釋，人的普通能力系得自先天遺傳，主要表現在一般性生活活動上，從而顯示個人能力的高低。 S因素代表的特殊能力，只與少數生活活動有關，是個人在某方面表現的異於別人的能力。一般智力測驗所測量者，就是普通能力。斯皮爾曼的這一理論是最早的智力理論之一，把這一理論放到當時流行的遺傳決定論相比，無疑是對智力落後教育的一種鼓舞，智力落後兒童的一般智力低於正常兒童是絕對的，但是也有些特殊兒童擁有一些特殊的能力，因此對智力落後兒童教育的可能性在理論上給予了支持。但是要指出的是該理論無疑過於簡化和不成熟，因此又無法給智力落後教育帶來更多的方法的改進和原則的探索。
>>聲明
本翻譯僅作瞭解之用，並非用於學術研究或商業決策。芥末堆海外翻譯社群的小夥伴們力求將關鍵理念與思想更廣泛地傳播至中文區域，故部分表達可能與原文有所差異。如需使用，請查證原文。
在認知活動中由它負責暫時維護和處理這些資訊。工作記憶可以控制人的注意力，從而以目標為導向進行有意識的資訊處理。工作記憶為長時記憶把關，我們一般認為後者有無限的容量。在這裡，通過經驗和學習獲得的資訊存儲於不同的形式中，也存儲於多種符號系統中（如語言、文字、數學符號系統、圖畫、樂譜）。圖1. 與Lennart Schalk博士共同開發的人類資訊處理模型
人類資訊處理的多存儲模式不是單向的，不應將長時記憶視為資訊存儲區或硬碟，認為資訊一旦保存就永遠不變。長時記憶更適合用一個自我組織網路模型來表示，它將語言詞彙、圖像或過程表示為關聯強度不同但相互關聯的節點。工作記憶負責管理來自感覺記憶的新資訊和長時記憶中被啟動的知識之間的互動。一個可能預示著危險的猛烈的突發刺激（例如，巨大的聲響或刺眼的強光）能中斷工作記憶活動。然而在大多數情況下，工作記憶過濾掉不相關的干擾資訊，確保必要的目標不受干擾。工作記憶對輸入的資訊不斷地進行篩選，將其與從長時記憶中獲取的知識相對照，並為滿足實現環境或自身目標的需要做出適當的反應。來自於感覺記憶和長期記憶中不恰當和不合適的資訊會被抑制，而這兩個來源中的恰當和合適的資訊則會得到更新。一個人對目標的追求程度會影響到其對無關資訊的抗干擾程度。在有意識學習的狀態下，工作記憶比走神更能防止不相關資訊的干擾。如果對干擾資訊的抑制較少，計畫外和無意識學習就會成為可能（即附帶學習）。
這些工作記憶活動通過增加新的節點和改變節點間聯繫的強度永久地改變了長時記憶中的知識。圖1列舉了不同類型的知識；其中一些知識與感官輸入的資訊密切相關，而另一些則是符號化的抽象表現。認知心理學認為，學習與知識表達的變化相聯繫，而這會使工作記憶資源得到更好的利用。過程性知識（瞭解為什麼）基於一套生成規則的系統引發一定的行為。
當經驗不斷重複時，一些規則之間的聯繫會被彼此加強，因此僅需要調用最少的甚至不調用工作記憶資源，就可以完成一系列彼此關聯並相互觸發的行為。這個學習過程不僅可以更有效地提取特定的過程性知識，也可以在完全不佔用工作記憶資源的情況下並行處理額外的資訊。
有意義的學習需要構建陳述性知識（瞭解它是什麼），這種知識由符號系統（語言、腳本、數學或視覺-空間表示）來表達。學習對陳述性知識進行重組。例如，將一些無關的知識片段組合成幾個有意義的資訊單元。例如，讓一個人記住一串數位“91119893101990”顯然超出了工作記憶的能力。但如果你發現這裡面包括德國歷史的兩個重要日期：1989年11月9日柏林牆倒塌日，和1990年10月3日兩德合併日，就有可能記住這串數字。這是因為知道這兩個日期的人從他們的長期記憶中檢索到它們，把這14個單個數位分成兩個單元塊，從而釋放掉工作記憶（對資訊進行暫時加工和貯存的容量有限的記憶系統,在許多複雜的認知活動中起重要作用）資源 。記憶大師可以記住長達幾十個數字的一串數，這是因為他們建立了一個非常複雜的知識庫，將大量輸入的資訊分組記憶。
學習也表現在運用概念結構和推理過程對陳述性知識加以擴展。把“動物、生產、牛奶”這三個概念聯繫起來，就構成了奶牛的基本概念。通常情況下，概念有從屬關係中的上級（如如動物）和下級（如牛，袋熊）的順序，這為運用推理生成有意義的知識提供了基礎。如果一個人對袋熊的唯一瞭解就是它是一種動物，那麼他仍然可以推斷出它需要食物和氧氣。由於每個人學習的歷史不同，他們對事物的概念可能有很大的差異。農民或獸醫對奶牛的概念會關聯到比“動物、生產、牛奶”更多的概念，他們會將它與一個更大的動物網路聯繫在一起。在大多數農民的長期記憶中，“牛”可能與“豬”有很強的聯繫；而獸醫應該會特別聯想到其他反芻動物。一個人如何選擇和表達所輸入的資訊，主要決定於他的概念網路，而概念網路也決定了他掌握知識的專業程度。在眾多學術領域中，尤其是在STEM領域（科學、技術、工程、數學），現已證明在專家和新手使用相同詞語時，他們對其含義的表述可能完全不同。這一點在物理學領域，特別是在機械領域已得到明確證實。我們可以將兒童視為普遍的新手；他們的日常概念主要基於事物的屬性特徵，而受過教育的成年人通常考慮的是事物的定義特徵。以“島嶼”這個詞為例，對於年幼的孩子來說，它主要是指一個溫暖的地方，人們可以在那裡度過自己的假期。相比之下，成年人對島嶼的概念是指一片完全被水包圍但不足以被視為大陸的陸地。
對概念的理解從屬性到定義特徵的轉變被稱為“觀念轉換”，以此為目標的學習是學校教育的一項重要挑戰。學生們對一個學科核心概念的理解可以發生根本性的改變（例如，物理學中的重量的概念）。年紀較小的小學生一般會同意一小堆大米有重量，但是他們卻不相信一粒大米有重量。這是因為孩子們往往把“重量”和“重”混為一談，就不奇怪他們為什麼這麼想了。因此，他們一般會相信一粒放在螞蟻背上的大米是有重量的。通過教學，學生通常會理解一個物體的重量可以利用天平來測量出，而不是由個人的感覺來決定。然而，僅認為重量是代表一種物體屬性的概念，仍然與牛頓力學中物體重量是由兩個物體之間的關係來決定的概念不完全一致。後者對於重量的理解需要一個相互關聯的知識網路，包括力、重力和品質的概念等等。
課堂教學的結果是使學生們獲得了所學科目的過程性知識和概念性知識。過程是可以反復出現的，但領先科學中的高等概念，卻往往不那麼直觀。為了更好地學習這種概念，教育學研究已經將認知學習研究的觀點納入進來，並逐漸將其應用於教學實踐。目前已開發和評估了多種教學方法，帶動學生們重組和重新定義他們的知識，從而促進他們對高等概念的理解。這些方法包括自我解釋、對照案例、元認知問題等。此外，認知研究也為“學習物件分類”工具的發展提供了支援。“學習物件分類”方法已廣泛應用于課程開發和教師培訓計畫，對學習目標定位、教學手段和教學評價提供支援。這個方法承認過程性知識和概念性知識的區別，以六個認知過程（如圖1所示）描述如何將知識轉化為可觀察效果。
人類先天的核心知識如何在學術學習中發揮作用
使人類成為最佳學習者的原因遠不止上面所討論的一般記憶功能。與其他生物一樣，人類來到這個世界時並不是頭腦空空一片，而是具有所謂的核心知識（圖1）。這一點可以由對嬰兒進行的優先注視試驗來證實：首先，他們會對一定的刺激或情景習以為常，我們把它看作是第一場景刺激；然後，向嬰兒展示與前面不同的第二場景，如果他或她關注這個刺激的時間超過了關注第一場景的時間時，表明嬰兒可以區分這兩種刺激。這一現象有助於確定嬰兒是否覺察到與物理世界一般原則所違背的情況，比如物體的固態特性，即一個物體不能與另一個物體不能佔據相同的空間。核心知識是通過很少的努力就可以獲得的特殊的學習和行為能力的一類知識，並且因為它，人類才具備了獨特的符號交流和推理能力，尤其語言學習能力。無可爭辯，人類生來就具有語言學習能力，包括對語言的語音、語法和社會方面的意識。
核心知識可以作為獲取文化知識的起點，例如在數位和數學推理領域，這一點已被詳細證實。嬰兒擁有兩個核心系統，最小在6個月大時，嬰兒就具有大致表達數位大小的能力，他們可以通過數量的多少區分數位的大小。同樣大的孩子中，有一些能力突出的孩子甚至可以關注到三組不同數量的物體，這是由他們準確的描述系統所決定的。數學方面能力的差別由兩個方面決定：核心系統和將核心系統連接到外部文化的數位記號系統。阿拉伯數字系統是世界上最常見的數位記號系統，它僅發明了一百多年，直到印度人將數字“0”從阿拉伯國家傳播到歐洲，才使十進位數字字系統才得以發展。基於符號系統的文化轉變是發展學術數學的關鍵。今天的孩子們上了幾年學就可以瞭解人類數百年發展起來的概念。高中數學課程中的內容，如微積分，是在不到三個世紀以前才發展起來的。由於阿拉伯數字系統和羅馬數字系統之間存在差異，兩千年前出生的孩子不可能像今天的孩子們那樣運用相同的數字核心知識進行學習。
人們的核心知識中有一些是與圖形嚮導相關的，它幫助人們識別很多學科都涉及到的幾何圖形。文字的發明是人類文化發展的基石，它使語言以字母或其他符號的形式表現出來。文字是人類在大約五千年前發明的，而人類的基因卻在五萬年以前就出現了。顯然，與口頭語言不同，人類不是先天就適合從事寫作和閱讀活動的。但現在，大多數6歲的孩子在第一年開始識字學習時，通常就不會遇到太大的困難。這是因為，人類擁有很多對掌握讀寫能力有幫助的能力，其中最主要能力的就是語言、聽覺、視覺和繪圖。當最初人類發明文字的時候，這些能力是相對獨立的。現在的學校教孩子們讀和寫，主要就是想幫助其發展綜合能力。
在一些動物身上也發現了人類具有的核心知識，如數位和幾何。但正如我們所知，沒有其他動物發明了數學。只有人類能夠利用核心知識來發展更高的認知，它是文化、技術和文明的先決條件。此外，人類的工作記憶是將以上提到的那些相對獨立的系統整合到一起的前提。工作記憶的潛能並不在出生時就全部發揮出來，而是在童年時代逐漸成熟，並可能會有一些改變，直到青春期時才會全部發揮出來。比方說，2歲以下的兒童就無法恰當地切換目標和記憶符號。
總結一下前面討論的內容，人類具有兩項獨特的學習能力資源。第一項是工作記憶功能，它是一種通用的資源，可以為下一步的活動同步協調多個心理表徵。第二項是人類自古以來就擁有的模組化核心知識，包括對空間、數量、物質世界和社會世界的認知。如果採用適當的學習方法，工作記憶可以將核心知識與語言、數位和其他符號系統聯繫起來，為學術領域的推理和知識獲取提供基礎。這兩項資源都是人類與生俱來的，但同時也是個體存在差異的原因，下文將就此進行探討。
人類的學習潛力並不相同：差異視角
20世紀初，隨著對個體學習潛力預測需求的出現，這個領域的標準化測試開始發展。一個具有法律學學位的法國人Alfred Binet，為了判斷沒有達到學校要求的兒童是否患有精神發育遲緩或行為障礙，設計了一系列問題。當今的智力測試中，仍然可以找到類似的問題。例如，讓兒童重複一些簡單的句子或一串數字，正著念再反著念；解釋一些詞語，比如“房子”或“錢”。當被問到蒼蠅、螞蟻、蝴蝶和跳蚤有哪些相同點時，他們需要從記憶中再現這些圖畫。新成立的德國漢堡大學心理學教授William Stern，制定了第一個智商（IQ）測定公式來量化童年和青春期的智力個體差異：IQ=心理年齡/實際年齡*100，心理年齡是指特定年齡組的平均測試分數。假如一個6歲孩子的測試分數達到了在8歲孩子的平均分數，則他的IQ=133。然而，從青春期開始，心理年齡評分逐漸趨於相近，而實際年齡線性增加，這導致IQ值的結果趨於下降——這顯然與現實不符。
美國的心理學家們在哈佛大學教授Robert Yerkes（後在耶魯大學）的領導下，開展了一項研究，對個人智力測試評分與同年齡組的其他人進行比較。按照慣例，將平均IQ分數定為100，計算出個體的實際得分與該值有多少標準差，這個方法一直沿用至今。第一次世界大戰期間，發明了一些測試方法用於篩選英語水準較低的年輕男性移民，推動了非口頭語言智力測試的發展。在英國，教育心理學家Cyril Burt宣導使用智力測試篩選一部分學生進入高級學術學校。來自倫敦大學學院的Charles Spearman是最早關注口語表達、數位、視覺空間方面等測試專案之間的相關性的研究學者。他發現它們之間存在顯著的相關性，並設計了通用智慧模型（係數g），在後面幾十年的時間裡，在全世界開展多項研究對這一模型進行了驗證。
20世紀初世界各地的科學家設計的高水準的智力2測試對之後的研究產生了深遠的影響。在1923年，傑出的實驗心理學家Edward Boring總結道，“智力是智力測試所要測試的目標。這是一個狹義的定義，但卻是嚴謹地討論測試問題的唯一出發點。智力的內涵更為廣泛，所以希望心理學家可以找到更好的術語來表示它。既然如此，在未來科學研究可以擴展它的定義之前，我們需要記住智力測試所測量的僅僅是可測部分的智力。”。70多年以後，心理學家們在Linda GottFredson於1997年提出的智力定義達成了廣泛的共識：“智力是一種非常普遍的心理能力，包括推理、計畫、解決問題、抽象思維、理解複雜思想、快速學習和從經驗中學習的能力。它既不單純指書本學習這種狹隘的學術技能，也不是應對考試的智慧。進一步說，它是一種更寬、更深的能力，是對我們所處環境的理解——“領會”、“搞懂事情”、“知道做什麼”。從這個定義可以看出智力測試成績與學業上成功的相關性較高，卻與校外成功（如收入或職業狀態）的相關性較低，但它對於後者也很重要。
大量的縱向研究表明，智商在人的整個生命週期中是一個相當穩定的值，這一點在蘇格蘭的Lothian地區的出生佇列實驗中得到了非常可信的證實。這個實驗對1921年和1936年出生的11歲的兩組人進行了智力測試，60多年後再對他們進行了實驗，兩次結果非常接近，相關性r=.70（參考文獻55）。這組資料還顯示出，智力對人生成功的各種因素，包括職業、健康和壽命等具有重大的長期影響。
現已證明，智力測試成績是一種客觀、可靠和有效的指標，可將其用於預測學習效果和生活是否成功。世界各地建立了大量的智力測試資料集，這有助於更好地理解人類認知能力的基本結構。雖然幾乎所有的資料集都可以提取出一個g因素3，但分測試之間有很大差異，這表明除一般認知能力外存在個體差異。我們已經發現，在基於某一種形式（語言、數位或視覺空間）進行測試時，各種形式之間是有相關性的，但需要的是不同的思想活動。另一方面，基於不同形式的測試也有相關性，它們可能發生了類似的心理活動（例如記憶或推理）。在一開始對智力測試進行統計分析時，就明顯地體現出智力的層次結構，即g因素在頂部，特殊因素在下面。儘管如此，智力研究學者們仍然很難就第二級和以下水準的能力分類方法達成一致。1993年，在經歷了幾十年的研究後，John Carroll發表了數百份用於智力結構分析的資料集。他提出一個三層模型，其中g因素在頂層，中間層包括更廣泛的能力，如理解知識、推理、定量知識、讀寫、視覺和聽覺處理等。最底層是八十種更為細微的能力，如空間掃描、口語流暢度和聲音識別等。Carroll的工作被認為是迄今為止在認知能力個體差異結構領域最全面的觀點。至今，科學家們仍在討論g因素的解釋問題。g因素可能是大腦的一個綜合特徵，它使得資訊處理的效率或高或低（自上而下方法）。然而，有些資料集是根據智力模型設計的，根據模型，人腦由大量的單個能力組成，心理活動就是調用這些單個能力的過程（自下而上的方法）。在這種情況下，認為g因素以一定的比例與精細能力配合發揮作用。
個體智力差異的遺傳原因
通過對同卵雙胞胎和異卵雙胞胎的研究，我們知道遺傳差異在很大程度上影響了智商的差異。同卵雙胞胎智力測試成績的相關性接近r=.80，幾乎等於測試的可靠性係數。另一方面，一起長大的同性異卵雙胞胎的智商相關性略高於.50，即普通兄弟姐妹的智商相關性。由於普通兄弟姐妹成長環境的相似度低於異卵雙胞胎的，因此這個結果符合環境因素對智力的影響。遺傳差異的量值是對比了大量同卵雙胞胎和異卵雙胞胎的各自相關性，並對它們進行統計分析而得出的。雖然遺傳因素和智商有很大關係，但不表示我們可以通過一個人的DNA評估他或她的認知能力。儘管我們給人類基因組計畫投入了大量的資金和努力，但在與認知能力表達相關的基因的研究仍沒有取得多大的成功。智力是由大量的基因共同決定的，分佈在整個基因組的每個基因都會發揮一小點作用。此外，這些基因似乎是以非常複雜的方式相互發生作用，並與環境發生作用。
在這個領域，有一個傳播得很廣泛但完全錯誤的觀點，就是將“遺傳原因”與“必然性”混為一談。這是因為人們沒有認識到反應規則的存在，這一概念由德國生物學家Richard Woltereck在1909年提出。反應規則是指某一基因組由於環境的不同而產生不同的外在表現。人類的一些生理特徵（例如眼睛的顏色）的反應規則比較有限，即這類基因的表現很少會受到環境的影響。而另一些生理特徵，如身高，具有較強的遺傳能力和相對寬泛的反應規則。一個人是否能夠達到基因定義的高度，取決於他在兒童和青少年時期的營養狀況。食物充足的富裕國家的平均身高比營養匱乏的貧窮國家的平均身高要高。但在這兩個國家中，人們的身高也不盡相同。富裕國家的遺傳率幾乎接近100%，因為人人都享有足夠的營養。相反，在貧窮國家，一部分人營養充足而達到了他們基因所定義的高度；而另一些人營養不良，就沒有長到基因所定義的高度。對於身高而言，反應規則很寬泛，基因的表現取決於兒童和青少年時期的營養。這也說明了為什麼在過去幾十年中發達國家的人們有逐漸變高的趨勢。
環境對基因的表達有調節作用，因此，與其說“先天vs後天”，不如說“後天之於先天”[nf1] 更為準確。基因和環境之間存在複雜的相互作用，所以智力的遺傳力在人的生命週期中會增加。這個發現非常有意義，並且它在社會中已得到了充分的體現。無論是在工作還是私人生活中都充滿各種各樣的認知活動，成人與兒童相比會更主動地選擇適合他們基因的特殊環境。人們一旦找到了適合自己的位置，就可以通過有意識的學習來提高他們的能力。
在智力測試發展的頭幾十年裡，研究學者對非語言智力有效性的看法比較簡單，開展了所謂的文化無關或文化公平測試，它們基於視覺空間材料，如鏡像、迷宮、幾何圖形組和幾何圖形矩陣，對不同社會等級和文化水準的人進行研究。現在已經證明這個方法是錯誤的，因為到目前，已有大量證據表明學校教育對智力的發展、個體差異的形成和穩定都產生了重要的影響。如果一個人的智力想要達到基因的最大潛力，就必須接受10年左右的制度化教育。
總之，關於雙胞胎和收養的研究表明，50-80%的IQ變化是由遺傳差異引起的。之所以存在這麼大的比例，是因為研究物件的遺傳力，特別是基因的反應規則影響了智力的發育。一般而言，與基因相關的智力測試得分差異越大，表明越多的社會成員獲得了學校教育、醫療和充足的營養。有強有力的證據表明，社會經濟地位較低的家庭的智力遺傳力會下降。例如，處於較低社會經濟狀況（SES）的異卵雙胞胎比較高SES的異卵雙胞胎在智力上更為相互接近，這表明在前面的條件下環境對他們的影響更強。換句話說，由於較低SES家庭所接觸的環境刺激少，與智力發展相關的基因的表達可能會受到阻礙。儘管可能難以想像，但智力的高遺傳力比率的確是社會經濟和教育公平的一項重要指標。此外，一個國家如果可以提供良好的營養、醫療和全員高品質教育，國民的智力可以得到更好地發展， SES和遺傳力之間相互作用的大量分析研究已對這一點實現了證實。雖然美國的研究顯示了SES與遺傳力正相關，但一項來自於西歐和澳大利亞的經濟和社會平等程度的高水準研究卻並非如此。
智力測驗分數背後的認知過程：個體在資訊處理上的差異
在本文的第一部分中，我們對認知過程進行了討論，原則上因為它才使人類能夠發展出當今世界這樣高水準的學術能力。在第二部分中，介紹了智力測試成績已被證明是預測學術和職業成功的有效指標，而智商的差異主要來源於遺傳因素。幾十年來，認知過程和心理測試智力的研究在很大程度上是相互獨立的，但隨著研究的進行，它們越來越趨向於一致。那些研究人類認知不同組成部分的測試揭示了巨大個體差異的存在，這些測試與智力測試密切相關。記憶功能測試與g因素測試有關。感官記憶測試表明，識別簡單刺激所需的時間（察覺時間）與智力呈負相關。關於工作記憶，有大量的研究表明，各類工作記憶功能與智商之間存在著實質性的關係，他們的平均相關係數大於.50（參考文獻72-74）。在這些研究中，工作記憶功能是通過速度任務來衡量的，這些任務要求在有干擾的條件下，主動跟蹤目標的輸入資訊並作出反應。神經效率是智力的一項主要神經特徵 ；在完成智力測試項目以及工作記憶項目時，更聰明的個體表現出較少的大腦活動（通過腦電圖或功能性磁共振成像測量)。在資訊處理效率方面，最小在4個月大的兒童身上已發現了差異。最重要的是，它們可以預測8歲兒童的心理智力。
這些結果清晰地表明，有一部分個體差異可以追溯到一般認知能力的差異。但是，心理測量學研究也表明，除g因素外，個體之間在一個具體的層面上存在差異，其中在數位、語言和空間能力方面的差異較為明顯。面向嬰兒階段開始的縱向研究表明，造成這些差異的原因可以追溯到核心知識的差異。例如，非符號化的數位能力對數學能力有影響；在其他核心知識領域，尤其是在語言方面，也發現了類似的長期影響。
人類具有一般認知和特殊認知能力，在現代社會中，人們的成長會面對非正式的和正式的學習環境，其中學校課程會幫助人們獲得過程性和陳述性知識。人類的基因支援工作記憶功能並為核心知識的應用提供了基礎，因此人類才可以利用環境提供的機會學習。人類可以因此獲取廣泛和深入的知識，並為尚未可知的未來需要做好準備。基於縱向研究的回歸分析揭示了先天知識和智力的不同之處，同時利用兩者來預測學業和職業的成功，比單純使用一種要有效得多。更為重要的是，無論一個人有多聰明，如果想在複雜的領域獲得專業知識，都需要有意識的實踐和投入大量的時間。但是，如果想要在某項能力上達到一定高度，不同智力水準的人所花費的時間是不同的。此外，智力在一些領域個人所能達到的能力水準形成了一個障礙。正如本文第一部分所討論的，對於一些領域，首先是STEM領域，它的主要特點是抽象的概念，需要對概念特徵進行定義，這些特徵可能與一個由其他抽象概念和過程所組成的更廣泛的網路密切相關。只有智力測試成績明顯高於平均水準的人才能勝任這些領域的工作。對於有幸在提供高品質教育的學校學習的個人而言，智力水準、廣泛和深入的知識將起到關鍵作用。在一些高校的入學考試中，比如SAT，也體現出對智力水準的考察，學校會要求學生在新的領域中運用知識。社會為人們提供了統一的知識獲取和認知刺激環境，幫助個人實現他們的智力潛能，但同時也不可避免地造成了智力上的差異。教育不是偉大的等化器，而是造就了人與人之間紮根于基因的差異性。
①學習表現為行為或行為潛能的變化。通過學習，我們的行為會發生某種變化，如從不會游泳到會游泳。當然，有些學習不會在我們的當前行為中立即表現出來，但會影響我們對待事物的態度和價值觀，即改變我們的行為潛能，如宗教信仰；
②學習所引起的行為或行為潛能的變化是相對持久的，如學會游泳後游泳技能將終身不忘。藥物、疾病、疲勞等因素也會引起行為或行為潛能的變化，但這種變化是暫時的，因此不能稱為學習，如運動員使用興奮劑提高成績，學生因疾病降低學習成績等；
③學習是由反復經驗引起的。有時候個體的生理成熟或衰老也會引起行為產生持久改變，如青春期少年的嗓音變化，這是由生理成熟引起的，與經驗無關，所以不能稱為學習。由經驗而產生的學習主要有兩種：一種是正規學習，如有計劃的訓練或練習，學校的學習等；另一種是隨機學習，因偶然的生活經歷而產生，如幼兒被開水燙一次就知道開水不能摸。
廣義的學習是指人與動物在生活過程中憑藉經驗產生的行為或行為潛能的相對持久的變化。次廣義的學習指人類的學習。狹義的學習專指學生的學習。
譯注【2】：智力的定義
智力（Intelligence)是指生物一般性的精神能力。指人認識、理解客觀事物並運用知識、經驗等解決問題的能力，包括記憶、觀察、想像、思考、判斷等。這個能力包括以下幾點：理解、判斷、解決問題，抽象思維，表達意念以及語言和學習的能力。當考慮到動物智力時，“智力”的定義也可以概括為：通過改變自身、改變環境或找到一個新的環境去有效地適應環境的能力。智力也叫智慧，是人們認識客觀事物並運用知識解決實際問題的能力。智力包括多個方面，如觀察力、記憶力、想像力、分析判斷能力、思維能力、應變能力等。智力的高低通常用智力商數來表示，是用以標示智力發展水準。特別需要指出的是智力不指代智慧，兩者意義有一定的差別。
譯注【3】：g因素
1904年斯皮爾曼（C.Spearman）提出了智力結構的“二因素說”，即‘G’因素（一般因素）和‘S’因素（特殊因素）。
按二因論之要義，人類智力內涵，包括著兩種因素：一為普通因素（general factor）簡稱G因素；另一為特殊因素（specific factor），簡稱S因素。按斯皮爾曼的解釋，人的普通能力系得自先天遺傳，主要表現在一般性生活活動上，從而顯示個人能力的高低。 S因素代表的特殊能力，只與少數生活活動有關，是個人在某方面表現的異於別人的能力。一般智力測驗所測量者，就是普通能力。斯皮爾曼的這一理論是最早的智力理論之一，把這一理論放到當時流行的遺傳決定論相比，無疑是對智力落後教育的一種鼓舞，智力落後兒童的一般智力低於正常兒童是絕對的，但是也有些特殊兒童擁有一些特殊的能力，因此對智力落後兒童教育的可能性在理論上給予了支持。但是要指出的是該理論無疑過於簡化和不成熟，因此又無法給智力落後教育帶來更多的方法的改進和原則的探索。
>>聲明
本翻譯僅作瞭解之用，並非用於學術研究或商業決策。芥末堆海外翻譯社群的小夥伴們力求將關鍵理念與思想更廣泛地傳播至中文區域，故部分表達可能與原文有所差異。如需使用，請查證原文。