1、基于线索的顿悟问题解决：图式和表征操作的影响1 问题提出问题解决的关键在于形成正确的表征，正如 Simon 所说，正确表征问题就等于完成了问题解决的一半1。前人研究证实，问题解决者的图式运用水平和表征操作能力是影响问题解决的两个重要方面27。图式运用水平的概念基于“每一次理解都需要一个人已有知识参与”的理念8，指问题表征的建立依赖知觉系统对有关问题信息的觉察和过去知识经验对知觉信息的解释的程度，特别是已有的问题样例和理论范畴与当前问题自动化联结的强度。从建构论和系统论的角度看，随着儿童年龄的增长、经验和知识的不断积累，内部认知图式的数量和运用的自动化水平不断提高；但有时一些表面特征相似性也会导
2、致错误的类比和范畴化，这时已有的知识经验就成为问题解决的障碍。另外，表征操作能力也与问题的成功解决有关9。表征操作能力可狭义理解为问题解决者可同时协调操作的表征个数。Case 认为，发展的一个主要变化就是儿童解决问题时执行控制结构(Executive Control Structure)操纵范围的变化，尤其反映在儿童能够思虑和协调的选择的数量上10。在表征技能发展规律上 Fischer 与 Case 有着类似的观点。Fischer 认为，技能的发展有一个等级森严的发展顺序，包括 10 个水平3 个层次，每一层次反映的是儿童对信息进行控制的一般情况11。例如，在表征层次水平，儿童能控制一个单独的
3、表征，即独立他们行为之外的物体、人物、事件等某种单一属性的表征，但他们不能将这些表征中的两个或多个协调起来。在水平 2，两个表征能够协调起来(Fischer 称为为对应)；在水平 3，两个(或多个)对应结合起来就构成了所谓“系统” 。因此，表征操作能力的发展对于问题解决，特别是复杂问题的解决有着重要的意义。表征操作能力的发展有利于多个表征的协调操作，能够促进问题的解决；而图式运用对问题解决的影响是双向的。因此，这两种能力的同时发展对顿悟问题解决的影响方式和结果可能会有异于常规问题。众所周知，顿悟问题正是通过自身多种多样的“表征陷阱”引发解决者的定势思维，使得问题无法得到正确表征。我们利用辛自强
4、提出的关系-表征复杂性模型12将顿悟问题界定为关系复杂性较低而表征复杂性较高的一类问题。低关系复杂性表现在问题中所需操作的单位数量少，可能存在的关系组合有限，使得解决者不自觉地运用已有经验图式去错误地表征问题，一方面，图式本身可以构成定势，另一方面，图式运用水平越高，基于自动化联结的提取速度越快，解决者越容易更快更持久地陷入错误表征；高表征复杂性表现在解决者需要克服多重的知觉定势，因而涉及多个表征的协调操作。从发展的角度看，图式运用水平和表征操作能力是同步增长的，其各自的促进和制约作用会使得不同年龄儿童顿悟问题解决的表现存在一定的年龄差异。基于对这一问题的关注，我们试图在顿悟问题任务中控制线索
5、的类型和数量以构建与图式运用水平和表征操作能力相对应的考察系统，以被试在不同线索下的表现来反映其两种能力发展的程度。因此，可以借助这一框架从两个方面对图式的发展水平进行考察：第一，当线索数量较为单一时，不同年龄被试解决顿悟问题成绩的差异可以反映图式运用的程度。我们的假设是，面对单一线索时，高年级儿童会比低年级儿童将更多的经验图式与线索整合起来形成问题表征。第二，线索的类型存在差异，与经验图式相联系的线索并不能显著提高被试的解决成绩，甚至会起到阻碍作用。表征操作能力则通过线索的数量来考察，我们的假设是，多重线索只有在表征操作能力得到一定发展的情况下才会有利于顿悟问题解决，因此，多重线索对于高年级
6、儿童的易化作用应该显著高于低年级儿童。本研究选取 11-17 岁这一包含表征发展的几个重要时期的年龄段，通过实验设计来考察不同年龄被试在不同线索下解决 T Puzzle 问题的成绩的变化。我们预期：(1)由于图式运用水平的发展，在单一线索下，高年级被试的顿悟问题解决会受到更多经验图式的阻碍。(2)由于表征操作能力发展水平的限制，增大需操作表征数目的线索不利于低年级被试的问题解决；较高的表征操作能力发展水平使得高年级被试在多重线索下有更好的解决成绩(3)与图式相关的线索并不能有效提高儿童解决顿悟问题的效率。2 研究方法2.1 被试来自某省高校附属小学、初中、高中学生共 270 人，其中小学五年级
7、学生 90 人(平均年龄 11.4 岁)，初二学生 90 人(平均年龄 14.5 岁)，高二学生 90 人(平均年龄 17.2 岁)，视力良好，均未接触过 T Puzzle 问题。将被试随机分为 6 组，分别接受 6 种不同的线索。2.2 实验材料2.2.1 T Puzzle 任务简介实验任务采用 T Puzzle(四巧板拼 T 任务)的变形材料作为实验任务。原任务为用图 1 所示的四巧板拼出一个“T”来。T Puzzle 任务材料本身只有 4 块板，符合关系复杂性低的要求，但任务本身又包含“抑制解除理论(constrains-relaxing)”中界定的三种阻碍顿悟问题解决的定势：对象定势(
8、objective constrains)、关系定势(relation constrains)和目标定势(goal constrains)13,14。对象定势是有关材料操作单元本身的性质、用途和表征方式的定势，比如在 T Puzzle 任务中，对象定势表现为人们通常将五边形的板水平或垂直摆放；关系定势是指材料操作单元之间相互结合的关系的定势，在 T Puzzle 任务中，表现为人们为了形成完型而总是试图去填补五边形的凹槽。目标定势是对问题答案的知觉，在此任务中表现为对于所给予的 T 形边框的反馈，这一定势在元认知层面与认知图式相联系。多种定势的存在使得这一问题的解决需要多个表征的协调操作。这个
9、任务有以下优点：图 1 T Puzzle 任务(1)这个任务符合对顿悟问题的各种类型的界定，同时具有一定的难度，通常没有提示的情况下，被试自发解决需要 20 分钟甚至 1 小时以上。这一特点使对其进行时间过程性的考察成为可能；(2)操作简单，方便观察记录；(3)同时，这个任务具有一定的趣味性，被试参与的积极性高，能够主动配合；(4)这个任务在顿悟研究中很少被采用，被试的熟悉性低；(5)属于图形任务，受背景知识和文化差异的影响小，适合不同年龄阶段、不同种族的被试使用。2.2.2 T puzzle 任务的变形，按线索类型分为以下 6 种，如图 2 所示：(1)对象(O 型)线索：每一块板上都写有一
10、个“正”字，五边形板上的“正”字与该板横向或竖直摆放方向呈 45 度角，也就是说，只有将五边形板斜 45 度摆放时，该板上的“正”字才能与其他板上的“正”字方向相一致。这一线索克服了习惯上将五边形板横向或竖直摆放的对象定势。(2)对象+目标反馈(O+F 型)线索：在对象线索的基础上，给被试一张画有与实际可摆出 T 形大小相同的轮廓，要求被试在此轮廓内 T Puzzle。这一类型线索在克服了对象定势的基础上又给予了被试目标反馈。(3)关系(R 型)线索：此任务的错误定势之一存在于操作单元之间关系上，被试为构建完型而总是试图用其他板来填充五边形板的凹槽。针对此类定势，关系型线索就是帮助被试构建新的
11、完型，具体方式就是在正确衔接的两块板上用醒目的颜色勾勒出两个三角形，而这两个三角形很容易构成一个新的完型(矩形)，因而实现主要构架的正确关系联结。图 2 T Puzzle 任务的 6 种不同的线索类型(4)关系+反馈(R+F 型)线索：在关系线索的基础上，给被试一张画有与实际可摆出 T 形大小相同的轮廓，要求被试在此轮廓内 T Puzzle。这一类型线索在克服了关系定势的基础上又给予了被试目标反馈。(5)对象+关系(O+R)线索：同时具备对象线索和关系线索，即克服了对象定势又克服了关系定势，但需要对两个表征进行操作。(6)对象+关系+反馈(O+R+F)线索：同时具备对象线索和关系线索，且给予目
12、标反馈。这些线索在两个维度上有所区别：第一，与认知图式相联系的线索(带有 T 形边框的线索)和有助于打破知觉定势的线索(如 O 或 R 线索)；第二，线索的数量(单一线索和多重线索)。首先，被试在单一线索下(如O 或 R 线索)问题解决成绩的年龄差异与图式运用水平相关，高年级被试的表现可能会受到高图式运用水平的制约；其次，与认知图式相联系的线索(反馈线索)并不能有效提高被试解决问题的效率；最后，线索的数量有助于考察表征操作能力，多重线索(如 O+R 型和 O+R+F 型)的利用需要具备对多个表征进行协调操作的能力，如果被试这一能力尚未发展到一定水平，这种线索只能起到阻碍作用。2.2.3 操作引
13、导程序一套互动呈现软件，采用 Visual Basic6.0 编写。主要用于记录被试基本信息、在不同线索下解决问题的时间。2.3 研究设计采用两因素 36 被试间设计，第一个因素为年龄，分为五年级、初二、高二 3 个水平；第二个因素为线索类型，分为对象(O 型)线索、对象+目标反馈(O+F 型)线索、关系(R 型)线索、关系+反馈(R+F 型)线索、对象+关系(O+R 型)线索和对象+关系+反馈(O+R+F)线索 6 个水平。不同年级内按照线索类型随机分配被试，分别在 6 种不同的线索下完成 T Puzzle的任务。记录的结果指标为被试解决 T Puzzle 问题所用的时间，精确至毫秒(ms)
14、。2.4 研究程序2.4.1 进行一对一测试 被试和主试坐在计算机显示屏两侧，均与屏幕呈 45 度角，被试面前是空白桌面，上面放有四巧板实物，被试可以进行实际操作。主试负责用鼠标控制操作引导程序。2.4.2 显示初始界面，主试在程序上记录被试基本信息，并做纸笔版备份，以便核对。完毕，主试点击鼠标，进入正式程序，页面显示指导语介绍任务。指导语 1：你玩过四巧板的游戏吗？四巧板游戏就是用四块不同形状的板拼出各种图案来。请你用四巧板拼出一个“T”来。2.4.3 被试表示明白任务要求后，主试向被试呈现不同线索的四巧板材料。在被试进行操作之前，提示被试板上具有有利于解决问题的线索。除此以外，不给予任何提
15、示。如果被试没有疑问，点击“next”进入测试。2.4.4 开始测试。被试利用不同线索的材料完成任务，从被试开始操作的那一刻，主试点击开始，程序显示时间进程，直至被试完成，主试点击完成。程序自动记录解决问题的起止时间。2.5 数据收集与处理程序自动生成 result.txt 文件保存结果，采用 Excel2003 进行数据的合并整理。将数据导入 SPSS10.0 进行分析。3 结果与分析实验过程中，所有被试均在规定时间(10 分钟=600000 ms)内完成任务。对不同年龄被试在不同线索下的解决时间进行方差分析，结果如下表：表 3-1 不同年龄被试在不同线索下解决 T Puzzle 任务时间的
16、平均数和标准差 人数 小学五年级 初中二年级 高中二年级 线索类型 N M(ms) SD M(ms) SD M(ms) SD 对象线索(O) 15 233248 129881.20 270965.9 167750.70 492441.90 157198 对象+反馈线索(O+F) 15 143144.20 82241.96 330849.2 163139.10 370660.30 204423.50 关系线索(R) 15 226819.70 165884.60 201642.2 138362.30 331509.30 210750.80 关系+反馈线索(R+F) 15 316734.90 175
17、520.10 182049.4 146556.30 326233.90 167635.60 对象+关系线索(O+R) 15 162596 33673.36 192816.8 81361.75 80176.27 90811.97 对象 +关系+反馈线索(O+R+F) 15 204642.50 128624.90 167941.8 83097.47 146316.50 152051.40 方差分析结果显示，被试年龄的主效应达到了显著水平(F，(2.252)=7.44，p=0.0010.05)，同时，线索类型的主效应也达到了显著(F，(5,252)=10.71，p=0.000.001)。被试年龄和线
18、索类型存在显著的交互作用(F，(10,252)=5.62，p=0.0000.001)。说明被试在此类顿悟问题上的解决时间存在一定的年龄特征，同时年龄和线索类型都对问题解决时间存在显著影响(图 3)。图 3 不同年级儿童在不同线索下的解决时间3.1 被试在不同线索下 T Puzzle 问题解决速度的年龄差异多重比较表明，高二学生的问题解决所需的时间同其他两个年级之间存在显著差异，表现为，高二学生的解决时间显著高于小学五年级(p=0.0000.001)和初中二年级(p=0.0020.05)，说明 17 岁被试相比11 岁和 14 岁被试，在解决 T Puzzle 任务时需要花费更多的时间。简单效应
19、检验表明，在对象线索(p=0.0000.001)、对象+反馈线索(p=0.0000.001)和关系+反馈线索(p=0.0210.05)下，不同年龄被试的解决时间存在显著差异。进一步的 One-Way ANOVA 结果表明，在对象线索下，高三年级学生的解决时间显著高于其他两个年级(p=0.0000.001，p=0.000.001)，在对象+反馈线索下，小学五年级学生的解决时间显著低于高二和初二两个年级的学生(p=0.0020.005，p=0.0000.001)，在关系+反馈线索下，初二学生的解决时间显著低于高二和小学五年级学生(p=0.0300.05，p=0.0200.05)。由结果可以看出，不
20、同年龄被试在不同表征线索下解决顿悟问题速率变化规律是不同的。首先，在顿悟问题解决速度上，小学五年级和初中二年级的被试表现总体要好于高中二年级。其次，被试在对象线索下和对象+反馈线索下的解决问题速度呈现相同的模式，即随年龄的升高，解决问题的速度反而逐渐减慢；关系+反馈线索下，从五年级到初二，被试的解决速度显著提高，到高二速度又有所下降，成绩表现上与五年级时基本一致。再次，相对于单一目标线索，关系线索更有利于顿悟问题的解决；线索的联合作用并不一定对顿悟问题解决速度有促进作用，被试在有目标反馈的线索下的成绩均未显著超过与之相对应的不包含目标反馈的线索。最后，高二被试在有效线索(O+R)下的解决速度明显优于其他年龄的被试。3.2 图式运用水平和表征操作能力发展对不同年龄儿童顿悟问题解决的影响对五年级儿童来说，O+R 和 O+R+F 线索并没有比任何一种单一线索有助于被试问题解决效率的提高。R+F 线索甚至比单一的 R 线索降低了被试的解决效率(p=0.000.05)。这一结果印证了我们的假设，五年级儿童表征操作能力处于相对较低的水平。增大表征操作负荷的线索并不利于其问题的解决。高二年级儿童则表现则正好相反。被试在单一线索下问题解决的效
