认知 人行为背后的思维与智能

对其他材料的表征也说明了这一现象。同是一个“上”字形，可以是一组不同方向和长短的线条，对它的表征就是对这几条线的关系的表征。在表征的时候，图形在脑中的旋转不是连续不断的，而是从一个点转到另一个点，再转到下一个点，就像数字计算机一样，是分段进行的。卡彭特（P.A.Carpenter）用谢巴德所用的刺激进行实验，同时记录被试的眼动。眼动照相可以显示被试在什么时候注视了刺激的哪个部分。卡彭特的实验发现，被试做判断时的眼动是系列进行的，眼睛注视的是最主要的部分，旋转的角度越大，注视的次数就越多，所用的时间就越长。卡彭特用数字计算机得出了与谢巴德相似的结果，即表象旋转不是连续不断的，而是从一点到另一点分段进行的。

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模拟计算机和数字计算机存储信息是一样的，反应的速度也是一样的。因为用模拟计算机和数字计算机所得的结果是相似的，所以我们不知道心理表征的判断是像模拟计算机一样连续的，还是像数字计算机一样分段进行的。

上面已经说过，画出的图和语言的叙述是不一样的，一是所给的知识不一样，二是恢复的速度不同。我们还可以把这个问题输入到计算机中进行计算，以求得解决。线段可以用数学的方式表示，其长度可以很确切地表示出来。我们可以看出，同一种知识，可以有三种不同的表征方式：计算机的、图形的、语言表述的。要了解这三种方式的异同，我们可以设想一种方式适合于一种材料，另一种方式则适合于另一种材料。

下面再讲一个视觉表象的实验。拜勒（G.W.Baylor）要求被试用视觉表象来表征三维空间的事物。先用语言表述：有一个立方体，每边的长度是3英寸，把两个相对的面涂成黄色，再把和它们相邻的几个面涂成蓝色，然后将这个立方体切成相等的27个小立方体（边长1英寸），问：有多少个小立方体有一个蓝面和一个黄面?在人的心理表征上有些信息是语言表述中没有的。如：哪面涂上色了？涂黄色的是上下两面、前后两面还是两边的面?是顶部涂了蓝色还是前面涂了蓝色？关于这个实验也可以编成一个程序，用计算机来模拟。用一些符号表示立方体的各个面，当人在计算机上编出这样一个符号结构以后，还可以对它进行加工，算出一些小的方块或面的颜色。这个实验还可以继续进行下去，如把这个立方体旋转，切割后看每个部分的颜色。如果计算机有了这个程序以后就能解决这个问题，人是否也能解决这个问题呢?从另一个角度说，如果我们想搞一个关于表征事物的计算机程序，这个程序所保持的知识与人所保持的知识一样，结果能模拟出人的表征活动，那么我们就得出了一个关于人的表征的信息加工理论或模型。

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有人做过关于心理表征与记忆的关系的实验。让被试在两个实验条件下学一些联合对偶的词，如“猫—树”等词对。（1）让被试通过表象在一面墙上看到第一个词，在第二面墙上看到第二个词，如让被试在第一面墙上看到猫，在第二面墙上看到树。(2）把两个词如猫和树的表象在同一面墙上呈现出来。实验发现，第一种条件下比第二种条件下的学习要多一倍的时间。一个可能的解释是这个现象与信息在短时记忆中的保持有关，但还没有足够的证据。

有些人对不可能图形做了一些研究。不可能图形是一个二维的平面图形，人一看到它就想把它解释成三维的事物，但这又是不可能的。欧洲有个画家叫埃舍尔(M.C.Escher)，他画了很多非常复杂的不可能的图形，其中最复杂的一幅是流水图。当顺着水沟方向看时，水流到尽头变成瀑布泻下来，反而又回到了原来的水平(见图5-6)。所有不可能图形都有一个共同的原理：若把图形一部分盖上只看另一部分，则是完全合理的。

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因为图的局部是一个完全可能的东西，而作为一个整体则是不可能的。我们可以得出一个结论：人看图形时，视觉先是一部分一部分进行加工的，然后才看各部分之间产生的关系。

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物理直觉问题

专家解决问题是非常快的，一方面他要得到一些信息，另一方面他能很快从头脑中提取出已有的信息。物理学家也常用物理直觉来解决问题。物理直觉是指物理学家一看到某一物理现象就能解释这种现象。图5-7卷筒的轴上绕着线，把卷筒放在桌子上，由于有摩擦力，卷筒是不动的。如果我们从左边拉轴上绕着的线，那么卷筒是向右边转，还是向左边转？

许多人会认为卷筒应该往右边转，可能还有人认为它原地不动。实际上卷筒应该向左边转。把这个问题提给物理学家，可能他最初也认为应该向右边转。可是仔细想一下以后，他又会认为应该向左转了。他是这样分析的：由于有摩擦力，卷筒与桌面的交点A是不动的，线与轴相交的那一点B是力点，如果把线与轴的交点和整个卷筒与桌面的交点A-B想象成一个杠杆，那么拉的那边就是一个臂。对一个杠杆来说，拉这个点时，它就向拉的这个方向移动，那么在桌面上距离你更近的地方就会有一个新的接触点出现。

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我们可能已经多次看过拉卷筒的实验，每次卷筒都是向左转，但仍然觉得很奇怪。尽管我们没有直接的实验证明，但下面的解释还是可能的：我们认为在拉线时，卷筒是围绕轴在转动的。如果轴心是固定的，那么我们向左拉，卷筒就会向右运动。所以我们分析问题时常常分成两步：第一步只想到卷筒是围绕着轴在转动，第二步是想向哪边运动呢？根据杠杆原理，当轴心固定时，向左拉卷筒，它就会围绕轴心向右转。但是这时我们却忘记了实际情况是卷筒的轴心并未固定。所以物理直觉与对物体的知觉是密切相关的，大多数人的知觉都欺骗了自己，虽然轴心并没有被固定住，可是却觉得它是固定着的。

这种情况使我们想到教育学中有关的问题。我们看到了物体转动的实际情况与人的知觉的关系。我们不妨问一下经常与电缆卷筒打交道的工人，看他们的物理直觉是否和一般人的一样。由这个例子使我们认识到应该如何训练一个人不受物理直觉的影响，而更快地掌握正确的答案。当我们给有经验的物理学家提出上述问题时，他们起初也像普通人一样出现错误，但过几分钟后，当他用物理学的知识对问题进行了分析之后，他就会得出正确的答案了。看来通过学习物理学的知识，可以克服物理直觉所导致的错误。

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再举一个关于力的平衡的例子。图5-8是实验室的一台天平，两边各放一杯水，里面的水一样多。天平是平衡的。这里有一克金子和一克银子。二者重量相同，体积不等，金子小银子大。我们把金子和银子用绳子拴在木棍上，木棍放在天平的上面，使金子和银子都泡在水里，同时又不接触到杯底。问这种情况下天平是否平衡?

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有人认为放金子这边天平会下降；有人认为放银子这边会下降；也有人认为两边仍然是平衡的。他们的解释也会是不同的，由于我们没有物理直觉，因而对别人所做的解释都可能认为是对的。有人说放金子这边下降，原因是金子重，我们会认为他说的对；有人说天平是平衡的，因为金子和银子一样重，我们也会认为他说的对。但是这两种答案都不对。正确的答案应该是放银子的这边重。一般说，刚学完物理的中学生最容易答对。如果我们分析他的口语记录，就会发现他的物理知识使他能够对情境作出正确的分析，得到正确的答案。他首先分析到两个物体放在水里会对天平产生一定的作用力。到底是什么力引起天平的变化呢？他又想到，一个物体放在水里，水就会有一个浮力支撑着这个物体，正像我们游泳或洗澡时受到浮力的作用一样。此外，还有一个反作用力，否则物体就不会在水中静止不动。对于天平来讲，有两个向下的力，它们正好等于浮力的大小。我们知道浮力的大小与物体体积的大小成正比。大的物体排出的水多，受到的浮力就大；反之，浮力就小。因为金子比银子的比重大，它的体积比银子小，排出的水就少，受到的浮力就小。杯子里的水对银块的浮力大于水对金块的浮力，这样，施给天平的反作用力，在银子这边就比金子那边大，因此银子这边就下降。在这个问题的解决中，不只是用的特定的信息：金子比银子比重大；还应用了其他的物理知识：作用力和反作用力相等。在物理直觉中，重要的是在这种问题情境下起主要作用的是哪一个力。作为一个物理学家，他用以解决问题的知识必须包括各方面的知识。只知道比重的一般原理是不够的，还需要有某一方面的特定的知识。

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再举一个关于化学的例子。如图5-9所示：一个盆子里放着水，水里竖着一根点燃的蜡烛。拿一个烧杯，把它扣在蜡烛上，蜡烛就灭了，烧杯里的水面就上升了。

为什么烧杯里的水面上升了？有人做这样的解释：“蜡烛在燃烧时有碳，空气中有氧，这二者的结合就是 $\mathrm { C O } _ { 2 }$ 。一般地讲，空气中有1/5是 $\mathrm { O _ { 2 } , \mathrm { O _ { 2 } } }$ 少了空气就少了，水就升上去了。”这样的解释是不对的，因为 $\mathrm { C O _ { 2 } }$ 也是气体，如果空气中去掉一个分子的 $\mathrm { O _ { 2 } }$ ，也就增添了一个分子的 $\mathrm { C O } _ { 2 }$ ，所以气体的数量并没有变。从19世纪起，化学上就有这样一个规律：不管

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是什么气体，1摩尔的体积都是一样大的。根据这个原理，$\mathrm { O _ { 2 } }$ 被燃烧了，变成 $\mathrm { C O _ { 2 } }$ ，其分子是一样多的，体积也是一样大的。这样，杯子里的水就不应该上升。但事实上杯子里的水却上升了。如果我们多学一点化学就会知道， $\mathrm { C O } _ { 2 }$ 可以溶于水，它进入水里面去了，而没有变成气体。这种解释可能并不十分完全，因为在实验中温度还有变化，也许空气冷了以后水面还会有变化。我们的兴趣不在如何解决这个问题。我们主要强调，无论物理直觉还是化学直觉，都是以广泛细致的物理、化学知识为基础的。如果没有足够的各方面的知识就没有直觉。当我们研究学生如何学习物理、化学或其他学科时，就会知道各种专家的直觉是怎样的，并且可以知道为了解决问题应具有哪些知识，这些知识在内部是如何表征的。

对初学物理的人曾做过两个方面的研究：一是对解决物理问题作出了一个计算机模型；二是分析了在解决物理问题时的口语记录。第一个方面的研究主要是由罗克(G.Noork）进行的，1980年拉金（J.Larkin）等三人合写的一篇文章详细地介绍了这项研究。这个物理模型所解决的物理问题如下：一个梯子从墙根向上斜立着，梯子的顶端与墙之间用一条30英尺长的绳子连着。梯子长50英尺，重100磅，重心在离地面20英尺处，1个150磅的人站在离梯子顶端10英尺的地方（见图5-10），

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