认知 人行为背后的思维与智能

到的。

专家与新手解决问题的差别可以归纳为以下几个：

第一个差别：专家不注意中间过程，可以很快地解决问题；新手需要很多中间过程，而且要有意识地加以注意。这种差别使专家的口语记录短得多，解决问题的速度也快得多。

第二个差别：新手先明确目的，从尾到头地解决问题；专家或者立即推理，或者搜集信息，从头到尾地解决问题，即是一种再认过程。

第三个差别：专家更多地利用物理直觉，即根据生活经验的表征来解决问题；新手则更多地依赖正规的方程式解决问题。专家解决问题依据的经验中的基本关系是复杂方程式的基础。

近年来，认知心理学中有关思维的研究，主要是在解决物理问题和数学问题方面。下面举一个用内部表征解物理学问题的例子。这是拉金所做的有关解流体力学问题的实验。这一问题的物理学原理很简单，在∪形管子里装上水银，管子两边的直径相等，自然两边的水银在同一水平上。当管子右边灌入14厘米的水，把水银压下一定距离时，左边也随之上升一定距离。告诉学生水银的密度是水的密度的14倍，水银的密度不因加水而改变。问题是：左边比原来升高了多少?这个问题的关键是右边水银降低的距离和左边上升的距离应该相等。成功

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地解决这一问题的学生是利用画图的方法表现了各种关系(见图5-11)。

根据学生们的口语记录分析，他们的推理过程是：假定原有管子两边液体的高度是A和 $A ^ { \prime }$ $A { = } A ^ { \prime }$ 。当灌入水以后右边$A ^ { \prime }$ 下降到 $B ^ { \prime }$ 的水平，由 $B ^ { \prime }$ 画一水平线 $B B ^ { \prime }$ ，这条水平线以上两边的重量应该是相等的，即 $2 \Delta \times 1 4 = 1 4$ ，所以 $\Delta = \frac { 1 } { 2 }$ 厘米。解决这个问题需利用的唯一物理学原理是：两边重量相等，液体平衡，处于静止状态。除了利用这个简单的原理外，他所需要的解题的其他推理过程都要利用画图。比如把下面一部分可以完全忽略，只注意上半部分，即可得出方程。通过图可以看到水下降多少，水银上升多少。拉金根据解题的口语记录分析，认为解题者能否解这个题，不在于他的知识多少，而在于能否用表征把这类关系表示出来。拉金利用正确解题者的解题过程，编写了一个计算机程序，模拟学生解题的思维过程。这个计算机模型是产生式系统，包括三种产生式。

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第一种产生式是物理学产生式，利用物理定理推论这个系统的相互关系。第二种产生式是几何学产生式，从几何学产生式推论，右边下降多少，必然把左边推上去多少。通过这两种产生式可理解计量方面的相互关系，也可理解图上的相互关系。第三种产生式是代数产生式，通过代数产生式可以解代数方程式。解题正确的学生是利用这三种产生式来解决问题的。

拉金还模拟了解题错误的学生的思维过程。把三种产生式的一种或某一产生式的一部分抽掉，产生式系统就不完全了，这样能把学生产生的错误模拟出来。

把物理产生式抽掉，计算机产生的错误跟学生产生的错误差别很大。把几何产生式抽掉，计算机产生的错误和学生的错误一样。可见，做错的学生对物理学的知识是具备的，错误在于不能在内部把图解的相互关系、几何的相互关系表征出来。这个计算机程序告诉我们，可以利用这种方式研究人的内部表征问题。根据解决问题时的内部表征，可利用计算机建立一些模型，模拟人成功地解决问题的方法。同时通过计算机程序某一部分的改变，也可以研究人的错误是怎样造成的。即使不用

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计算机模拟，通过被试的口语记录，也可以研究他们如何解题，错误出在哪里。

对问题的理解

理解问题和解决问题是不同的。

测量人的智力的方法是给被试一些任务，看他完成作业时成功与失败的情况。如果要把智力与知识分离，单独测验智力就得出一些内容广泛、不限于某一专业范围的题目。当然，要设计一个完全脱离过去知识经验的测验题是不可能的。智力并不是一个独立的单元，而是在解决问题过程中表现出来的不同方面的能力，对一个人来说，他在各方面所表现的差异可能是很大的。

我们要研究理解，就可以给一个人许多不同种类的任务，让他来理解，然后测量他理解的程度。例如给被试讲一个故事，测验他对故事的各个部分是否理解了。美国学校里常要求学生进行语法图解。如把“This is a story”这句话进行图解，就是找出主语（this)、谓语(is)、宾语(story)。如果学生能用图解来分析就说明他理解了这个句子。但是，如果不知道astory的意义，只要知道它是名词，仍能进行图解。所以这种测验方法只是对语法理解的测验，而不是对意义理解的测验。

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另一种测验方法是提问题。例如给被试讲“愚公移山”的故事，然后问愚公为什么移山以及其他问题。如果被试对故事的内容、对人物的动机有所理解，他就能回答问题。近年来，有关理解的一些研究，就是通过讲故事、提问题进行的。在美国耶鲁大学和加州大学已经编写出了能够理解故事的计算机程序，它可以回答有关故事的问题。

再一种测验方法是通过动手做，看是否达到了理解。例如买一盒风筝零件，里面有纸、线和竹棍，还有制作说明。要求被试根据制作说明糊风筝，看他是否理解了制作说明。如果他能把风筝糊好，这个风筝能够放得起来，就说明他理解了说明书。能不能根据说明一步一步地去做某种事情，这是人类理解的重要方面。特别是在现代，在科学技术和工业高度发展的社会里，人们的学习不可能都靠模仿父母的行为。美国国防部每年都要花大量的钱去编写武器设备的说明书，因为军事人员是按照说明书来了解操纵、维护和修理武器装备知识的。心理学家做了大量研究，以了解人是如何理解说明书的，怎样才能把说明书编得更易被人看懂。

理解的一个重要指标就是看一个人能否用平常的语言把问题陈述出来，并通过对问题的陈述产生关于问题的内部表征。

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假定被试有解决问题的能力，即具有通用问题解决程序，他就能以通用问题解决程序对内部表征进行加工，最后才可能对问题作出解答。这就是理论上的理解过程。换句话说，我们能不能解决问题，就在于能否在内部产生表征，并用通用问题解决程序对内部表征进行加工（见图5-12）。

在心理学实验中，先给被试提出问题，对实验的要求进行解释、说明，帮助他理解；然后用一些测验检验他是否达到了理解，主要就是看他能否正确地陈述，并在内部建立表征。被试用一定时间进行理解之后，就要去解决问题，在解决问题的过程中又会发现他并未真正理解这个问题，因而出现了与规定不相符合的动作。这时主试就要指出他的错误，他就要设法改正。被试的口语记录开始往往是陈述问题，中间一段是从理解到解题的反复过程。可见理解和解题并不是无关的，而往往是通过解释给理解提供新的信息，使理解更加深入。如此循环往复，使问题更容易得到解决。

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为了模拟解题过程，需将其简化。最简化的过程是第一步达到完全理解，然后进行解题。如果要更完整地表现这一过程的话，就应该在模拟程序里放进理解与解题交互作用的部分。为了确定表征部分有哪些信息，信息以什么形式存在，首先就要确定在解题过程中需要哪些信息，这些信息的形式又是怎样的。为了解决一个问题，就需要确定问题空间有哪些内容。通用问题解决程序就要求具备有关课题的知识。拿解决河内塔问题来说，它就要求那些关于圆盘和棍，以及问题之间关系的知识。如圆盘在棍上，一个圆盘在另一个圆盘上面等。除此之外，通用问题解决程序还要求知道哪些动作符合规则，如每次只能挪动一个圆盘，圆盘之间有大小的关系，不能把大的盖在小的上面。为了使通用问题解决程序能够工作，还要了解有哪些差别存在，如圆盘在一个棍上而不在另一个棍上，一个圆盘挡着另一个圆盘等等。要了解河内塔的解题过程，就要把解题所需的全部信息列出来（如表5-1），并把这些材料存储在计算机的记忆里。

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我们在心理上是以表征的方式来解决河内塔问题的。一个动作(挪动圆盘）的记忆过程也是清楚的。如果在表象上是把A棍上最小的圆盘移到C棍上，这就相当于把A棍上的1抹掉，而在C棍上加上1。可以设计一个测验来检查被试是否已经理解了这个问题。比如问挪走第四个圆盘是不是合法的动作。这个动作是不合法的，因为它在表征中能看到在第四个圆盘上面压着三个圆盘。同样，把第二个圆盘从A挪到C也是不合法的，因为C上面还有一个更小的圆盘。因此，关于解决河内塔问题的基本信息，实际上都以表征的方式存在于记忆里面了。这样就可以编写产生式系统的程序，也可以设计一些测验，看当前状态与目标状态之间的差别有多大。

我们可以用许多方法把河内塔的信息存到计算机的程序中去。同样，一个人理解这些问题时也可以用许多方法把它在记忆中表征出来。如列出河内塔的三根棍的图式，这个图式包含有三个需要填充的空格。在每根棍的图式后面的空格中把在它上面的圆盘填进去，如表5-2所示。开始时所有圆盘都在一根棍上，其他两根棍是空的。这正像我们在记忆中表征这个问题一样，首先有三根棍，棍A上有五个盘，棍B和棍C是空的。因此，我们可以把心理表征看作计算机的图式，用这种方法来实现人工智能的模拟。

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问题同型

另一种解决河内塔问题的表征方式是列出一系列的圆盘，每一个圆盘下面都有一个需要填补的空格，这个空格里的号码告诉我们这个圆盘当前在哪根棍上。在挪动之前，圆盘都在A棍上。这种表征方式的程序编制与原来的编制方式不同。原来的表征方式是把1号盘从A挪到C；现在这种方式要反过来，先找出1号盘，把它的空格上的A字抹掉，把C换上去，表示它挪到C棍上了，如表5-3所示。

可以看到，后一种表征方式更有利于动作，因为它只要求改动一个符号。但这种方法要求抹掉一个符号，然后再加上一个符号，需完成两个步骤。测验一个动作是否合法，前一种方式优于后一种方式。用后一种表征方法，若把1号盘从A棍挪到C棍，看把A改成C是否合法，就要检查其他盘是否都在A上面，看看A上面其他所有的圆盘是否都比它大；如果把它挪到C上，其他圆盘是否都在C上；如果在C上，是大于它还是小于它。从这里我们看到，对同一个问题可以有两种同型的表征方法，这两种表征方法就称为问题同型（problemiso-morphs)。

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表5-2

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从鬼传球的问题上也可以看到同一问题有两种同型的表征方式，一种相当于鬼传球的方法，另一种相当于鬼变球的方法。

所谓鬼传球的问题就是，已知有小、中、大三个鬼，他们分别拿着大、小、中三个球。通过互相传球，最后使大、中、小三个鬼分别拿大、中、小三个球。相互传球的条件是，每次只能传一个球，如果接球的鬼手中已有一球，传出去的球必须大于他手中的球，传球的鬼手中有两个球时，必须把大的传出去。解决这个问题的过程如图5-13所示。

所谓鬼变球的问题是，已知有小、中、大三个鬼，分别拿着大、小、中三个球。每个鬼都能把自己手中的球变大或变小，但每次只能由一个鬼变自己手中的球，且不能变得和另一较大的鬼所拿的球一样大，每次变后出现两个球相等时，必须先变大鬼所拿的球。按照这些规则，尽快让小、中、大鬼手中的球分别变成小、中、大球。这个问题的解决过程如图5-14所示。

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