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实验心理学第十章思维第1页，本讲稿共42页1问题解决（2）当一个人埋头思考时，其过程是十分隐蔽的。今天的实验心理学不仅研究问题解决的外部行为，而且还注意内部心理机制的研究。问题的任务是用从0到9的数字分别代替这些字母并要求算式计算正确，作为提示，D=5。第2页，本讲稿共42页2问题解决（3）两个火车站相距100km，某天下午2点，两个火车头相向开出。一个火车的速度为60km/h，另一个火车的速度为40km/h，当火车头开始行走时，一只鸟突然出现在第一个火车头前面而向第二个火车头飞去，当鸟到达第二个火车头时，它又立即以原来的速度向第一个火车头飞去，鸟以80km/h的速度在两个火车头之间来回飞。问：在两火车头相遇时鸟飞了多少公里？第3页，本讲稿共42页3第十章 思维和问题解决思维研究的两种方法思维和问题解决研究中的各种变量问题解决的早期研究问题解决的计算机模拟思维的计算机模拟的局限性推理决策第4页，本讲稿共42页4一、思维研究的两种方法Historically,there have been two primary approaches to the study of problem solving that have different emphases.Both have been very influential on the study of thinking and the study of learning.The two approaches represent a bottom-up(data-driven)analysis and top-down(conceptually driven)analysis analogous to the ways of examining perception.Thorndikes Trial-and-Error LearningInsight in Khlers Chimpanzees第5页，本讲稿共42页5Thorndikes Trial-and-Error Learning(1)Thorndikes Trial-and-Error Learning(1)In some interesting early experiments,Thorndike(1898)studied problem solving in cats.He placed them in specially constructed puzzle boxes with food placed outside.The cats problem was how to escape from the box and obtain the food.In some cases,the appropriate solution was simply clawing down a rope,but sometimes there were as many as three different solutions the cat could use.Thorndike observed the the cats performance on successive trials in the puzzle box and measured the amount of time it took them to escape on each trial.On the first trial,the cat would try a variety of strategies in attempting to escape the box and would strike out in an undirected manner at nearby objects.Eventually,the cat would claw at the rope that released it from the cage.It seemed completely accidental,at lease at first.On successive occasions,though,the cats began to escape from the box more quickly and systematically each time.Nonetheless,the guiding principle that seemed to govern the cats solution attempts was one of trial-and-error learning.第6页，本讲稿共42页6Thorndikes Trial-and-Error Learning(2)In his analysis of trial-and-error learning,Thorndike was particularly concerned with success.It seemed obvious that the success of a correct movement caused it to be impressed or learned.The effect of the movement was to lead to success.These early experiments led to the law of effect and the concept of reinforcement.第7页，本讲稿共42页7Insight in Khlers Chimpanzees(1)Wolfgang Khler,a German psychologist,conducted research on the problem-solving capacities of chimpanzees.Many of the problems he used could not be solved in a simple,direct way,as could Thorndikes puzzle-box problem,in which the cat merely had to claw at a rope.Instead,solutions required a more roundabout approach.Khler discussed his research in a book published in German in 1921 and translated into English as The Mentality of Apes(1927).第8页，本讲稿共42页8Insight in Khlers Chimpanzees(2)In one problem,Khler dangled a banana out of reach of the chimpanzees.It was too far above them for them to reach it,even with the aid of a stick placed within their enclosure.A more indirect solution to the problem was required.Khler describes in detail attempts of the chimps to obtain the banana.Usually,they would first try out various direct strategies of obtaining it,like reaching and poking at it with the stick.Failing with these methods,they would then seem to engage in various random acts or often apparently give up on the problem altogether.Somewhat later,however,a chimp would suddenly implement the appropriate solution to the problem.The solution in this case was to stack some crated that were in the enclosure on top of one another and then climb up them to reach the banana.第9页，本讲稿共42页9Insight in Khlers Chimpanzees(3)Khler emphasized the importance of insight in solving the problem.After a period of random activity or no activity at all,the chimp suddenly conceived of the boxed as related to the problem.Once this insight was achieved,implementing the solution was quite simple.Khlers top-down approach to problem solving emphasized its structured,planned,and conceptual nature,rather than its trial-and-error aspect.Khler was a member of the Gestalt school of psychology,which in general was opposed to the more elementary type of analysis of behaviorism that grew,in part,from work such as Thorndikes.第10页，本讲稿共42页10二、思维研究中的各种变量（1）Dependent VariableThere are three primary ways to measure the process of problem solving.The first and most obvious thing to measure is the number or proportion of subjects in different conditions that are able to solve the problem within a time limit.The second measure of performance in solving the problem:latency,or the time taken to solve the problem.A third measure that can be used in some problem-solving situations where more than one solution is possible is the quality of the solution.It must be possible to rank the solutions on an ordinal scale;in other words,it must be possible to order them from best to worst.第11页，本讲稿共42页11二、思维研究中的各种变量（2）Independent VariableThe primary independent variable in the study of problem solving is the manner in which the problem is presented.This can be varied in several different ways.第12页，本讲稿共42页12二、思维研究中的各种变量（3）Control VariableExperiments concerned with problem solving and thinking are often more complicated than others in human experimental psychology;thus,this area requires a great deal of care to produce experimental control.Since it is typical in this field to use between-subjects designs,care must be taken to ensure that subjects in the different conditions are statistically equivalent,either by randomly assigning them to conditions or by matching them on some dimension such as IQ.Similarly,one must control as tightly as feasible all extraneous variables.第13页，本讲稿共42页13三、问题解决的早期研究功能固定化（functional fixity）定势（set）的作用躁声第14页，本讲稿共42页14四、问题解决的计算机模拟如果我们想了解被试在解决问题时头脑内发生的情况，则可以用口语记录分析的方法，即出声思维的方法。这种方法就是让被试在解决问题时说出头脑内进行的一切活动，予以记录，然后加以分析。口语记录分析法是认知心理学进行思维的计算机模拟收集经验数据的方法。认知心理学还假定，人是一个信息加工系统，信息加工系统也叫“符号操作系统”，更常称作“物理符号系统”。计算机也是一个物理符号系统。将人脑比喻为计算机，就可以从一个已知的系统去加深对一个不甚清楚的系统的理解。这样，我们可以用计算机程序来模拟人的思维过程。第15页，本讲稿共42页15五、思维的计算机模拟的局限性思维的计算机模拟有其局限性。首先，人脑是千百万年进化的产物，而计算机只是人脑的产物，这就是为什么几个月的婴儿可以识别母亲的面孔而计算机无法做到的原因。人脑的工作方式与计算机的工作方式是不同的。其次，仅在计算机输出的结果方面模拟人的思维结果是不够的。第三，计算机无法对人的形象思维（不使用符号的思维）进行模拟，而形象思维则是人解决问题，在科学、艺术、运动等领域进行创造性活动常常使用的思维形式。第四，虽然1997年美国深蓝计算机与国际象棋世界冠军G.Kasparov对弈有输有赢，但专家预测，要使计算机与围棋世界冠军比赛达到现在的水平，至少还需要100年时间。第16页，本讲稿共42页16六、推理推理（inference）是思维的形式。是指从若干已知判断得出新的判断的思维形式。它借助已有的知识对事物进行间接的认识。逻辑学家把推理分成归纳推理和演绎推理。归纳推理（inductive inference）：即从具体的事例上升到一般的原则；演绎推理（deductive inference）：即从一般原则得出关于具体事例的结论，其主要形式为三段论。相对而言，归纳推理总是从有限数量的具体事例中得出一般的原则，其结论具有不肯定性；演绎推理的结论是从一般原则推导出来的，其具体结论是肯定性的。推理常是有意识进行的，但也存在无意识的推理。第17页，本讲稿共42页17（一）关系推理的研究（1）逻辑学家区分了四种类型的演绎推理：以“大于”、“恰好”和“在之后”等关系的逻辑属性为基础的关系推理。以否定和诸如“如果”、“或”、“和”等连词为基础的命题推理。以两个前提，每个前提包含一个独立的量词（如“所有”、“一些”）为基础的三段论推理。以前提包含不止一个量词为基础的多量词推理。第18页，本讲稿共42页18（一）关系推理的研究（2）两维空间推理的问题。所谓两维是指物体之间不仅有左右关系，还有前后关系。茶杯在碟子右边，盘子在碟子左边，叉子在盘子前面，勺子在茶杯前面，叉子和勺子之间有何关系？第19页，本讲稿共42页19（一）关系推理的研究（2.结果）盘子 碟子 茶杯 叉子 勺子第20页，本讲稿共42页20（一）关系推理的研究（3）茶杯在碟子右边，盘子在茶杯左边，叉子在盘子前面，勺子在茶杯前面，叉子何勺子之间有何关系？第21页，本讲稿共42页21（一）关系推理的研究（3.结果）盘子 碟子 茶杯 碟子 盘子 茶杯 叉子 勺子 叉子 勺子第22页，本讲稿共42页22（一）关系推理的研究（4）茶杯在碟子右边，盘子在茶杯左边，叉子在盘子前面，勺子在碟子前面。以上推理的分布如何？第23页，本讲稿共42页23（一）关系推理的研究（4.结果）盘子 碟子 茶杯 碟子 盘子 茶杯 叉子 勺子 勺子 叉子在上面的分布种，叉子和勺子之间没有共同的关系，研究者称这样的回答是无效的（without valid answers）。第24页，本讲稿共42页24（一）关系推理的研究（5）心理模型理论：演绎推理是一种类似搜寻反例的语义过程，它把命题的表征看成是某种加工的输入，人们根据这种加工建立起与言语所描述的情境相符合的心理模型，该模型认为演绎推理的加工是以心理模型为基础，而不是命题表征。形式规则理论：演绎推理的步骤类似进行逻辑论证的步骤，演绎推理依赖于推理的形式规则，这些规则类似逻辑运算中的规则，因此，演绎推理是一种类似逻辑证明的语法过程。第25页，本讲稿共42页25（二）推理与工作记忆（1）Baddeley（1998）曾指出，工作记忆的概念和智力的概念有非常密切的联系。工作记忆与语言理解、注意及推理有着密切的关系，John Gabrieli等人运用fMRI技术在被试解决Raven推理测验时扫描他们的脑区。结果发现额叶、顶叶和颞叶皮层等脑区都有激活，而这些脑区正是空间、客体和言语工作记忆进行时激活的脑区，Gabrieli认为“推理似乎是工作记忆能力的总和。”另外，演绎推理中心理模型（分布）的构建、想象都是在工作记忆中进行的，因此，推理与工作记忆有密切的关系也就是很自然的。第26页，本讲稿共42页26（二）推理与工作记忆（2）线性推理（Linear reasoning）在80年代以前的研究多局限于线性三段论。线性三段论又称关系推理，又称三项系列问题（three-term series problem）。在这种推理或问题中，所给予的两个前提说明了三个逻辑项之间的可传递关系，如“A比B大，B比C大”，要求作出结论，说出哪个最大或哪个最小。由于三个逻辑项的关系是ABC，具有线性特点，故又称线性三段论或三项系列问题。线性推理中要正确得出结论，就必须对前提中的信息进行适当的表征。在实验研究中，通常给被试呈现两个前提和一个相应问题，要求他们尽快作出回答，记录其反应时和正误。据此来探讨信息的表征和推理的过程。线性推理的加工过程不像归纳推理或演绎推理，每个客体之间没有交叉或重叠的部分。第27页，本讲稿共42页27（二）推理与工作记忆（3）Vandierendonck和Vought（1997）研究了时空内容的线性推理和工作记忆的关系。在线性推理过程中要区分两个过程，一是句子的加工过程，二是结果推理过程。首先给被试呈现各个前提句，一次一句。要求被试阅读和理解句子并保持信息。以前的一些实验研究表明阅读简单的句子不需要语音环路的参与，至少声音抑制没有对简单句子的阅读产生影响。根据推理的心理模型理论，在加工中要形成句子的一个或多个心理表征，以此为基础进行推理。如果表征是视空编码形式，那么这需要视空加工系统的参与，同时对它的干扰将影响句子的加工和加工时间；如果是语音编码形式，那么声音抑制会干扰句子的加工；如果是以一种更抽象的形式来编码，那么中央执行系统将对推理起作用，对它的干扰将影响推理的正确率和加工速率。所有的句子呈现完毕后，呈现要求被试回答的问题和选项，这时就进入了结果推理过程。很有可能工作记忆的三个成分都参与了推理。第28页，本讲稿共42页28（二）推理与工作记忆（4）在进行推理任务的同时有次级任务分别来干扰推理任务，直至推理任务结束。实验中采用的线性推理问题有三类，分别是一个、两个和三个模型问题，要正确地推理必须建立一个、两个或三个空间模型。这三种类型问题的难度依次增加，利用的工作记忆资源也增多。实验分四组（三个实验组，一个控制组）。第29页，本讲稿共42页29（二）推理与工作记忆（5）实验结果如下：控制组和3个实验组在正确回答百分比上都达到了显著差异，表明工作记忆的3个成分都可能参与了线性推理过程，而且声音干扰的程度强于视空干扰和中央执行系统干扰。句子的加工时间方面，从被试阅读句子的时间来看，只有在视空干扰和中央执行系统干扰条件下的阅读时间显著长于控制组，而语音干扰组的时间短于控制组。表明声音的干扰对于被试理解和保持句子信息没有影响，而视空干扰和中央执行系统干扰对其有很大影响。很有可能心理表征是视觉空间编码形式，有一些研究也表明线性推理中建立的心理表征是空间形式的模型。中央执行系统可能起着控制过程的作用。推理要求的分布数目越多，推理难度就越大，推理的正确率降低。这说明推理越复杂，对工作记忆的要求越高，推理就差。综合以上三点，可以得出结论：在句子加工过程中，只有视觉空间系统和中央执行系统参与，语音环路没有参加，它只是参与了结果推理过程。第30页，本讲稿共42页30（三）内容与推理（1）推理过程极大地依赖于有关的内容（content）。推理的难度更多地依赖于前提的内容与个体已有知识的关系，而较少依赖于推理涉及的逻辑形式。第31页，本讲稿共42页31（三）内容与推理（2）前提内容可以影响结论的抽取。前提内容可以影响结论的抽取。例如，Byrne给一组被试如下的前提：如果她要写一篇随笔的话，她将呆在图书馆很晚。她要写一篇随笔。96%的被试得出如下结论：她将呆在图书馆很晚。另一组被试也得到与的前提，但同时还附加有1如果图书馆持续开馆，她将呆在图书馆很晚。这一组被试中只有38%的人得出的结论。这说明引入1前提就锁定了与的应用。第32页，本讲稿共42页32（三）内容与推理（3）内容对推理的影响在选择任务中也表现得十分清楚。内容对推理的影响在选择任务中也表现得十分清楚。在下面的具有抽象内容的选择任务中：按照演绎推理的形式规则理论，被试应该翻看（选择）看看是否有不是7的数字在背后和 看看是否有A在背面，因为只有这两种可能去证明原命题（所有一面是字母A的卡片，它的背面就有数字7）是错误的。但被试很少按逻辑规则去正确选择，他们常常作出错误的选择，最通常的选择是翻看 和 （翻看 是不必要的）。这种选择任务的一般表达形式为：“如果p那么q。”正确的选择应该是p和非q。M A 7 4 A 4 A 7 7第33页，本讲稿共42页33（三）内容与推理（4）但如果比较的规则表现为强制性关系，有十分明确的内容，如“如果一个人能允许喝酒，那他们一定至少是21岁”。那么选择任务类似于：而实验中被试更多地正确选择 与 。这两项选择任务中逻辑规则都是一样的，但一项是抽象的任务内容，另一项任务却十分具体，但被试在具体内容的任务中推理更为正确，这说明内容对推理的制约作用。喝 酒不喝酒2118喝 酒18第34页，本讲稿共42页34（三）内容与推理（5）怎样解释这种制约作用呢？人们认为，任务中的主题内容激活了实际的推理图式（pragmatic reasoning schemas），而推理正依赖于这些图式。第35页，本讲稿共42页35（四）推理与大脑演绎推理的心理模型理论认为，大脑右半球应当在推理中起重要作用。神经心理学的证据普遍证实上述预测。有几项研究表明大脑右半球受损会损害患者的推理能力。第36页，本讲稿共42页36五、决 策决策是我们日常生活中的一个重要方面。决定就是决策，我们每个人每天都在做大大小小的决策。心理学研究决策不同于其他学科研究决策。第一，心理学研究决策策略，人们为什么用这种策略而不用那种策略来解决某一问题。第二，概率论是心理学研究决策的出发点，是研究问题的框架，而心理学则研究人们的判断怎样常常违反概率论的。第三，心理学研究决策者的心理品质对决策的影响，强调人的主观方面对决策成败的决定性作用。第37页，本讲稿共42页37（一）决策策略许多决策都是根据人们对不确定性情形（uncertainty）的可能性的判断而作出的。人们在不确定性情形下通常采用什么样的办法或直观推断（heuristics）来作出判断，这些直观推断的方法又会带来怎样的偏差与错误是我们要讨论的问题，因为判断中的偏差正好揭示了人们在不确定性情形下思维的一些重要特点。第38页，本讲稿共42页381、代表性在日常生活中我们常常把“代表性（representativeness）”搞错而在决定概率时犯错误。我有两个口袋，每一个都装有红、蓝扑克牌：A口袋，10张蓝，20张红；B口袋，20张蓝，10张红。每一次我在A、B两个口袋中挑一个口袋给你，你的任务就是猜测，那是A口袋呢还是B口袋？你获得一些信息来帮助你做决定。第一，你知道每个口袋中红、蓝扑克牌的数目。第二，你知道我给你A口袋的次数占80%，给你B口袋的次数为20%。第三，你可以从口袋里抽三张牌，看它们是什么颜色，每抽一张牌，看过之后把它放回口袋里。假定有一次你抽的三张牌是：蓝，蓝，红，那么我来问你，你认为我给你的是哪个口袋？你的自信程度有多高？真正的二蓝一红的比例是在A口袋而不是B口袋。（根据Bayes定律计算）第39页，本讲稿共42页392、可利用性可利用性（availability）在确定事件的可能性大小上是一个有用的线索，因为频频发生的事件的例子通常都要比少发生的事件的例子能更快更好地回忆出来。但是事件可能性大小本身并不影响可利用性，影响可利用性的是另外一些因素。因此，对可利用性的依赖也就导致了判断的偏差。第40页，本讲稿共42页403、顺应Tversky和Kahneman发现，起点（starting point）常常影响人们的概率估计，实际上起点与事件的概率是无关的。顺应（adjustment from an anchor）不仅发生在有起点的情形，当被试根据尚未完成的计算去估计最后结果时也会发生。第41页，本讲稿共42页41（二）概率判断什么叫做概率判断？概率判断又有什么用处？第42页，本讲稿共42页42