第八章思维与问题解决实验 、目的要求 了解思维与问题解决研究中的变量:掌握实验验证的方法和实验控制的方法。 、讲授内容: (一)思维与问题解决研究中的变量 (二)思维实验 引言 思维的普遍形式是问题解决。当我们提出“这是什么?”“为什么”这些问 题时,我们就开始了思维活动。 问题解决的研究在心理学中有较长的历史。 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。 、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 Thorndike's Trial-and-Error Learning Insight in Kohler's chimpanzees 思维研究中的各种变量 问题示例: 两个车站相距100英里,星期六下午2:00两列火车分别从各自车站相向而 行。一列火车每小时行驶60英里,另一列是40英里。在火车开出时,有一只鸟 在火车前飞行,速度是每小时80英里,鸟以恒定的速度在两列火车之间来回飞 行。问火车相遇时,鸟飞了多少英里? 实验设计:被试间设计:给一组被试呈现图解,一组被试没有图解 (一)因变量 1.在限定时间内有多少被试解决了问题 问题:如果两组中每个人都解决了问题,是不是可以判定自变量不起作用
第八章 思维与问题解决实验 一、目的要求： 了解思维与问题解决研究中的变量；掌握实验验证的方法和实验控制的方法。 二、讲授内容： （一）思维与问题解决研究中的变量 （二）思维实验 引言 思维的普遍形式是问题解决。当我们提出“这是什么？”“为什么”这些问 题时，我们就开始了思维活动。 问题解决的研究在心理学中有较长的历史。 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。 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. Thorndike’s Trial-and-Error Learning Insight in Köhler’s Chimpanzees 二、思维研究中的各种变量 问题示例： 两个车站相距 100 英里，星期六下午 2：00 两列火车分别从各自车站相向而 行。一列火车每小时行驶 60 英里，另一列是 40 英里。在火车开出时，有一只鸟 在火车前飞行，速度是每小时 80 英里，鸟以恒定的速度在两列火车之间来回飞 行。问火车相遇时，鸟飞了多少英里? 实验设计：被试间设计：给一组被试呈现图解，一组被试没有图解。 （一）因变量 1.在限定时间内有多少被试解决了问题。 问题：如果两组中每个人都解决了问题，是不是可以判定自变量不起作用
呢 不是。由于天花板效应的作用,从两组解决问题百分比相等得出自变量不起 作用的结论当然是不正确的,因为问题太容易不能揭示任何可能的区别。 2.第二个指标:潜伏期 潜伏期,即解决问题所花的时间。即使两组中所有被试都解决了这个问题, 他们可能在不同条件下花的时间不同。因此,即使两组被试在解决问题的百分比 上没有差别,但是解决这一难题所花时间上会有差别。实验结果证实了这一点。 因此解决问题所花的时间被证明是一个敏感指标。 即使没有天花板效应,(比如说两组被试中都有60%的人解决了这个问题), 那么其差别仍可由潜伏期揭示出来。因此,我们说潜伏期可能是一种比反应正确 率灵敏的因变量指标。 3.第三个指标:问题解决的质量 在某些问题的解决存在一种以上的方法时,可以把问题解决的方法按从好到 坏进行排序。这样,即使正确率和潜伏期测量不能反映出两种条件下的差别,但 一种条件下的被试也许比另一种条件下的被试获得更多满意的解决方法。 (二)自变量 1.问题呈现方式 ①变化解决所需信息的呈现顺序及其重要性 ②变化无关信息的呈现量 ③变化句子的表述方式 鸟飞行问题 两个车站相距100英里,星期六下午2:00两列火车分别从各自车站相向而 行。一列火车每小时行驶60英里,另一列是40英里。在火车开出时,有一只鸟 在火车前飞行,速度是每小时80英里,鸟以恒定的速度在两列火车之间来回飞 行。问火车相遇时,鸟飞了多少英里? 2.其他 ①外部压力(是否有时间限制) ②奖惩 ③被试个体差异 归纳:问题解决实验中的自变量 问题呈现方式 外部压力(是否有时间限制) 奖惩 被试个体差异
呢？ 不是。由于天花板效应的作用，从两组解决问题百分比相等得出自变量不起 作用的结论当然是不正确的，因为问题太容易不能揭示任何可能的区别。 2.第二个指标：潜伏期 潜伏期，即解决问题所花的时间。即使两组中所有被试都解决了这个问题， 他们可能在不同条件下花的时间不同。因此，即使两组被试在解决问题的百分比 上没有差别，但是解决这一难题所花时间上会有差别。实验结果证实了这一点。 因此解决问题所花的时间被证明是一个敏感指标。 即使没有天花板效应，（比如说两组被试中都有 60％的人解决了这个问题）， 那么其差别仍可由潜伏期揭示出来。因此，我们说潜伏期可能是一种比反应正确 率灵敏的因变量指标。 3.第三个指标：问题解决的质量 在某些问题的解决存在一种以上的方法时，可以把问题解决的方法按从好到 坏进行排序。这样，即使正确率和潜伏期测量不能反映出两种条件下的差别，但 一种条件下的被试也许比另一种条件下的被试获得更多满意的解决方法。 （二）自变量 1.问题呈现方式 ①变化解决所需信息的呈现顺序及其重要性 ②变化无关信息的呈现量 ③变化句子的表述方式 鸟飞行问题 两个车站相距 100 英里，星期六下午 2：00 两列火车分别从各自车站相向而 行。一列火车每小时行驶 60 英里，另一列是 40 英里。在火车开出时，有一只鸟 在火车前飞行，速度是每小时 80 英里，鸟以恒定的速度在两列火车之间来回飞 行。问火车相遇时，鸟飞了多少英里? 2.其他 ①外部压力（是否有时间限制） ②奖惩 ③被试个体差异 归纳：问题解决实验中的自变量 问题呈现方式 外部压力（是否有时间限制） 奖惩 被试个体差异
3.控制变量( Control variable) Experiments 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 三、问题解决的早期研究 功能固定化( functional fixity) 定势(set)的作用 噪声 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。 五、思维的计算机模拟的局限性 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
…… 3.控制变量（Control Variable） Experiments 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. 三、问题解决的早期研究 功能固定化（functional fixity） 定势（set）的作用 噪声 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。 五、思维的计算机模拟的局限性 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。 六、问题解决研究实验中的几个问题 (一)信度问题 怎样验证实验结果的可信性? 关于类比问题解决的研究 邓克肿瘤问题:假如你是医生,面临着一个胃内有恶性肿瘤的病人。在肿瘤 上不能动手术。但是,肿瘤不切除,病人就会死去。有一种辐射能摧毁肿瘤。如 果辐射以足够髙的强度立刻到达肿瘤,肿瘤会被摧毁。但不幸的是,当高强度的 辐射经过机体的其他地方时,健康的组织同时也被摧毁。低辐射条件下,射线对 健康肌体无害,但也不能对肿癌起作用。我们应该用什么类型的辐射去摧毁肿瘤 同时又避免伤害健康的组织呢?(Gick和 Holyoak,1980)。 吉克和霍利约克的研究(研究一) 最早研究中,45个被试只有2个(4%)提出了“会聚解决法”。 他们想研究:当在辐射问题前先给出一个类似的问题及其解决办法时,是否 会有更多的人能解决这个问题。即是否被试能从第一个问题中抽象出指导原则, 然后运用到第二个中去 基于这种想法,吉克和霍利约克提出了其他的“类比故事”。这些类比故事 蕴涵着高效解决辐射问题的基本原则 类比故事一一指挥官故事 支坦克部队的指挥官要向敌军司令部(要塞)发起攻击。如果用许多坦克 他赢的机会很大;但他的部队必须经过又窄又不牢仅能通过少数坦克的桥,因此 只能用少量的坦克发起袭击,但易被敌方击退。为了取得胜利,这支坦克部队指 挥官制订了一个让坦克分别通过每座小桥包围敌司令部的计划。这样,所有坦克 都能立刻过桥攻击和占领敌司令部 实验设计 三种实验处理 ①解决问题前没有阅读指挥官故事; ②解决问题前阅读无关故事: ③解决问题前阅读指挥官故事。 前两种条件下
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。 六、问题解决研究实验中的几个问题 （一）信度问题 怎样验证实验结果的可信性？ 关于类比问题解决的研究 邓克肿瘤问题：假如你是医生，面临着一个胃内有恶性肿瘤的病人。在肿瘤 上不能动手术。但是，肿瘤不切除，病人就会死去。有一种辐射能摧毁肿瘤。如 果辐射以足够高的强度立刻到达肿瘤，肿瘤会被摧毁。但不幸的是，当高强度的 辐射经过机体的其他地方时，健康的组织同时也被摧毁。低辐射条件下，射线对 健康肌体无害，但也不能对肿癌起作用。我们应该用什么类型的辐射去摧毁肿瘤 同时又避免伤害健康的组织呢?(Gick 和 Holyoak，1980)。 吉克和霍利约克的研究（研究一） 最早研究中，45 个被试只有 2 个（4%）提出了“会聚解决法”。 他们想研究：当在辐射问题前先给出一个类似的问题及其解决办法时，是否 会有更多的人能解决这个问题。即是否被试能从第一个问题中抽象出指导原则， 然后运用到第二个中去。 基于这种想法，吉克和霍利约克提出了其他的“类比故事”。这些类比故事 蕴涵着高效解决辐射问题的基本原则。 类比故事——指挥官故事 一支坦克部队的指挥官要向敌军司令部(要塞)发起攻击。如果用许多坦克， 他赢的机会很大；但他的部队必须经过又窄又不牢仅能通过少数坦克的桥，因此 只能用少量的坦克发起袭击，但易被敌方击退。为了取得胜利，这支坦克部队指 挥官制订了一个让坦克分别通过每座小桥包围敌司令部的计划。这样，所有坦克 都能立刻过桥攻击和占领敌司令部。 实验设计 三种实验处理： ①解决问题前没有阅读指挥官故事； ②解决问题前阅读无关故事； ③解决问题前阅读指挥官故事。 前两种条件下
实验结果 在解决辐射问题前没有阅读故事或阅读无关故事的被试仅有大约10%是用 最有效的方法解决问题的。在解决辐射问题之前阅读过类比故事,的被试约有 75%在时间限度内解决了问题。 由于几个实验都得出了这样的结果,因此可以说这一基本现象是经过反复验 证过了的。显然,人们的问题解决能从类比中受益。 提示是否有助于解释类比推理问题?(研究二) 吉克和霍利约克(1980)思考了类比推理的过程。 他们让所有被试读类比故事,然后解决辐射问题。他们设置了两种条件: ①提示条件:提示利用故事作为提示考虑怎样解决问题 ②无提示条件:不提示被试刚读过的故事与他即将面临的问题解决任务之间 存在的联系 结果显示,提示确实是解决类比推理问题的一个重要因素。提示组92%的 被试解决了问题;无提示组仅有20% 可见,只给出类比是不够的,还必须引导被试在试图解决后一问题时要积极 利用它。 类比问國解决实殓的信度问國 结果是真的吗?如果重做这个实验,还会得到与之相同的结果吗? 考察实验信度的方法 1.推断统计 2.实验验证 1.推断统计 推断统计用于确定两种条件的结果差别是由自变量还是随机因素造成的。如 果不同实验条件下所得出的结果之间差异很大,而且这种差异由偶然因素导致的 概率低于5%时,研究者可以排除偶然因素导致该结果的可能性,而认为结果是 由自变量造成的 吉克和霍利约克的实验中有无提示条件的结果,他们运用推断统计得出,两 组间解决问题百分比的差异不是由偶然因素,而是由实验中是否有提示条件造成 的。因此,我们可根据这个统计检验得出差异具有统计信度 统计推断的问题 “重复一次抵得上一千次t检验”。 尽管结论在统计上被认为是可信的,但由偶然因素(统计信度仍保留5%的 错误概率)、一些末被注意到的混淆因素、或者实验者误差所造成错误的可能性 仍然存在
实验结果 在解决辐射问题前没有阅读故事或阅读无关故事的被试仅有大约 10％是用 最有效的方法解决问题的。在解决辐射问题之前阅读过类比故事，的被试约有 75％在时间限度内解决了问题。 由于几个实验都得出了这样的结果，因此可以说这一基本现象是经过反复验 证过了的。显然，人们的问题解决能从类比中受益。 提示是否有助于解释类比推理问题？（研究二） 吉克和霍利约克(1980) 思考了类比推理的过程。 他们让所有被试读类比故事，然后解决辐射问题。他们设置了两种条件： ①提示条件：提示利用故事作为提示考虑怎样解决问题。 ②无提示条件：不提示被试刚读过的故事与他即将面临的问题解决任务之间 存在的联系。 结果显示，提示确实是解决类比推理问题的一个重要因素。提示组 92％的 被试解决了问题；无提示组仅有 20％。 可见，只给出类比是不够的，还必须引导被试在试图解决后一问题时要积极 利用它。 类比问题解决实验的信度问题 结果是真的吗？如果重做这个实验，还会得到与之相同的结果吗? 考察实验信度的方法 1.推断统计 2.实验验证 1.推断统计 推断统计用于确定两种条件的结果差别是由自变量还是随机因素造成的。如 果不同实验条件下所得出的结果之间差异很大，而且这种差异由偶然因素导致的 概率低于 5%时，研究者可以排除偶然因素导致该结果的可能性，而认为结果是 由自变量造成的。 吉克和霍利约克的实验中有无提示条件的结果，他们运用推断统计得出，两 组间解决问题百分比的差异不是由偶然因素，而是由实验中是否有提示条件造成 的。因此，我们可根据这个统计检验得出差异具有统计信度。 统计推断的问题 “重复一次抵得上一千次 t 检验”。 尽管结论在统计上被认为是可信的，但由偶然因素(统计信度仍保留 5％的 错误概率)、一些末被注意到的混淆因素、或者实验者误差所造成错误的可能性 仍然存在