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1、1认知心理学认知心理学Cognitive PsychologyCognitive Psychology问题解决Problem Solving2Structure of the LecturenBackgroundnprocedural knowledge and problem solvingnthe essential features of problem and problem solvingnUnderstanding and representing problemnApproaches of problem solvingnmeans-ends analysisnanalogynF
2、actors affecting problem solving3Procedural Knowledge and Problem SolvingnDeclarative knowledgenknowledge about facts and thingsnProcedural knowledgenknowledge about how to perform various cognitive activitiesnall cognitive activities are fundamentally problem solving in naturenhuman cognition is al
3、waysnpurposeful; directed to achieving goals and to removing obstacles to those goals4n语义记忆（semantic memory）n被组织起来的一般知识，它包括相当稳定的知识结构，包括关于词的知识，也包括许多不容易用词来表达的我们所知道的东西n程序性记忆（procedural memory）n关于如何做某事或关于刺激和反应之间联系的知识n技能学习过程中，为什么一定要亲手操作5Problem Solvingn当人们想要达到一个特定的目标，但又不能立即找到达到该目标的合适的路径时，人们所从事的活动6Essenti
4、al Features of Problemsn初始状态（initial state）n问题开始时的情境n目标状态（goal state）n当问题得到解决时，人们所达到的状态n障碍（obstacles）最关心，用什么策略克服障碍n从初始状态到目标状态的一些限制7Essential Features of Problem SolvingnGoal directednessnSubgoal decompositionnOperator (算子) applicationnoperatornan action that will transform the problem state into ano
5、ther problem state8Procedural Knowledge and Problem SolvingnImaginenThe original difficult episodes while learning to play tennisnproblem solvingnOne day you became a skillful playernno longer appear to be problem solving but rather simply executing a learned procedure9Procedural Knowledge and Probl
6、em SolvingnAll procedural knowledge has its origins in problem solvingnProcedural knowledge originates in problem-solving activity in which a goal is decomposed into subgoals for which the problem solver possesses operators10Goal Structures and Prefrontal CortexnIt has been speculated (Anderson, 199
7、3) that the process of handling complex subgoals is performed by the prefrontal cortexprefrontal cortexnworking memory and prefrontal cortexnone of the major prerequisites to developing complex goal structures is the ability to maintain these goal structures in working memorynRowe et al. (2 JUNE 200
8、0 VOL 288 SCIENCE pp.1656-1660)1112n维持空间位置信息1415Goal Structures and Prefrontal CortexnThe performance of frontal patients in the Tower of Hanoi tasknmany were veterans of Vietnam Warnsuffered severe damage to their prefrontal cortexndespite normal IQ, they showed much worse performance than normal s
9、ubjects on the Tower of Hanoi task16The Three-Disk Version of the Tower of Hanoi Problem17Goal Structures and Prefrontal CortexnIt is necessary to make moves that deviate from the prescriptions of hill climbingnOne might have a disk at the correct position but have to move the disk away to enable an
10、other disk to be moved to that position18Goal Structures and Prefrontal CortexnIt was just at these points where the patients had to move “backward” that they had their problemsnIt is only by maintaining a set of goals that one can see that a backward move is necessary for a solutionnIn the Stroop t
11、ask, frontal patients have a difficulty in keeping in mind that their goal is to say the color and not the word19Goal Structures and Prefrontal CortexnThere is increased blood flow in the prefrontal cortex in many tasks that involved organizing novel and complex behavior (Gazzaniga et al., 1998)npre
12、frontal lobe activation is high in a novel problem-solving task but decreases as students master the problem20Problem Solvingn假设你是一名公共汽车司机。在第一站上来 6个男人和 2个女人。在第二站 2个男人下车，1个女人上车。在第三站 1个男人下车，2个女人上车。在第四站 3个男人上车，3个女人下车。在第五站，2个男人下车，3个男人上车，1个女人下车，2个女人上车n请问，公共汽车司机叫什么名字？21n（1）三个地球外的五手妖怪，拿着三个水晶球n（2）因为量子机械特性，无
13、论是妖怪，还是球，大小都只有三种，即小、中、大n（3）中等大小的妖怪拿着大球；小妖怪拿着中等大小的球；大妖怪拿着小球五手妖怪问题Simon & Hayes, 197622n（4）因为这种情形违反了对称感，它们需要把球从一个妖怪传递给另一个妖怪，使得每一个妖怪都有一个和它自身大小成比例的球n（5）妖怪的礼节使得这个问题的解决变得复杂起来：一次只能传递一个球；如果一个妖怪拿着两个球，只能传递两个球中较大的那一个；不能把一个球传递给正拿着更大的球的妖怪n（6）妖怪可能用什么样的传递顺序解决这个问题？23n要求被试大声思维，即把自己解决问题的过程大声报告出来。不仅记录被试所报告的内容，也记录每个句子被
14、试重复阅读的遍数n被试重复阅读遍数最多的是(3)、(4) 和(5)，对其它3个句子，被试很少读第二遍n被试注意的是与任务有关的信息24Approaches of Problem Solvingn手段-目的分析（means-ends analysis）n类推（analogy）25手段-目的策略(Means-Ends Heuristic)n首先，人们把问题分解成许多亚问题（subproblems）或较小的问题n然后，针对每个亚问题，人们努力缩小初始状态和目标状态之间的差异26小人与魔鬼问题(Hobbits-and-Orcs Problem)n三个小人和三个魔鬼到了河边，它们都想过到河的另一边。幸运
15、的是，有一条小船n然而，小船一次只能乘坐两个生物n此外，魔鬼是邪恶的动物。在河的任何一边，一旦魔鬼的数目超过小人的数目，魔鬼将立即攻击小人并把它们吃光。因此，在河的任何一边，都不能让魔鬼的数目超过小人的数目n如何解决这个问题？27n假设一开始三个小人和三个魔鬼都在河的右边。正确的解决步骤如下：n从右向左，移动两个魔鬼；n从左向右，移动一个魔鬼；n从右向左，移动两个魔鬼；n从左向右，移动一个魔鬼；n从右向左，移动两个小人；28n从左向右，移动一个魔鬼，一个小人；n从右向左，移动两个小人；n从左向右，移动一个魔鬼；n从右向左，移动两个魔鬼；n从左向右，移动一个魔鬼；n从右向左，移动两个魔鬼29Gr
16、eeno, 1974n在解决问题的过程中，人们会停下来计划下几步移动的策略，而不是以一个固定的步速移动小人和魔鬼n特别是第一步移动之前和另外两步关键的移动之前，人们要花费很长的时间30Computer Simulationn研究者使用计算机模拟，来说明人类利用手段-目 的 分 析 解 决 问 题 的 方 式 （ Baron, 1994; Stillings等人, 1995）nNewell和Simon发展了一个理论，该理论为子目标以及减小初始状态与目标状态之间的差异，赋予了一些重要特征（Newell和Simon, 1972; Simon, 1995）31n n计算机模拟用于问题解决时的一般特征计
17、算机模拟用于问题解决时的一般特征n当研究者使用计算机模拟时，他们需要写一个计算机程序，该程序象人类一样完成某种任务。这个程序应该象人一样，在开始时犯一些错误。研究者让这个程序解决一个问题，看它所采用的步骤，是否同人在解决这个问题时所采用的步骤匹配，在此基础上来检验这个程序32n有时，计算机程序对任务的完成情况和人类问题解决者的不同。这样的失败，提示研究者其理论需要修正n然而，如果研究者所写的程序能够模仿人的行为，那么，这样的成功，并不能自动地意味着人实际上以这种方式解决问题n我们不能证明一个理论是正确的，我们唯一能做的事情是证明一个理论与行为一致n如果一个程序能够预期人类如何解决一个问题，那么
18、，可以暂时接受这个理论n如果这个程序不能预期人类的问题解决，那么，可以拒绝这个理论33n利用计算机模拟研究问题解决的优点n计算机模拟迫使理论家必须清楚、确切地对理论的成分进行描述n许多认知心理学家赞成计算机模拟，也正是因为计算机模拟允许他们以精确的计算机语言来表达他们的理论34一般问题解决者一般问题解决者General Problem Solver, GPS, Newell & Simon, General Problem Solver, GPS, Newell & Simon, 19721972nGPS是模拟人类各种符号行为的第一个计算机程序（Gardner, 1985），它对认知心理学的历
19、史产生了重要影响。它被用来模拟人在完成象小人与魔鬼这样的转移问题时的表现，也被用来研究许多其它问题nGPS的目标并不是以效率最高的方式解决一些问题。相反，它模仿人类解决这些问题时所采用的过程（Gardner, 1985; Stillings等人, 1995）35nGPS的基本策略是手段-目的分析nGPS有几种不同的操作方法。例如，“减少方法”（reduce method）包括搜索一种算子（operator），这种算子有助于减少初始状态和目标状态之间的差异。然后，这个算子被用到初始状态以产生新的状态36n研究者用GPS模拟人类在各种广泛的任务上的表现，包括n句子的句法分析n逻辑检验n三角问题n但
20、是，Newell 和 Simon 最终还是抛弃了GPS，因为它的普遍性不象他们希望的那样高37nJohn Anderson等人（1995）发展了一些程序，这些程序被用来解决代数、几何和计算机科学中的一些问题n最初发展这些程序的目的是，了解学生们如何获得一些问题解决的技巧n最近，这一程序已经发展成可用在教育中的“认知辅导员”（cognitive tutors）。这种辅导员可帮助那些在课堂外面按自己的速度工作的学生38类推途径n类推的含义n用一个较早的问题的解决办法，或者参照一个已知的熟悉的问题，来解决新的问题 n“举一反三”n确定真正的问题（隐藏在所有细节后面的抽象的问题），去掉问题的不重要的外
21、壳，是一个具有挑战性的事情39Novick (1988) 的研究n当问题解决者着手处理代数问题时，他们的能力如何影响他们选择源问题的方式n能力低的问题解决者，可能会选择一个同目标问题表面特征相似的源问题，而能力高的问题解决者，更可能选择一个同目标问题结构特征相似的源问题40n大学本科生，在学能测验（Scholastic Aptitude Test, 简称SAT）数学得分的基础上，分成能力高中低三组41nRenshaw夫妇正在计划如何在他们的新菜园里，种上一些蔬菜。他们在要买的蔬菜的总数上，没有分歧。但在每种到底买多少问题上，存在不同意见n丈夫想要种几种蔬菜，每种10棵。妻子想要种更多种类的蔬菜
22、，因此她建议每种只种4棵。丈夫不同意妻子的想法，因为如果其中的一些死了的话，每种蔬菜的数量就不会很多。因此，他们同意每种蔬菜种5棵n但是，他们的女儿指出，菜园里还有空余的地方，可以再种2棵。不过，如果真的再种2棵的话，每种蔬菜的数目就不再相等了。为了弥补这一点，她提议每种蔬菜买6棵。三个人都同意这个计划nRenshaw一家的菜园里，最少要种多少棵蔬菜？42n先让被试解决三个问题，其中包括上面的种菜问题。这三个问题的作用是提供源问题。每个问题都伴随一个有关解决办法的解释43n在解决完这三个问题之后，Novick向被试呈现一个目标问题，请被试解决n目标问题与第一个源问题：在表面特征上相象n目标问题
23、与第二个源问题：在结构特征上相象n两个问题都要求计算出最小公倍数，如1045n目标问题和第三个源问题：唯一的相似之处是均要求一些算术运算4445n数学能力高的人，经常能够剥去数学问题的表层，留意问题的核心，或者说，留意两个问题之间结构上的相似性n相比之下，数学技能低的人，往往依靠并不重要的表面特征上的相似，而不能进行恰当的类推46Factors Affecting Problem Solving47专业知识影响问题解决n向新手和大师短暂地呈现棋子位置，然后，要求他们回忆棋子位置。结果发现，大师对棋子位置回忆的成绩更好，表明同新手相比，象棋大师对棋子的各种位置记忆得更好 (De Groot, 1
24、966)(De Groot, 1966)n然而，当棋子随机地安排时，大师的记忆成绩并不比新手好 (Simon & Chase, 1973; Vicente & de Groot, 1990)48专业知识影响问题解决n要求国际关系领域的专家和新手解决一个问题，这个问题涉及到苏联对德国统一的反应。结果发现，专家首先讨论这个问题的历史背景，并对苏联的目标进行描述。而新手没有提供任何背景框架，而是立即开始产生各种反应 (Voss et al.，1991)n同新手相比，专家对问题的初始状态考虑得更彻底49专业知识影响问题解决n专家的广泛知识基础，允许他们对问题的初始状态进行精细加工n医学专家诊断疾病50
25、心理定势(Mental Set)n一种心理上的惯性或不动脑筋的僵化，这种惯性或僵化往往阻碍有效的问题解决n心理定势代表一种过分的自上而下加工51Luchins (1942) 的水罐问题研究n有有三三个个水水罐罐，A、B和和C。为为了了得得到到一一定定量的液体（目标），可以使用这些水罐量的液体（目标），可以使用这些水罐52Luchins (1942) 的水罐问题研究53Smith (1995)与S. M. Smith et al. (1993)的研究n要求被试设计玩具和外星生物n实验组：在开始设计之前，简单地看三个玩具或生物的例子n控制组：不看例子n结果：n实验组学生，在设计自己的玩具或生物时，
26、受到了先前所看过的例子的影响54功能固着(Functional Fixedness)n所谓功能固着是指，我们给物体所指定的功能，倾向于是固定的或稳定的n功能固着也代表一种过分的自上而下加工55Duncker (1945) 的蜡烛问题研究n在一个房间里有一张桌子。桌子上有三个物体，即一只蜡烛、一盒火柴和一盒图钉n被试的任务是找到一种办法，把蜡烛贴到墙上，并且保证蜡烛能很好地燃烧n要求只能使用桌子上的那些物体56九点问题与顿悟57n当我们解决顿悟问题时，问题的解决办法，通常会突然闯入我们的头脑。而且，我们会立即认识到这个解决办法是正确的n当我们遇到非顿悟问题时，我们通常使用推理技巧和一套常规的解决
27、程序，逐渐地解决问题58Metcalfe (1986) 的研究n nSample Problem:n一个陌生人走近博物馆馆长，交给他一枚远古时期的铜币。这枚铜币有着可信的外表，并且上面标有日期 544 B.C.。这位馆长以前收藏过一些可疑的古币。但这次，他没有上当。他立即叫来警察，逮捕了这名陌生人。为什么？59Metcalfe (1986) 的研究n nProcedure:n n要要求求被被试试在在解解决决问问题题时时，每每隔隔1010秒秒钟钟，在在“ “温暖感温暖感” ”量表上，评定一下自己的心情量表上，评定一下自己的心情n0分代表他们感觉“冷”，头脑里还没有闪现出解决办法n10分则意味着他
28、们肯定自己已经找到了答案6061Metcalfe (1986) 的研究n nConclusionn顿悟问题的一个重要特点是，问题解决者对找到解决办法的元认知，戏剧性地增加62顿悟、非顿悟问题的解决与语言的作用n谈论问题有助于非顿悟问题的解决，但会干扰顿悟问题的解决63Berardi-Coletta et al. (1995) 的研究n要求被试在解决非顿悟问题的同时，解释他们正在做的事情n被试倾向于讨论他们所用的策略、所犯的错误以及他们对后面一些步骤效力的期望。同控制组被试相比，这些被试在后来的问题解决中效力更高n语言的使用，迫使被试把注意集中在他们的元认知上64Schooler et al.
29、(1993, 1994) 的研究n要求被试在解决非顿悟和顿悟问题时，大声报告自己的解决过程n大声报告不影响非顿悟问题的解决，但影响（不利于）顿悟问题的解决n语言尽管有时能帮助人们解决非顿悟问题，但不总是如此。此外，当我们解决顿悟问题时，大声报告破坏了产生突然的顿悟所需要的思维65Rodrguez-Fornells & Maydeu-Olivares, 2000nImpulsive/careless problem solving style as predictor of subsequent academic achievementnPersonality and Individual Di
30、fferences, 28, 639-64566The social problem solving model (DZurilla & Nezu, 1982, 1999)nIt hypothesizes that problem-solving outcomes in real-life settings are determined by two major processesnProblem orientationnIt is a motivational process involving a set of relatively stable cognitive-emotional s
31、chemas that describe how a person generally thinks and feels about problems in living, as well as his or her own problem solving ability67nProblem-solving propernIt refers to the rational search for a solution through the application of problem-solving skills and techniques that are designed to maxi
32、mize the probability of finding the best or most adaptive solution for a particular problem68nProblem solving in real-life environments is best described by five inter-related dimensions (Maydeu-Olivares & DZurilla, 1995, 1996)ntwo problem orientation dimensionsnthree problem solving proper dimensio
33、ns69nPositive problem orientation (PPO)nA constructive, problem-solving cognitive set (e.g. generalized challenge appraisals, self-efficacy, positive outcome expectancies)nNegative problem orientation (NPO)nA set of dysfunctional cognitive-emotional schemas (e.g. generalized threat appraisals, low s
34、elf-efficacy, negative outcome expectancies)70nRational problem-solving (RPS)nA constructive, problem-solving pattern characterized by rational, deliberate, and systematic application of effective problem-solving skills71nImpulsive/carelessness style (ICS)nA dysfunctional problem-solving dimension c
35、haracterized by active problem-solving attempts that are impulsive, careless, hurried and incomplete72nAvoidance style (AS)nAnother dysfunctional dimension characterized by procrastination (拖延症拖延症拖延症拖延症), passivity or inaction, and attempts to shift the responsibility for problem solving to others73思考题n问题一般由哪些特征构成？n广泛使用的问题解决策略有哪些？n计算机模拟对理解人类问题解决有何价值？n影响问题解决的因素有哪些？n顿悟有何性质？n元认知、语言与顿悟或非顿悟问题的解决分别有什么关系？
