認知心理學第九章問題解決

1、第九章 問題解決 對問題解決的幾種理解對問題解決的幾種理解 問題表征問題表征 問題解決策略問題解決策略 問題表征與策略的關(guān)系問題表征與策略的關(guān)系 影響問題解決的其他心理因素影響問題解決的其他心理因素 l 嘗試錯誤說嘗試錯誤說l 頓悟說頓悟說l 多階段理論多階段理論l 技能說技能說l 信息加工說信息加工說l美國心理學家桑代克美國心理學家桑代克（E. L. ThorndikeE. L. Thorndike，1874-19491874-1949）提出嘗試）提出嘗試錯誤說錯誤說l桑代克制作了多種迷箱桑代克制作了多種迷箱和迷津和迷津l用貓進行迷籠實驗用貓進行迷籠實驗l桑代克認為，桑代克認為，問題解決是一

2、種嘗試問題解決是一種嘗試- -錯誤（錯誤（trial trial and errorand error）的過程，帶有漸進的性質(zhì)）的過程，帶有漸進的性質(zhì)動物，至少低等動物并未在問題解決動物，至少低等動物并未在問題解決中表現(xiàn)出進行推理，其行為完全可用中表現(xiàn)出進行推理，其行為完全可用嘗試嘗試- -錯誤加以說明錯誤加以說明人類在解決問題中也有嘗試人類在解決問題中也有嘗試- -錯誤現(xiàn)象錯誤現(xiàn)象l格式塔心理學提出頓悟說。格式塔心理學提出頓悟說。l頓悟說認為，問題解決要求看出問題情頓悟說認為，問題解決要求看出問題情境中的各種關(guān)系，而對這種關(guān)系的理解境中的各種關(guān)系，而對這種關(guān)系的理解是突然產(chǎn)生的，既出現(xiàn)頓悟（

3、是突然產(chǎn)生的，既出現(xiàn)頓悟（insightinsight），），問題解決是通過頓悟而實現(xiàn)的。問題解決是通過頓悟而實現(xiàn)的。l德國心理學家苛勒（德國心理學家苛勒（Wolfgang KhlerWolfgang Khler，1887-1967)1887-1967)對黑猩猩的思維進行了長達對黑猩猩的思維進行了長達7 7年的研究。年的研究。黑猩猩突然對問題情境中的關(guān)系有了理解，由于頓黑猩猩突然對問題情境中的關(guān)系有了理解，由于頓悟而解決了問題。悟而解決了問題。l苛勒不同意嘗試苛勒不同意嘗試-錯誤說，認為桑代克錯誤說，認為桑代克安排的實驗使動物看不到整個問題的情安排的實驗使動物看不到整個問題的情境，因而出現(xiàn)嘗試

4、境，因而出現(xiàn)嘗試-錯誤現(xiàn)象，否則是錯誤現(xiàn)象，否則是不會出現(xiàn)的。不會出現(xiàn)的。l苛勒認為，動物解決問題的過程并不是苛勒認為，動物解決問題的過程并不是嘗試錯誤的過程，而是對問題情景的一嘗試錯誤的過程，而是對問題情景的一種頓悟，即通過對原來知覺情景的改造，種頓悟，即通過對原來知覺情景的改造，突然找到問題解決的方法。突然找到問題解決的方法。l格式塔心理學還認為，人也是通過頓悟格式塔心理學還認為，人也是通過頓悟來解決問題的。來解決問題的。l 美國實用主義哲學家杜威（美國實用主義哲學家杜威（John DeweyJohn Dewey，1859-1859-19521952）將問題解決看作多階段的過程：）將問題解

5、決看作多階段的過程：發(fā)現(xiàn)或認出問題，即感受到困難；發(fā)現(xiàn)或認出問題，即感受到困難；確定并說明問題，把有關(guān)的東西分出來；確定并說明問題，把有關(guān)的東西分出來；形成各種可能的解決辦法；形成各種可能的解決辦法；對各種可供選擇的解決辦法進行思索或推理，以對各種可供選擇的解決辦法進行思索或推理，以確定一個最合適的辦法；確定一個最合適的辦法；考驗所選擇的那個辦法。考驗所選擇的那個辦法。l杜威的看法對后來將問題解決分為四杜威的看法對后來將問題解決分為四個階段有很大影響，并延續(xù)至今。個階段有很大影響，并延續(xù)至今。l問題解決是熟悉問題、孕育、明朗和問題解決是熟悉問題、孕育、明朗和驗證解決方法的過程。驗證解決方法的過

6、程。準備（準備（PreparationPreparation）孕育（孕育（IncubationIncubation）明朗（明朗（IlluminationIllumination）或啟示）或啟示驗證（驗證（VerificationVerification）l問題解決是一種技能問題解決是一種技能問題解決需要運用過去經(jīng)驗問題解決需要運用過去經(jīng)驗問題解決能力能通過練習而發(fā)展提高問題解決能力能通過練習而發(fā)展提高問題解決需要調(diào)整和排列許多成分和次問題解決需要調(diào)整和排列許多成分和次要技能，并受次要技能發(fā)展程度的影響要技能，并受次要技能發(fā)展程度的影響l認知心理學用信息加工觀點來研究人的問認知心理學用信息加工觀

7、點來研究人的問題解決過程題解決過程l代表人物：代表人物：Newell,Shaw, & SimonNewell,Shaw, & Simonl把人類問題解決的過程和計算機問題解決把人類問題解決的過程和計算機問題解決的過程進行類比，用計算機模擬人類問題的過程進行類比，用計算機模擬人類問題解決行為解決行為l問題解決是問題解決者從問題初始狀態(tài)出問題解決是問題解決者從問題初始狀態(tài)出發(fā)，搜尋恰當?shù)穆窂降竭_目標狀態(tài)的過程，發(fā)，搜尋恰當?shù)穆窂降竭_目標狀態(tài)的過程，即在問題空間進行搜索的過程。即在問題空間進行搜索的過程。 問題的心理學描述問題的心理學描述l問題包含問題包含3個基本成分：個基本成分：l

8、給定：一組已知的關(guān)于問題條件的描述，給定：一組已知的關(guān)于問題條件的描述，即問題的起始狀態(tài)即問題的起始狀態(tài)l目標：關(guān)于構(gòu)成問題結(jié)論的描述，即問題目標：關(guān)于構(gòu)成問題結(jié)論的描述，即問題的答案或目標狀態(tài)的答案或目標狀態(tài)l障礙：正確的解決方法不是直接顯而易見障礙：正確的解決方法不是直接顯而易見的，必須間接通過一定的思維活動才能找的，必須間接通過一定的思維活動才能找到答案，達到目標狀態(tài)。到答案，達到目標狀態(tài)。問題的種類問題的種類l 歸納結(jié)構(gòu)問題歸納結(jié)構(gòu)問題l 轉(zhuǎn)換問題轉(zhuǎn)換問題l 排列問題排列問題l 界定清晰的問題（界定清晰的問題（well-defined problemwell-defined probl

9、em）l 界定含混的問題（界定含混的問題（ill-defined problemill-defined problem）l 對抗性問題（對抗性問題（adversary problemadversary problem）l 非對抗性問題（非對抗性問題（non-adversary problemnon-adversary problem）l 語義豐富的問題（語義豐富的問題（semantic rich problemsemantic rich problem）l 語義貧乏的問題（語義貧乏的問題（semantic impoverished problemsemantic impoverished pr

10、oblem）l歸納結(jié)構(gòu)問題歸納結(jié)構(gòu)問題 給予幾個成分，而問題解決者必須發(fā)現(xiàn)隱給予幾個成分，而問題解決者必須發(fā)現(xiàn)隱含這些成分中的結(jié)構(gòu)形式。含這些成分中的結(jié)構(gòu)形式。l轉(zhuǎn)換問題轉(zhuǎn)換問題 給予一個最初的狀態(tài)，而問題解決者必須給予一個最初的狀態(tài)，而問題解決者必須發(fā)現(xiàn)一些列達到目標狀態(tài)的操作。發(fā)現(xiàn)一些列達到目標狀態(tài)的操作。l排列問題排列問題 給予所需的成分，而問題解決者必須以一給予所需的成分，而問題解決者必須以一定的方式排列它們，以達到規(guī)定的目標狀定的方式排列它們，以達到規(guī)定的目標狀態(tài)。態(tài)。 l界定清晰的問題界定清晰的問題（well-defined problemwell-defined problem）

11、界定清晰的問題是指初始狀態(tài)（界定清晰的問題是指初始狀態(tài)（initial initial statestate）、目標狀態(tài)（）、目標狀態(tài)（goal stategoal state）以及）以及由初始狀態(tài)如何到達目標狀態(tài)的一系列過由初始狀態(tài)如何到達目標狀態(tài)的一系列過程都很清楚的問題。程都很清楚的問題。l界定含混的問題界定含混的問題（ill-defined problemill-defined problem） 界定含混的問題是指對問題的初始狀態(tài)界定含混的問題是指對問題的初始狀態(tài)或目標狀態(tài)沒有清楚的說明，或者對兩者或目標狀態(tài)沒有清楚的說明，或者對兩者都沒有明確的說明，這些問題具有很大的都沒有明確的說明

12、，這些問題具有很大的不確定性。不確定性。 l對抗性問題對抗性問題（adversary problemadversary problem）解決對抗性問題時，人們不僅要考慮解決對抗性問題時，人們不僅要考慮自己的解題活動，而且這種活動還要自己的解題活動，而且這種活動還要受對手解題活動的影響。受對手解題活動的影響。l非對抗性問題非對抗性問題（non-adversary non-adversary problemproblem）非對抗性是指在解決問題時沒有對手非對抗性是指在解決問題時沒有對手參與的問題。參與的問題。 l語義豐富的問題語義豐富的問題（semantic rich problemsemanti

13、c rich problem）如果解題者對所要解決的問題具有很多如果解題者對所要解決的問題具有很多相關(guān)的知識，這種問題稱為語義豐富的相關(guān)的知識，這種問題稱為語義豐富的問題。問題。l語義貧乏的問題語義貧乏的問題（semantic impoverished semantic impoverished problemproblem）如果解題者對要解決的問題沒有相關(guān)的如果解題者對要解決的問題沒有相關(guān)的經(jīng)驗，這種問題稱為語義貧乏的問題。經(jīng)驗，這種問題稱為語義貧乏的問題。問題解決的特征問題解決的特征l1、目的指向性、目的指向性 問題解決活動必須是目的指向的活動，它問題解決活動必須是目的指向的活動，它總要達

14、到某個特定的終結(jié)狀態(tài)?？傄_到某個特定的終結(jié)狀態(tài)。l2、操作序列、操作序列 問題解決必須包括心理過程的序列問題解決必須包括心理過程的序列l(wèi)3、認知操作、認知操作 問題解決的活動必須由認知操作來進行問題解決的活動必須由認知操作來進行l(wèi)認知心理學家將信息在頭腦中的呈現(xiàn)方式認知心理學家將信息在頭腦中的呈現(xiàn)方式統(tǒng)稱為表征。統(tǒng)稱為表征。l問題空間是人們對問題的內(nèi)部表征，將任問題空間是人們對問題的內(nèi)部表征，將任務(wù)領(lǐng)域轉(zhuǎn)化為人的問題空間就實現(xiàn)了對問務(wù)領(lǐng)域轉(zhuǎn)化為人的問題空間就實現(xiàn)了對問題的表征和理解。題的表征和理解。 l問題空間是指問題解決者對所要解決的問題空間是指問題解決者對所要解決的問題的一切可能的認識狀

15、態(tài)，包括對問問題的一切可能的認識狀態(tài)，包括對問題的初始狀態(tài)和目標狀態(tài)的認識，如何題的初始狀態(tài)和目標狀態(tài)的認識，如何由初始狀態(tài)轉(zhuǎn)化為目標狀態(tài)以及有關(guān)的由初始狀態(tài)轉(zhuǎn)化為目標狀態(tài)以及有關(guān)的算子的認識等。算子的認識等。l問題表征的四個因素問題表征的四個因素問題的初始狀態(tài)問題的初始狀態(tài)目標狀態(tài)目標狀態(tài)算子算子對算子的約束對算子的約束問題解決問題解決l問題解決就是應(yīng)用各種算子來改變問題的問題解決就是應(yīng)用各種算子來改變問題的起始狀態(tài)，使之轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕藸顟B(tài)，也就是起始狀態(tài)，使之轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕藸顟B(tài)，也就是對問題空間的搜索，以找到一條從問題的對問題空間的搜索，以找到一條從問題的起始狀態(tài)達到目標狀態(tài)的通路。起始狀態(tài)達到目

16、標狀態(tài)的通路。l1、問題行為圖、問題行為圖 問題行為圖將問題解決過程分解為許多操問題行為圖將問題解決過程分解為許多操作和認識狀態(tài)，清楚地揭示問題空間和搜作和認識狀態(tài)，清楚地揭示問題空間和搜索過程。索過程。l 設(shè)在下列加法算式中，有設(shè)在下列加法算式中，有10個不同的字母，每個字母分別個不同的字母，每個字母分別代表代表0至至9的一個數(shù)碼?，F(xiàn)已知字母的一個數(shù)碼?，F(xiàn)已知字母D=5，要求找出每一個，要求找出每一個字母所代表的一個數(shù)碼，運用通常的加法規(guī)則，使得下面字母所代表的一個數(shù)碼，運用通常的加法規(guī)則，使得下面的算式得以成立：的算式得以成立：D O N A L D+G E R A L DR O B E

17、R T密碼算題密碼算題5 2 6 4 8 5+1 9 7 4 8 57 2 3 9 7 02、樹形圖、樹形圖 l樹形圖指明在所有可能的方向上進行樹形圖指明在所有可能的方向上進行搜索所產(chǎn)生的各種中間狀態(tài)，直至目搜索所產(chǎn)生的各種中間狀態(tài)，直至目標狀態(tài)，故又稱搜索樹。標狀態(tài)，故又稱搜索樹。l樹形圖既表明問題空間，又表明對問樹形圖既表明問題空間，又表明對問題空間的搜索過程。題空間的搜索過程。l問題行為圖所表明的人的問題空間是問題行為圖所表明的人的問題空間是從人解決問題的實際行為得到的，它從人解決問題的實際行為得到的，它是心理空間。樹形圖所表示的問題空是心理空間。樹形圖所表示的問題空間是基于對問題解決的

18、邏輯分析或算間是基于對問題解決的邏輯分析或算法而得到的，它是一種邏輯空間或算法而得到的，它是一種邏輯空間或算法空間。這兩種空間相互聯(lián)系著，邏法空間。這兩種空間相互聯(lián)系著，邏輯空間可以轉(zhuǎn)化為心理空間。輯空間可以轉(zhuǎn)化為心理空間。問題解決步驟l問題表征，即識別和理解問題問題表征，即識別和理解問題l設(shè)計或規(guī)定解決問題的策略設(shè)計或規(guī)定解決問題的策略l執(zhí)行策略執(zhí)行策略l評價問題解決的進展評價問題解決的進展問題表征對問題解決的影響問題表征對問題解決的影響l1.如果問題得不到適宜的表征，那么如果問題得不到適宜的表征，那么問題就難于解決或無法解決。問題就難于解決或無法解決。l2.問題表征依賴于人的知識經(jīng)驗，也問

19、題表征依賴于人的知識經(jīng)驗，也受到注意、記憶和思維等心理過程的受到注意、記憶和思維等心理過程的制約。制約。 l問題空間是對任務(wù)范圍的理解，即形成問題空間是對任務(wù)范圍的理解，即形成問題的表征問題的表征問題本身是課題的領(lǐng)域、范圍問題本身是課題的領(lǐng)域、范圍對問題的理解則是人的問題空間對問題的理解則是人的問題空間l問題空間不是現(xiàn)成地隨著問題提供給問題空間不是現(xiàn)成地隨著問題提供給問問題解決者題解決者的的l問題解決者需要利用問題本身的特征和問題解決者需要利用問題本身的特征和相關(guān)領(lǐng)域的知識來主動地構(gòu)建它相關(guān)領(lǐng)域的知識來主動地構(gòu)建它l問題解決者需要充分有效地提取問題信息，問題解決者需要充分有效地提取問題信息，再

20、根據(jù)問題解決者自身的經(jīng)驗和知識對信再根據(jù)問題解決者自身的經(jīng)驗和知識對信息進行組織和分析，發(fā)現(xiàn)問題結(jié)構(gòu)，建構(gòu)息進行組織和分析，發(fā)現(xiàn)問題結(jié)構(gòu)，建構(gòu)問題空間問題空間同一問題，不同人可構(gòu)造出不同問題空間同一問題，不同人可構(gòu)造出不同問題空間同一個人，其問題空間也可能改變或重構(gòu)同一個人，其問題空間也可能改變或重構(gòu)不同問題，有不同的問題空間的結(jié)構(gòu)和大小不同問題，有不同的問題空間的結(jié)構(gòu)和大小表征是問題解決的中心環(huán)節(jié)表征是問題解決的中心環(huán)節(jié)l問題表征直接影響著問題解決者所考慮的一系問題表征直接影響著問題解決者所考慮的一系列合法、適當?shù)牟搅泻戏?、適當?shù)牟絣如果一個問題得到了正確的表征，可以說它已如果一個問題得到了

21、正確的表征，可以說它已解決了一半（解決了一半（Simon，1986）l有時按常規(guī)方式表征的問題難以求解，但若換有時按常規(guī)方式表征的問題難以求解，但若換一個角度來表征同一個問題，問題就迎刃而解一個角度來表征同一個問題，問題就迎刃而解了（了（Simon，1991）適宜的表征l 問題解決的典型特征即在于生成合理的問題表征，問題解決的典型特征即在于生成合理的問題表征，即問題被恰當?shù)亟M織起來。即問題被恰當?shù)亟M織起來。l 一個適宜的表征應(yīng)該滿足三個條件一個適宜的表征應(yīng)該滿足三個條件表征與問題的真實結(jié)構(gòu)相對應(yīng)表征與問題的真實結(jié)構(gòu)相對應(yīng)表征中的各個問題成分被適當?shù)慕Y(jié)合在一起表征中的各個問題成分被適當?shù)慕Y(jié)合在一

22、起表征結(jié)合了問題解決者的其他知識表征結(jié)合了問題解決者的其他知識（Wertheimer, 1985）什么決定問題難度？l問題結(jié)構(gòu)上的不同并不能解釋問題難度上問題結(jié)構(gòu)上的不同并不能解釋問題難度上的差異，被試想象、構(gòu)造或考慮問題的方的差異，被試想象、構(gòu)造或考慮問題的方式才是決定問題難度的關(guān)鍵。式才是決定問題難度的關(guān)鍵。（Kotovky等人，等人，1985）l 策略是人對信息加以操作的辦法、計劃、方案，策略是人對信息加以操作的辦法、計劃、方案，它使人的認知活動成為有組織的有機的統(tǒng)一體它使人的認知活動成為有組織的有機的統(tǒng)一體l采用什么樣的策略解決問題，是影響問題解決采用什么樣的策略解決問題，是影響問題解

23、決效率的一個很重要的心理因素效率的一個很重要的心理因素l好的策略，有利于問題的解決好的策略，有利于問題的解決9+3+2+4+5+6+7+8+1+5=？(9+1)+(8 +2)+(7+3)+(6+4)+(5+5)=50(1+9) 9 2+5=50l某些策略比其他一些策略更有效，表現(xiàn)在某些策略比其他一些策略更有效，表現(xiàn)在它們要求的短時記憶的負擔它們要求的短時記憶的負擔保持它們的容易程度保持它們的容易程度它們達到問題解決的速度它們達到問題解決的速度它們所適用的作業(yè)范圍它們所適用的作業(yè)范圍l算法算法l啟發(fā)式啟發(fā)式手段手段- -目的分析目的分析逆向搜索逆向搜索爬山法爬山法計劃計劃l算法策略（算法策略（a

24、lgorithm strategyalgorithm strategy）是在問）是在問題空間中隨機搜索所有可能的解決問題的題空間中隨機搜索所有可能的解決問題的方法，直至選擇一種有效的方法解決問題方法，直至選擇一種有效的方法解決問題把解決問題的方法一一進行嘗試，最終把解決問題的方法一一進行嘗試，最終找到解決問題的答案找到解決問題的答案l優(yōu)點：它能夠保證問題的解決優(yōu)點：它能夠保證問題的解決l缺點：需要大量的嘗試，因此費時費力缺點：需要大量的嘗試，因此費時費力當問題復(fù)雜、問題空間很大時，人們很當問題復(fù)雜、問題空間很大時，人們很難依靠這種策略來解決問題難依靠這種策略來解決問題有些問題也許沒有現(xiàn)成的算法

25、或尚未發(fā)有些問題也許沒有現(xiàn)成的算法或尚未發(fā)現(xiàn)其算法現(xiàn)其算法l啟發(fā)法（啟發(fā)法（heuristic methodheuristic method）是人根據(jù)一）是人根據(jù)一定的經(jīng)驗，在問題空間內(nèi)進行較少的搜索，定的經(jīng)驗，在問題空間內(nèi)進行較少的搜索，以達到問題解決的一種方法以達到問題解決的一種方法l優(yōu)點：較省時省力優(yōu)點：較省時省力l缺點：啟發(fā)法不能完全保證問題解決的成缺點：啟發(fā)法不能完全保證問題解決的成功功l 手段手段- -目的分析（目的分析（mean-end analysismean-end analysis）是將需）是將需要達到的問題的目標狀態(tài)分成若干子目標，通要達到的問題的目標狀態(tài)分成若干子目標，

26、通過實現(xiàn)一系列的子目標最終達到總目標。過實現(xiàn)一系列的子目標最終達到總目標?；静襟E基本步驟l比較初始狀態(tài)和目標狀態(tài)，提出第一個子目標比較初始狀態(tài)和目標狀態(tài)，提出第一個子目標l找出完成第一個子目標的方法或操作找出完成第一個子目標的方法或操作l實現(xiàn)子目標實現(xiàn)子目標l提出新的子目標提出新的子目標上述步驟循環(huán)往復(fù)，直至問題的解決上述步驟循環(huán)往復(fù)，直至問題的解決l 手段手段- -目的分析是常用策略，對解決復(fù)雜問題目的分析是常用策略，對解決復(fù)雜問題有重要應(yīng)用價值。有重要應(yīng)用價值。河內(nèi)塔問題目標：河內(nèi)塔問題目標：將盤從柱將盤從柱1移到柱移到柱3，且保持原大小順序。，且保持原大小順序。河內(nèi)塔問題規(guī)則：河內(nèi)塔問

27、題規(guī)則：每次只能移動一個圓盤；每次只能移動一個圓盤；大盤不能放在小盤上；大盤不能放在小盤上；在移動時可利用柱在移動時可利用柱2。l逆向搜索（逆向搜索（backward searchbackward search）是從問）是從問題的目標狀態(tài)開始搜索，直至找到通題的目標狀態(tài)開始搜索，直至找到通往初始狀態(tài)的通路或方法。往初始狀態(tài)的通路或方法。l逆向搜索更適合于解決那些從初始狀逆向搜索更適合于解決那些從初始狀態(tài)到目標狀態(tài)只有少數(shù)通路的問題。態(tài)到目標狀態(tài)只有少數(shù)通路的問題。l池塘問題池塘問題l爬山法（爬山法（hill climbing methodhill climbing method）是類似）是類似

28、于手段于手段- -目的分析法的一種解題策略。目的分析法的一種解題策略。l人在爬山時考慮指定的起始點，然后選取人在爬山時考慮指定的起始點，然后選取與起始點鄰接的未被訪問的任一節(jié)點，向與起始點鄰接的未被訪問的任一節(jié)點，向目標方向運動，并且在爬山過程中對每一目標方向運動，并且在爬山過程中對每一節(jié)點下面的可能路程進行排序，逐步逼近節(jié)點下面的可能路程進行排序，逐步逼近目標。這種方法稱為爬山法。目標。這種方法稱為爬山法。l爬山法是采用一定的方法逐步降低初始爬山法是采用一定的方法逐步降低初始狀態(tài)和目標狀態(tài)的距離，以達到問題解狀態(tài)和目標狀態(tài)的距離，以達到問題解決的一種方法決的一種方法就像登山者為了登上山峰，需

29、要從山就像登山者為了登上山峰，需要從山腳一步一步登上山峰一樣腳一步一步登上山峰一樣最麻煩的問題：小丘，山脊，平臺最麻煩的問題：小丘，山脊，平臺l使用手段使用手段-目的分析時，有時為了達到目目的分析時，有時為了達到目的，不得不暫時擴大目標狀態(tài)與初始狀的，不得不暫時擴大目標狀態(tài)與初始狀態(tài)的差異，以有利于最終達到目標。態(tài)的差異，以有利于最終達到目標。l在解決問題時，還可以先拋開某些方面或在解決問題時，還可以先拋開某些方面或部分，而抓住一些主要結(jié)構(gòu)，把問題抽象部分，而抓住一些主要結(jié)構(gòu)，把問題抽象成簡單的形式，先解決這個簡單的問題，成簡單的形式，先解決這個簡單的問題，然后而已得成果去解決更復(fù)雜的問題。然

30、后而已得成果去解決更復(fù)雜的問題。 啟發(fā)式策略的本質(zhì)特征：選擇性啟發(fā)式策略的本質(zhì)特征：選擇性l選擇性是啟發(fā)式策略的基本特征選擇性是啟發(fā)式策略的基本特征l一般來說，特定的問題解決需要經(jīng)過多次摸索一般來說，特定的問題解決需要經(jīng)過多次摸索才能完成。在摸索過程中，有些經(jīng)驗或嘗試被才能完成。在摸索過程中，有些經(jīng)驗或嘗試被放棄了，有些則被繼續(xù)使用放棄了，有些則被繼續(xù)使用l這種不斷摸索和試探的反復(fù)試驗法并不是隨機這種不斷摸索和試探的反復(fù)試驗法并不是隨機的或盲目的，事實上，它具有很強的選擇性。的或盲目的，事實上，它具有很強的選擇性。人們從錯誤中吸取教訓(xùn)，從成功中獲得經(jīng)驗，人們從錯誤中吸取教訓(xùn)，從成功中獲得經(jīng)驗，

31、在選擇試誤過程中逐步逼近目標在選擇試誤過程中逐步逼近目標l啟發(fā)式是人從實際經(jīng)驗得出的能在問題空間啟發(fā)式是人從實際經(jīng)驗得出的能在問題空間中有效地限制搜索量的問題解決策略。中有效地限制搜索量的問題解決策略。l選擇，就其本身而言，是問題解決者對所要選擇，就其本身而言，是問題解決者對所要解決的特定問題中所包含的各種信息作出區(qū)解決的特定問題中所包含的各種信息作出區(qū)分、優(yōu)化的過程。分、優(yōu)化的過程。l啟發(fā)式策略的選擇性基于多種經(jīng)驗法則（或啟發(fā)式策略的選擇性基于多種經(jīng)驗法則（或直觀推斷法），它們提示問題解決者應(yīng)先行直觀推斷法），它們提示問題解決者應(yīng)先行搜索哪些路徑和在已搜索了的路徑中哪些有搜索哪些路徑和在已搜

32、索了的路徑中哪些有希望通向目標。希望通向目標。l啟發(fā)式策略的選擇性與外界某種環(huán)境信息的啟發(fā)式策略的選擇性與外界某種環(huán)境信息的反饋密切相關(guān)。反饋密切相關(guān)。l鑒于問題表征和策略在人類問題解決過程中的鑒于問題表征和策略在人類問題解決過程中的重要作用，我們對問題表征、問題解決策略和重要作用，我們對問題表征、問題解決策略和表征與策略間的關(guān)系進行了系統(tǒng)研究。表征與策略間的關(guān)系進行了系統(tǒng)研究。問題表征過程及其對問題解決的影響問題表征過程及其對問題解決的影響策略使用和轉(zhuǎn)換策略使用和轉(zhuǎn)換問題表征與策略的關(guān)系問題表征與策略的關(guān)系 l我們認為，為了正確地解決問題，問題解我們認為，為了正確地解決問題，問題解決者必須從

33、問題的語言表述中充分有效地決者必須從問題的語言表述中充分有效地提取信息，再根據(jù)自己的經(jīng)驗和知識對信提取信息，再根據(jù)自己的經(jīng)驗和知識對信息進行分析和組織，發(fā)現(xiàn)問題的結(jié)構(gòu)，構(gòu)息進行分析和組織，發(fā)現(xiàn)問題的結(jié)構(gòu)，構(gòu)成自己的問題空間。成自己的問題空間。實驗一實驗一l 目的：探討問題表征的信息加工過程及其對問題解決結(jié)果的影響l 被試：34名大學生l 實驗作業(yè)：智力數(shù)學題 傅小蘭，何海東 (1995)：問題表征過程的一項研究。心理學報, 27(1), 204-210。智力數(shù)學應(yīng)用題l 蘇珊正在翻弄一個小本子，查找著什么?！斑@是過去的日記，”她說?！拔蚁肟纯茨衬昴吃伦詈蟮哪且惶於加浟诵┦裁?，那是我們初次相遇的

34、日子。”l “我認為那一天在當年是獨一無二的”，薩姆關(guān)掉收音機對蘇珊說，“如果你把那個月份最后一天以前的日數(shù)加到那一年其余月份中大月超過小月的數(shù)值上，你就可以得出我們初次相見以后那個月份的天數(shù)了?！眑 薩姆想了一會兒又說：“而且那天的日期等于那一年年代數(shù)的前兩位數(shù)字與后兩位數(shù)字之和?！眑 蘇珊對她丈夫的難題是習以為常。不過，她日記中記載的那個日子到底是哪年哪月的幾號呢？問題的初始條件與隱含條件l 過去的日記：日記中記載的那一天是在1993年以前。l 某年某月最后的那一天。l 那一天在當年是獨一無二的：解是唯一的。l 關(guān)掉收音機：對話發(fā)生在有收音機的年代，即1912年以后。l 把那個月份最后一天

35、以前的日數(shù)加到那一年其余月份中大月超過小月的數(shù)值上，等于初次相見以后那個月份的天數(shù)。l 那天的日期等于那一年年代數(shù)的前兩位數(shù)字與后兩位數(shù)字之和。 答案l 第一步：求月份和日期（滿足條件2、3、5）7月31日閏年2月29日l 第二步：求年代（滿足條件1、4、6）1912年l 正確答案：1912年7月31日結(jié)果l 34名被試所給答案中包括正確答案的有6人；l 沒有一人的答案完全滿足6個初始約束條件。數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析詳細分析被試的問題表征過程與問題解決結(jié)果詳細分析被試的問題表征過程與問題解決結(jié)果結(jié)結(jié) 論論l 正確的問題表征是解決問題的必要前提，在錯誤的或不完整的問題空間中進行搜索，不可能求得問題的正

36、確解；l 問題表征是對問題信息提取和理解的過程，問題規(guī)則在問題表征中起重要作用；l 在問題表征過程中，導(dǎo)致建構(gòu)出錯誤的或不完整的問題空間的主要因素包括信息遺漏：未能將問題的有關(guān)信息全部提取出來；信息誤解：對某些問題信息做出錯誤的分析和理解；隱喻干擾：問題信息中潛在的歧義性使被試困惑或誤導(dǎo)被試的解題思路。l目的：研究對問題規(guī)則的表征l任務(wù)：結(jié)構(gòu)簡單、規(guī)則明確的換位棋l被試：65名大學生l數(shù)據(jù)：65名大學生被試問題解決過程的詳細記錄 王東暉，傅小蘭 (1997)：換位棋問題規(guī)則的表征與解題正確率間關(guān)系的研究。心理科學通訊, (6), 536-540。l 問題： XXXOOO OOOXXXl 走棋規(guī)

37、則白子O和黑子X分別向?qū)Ψ角斑M，每次只能走一格；可以雙方輪流前進，也可以有一方連續(xù)前進，不能倒退。遇到對方棋子可以跳過，但只能跳過一個棋子。l 步數(shù)規(guī)則15次行棋內(nèi)將黑白棋子互換位置。l正確表征問題規(guī)則是解決換位棋問題的必要前提；l對問題規(guī)則信息的誤解和遺漏是導(dǎo)致解題錯誤的重要原因；l發(fā)現(xiàn)問題的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)是解決換位棋問題的必要條件，應(yīng)用正確的搜索方式（手段-目的分析策略、逆向搜索策略等）有助于發(fā)現(xiàn)問題的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。l在問題解決過程中，問題解決者往往不止在問題解決過程中，問題解決者往往不止使用一種策略。一些心理學家注意到，人使用一種策略。一些心理學家注意到，人可以從使用一種策略轉(zhuǎn)換到使用另一種策可以

38、從使用一種策略轉(zhuǎn)換到使用另一種策略。那么，略。那么，策略在什么條件下進行轉(zhuǎn)換？策略在什么條件下進行轉(zhuǎn)換？什么因素促使策略進行轉(zhuǎn)換呢？什么因素促使策略進行轉(zhuǎn)換呢？ 實驗三實驗三l 實驗作業(yè)：華容道問題l 實驗條件：2 2允許或不允許重走告訴或不告訴最少步數(shù)l 被試：被試共16人l 被試組間設(shè)計。每組4人，男女各半。 傅小蘭 (1987)：問題解決過程中的策略轉(zhuǎn)換的一項研究。心理學雜志，2(3)，22-31。華榮道：橫沖直撞式華榮道：橫沖直撞式1曹曹操操324關(guān)關(guān) 羽羽張張飛飛趙趙云云馬馬超超黃黃忠忠實驗方法l要求被試進行出聲思維l詳細分析被試的口語記錄結(jié)論結(jié)論l 解決華容道問題過程中使用著不止一

39、種策略。知覺指引策略是普遍使用的策略，早期表現(xiàn)是隨機的知覺指引策略，后來表現(xiàn)為確定一定中間狀態(tài)的有計劃的知覺指引策略。和有計劃的知覺指引策略有密切關(guān)系的是近點優(yōu)先策略和遠點優(yōu)先策略。結(jié)論結(jié)論（續(xù)）（續(xù)）l 策略轉(zhuǎn)換的總趨勢是從隨機的知覺指引策略轉(zhuǎn)換為有計劃的知覺指引策略。近點優(yōu)先策略和遠點優(yōu)先策略的轉(zhuǎn)換可以是隨機的；也可以是以一方的連續(xù)失敗而轉(zhuǎn)換的；而以確定的中間狀態(tài)作為即時目標的是有計劃的轉(zhuǎn)換。l 被試是否被允許隨時放棄當前狀態(tài)而從頭開始重新嘗試，被試是否被告知解決華容道問題的最少步數(shù)，都是影響策略轉(zhuǎn)換的因素。允許重走和告訴最少步數(shù)都有利于策略間的轉(zhuǎn)換。l我們用心理學實驗和計算機模擬相結(jié)合的

40、我們用心理學實驗和計算機模擬相結(jié)合的方法研究了問題表征與問題解決策略的關(guān)方法研究了問題表征與問題解決策略的關(guān)系。系。l研究選用的獨粒鉆石棋問題不僅具有特殊研究選用的獨粒鉆石棋問題不僅具有特殊的問題結(jié)構(gòu)，而且提供了一個與象棋和圍的問題結(jié)構(gòu)，而且提供了一個與象棋和圍棋同樣自然的問題情境。棋同樣自然的問題情境。獨立鉆石棋問題的結(jié)構(gòu)l 獨立鉆石棋是單人玩的游戲，共有32粒棋子l 它的玩法像跳棋，每次動一個棋子，這個棋子必須跳過另一個棋子，而且要跳到空位上，被跳過的那個棋子就被吃掉了l 游戲的成績?nèi)Q于最后剩的棋子數(shù)最好成績是只在棋盤中央（44處）剩下一枚棋子獨立鉆石棋獨立鉆石棋四組棋子及其關(guān)系四組棋子

41、及其關(guān)系l A組：24、42、44、46、64。A組棋子只能靠吃掉34、43、45和54位的棋子而走動。l B組：13、15、31、33、35、37、51、53、55、57、73、75。B組棋子無法吃掉A組棋子，也不能被A組棋子吃掉，但可以與C組和D組棋子互相對吃。l C組：23、25、41、43、45、47、63、65。l D組：14、32、34、36、52、54、56、74。 C組棋子與D組棋子互相垂直，不能互吃，也不能換位，但它們不僅能與B組棋子互相吃，而且還能吃掉A組棋子。l顯然，問題解決者需要對問題結(jié)構(gòu)有明確的認識，還要具有統(tǒng)觀全局的能力，使各組棋子能互相搭橋和配合，才能最終達到解決

42、目的。實驗四實驗四采用出聲思維方法44名被試解決問題五次 Fu, X. L. (1995). Problem representation and solution strategies in Solitaire Chess. European Journal of Cognitive Psychology, 7(3), 261-281. （1）被試使用的三種策略l知覺指引策略l選擇性搜索策略l計劃簡化策略“知覺指引策略知覺指引策略”l 被試下棋中選擇棋子移動無計劃，主要基于當時對問題情境的知覺結(jié)果，即看出哪個棋子能動就移動哪個棋子。l 口語記錄多是：“先試試”、“車到山前必有路”和“走一步看

43、一步”等。“選擇性搜索策略選擇性搜索策略”l 被試的口語記錄包括“先把最角上的棋子去掉”，“要往中間走”和“怎么把邊緣的移到中間去？”等。l 考慮到問題解決的最佳結(jié)果是剩一枚棋子在棋盤正中心位置，把棋子往棋盤中部集中是有道理的?！坝媱澓喕呗杂媱澓喕呗浴眑 被試的口語記錄中有這樣的表述，“怎么千方百計使這4個角一個一個使它空出來”和“上面一個一個角消滅掉了，這么消滅的話沒注意中間的”等。l 被試將棋盤的4個邊角上的棋子一塊接一塊地清除，表現(xiàn)出明顯的計劃性，這樣，也就能保證剩下的棋子都集中在中部。05101520253012345嘗試次數(shù)人數(shù)（人）知覺指引策略選擇性搜索策略計劃簡化策略在五次嘗

44、試中，使用在五次嘗試中，使用“知覺指引策略知覺指引策略”的人數(shù)逐的人數(shù)逐次減少，而使用次減少，而使用“選擇性搜索策略選擇性搜索策略”和和“計劃簡計劃簡化策略化策略”的人數(shù)呈上升趨勢。的人數(shù)呈上升趨勢。（2）策略有效性l對使用不同策略解決問題的剩棋子數(shù)進行統(tǒng)計檢驗，結(jié)果表明，使用“知覺指引策略”、 “選擇性搜索策略”和“計劃簡化策略”解決獨粒鉆石棋問題的有效性依秩遞增。l思維的計算機模擬的基礎(chǔ)是對人加工信息的過程進行實驗性的分析，再用計算機程序再現(xiàn)實驗中觀察到的信息加工過程，從而闡明人的思維規(guī)律。三種策略形式化三種策略形式化l我們通過對棋盤上不同位置的棋子賦予不同權(quán)重的方法，把人類被試使用的上述

45、三種策略形式化（Fu，1995）。l權(quán)重的具體值并不重要，實際起作用的是權(quán)重值的相對大小，在操作中權(quán)重值大的棋子總是比權(quán)重值小的棋子優(yōu)先處理，即應(yīng)先吃掉。 1 1 1 3 3 3 9 9 9 1 1 1 2 2 2 8 8 8 1 1 1 1 1 1 1 3 2 1 1 1 2 3 7 6 1 1 1 2 3 1 1 1 1 1 1 1 3 2 1 1 1 2 3 7 6 1 1 1 2 3 1 1 1 1 1 1 1 3 2 1 1 1 2 3 7 6 1 1 1 2 3 1 1 1 2 2 2 4 4 4 1 1 1 3 3 3 5 5 5 （a）知覺指引策略）知覺指引策略 （b）選擇性搜

46、索策略）選擇性搜索策略 （c）計劃簡化策略）計劃簡化策略圖圖2 三種策略對應(yīng)的棋子權(quán)重賦值三種策略對應(yīng)的棋子權(quán)重賦值形式化形式化l通過對棋子賦予不同權(quán)重值的方法，我們形象直觀地模擬了使用不同策略的被試對問題結(jié)構(gòu)的不同認識及對問題的不同表征。失敗失敗開始開始搜索搜索選擇選擇執(zhí)行執(zhí)行評價評價終止終止分析分析倒退倒退圖圖3 基本認知操作過程的計算機模型基本認知操作過程的計算機模型5、 問題解決的計算機模擬問題解決的計算機模擬l問題解決的計算機模擬就是依據(jù)一定的心問題解決的計算機模擬就是依據(jù)一定的心理學理論編寫計算機程序來模擬人類解決理學理論編寫計算機程序來模擬人類解決問題的行為和內(nèi)部認知過程，使計算

47、機類問題的行為和內(nèi)部認知過程，使計算機類似于人的方式來解決問題并達到類似的結(jié)似于人的方式來解決問題并達到類似的結(jié)果。果。 邏輯理論家邏輯理論家和和通用問題解決者通用問題解決者l 1.邏輯理論家邏輯理論家 1956年由年由Newell、Shaw和和Simon編寫的計編寫的計算機程序，是人類歷史上第一個模擬人類解決算機程序，是人類歷史上第一個模擬人類解決問題的計算機程序。它可以模擬人證明符號邏問題的計算機程序。它可以模擬人證明符號邏輯定理的思維活動。輯定理的思維活動。 2.通用問題解決者通用問題解決者 1958年開始，年開始， Newell、Shaw和和Simon繼繼續(xù)研制模擬人類解決問題的另一計

48、算機程序續(xù)研制模擬人類解決問題的另一計算機程序,簡稱簡稱GPS。其內(nèi)部知識是以產(chǎn)生式來表征的。其內(nèi)部知識是以產(chǎn)生式來表征的。一個產(chǎn)生式由條件和行動兩部分組成。一個產(chǎn)生式由條件和行動兩部分組成。 計算機模擬的貢獻與存在的問題計算機模擬的貢獻與存在的問題 l1.計算機模擬的貢獻計算機模擬的貢獻 計算機模擬不僅對人工智能的發(fā)展有計算機模擬不僅對人工智能的發(fā)展有著直接的重要價值，而且證實了一些心理著直接的重要價值，而且證實了一些心理學理論，促進心理學對人的問題解決的研學理論，促進心理學對人的問題解決的研究，提高了對某些環(huán)節(jié)的認識。究，提高了對某些環(huán)節(jié)的認識。 計算機模擬推動了知識庫和策略的研計算機模擬

49、推動了知識庫和策略的研究。究。 計算機模擬引出了產(chǎn)生式概念，將問計算機模擬引出了產(chǎn)生式概念，將問題解決中的一些認知活動加以形式化。題解決中的一些認知活動加以形式化。 l2.計算機模擬存在的問題計算機模擬存在的問題 如何評價計算機完成任務(wù)的方式與人的如何評價計算機完成任務(wù)的方式與人的方式是相似的？方式是相似的？ 人與計算機在問題中的思維方式差別人與計算機在問題中的思維方式差別 情感等因素對二者在問題解決中的作用情感等因素對二者在問題解決中的作用如何體現(xiàn)？如何體現(xiàn)？l專業(yè)知識專業(yè)知識l定勢定勢l功能固著功能固著l動機動機l情緒情緒l人際關(guān)系人際關(guān)系l 專家與新手專家（expert）是具有專門知識的

50、（domain-specific knowledge）人。新手（novice）是專門知識較少的人。l 專家解決相應(yīng)的問題要容易得多。l 專家與新手的區(qū)別知識數(shù)量上的差異：知識組織方式上的差異：專家根據(jù)問題的深層結(jié)構(gòu)（運用相同定理）進行分類，新手往往根據(jù)問題的表面結(jié)構(gòu)特征進行分類。l H. A. Simon & D. P. Simon (1978)發(fā)現(xiàn)：專家：“很明顯，400米/秒的一半是200米/秒?！毙率郑骸捌骄俣?（初速+末速）/2 =（0+400米/秒）/2=200米/秒”。l Larkin（1981）專家：如果量v，v0和t是已知的那么，加速度a也是已知的新手：如果目標是計算量x并且有一個物理定律包含有x那么，嘗試用那個定律計算x 實驗五l 目的：通過比較廣告設(shè)計專家、新手和生手的問題表征，研究廣告設(shè)計專家的問題表征特點及過程。l 任務(wù)：用30分鐘為一種假想的家用機器人設(shè)計一張招貼畫形式的廣告方案。l 被試：專家9人；新手20人；生手20人。 l 材料：廣告設(shè)計任務(wù)說明；引