任務(wù)復(fù)雜性的評估一個理論模型

任務(wù)復(fù)雜性的評估一個理論模型

任務(wù)復(fù)雜性的分析是發(fā)展心理學(xué)的一個重要領(lǐng)域。為了理解兒童心理或行為的發(fā)展,研究者需要選擇合適的任務(wù)。皮亞杰正是選擇了合適的任務(wù)證實了自己的理論假設(shè),但也正是這些任務(wù)使他的理論備受批評,因為采用單個任務(wù)探討個體心理發(fā)展時非常容易導(dǎo)致客觀的任務(wù)和情境特點沒有和主觀的個體認知能力清楚地區(qū)分開來,使得對兒童行為的解釋比較模糊。如果在相同背景下探討兒童完成結(jié)構(gòu)復(fù)雜性不同的任務(wù),或者完成結(jié)構(gòu)復(fù)雜性相同但內(nèi)容不同的任務(wù),就可以避免解釋模糊的問題。然而,這帶來的問題是如何分析不同任務(wù)的復(fù)雜性呢。任務(wù)復(fù)雜性分析也是心理測量學(xué)關(guān)注的問題。對于斯皮爾曼提出的一般智力(即g因素),最沒有爭議的事實就是,任務(wù)在此因素上的負荷是知覺到的任務(wù)復(fù)雜性的函數(shù)。Stankov和他的同事們探討了各種任務(wù)復(fù)雜性和認知能力的關(guān)系,提出導(dǎo)致任務(wù)在認知能力上負荷增加的重要原因就是任務(wù)復(fù)雜性的操作。然而,盡管人們已經(jīng)充分認識到任務(wù)復(fù)雜性對評估認知能力的影響,但如何分析任務(wù)的復(fù)雜程度呢?對此,不同的研究者有不同的看法。上個世紀90年代以來,新皮亞杰學(xué)派的代表人物之一哈爾福德(Halford)及其同事在多年研究的基礎(chǔ)上提出了關(guān)系復(fù)雜性(relationalcomplexity)理論,認為可通過考察任務(wù)的關(guān)系復(fù)雜性來確定任務(wù)的難度。該理論實質(zhì)上結(jié)合了其早先提出的結(jié)構(gòu)—映射理論和聯(lián)結(jié)主義的平行分布加工模型(PDP),不僅解釋了信息加工理論的加工能力限制問題,而且為分析任務(wù)復(fù)雜性提供了方法。本文將對該理論進行詳細介紹和評論。1項目間的關(guān)系根據(jù)哈爾福德的觀點,以往加工能力的測量大多測的是為以后加工而儲存的信息,而不是實際被加工的信息。而且不僅是項目,項目之間的關(guān)系或結(jié)構(gòu)也限制著認知加工。因此加工能力的限制應(yīng)根據(jù)能夠并行加工的關(guān)系復(fù)雜性來界定。1.1元關(guān)系和大小大鼠大鼠的關(guān)系關(guān)系復(fù)雜性,指關(guān)系的數(shù)量,確切地說是相關(guān)的實體或變量的數(shù)量。一元關(guān)系只有一個變量,如類概念中黑狗是狗的一種,即狗(黑狗),這里括號外的斜體表示關(guān)系或操作,括號里表示關(guān)系的一個例證。而二元關(guān)系則有兩個變量,如大象和老鼠哪個比較大,即較大(大象,老鼠)。三元關(guān)系則有三個變量,如2、3、5等三個數(shù)字相加,即相加(2,3,5)。四元關(guān)系則有四個變量,如,比例就有四個相互作用的成分,諸如2/3=6/9等等。每個變量都對應(yīng)一個槽,比如,二元關(guān)系就有兩個變量或者說兩個槽,其中每個槽都能填充很多不同的內(nèi)容,如較大(馬,狗)或者較大(山峰,田鼠丘)。因此,每個變量對應(yīng)一個維度,N維關(guān)系就是N維空間里點的集合。這里實體、變量和維度的含義是等同的。1.2概念組塊和分解加工要求,指任務(wù)對解決者施加的影響,它反映了完成任務(wù)需要的認知資源,是關(guān)系復(fù)雜性的函數(shù)。任務(wù)越復(fù)雜,加工要求就越高。那么人類最多能夠加工幾元關(guān)系?或者說加工能力的限制是多少?哈爾福德認為,盡管少數(shù)人在最佳情況下或許能夠加工五元關(guān)系,但一般來說成人能夠平行加工的最復(fù)雜的關(guān)系是四元關(guān)系。當然,這里所言的限制是“軟”限制,也就說加工能力不是有或者無的關(guān)系,而是漸變的,隨著極限的到達,速度和精確性都會下降。比如,某個年齡的兒童在二元關(guān)系任務(wù)上正確率為98%,在三元關(guān)系任務(wù)上為70%,在四元關(guān)系任務(wù)上為50%。此觀點隨之而來的問題是,如果任務(wù)太過復(fù)雜以致超過四元關(guān)系將如何加工。哈爾福德提出有兩種機制可以減少任務(wù)的復(fù)雜性,即概念組塊和分解。概念組塊,即將概念重新編碼成復(fù)雜程度較低的關(guān)系。哈爾福德經(jīng)常列舉的例子就是速度問題。根據(jù)速度的定義,v=s/t,速度、距離和時間的關(guān)系是三元關(guān)系,但是速度可以直接表達為一元關(guān)系,如轉(zhuǎn)盤上指針的位置(60千米/小時)。在這個一元關(guān)系表征中,速度,距離和時間之間的關(guān)系沒有界定。如果想要計算隨著距離的增加和時間的減少速度如何變化,必須回到三元關(guān)系表征中。這樣,概念組塊就節(jié)省了加工容量,但其代價是一些關(guān)系變得暫時無法通達。分解,即將任務(wù)分成不超過加工容量的多個步驟,然后進行序列加工。其例子包括多位數(shù)加減法運算,數(shù)以及排序任務(wù)等。例如,兩個多位數(shù)的加法就可以分解成多個步驟,首先將兩個多位數(shù)的個位、十位、百位等對齊,然后分別將兩個數(shù)的個位數(shù)字相加,十位數(shù)字相加,百位數(shù)字相加等等。概念組塊和分解能夠通過降低關(guān)系復(fù)雜性從而減少任務(wù)的加工要求,但不是任何情況下兒童都能使用這兩種機制,因為它們與個體的知識經(jīng)驗有很大關(guān)系。概念組塊機制中,經(jīng)驗的主要功能就是提供組塊的方式;而分解機制,很大程度上是兒童為了突破平行加工的限制而采取的策略,也與兒童的知識經(jīng)驗密不可分。因此這兩種機制的運用具有很大的靈活性,這就給任務(wù)復(fù)雜性的分析帶來很大的不確定性。1.3多元關(guān)系的使用如何確定任務(wù)的關(guān)系復(fù)雜性呢?哈爾福德將關(guān)系復(fù)雜性思想和實驗設(shè)計中的因素數(shù)量進行了類比。一個實驗設(shè)計可以被視為自變量和因變量之間的一組關(guān)系。one-way實驗設(shè)計相當于自變量和因變量之間的二元關(guān)系。two-way實驗設(shè)計相當于自變量和因變量之間的三元關(guān)系。也就是說,關(guān)系復(fù)雜性可以通過有相互作用的變量的多少來確定。然而,如1.2所述關(guān)系復(fù)雜性可以通過概念組塊和分解得以減少,因此同時加工的相關(guān)變量的數(shù)量不能直接代表任務(wù)的復(fù)雜性。有效的關(guān)系復(fù)雜性應(yīng)該通過減少技術(shù)得以確定,即有效的關(guān)系復(fù)雜性是在沒有損失信息的情況下使用分解和重組程序使關(guān)系能夠減少到最少維度。這樣,如果三元關(guān)系可以減少為二元關(guān)系而不損失信息的話,那么有效的關(guān)系復(fù)雜性就是二元而不是三元。以下是哈爾福德列舉的一個例子,向我們具體說明了如何使用減少技術(shù)。例如,有以下3個事實:(1)約翰在學(xué)校玩網(wǎng)球;(2)約翰在公園踢足球;(3)馬克在公園踢足球。直覺上看起來這是包括人,運動項目和地點的三元關(guān)系。那就是說,玩(人,運動項目,地點)={(約翰,網(wǎng)球,學(xué)校),(約翰,足球,公園),(馬克,足球,公園)}。最初我們可能認為關(guān)系復(fù)雜性是三元的,但是,這個三元關(guān)系可以按運動項目分解為兩個二元關(guān)系,結(jié)果關(guān)系變成:玩(人,運動項目)={(約翰,網(wǎng)球),(約翰,足球),(馬克,足球)};運動項目被玩(運動項目,地點)={(網(wǎng)球,學(xué)校),(足球,公園)}?，F(xiàn)在,根據(jù)共同的屬性運動項目,將這兩個二元關(guān)系進行重組,和最初的三元關(guān)系玩(人,運動項目,地點)包含相同的元素。因此,三元關(guān)系是可以分解為兩個二元關(guān)系的,有效的關(guān)系復(fù)雜性是二元。此外,關(guān)系復(fù)雜性的確定,還有一些具體原則。如果任務(wù)通過分解需要幾步來完成的話,其復(fù)雜性是由最復(fù)雜的那步確定的,這在所有領(lǐng)域都是如此。然而,在不同的具體領(lǐng)域中還有其他一些原則,如當A與B、C比較時(如,紅色不同于藍色和綠色),B和C就可以組塊,這時雖然涉及3個變量,但實質(zhì)只有兩個。1.4加工四元關(guān)系的能力結(jié)構(gòu)哈爾福德認為,我們觀察到的認知發(fā)展階段可歸因于隨著年齡的增長,表征的分化導(dǎo)致加工的關(guān)系復(fù)雜性的增加。他將皮亞杰的四個階段和關(guān)系復(fù)雜性大致對應(yīng)起來。1歲兒童能夠加工一元關(guān)系,對應(yīng)皮亞杰提出的前概念階段;2歲兒童能夠加工二元關(guān)系,對應(yīng)皮亞杰提出的直覺階段;5歲兒童能夠加工三元關(guān)系,對應(yīng)具體運算階段;11歲兒童能夠加工四元關(guān)系,對應(yīng)形式運算階段。盡管哈爾福德也劃分了年齡階段,但是他認為關(guān)系復(fù)雜性對認知發(fā)展的影響并不意味著發(fā)展就是不連續(xù)的。加工能力類似于門檻,是一個限制性因素,特定水平概念的獲得必須在能力足夠之后才能發(fā)生。但發(fā)展是經(jīng)驗驅(qū)動的,屬于特定水平復(fù)雜性的概念是無窮的。因此,每種概念的獲得都是相關(guān)經(jīng)驗的函數(shù),學(xué)到什么受到能力的影響,但能力增加到較高的復(fù)雜性后,復(fù)雜性較小的概念的獲得并不會停止。在此意義上講,發(fā)展是連續(xù)的。哈爾福德反復(fù)強調(diào)發(fā)展依賴于加工能力和知識獲得過程的交互作用,即獲得的內(nèi)容既取決于加工能力,也取決于知識經(jīng)驗。他還認為以往加工能力理論強調(diào)兒童不能夠做什么,并且暗示加工能力是兒童行為表現(xiàn)不可超越的障礙,其實是一個誤解。概念組塊和分解部分的討論可以表明加工能力的限制并沒有構(gòu)成表現(xiàn)的障礙。加工能力理論其實是關(guān)于過程的,而不是障礙的。特定的被試群體能夠平行加工特定的復(fù)雜性,意味著任務(wù)必須被組塊或者分解以便保持在能力范圍內(nèi),即采取特定的策略使任務(wù)能夠被處理。概括來講,能力限制僅僅意味著當組塊和分解被抑制時能力受到限制。1.5不同領(lǐng)域內(nèi)關(guān)系復(fù)雜相同的任務(wù)的成績相互關(guān)系分析關(guān)系復(fù)雜性理論是哈爾福德及其同事在20年來大量實證研究基礎(chǔ)上提出的,他們采用的任務(wù)包括經(jīng)典的皮亞杰任務(wù),如類包含、傳遞性推理、等級分類、平衡秤任務(wù)等,也包括其他的一些任務(wù),如關(guān)系從句的理解、心理理論、推理、代數(shù)運算、交通管理等[9,10,11,13,14,15]。通過這些研究,哈爾福德想證實他們提出的三個預(yù)測,即復(fù)雜性水平相同的任務(wù)難度相同;假使復(fù)雜性不同的幾個任務(wù)的材料、程序和知識都相同,那么關(guān)系復(fù)雜性水平越高,難度也越大;不同領(lǐng)域關(guān)系復(fù)雜性相同的任務(wù)的成績能夠相互預(yù)測。以傳遞性推理任務(wù)為例,哈爾福德認為此任務(wù)包含三元關(guān)系,是通過將前提中的元素整合成一個有序的三元組而完成的。比如,前提“張三比李四高,李四比王五高”需要同時加工三個元素,即張三、李四、王五,才能對張三和王五的關(guān)系作出判斷。這比只包含兩元關(guān)系的前提(如“張三比李四高”)的編碼施加了較高的加工負荷。他們以3～8歲兒童為被試進行的研究支持了此觀點,即包含三元關(guān)系的任務(wù)比包含二元關(guān)系的任務(wù)難度要大。為了驗證自己的理論,哈爾福德進行的大量實證研究涉及多個不同領(lǐng)域。如,在一項關(guān)于航空交通管理的研究中,他們給被試呈現(xiàn)了兩種情境,第一種情境下飛機較少,但被試卻報告認知負荷較大,第二種情境下飛機較多,但被試卻覺得該情境容易控制,其原因就在于第一種情境比第二種情境包含更復(fù)雜的關(guān)系。在另外一個研究中,他們給兒童施測了傳遞性推理、等級分類、類包含、句子理解、假設(shè)檢驗、基數(shù)的理解等六個不同領(lǐng)域的任務(wù),每個領(lǐng)域都包含二元關(guān)系和三元關(guān)系項目,結(jié)果表明兒童在不同領(lǐng)域內(nèi)關(guān)系復(fù)雜相同的任務(wù)上,其成績存在顯著的正相關(guān)。此外,他們還采取關(guān)系簡單匹配任務(wù),即讓被試判斷一對物體之間的關(guān)系和另一對物體之間的關(guān)系是否相同,發(fā)現(xiàn)大猩猩能夠加工二元關(guān)系。2日本的研究結(jié)果是什么?關(guān)系復(fù)雜性理論是哈爾福德在多年實證研究基礎(chǔ)上,分析了多個理論的異同,吸收了很多領(lǐng)域的研究成果之后逐漸形成的,目前已引起了不少其他研究者的關(guān)注。該理論與其他分析任務(wù)復(fù)雜性的方法相比有更清楚的數(shù)學(xué)定義,促進了客觀的任務(wù)分析,而且也創(chuàng)造了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算模擬的可能性。可以說,關(guān)系復(fù)雜性概念不僅具有很大的理論意義,更具有重要的方法學(xué)意義。比如,我們知道皮亞杰對年齡階段的劃分受到質(zhì)疑的一個重要原因就是很多其他的研究者進行重復(fù)測量后,與皮亞杰的研究結(jié)果不相符,而關(guān)系復(fù)雜性理論對此問題的回答是應(yīng)該對任務(wù)的復(fù)雜性進行細致分析,因為表面相似的任務(wù),復(fù)雜性可能會很不同。然而,該理論也存在以下的問題和不足。2.1關(guān)系復(fù)雜性理論的價值問題難度是問題本身的屬性,是拋開人的因素來討論問題的“客觀”難度,而問題解決難度實質(zhì)上是從主客體相互關(guān)系的角度來考慮的“主觀”問題難度。如果是主觀的問題解決難度,應(yīng)存在很大的個體差異和個體內(nèi)差異,對于不同被試或者個體發(fā)展的不同時期,問題解決的難度都是不同的,而不是固定的幾元關(guān)系,因此關(guān)系復(fù)雜性理論分析的不是主觀的問題解決難度。但作為客觀的問題難度,該理論又考慮了知識經(jīng)驗和策略在任務(wù)復(fù)雜性分析中的作用。個體知識經(jīng)驗不同,采取的組塊或分解方式就會不同,因而對于不同個體任務(wù)的關(guān)系復(fù)雜性也將不同,這又使得關(guān)系復(fù)雜性分析具有很大的主觀性和不確定性。因此,關(guān)系復(fù)雜性理論分析的實質(zhì)上既不是純粹的客觀問題難度,也不是純粹的主觀問題解決難度。正因為如此,Sweller對該理論的看法是:“我不確定該如何測量關(guān)系復(fù)雜性……留給我們的主要是經(jīng)驗問題,因為確定復(fù)雜性之前必須確定知識經(jīng)驗水平……雖然關(guān)系復(fù)雜性理論在區(qū)分不同任務(wù)的工作記憶負荷方面有相當?shù)臐摿?但在區(qū)分個體間的工作記憶能力方面作用不大,而且最終個體間的差異是由關(guān)系復(fù)雜性造成的還是知識經(jīng)驗造成的目前也沒有解決”。對此,辛自強提出的關(guān)系—表征復(fù)雜性模型或許能夠提供更好的解決,即客觀的問題難度由任務(wù)客觀的關(guān)系復(fù)雜性來界定,而主觀的問題解決難度則由表征復(fù)雜性來界定。然而,客觀的關(guān)系復(fù)雜性和主觀的表征復(fù)雜性又該如何評估和測量呢?此問題還有待進一步探討和澄清。2.2關(guān)于層次關(guān)系的復(fù)雜性關(guān)于維度層次關(guān)系對任務(wù)難度的影響,哈爾福德沒有給予足夠的重視。他認為維度層次關(guān)系也可以通過關(guān)系復(fù)雜性進行分析,因為不管是分析平行加工的維度還是維度的層次關(guān)系,根本原則都是分析發(fā)生交互作用的維度數(shù)量。但實際上,其區(qū)別對理解認知加工具有很大意義。平行加工的維度數(shù)量反映了“水平的”復(fù)雜性,而維度的層次關(guān)系反映了“垂直的”復(fù)雜性。從問題表征的角度來講,體現(xiàn)為表征廣度和表征深度。前者是能同時表征的同一層次上關(guān)系的數(shù)量;后者是能理解的關(guān)系的最高層次。它們之間并不總是一致的,即表征廣度大的未必表征深度就大,表征深度大的未必表征廣度就大。當然如果問題表征的廣度與深度都大,那么問題的解決難度必定也大。關(guān)于維度的層次關(guān)系對任務(wù)難度的影響,Commons等人以及Frye等人都曾論述過。對于維度層級關(guān)系的重要性,Zelazo等人還指出“層次復(fù)雜性的問題還促使我們思考,是什么導(dǎo)致復(fù)雜知識結(jié)構(gòu)不斷得以建構(gòu)的”,即復(fù)雜性水平n是如何發(fā)展到水平n+1的。此外,哈爾福德對維度的關(guān)系類型也沒有考慮。舉例來說,代數(shù)運算“2+3+5”、“2+3×5”、“3+5÷2”的難度肯定是不同的。但根據(jù)哈爾福德的觀點,它們都包括三個維度,因此復(fù)雜性、難度也相同?？梢哉f,關(guān)系復(fù)雜性分析的應(yīng)用范圍是很有限的。究竟該如何看待維度層次關(guān)系對任務(wù)難度的影響呢?如何整合維度的平行關(guān)系、層次關(guān)系以及關(guān)系類型呢?能否提供一套量化的評價標準以供我們對任務(wù)進行客觀的評價?這些問題有待我們進行深入的探索。2.3認知發(fā)展是領(lǐng)域特殊性的且領(lǐng)域一般性的表現(xiàn)關(guān)系復(fù)雜性理論作為認知發(fā)展理論,一些基本的理論問題沒有明確闡述,如認知發(fā)展的機制如何,認知發(fā)展是領(lǐng)域特殊性的還是領(lǐng)域一般性的。關(guān)于前者,哈爾福德曾提到隨著年齡的發(fā)展