认知心理学第九章问题解决

1、第九章 问题解决 对问题解决的几种理解对问题解决的几种理解 问题表征问题表征 问题解决策略问题解决策略 问题表征与策略的关系问题表征与策略的关系 影响问题解决的其他心理因素影响问题解决的其他心理因素 l 尝试错误说尝试错误说l 顿悟说顿悟说l 多阶段理论多阶段理论l 技能说技能说l 信息加工说信息加工说l美国心理学家桑代克美国心理学家桑代克（E. L. ThorndikeE. L. Thorndike，1874-19491874-1949）提出尝试）提出尝试错误说错误说l桑代克制作了多种迷箱桑代克制作了多种迷箱和迷津和迷津l用猫进行迷笼实验用猫进行迷笼实验l桑代克认为，桑代克认为，问题解决是一

2、种尝试问题解决是一种尝试- -错误（错误（trial trial and errorand error）的过程，带有渐进的性质）的过程，带有渐进的性质动物，至少低等动物并未在问题解决动物，至少低等动物并未在问题解决中表现出进行推理，其行为完全可用中表现出进行推理，其行为完全可用尝试尝试- -错误加以说明错误加以说明人类在解决问题中也有尝试人类在解决问题中也有尝试- -错误现象错误现象l格式塔心理学提出顿悟说。格式塔心理学提出顿悟说。l顿悟说认为，问题解决要求看出问题情顿悟说认为，问题解决要求看出问题情境中的各种关系，而对这种关系的理解境中的各种关系，而对这种关系的理解是突然产生的，既出现顿悟（

3、是突然产生的，既出现顿悟（insightinsight），），问题解决是通过顿悟而实现的。问题解决是通过顿悟而实现的。l德国心理学家苛勒（德国心理学家苛勒（Wolfgang KhlerWolfgang Khler，1887-1967)1887-1967)对黑猩猩的思维进行了长达对黑猩猩的思维进行了长达7 7年的研究。年的研究。黑猩猩突然对问题情境中的关系有了理解，由于顿黑猩猩突然对问题情境中的关系有了理解，由于顿悟而解决了问题。悟而解决了问题。l苛勒不同意尝试苛勒不同意尝试-错误说，认为桑代克错误说，认为桑代克安排的实验使动物看不到整个问题的情安排的实验使动物看不到整个问题的情境，因而出现尝试

4、境，因而出现尝试-错误现象，否则是错误现象，否则是不会出现的。不会出现的。l苛勒认为，动物解决问题的过程并不是苛勒认为，动物解决问题的过程并不是尝试错误的过程，而是对问题情景的一尝试错误的过程，而是对问题情景的一种顿悟，即通过对原来知觉情景的改造，种顿悟，即通过对原来知觉情景的改造，突然找到问题解决的方法。突然找到问题解决的方法。l格式塔心理学还认为，人也是通过顿悟格式塔心理学还认为，人也是通过顿悟来解决问题的。来解决问题的。l 美国实用主义哲学家杜威（美国实用主义哲学家杜威（John DeweyJohn Dewey，1859-1859-19521952）将问题解决看作多阶段的过程：）将问题解

5、决看作多阶段的过程：发现或认出问题，即感受到困难；发现或认出问题，即感受到困难；确定并说明问题，把有关的东西分出来；确定并说明问题，把有关的东西分出来；形成各种可能的解决办法；形成各种可能的解决办法；对各种可供选择的解决办法进行思索或推理，以对各种可供选择的解决办法进行思索或推理，以确定一个最合适的办法；确定一个最合适的办法；考验所选择的那个办法。考验所选择的那个办法。l杜威的看法对后来将问题解决分为四杜威的看法对后来将问题解决分为四个阶段有很大影响，并延续至今。个阶段有很大影响，并延续至今。l问题解决是熟悉问题、孕育、明朗和问题解决是熟悉问题、孕育、明朗和验证解决方法的过程。验证解决方法的过

6、程。准备（准备（PreparationPreparation）孕育（孕育（IncubationIncubation）明朗（明朗（IlluminationIllumination）或启示）或启示验证（验证（VerificationVerification）l问题解决是一种技能问题解决是一种技能问题解决需要运用过去经验问题解决需要运用过去经验问题解决能力能通过练习而发展提高问题解决能力能通过练习而发展提高问题解决需要调整和排列许多成分和次问题解决需要调整和排列许多成分和次要技能，并受次要技能发展程度的影响要技能，并受次要技能发展程度的影响l认知心理学用信息加工观点来研究人的问认知心理学用信息加工观

7、点来研究人的问题解决过程题解决过程l代表人物：代表人物：Newell,Shaw, & SimonNewell,Shaw, & Simonl把人类问题解决的过程和计算机问题解决把人类问题解决的过程和计算机问题解决的过程进行类比，用计算机模拟人类问题的过程进行类比，用计算机模拟人类问题解决行为解决行为l问题解决是问题解决者从问题初始状态出问题解决是问题解决者从问题初始状态出发，搜寻恰当的路径到达目标状态的过程，发，搜寻恰当的路径到达目标状态的过程，即在问题空间进行搜索的过程。即在问题空间进行搜索的过程。 问题的心理学描述问题的心理学描述l问题包含问题包含3个基本成分：个基本成分：l

8、给定：一组已知的关于问题条件的描述，给定：一组已知的关于问题条件的描述，即问题的起始状态即问题的起始状态l目标：关于构成问题结论的描述，即问题目标：关于构成问题结论的描述，即问题的答案或目标状态的答案或目标状态l障碍：正确的解决方法不是直接显而易见障碍：正确的解决方法不是直接显而易见的，必须间接通过一定的思维活动才能找的，必须间接通过一定的思维活动才能找到答案，达到目标状态。到答案，达到目标状态。问题的种类问题的种类l 归纳结构问题归纳结构问题l 转换问题转换问题l 排列问题排列问题l 界定清晰的问题（界定清晰的问题（well-defined problemwell-defined probl

9、em）l 界定含混的问题（界定含混的问题（ill-defined problemill-defined problem）l 对抗性问题（对抗性问题（adversary problemadversary problem）l 非对抗性问题（非对抗性问题（non-adversary problemnon-adversary problem）l 语义丰富的问题（语义丰富的问题（semantic rich problemsemantic rich problem）l 语义贫乏的问题（语义贫乏的问题（semantic impoverished problemsemantic impoverished pr

10、oblem）l归纳结构问题归纳结构问题 给予几个成分，而问题解决者必须发现隐给予几个成分，而问题解决者必须发现隐含这些成分中的结构形式。含这些成分中的结构形式。l转换问题转换问题 给予一个最初的状态，而问题解决者必须给予一个最初的状态，而问题解决者必须发现一些列达到目标状态的操作。发现一些列达到目标状态的操作。l排列问题排列问题 给予所需的成分，而问题解决者必须以一给予所需的成分，而问题解决者必须以一定的方式排列它们，以达到规定的目标状定的方式排列它们，以达到规定的目标状态。态。 l界定清晰的问题界定清晰的问题（well-defined problemwell-defined problem）

11、界定清晰的问题是指初始状态（界定清晰的问题是指初始状态（initial initial statestate）、目标状态（）、目标状态（goal stategoal state）以及）以及由初始状态如何到达目标状态的一系列过由初始状态如何到达目标状态的一系列过程都很清楚的问题。程都很清楚的问题。l界定含混的问题界定含混的问题（ill-defined problemill-defined problem） 界定含混的问题是指对问题的初始状态界定含混的问题是指对问题的初始状态或目标状态没有清楚的说明，或者对两者或目标状态没有清楚的说明，或者对两者都没有明确的说明，这些问题具有很大的都没有明确的说明

12、，这些问题具有很大的不确定性。不确定性。 l对抗性问题对抗性问题（adversary problemadversary problem）解决对抗性问题时，人们不仅要考虑解决对抗性问题时，人们不仅要考虑自己的解题活动，而且这种活动还要自己的解题活动，而且这种活动还要受对手解题活动的影响。受对手解题活动的影响。l非对抗性问题非对抗性问题（non-adversary non-adversary problemproblem）非对抗性是指在解决问题时没有对手非对抗性是指在解决问题时没有对手参与的问题。参与的问题。 l语义丰富的问题语义丰富的问题（semantic rich problemsemanti

13、c rich problem）如果解题者对所要解决的问题具有很多如果解题者对所要解决的问题具有很多相关的知识，这种问题称为语义丰富的相关的知识，这种问题称为语义丰富的问题。问题。l语义贫乏的问题语义贫乏的问题（semantic impoverished semantic impoverished problemproblem）如果解题者对要解决的问题没有相关的如果解题者对要解决的问题没有相关的经验，这种问题称为语义贫乏的问题。经验，这种问题称为语义贫乏的问题。问题解决的特征问题解决的特征l1、目的指向性、目的指向性 问题解决活动必须是目的指向的活动，它问题解决活动必须是目的指向的活动，它总要达

14、到某个特定的终结状态。总要达到某个特定的终结状态。l2、操作序列、操作序列 问题解决必须包括心理过程的序列问题解决必须包括心理过程的序列l3、认知操作、认知操作 问题解决的活动必须由认知操作来进行问题解决的活动必须由认知操作来进行l认知心理学家将信息在头脑中的呈现方式认知心理学家将信息在头脑中的呈现方式统称为表征。统称为表征。l问题空间是人们对问题的内部表征，将任问题空间是人们对问题的内部表征，将任务领域转化为人的问题空间就实现了对问务领域转化为人的问题空间就实现了对问题的表征和理解。题的表征和理解。 l问题空间是指问题解决者对所要解决的问题空间是指问题解决者对所要解决的问题的一切可能的认识状

15、态，包括对问问题的一切可能的认识状态，包括对问题的初始状态和目标状态的认识，如何题的初始状态和目标状态的认识，如何由初始状态转化为目标状态以及有关的由初始状态转化为目标状态以及有关的算子的认识等。算子的认识等。l问题表征的四个因素问题表征的四个因素问题的初始状态问题的初始状态目标状态目标状态算子算子对算子的约束对算子的约束问题解决问题解决l问题解决就是应用各种算子来改变问题的问题解决就是应用各种算子来改变问题的起始状态，使之转变为目标状态，也就是起始状态，使之转变为目标状态，也就是对问题空间的搜索，以找到一条从问题的对问题空间的搜索，以找到一条从问题的起始状态达到目标状态的通路。起始状态达到目

16、标状态的通路。l1、问题行为图、问题行为图 问题行为图将问题解决过程分解为许多操问题行为图将问题解决过程分解为许多操作和认识状态，清楚地揭示问题空间和搜作和认识状态，清楚地揭示问题空间和搜索过程。索过程。l 设在下列加法算式中，有设在下列加法算式中，有10个不同的字母，每个字母分别个不同的字母，每个字母分别代表代表0至至9的一个数码。现已知字母的一个数码。现已知字母D=5，要求找出每一个，要求找出每一个字母所代表的一个数码，运用通常的加法规则，使得下面字母所代表的一个数码，运用通常的加法规则，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密码算题密码算题5 2 6 4 8 5+1 9 7 4 8 57 2 3 9 7 02、树形图、树形图 l树形图指明在所有可能的方向上进行树形图指明在所有可能的方向上进行搜索所产生的各种中间状态，直至目搜索所产生的各种中间状态，直至目标状态，故又称搜索树。标状态，故又称搜索树。l树形图既表明问题空间，又表明对问树形图既表明问题空间，又表明对问题空间的搜索过程。题空间的搜索过程。l问题行为图所表明的人的问题空间是问题行为图所表明的人的问题空间是从人解决问题的实际行为得到的，它从人解决问题的实际行为得到的，它是心理空间。树形图所表示的问题空是心理空间。树形图所表示的问题空间是基于对问题解决的

18、逻辑分析或算间是基于对问题解决的逻辑分析或算法而得到的，它是一种逻辑空间或算法而得到的，它是一种逻辑空间或算法空间。这两种空间相互联系着，逻法空间。这两种空间相互联系着，逻辑空间可以转化为心理空间。辑空间可以转化为心理空间。问题解决步骤l问题表征，即识别和理解问题问题表征，即识别和理解问题l设计或规定解决问题的策略设计或规定解决问题的策略l执行策略执行策略l评价问题解决的进展评价问题解决的进展问题表征对问题解决的影响问题表征对问题解决的影响l1.如果问题得不到适宜的表征，那么如果问题得不到适宜的表征，那么问题就难于解决或无法解决。问题就难于解决或无法解决。l2.问题表征依赖于人的知识经验，也问

19、题表征依赖于人的知识经验，也受到注意、记忆和思维等心理过程的受到注意、记忆和思维等心理过程的制约。制约。 l问题空间是对任务范围的理解，即形成问题空间是对任务范围的理解，即形成问题的表征问题的表征问题本身是课题的领域、范围问题本身是课题的领域、范围对问题的理解则是人的问题空间对问题的理解则是人的问题空间l问题空间不是现成地随着问题提供给问题空间不是现成地随着问题提供给问问题解决者题解决者的的l问题解决者需要利用问题本身的特征和问题解决者需要利用问题本身的特征和相关领域的知识来主动地构建它相关领域的知识来主动地构建它l问题解决者需要充分有效地提取问题信息，问题解决者需要充分有效地提取问题信息，再

20、根据问题解决者自身的经验和知识对信再根据问题解决者自身的经验和知识对信息进行组织和分析，发现问题结构，建构息进行组织和分析，发现问题结构，建构问题空间问题空间同一问题，不同人可构造出不同问题空间同一问题，不同人可构造出不同问题空间同一个人，其问题空间也可能改变或重构同一个人，其问题空间也可能改变或重构不同问题，有不同的问题空间的结构和大小不同问题，有不同的问题空间的结构和大小表征是问题解决的中心环节表征是问题解决的中心环节l问题表征直接影响着问题解决者所考虑的一系问题表征直接影响着问题解决者所考虑的一系列合法、适当的步列合法、适当的步l如果一个问题得到了正确的表征，可以说它已如果一个问题得到了

21、正确的表征，可以说它已解决了一半（解决了一半（Simon，1986）l有时按常规方式表征的问题难以求解，但若换有时按常规方式表征的问题难以求解，但若换一个角度来表征同一个问题，问题就迎刃而解一个角度来表征同一个问题，问题就迎刃而解了（了（Simon，1991）适宜的表征l 问题解决的典型特征即在于生成合理的问题表征，问题解决的典型特征即在于生成合理的问题表征，即问题被恰当地组织起来。即问题被恰当地组织起来。l 一个适宜的表征应该满足三个条件一个适宜的表征应该满足三个条件表征与问题的真实结构相对应表征与问题的真实结构相对应表征中的各个问题成分被适当的结合在一起表征中的各个问题成分被适当的结合在一

22、起表征结合了问题解决者的其他知识表征结合了问题解决者的其他知识（Wertheimer, 1985）什么决定问题难度？l问题结构上的不同并不能解释问题难度上问题结构上的不同并不能解释问题难度上的差异，被试想象、构造或考虑问题的方的差异，被试想象、构造或考虑问题的方式才是决定问题难度的关键。式才是决定问题难度的关键。（Kotovky等人，等人，1985）l 策略是人对信息加以操作的办法、计划、方案，策略是人对信息加以操作的办法、计划、方案，它使人的认知活动成为有组织的有机的统一体它使人的认知活动成为有组织的有机的统一体l采用什么样的策略解决问题，是影响问题解决采用什么样的策略解决问题，是影响问题解

23、决效率的一个很重要的心理因素效率的一个很重要的心理因素l好的策略，有利于问题的解决好的策略，有利于问题的解决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，表现在某些策略比其他一些策略更有效，表现在它们要求的短时记忆的负担它们要求的短时记忆的负担保持它们的容易程度保持它们的容易程度它们达到问题解决的速度它们达到问题解决的速度它们所适用的作业范围它们所适用的作业范围l算法算法l启发式启发式手段手段- -目的分析目的分析逆向搜索逆向搜索爬山法爬山法计划计划l算法策略（算法策略（a

24、lgorithm strategyalgorithm strategy）是在问）是在问题空间中随机搜索所有可能的解决问题的题空间中随机搜索所有可能的解决问题的方法，直至选择一种有效的方法解决问题方法，直至选择一种有效的方法解决问题把解决问题的方法一一进行尝试，最终把解决问题的方法一一进行尝试，最终找到解决问题的答案找到解决问题的答案l优点：它能够保证问题的解决优点：它能够保证问题的解决l缺点：需要大量的尝试，因此费时费力缺点：需要大量的尝试，因此费时费力当问题复杂、问题空间很大时，人们很当问题复杂、问题空间很大时，人们很难依靠这种策略来解决问题难依靠这种策略来解决问题有些问题也许没有现成的算法

25、或尚未发有些问题也许没有现成的算法或尚未发现其算法现其算法l启发法（启发法（heuristic methodheuristic method）是人根据一）是人根据一定的经验，在问题空间内进行较少的搜索，定的经验，在问题空间内进行较少的搜索，以达到问题解决的一种方法以达到问题解决的一种方法l优点：较省时省力优点：较省时省力l缺点：启发法不能完全保证问题解决的成缺点：启发法不能完全保证问题解决的成功功l 手段手段- -目的分析（目的分析（mean-end analysismean-end analysis）是将需）是将需要达到的问题的目标状态分成若干子目标，通要达到的问题的目标状态分成若干子目标，

26、通过实现一系列的子目标最终达到总目标。过实现一系列的子目标最终达到总目标。基本步骤基本步骤l比较初始状态和目标状态，提出第一个子目标比较初始状态和目标状态，提出第一个子目标l找出完成第一个子目标的方法或操作找出完成第一个子目标的方法或操作l实现子目标实现子目标l提出新的子目标提出新的子目标上述步骤循环往复，直至问题的解决上述步骤循环往复，直至问题的解决l 手段手段- -目的分析是常用策略，对解决复杂问题目的分析是常用策略，对解决复杂问题有重要应用价值。有重要应用价值。河内塔问题目标：河内塔问题目标：将盘从柱将盘从柱1移到柱移到柱3，且保持原大小顺序。，且保持原大小顺序。河内塔问题规则：河内塔问

27、题规则：每次只能移动一个圆盘；每次只能移动一个圆盘；大盘不能放在小盘上；大盘不能放在小盘上；在移动时可利用柱在移动时可利用柱2。l逆向搜索（逆向搜索（backward searchbackward search）是从问）是从问题的目标状态开始搜索，直至找到通题的目标状态开始搜索，直至找到通往初始状态的通路或方法。往初始状态的通路或方法。l逆向搜索更适合于解决那些从初始状逆向搜索更适合于解决那些从初始状态到目标状态只有少数通路的问题。态到目标状态只有少数通路的问题。l池塘问题池塘问题l爬山法（爬山法（hill climbing methodhill climbing method）是类似）是类似

28、于手段于手段- -目的分析法的一种解题策略。目的分析法的一种解题策略。l人在爬山时考虑指定的起始点，然后选取人在爬山时考虑指定的起始点，然后选取与起始点邻接的未被访问的任一节点，向与起始点邻接的未被访问的任一节点，向目标方向运动，并且在爬山过程中对每一目标方向运动，并且在爬山过程中对每一节点下面的可能路程进行排序，逐步逼近节点下面的可能路程进行排序，逐步逼近目标。这种方法称为爬山法。目标。这种方法称为爬山法。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状态和目标状态的距离，以达到问题解状态和目标状态的距离，以达到问题解决的一种方法决的一种方法就像登山者为了登上山峰，需

29、要从山就像登山者为了登上山峰，需要从山脚一步一步登上山峰一样脚一步一步登上山峰一样最麻烦的问题：小丘，山脊，平台最麻烦的问题：小丘，山脊，平台l使用手段使用手段-目的分析时，有时为了达到目目的分析时，有时为了达到目的，不得不暂时扩大目标状态与初始状的，不得不暂时扩大目标状态与初始状态的差异，以有利于最终达到目标。态的差异，以有利于最终达到目标。l在解决问题时，还可以先抛开某些方面或在解决问题时，还可以先抛开某些方面或部分，而抓住一些主要结构，把问题抽象部分，而抓住一些主要结构，把问题抽象成简单的形式，先解决这个简单的问题，成简单的形式，先解决这个简单的问题，然后而已得成果去解决更复杂的问题。然

30、后而已得成果去解决更复杂的问题。 启发式策略的本质特征：选择性启发式策略的本质特征：选择性l选择性是启发式策略的基本特征选择性是启发式策略的基本特征l一般来说，特定的问题解决需要经过多次摸索一般来说，特定的问题解决需要经过多次摸索才能完成。在摸索过程中，有些经验或尝试被才能完成。在摸索过程中，有些经验或尝试被放弃了，有些则被继续使用放弃了，有些则被继续使用l这种不断摸索和试探的反复试验法并不是随机这种不断摸索和试探的反复试验法并不是随机的或盲目的，事实上，它具有很强的选择性。的或盲目的，事实上，它具有很强的选择性。人们从错误中吸取教训，从成功中获得经验，人们从错误中吸取教训，从成功中获得经验，

31、在选择试误过程中逐步逼近目标在选择试误过程中逐步逼近目标l启发式是人从实际经验得出的能在问题空间启发式是人从实际经验得出的能在问题空间中有效地限制搜索量的问题解决策略。中有效地限制搜索量的问题解决策略。l选择，就其本身而言，是问题解决者对所要选择，就其本身而言，是问题解决者对所要解决的特定问题中所包含的各种信息作出区解决的特定问题中所包含的各种信息作出区分、优化的过程。分、优化的过程。l启发式策略的选择性基于多种经验法则（或启发式策略的选择性基于多种经验法则（或直观推断法），它们提示问题解决者应先行直观推断法），它们提示问题解决者应先行搜索哪些路径和在已搜索了的路径中哪些有搜索哪些路径和在已搜

32、索了的路径中哪些有希望通向目标。希望通向目标。l启发式策略的选择性与外界某种环境信息的启发式策略的选择性与外界某种环境信息的反馈密切相关。反馈密切相关。l鉴于问题表征和策略在人类问题解决过程中的鉴于问题表征和策略在人类问题解决过程中的重要作用，我们对问题表征、问题解决策略和重要作用，我们对问题表征、问题解决策略和表征与策略间的关系进行了系统研究。表征与策略间的关系进行了系统研究。问题表征过程及其对问题解决的影响问题表征过程及其对问题解决的影响策略使用和转换策略使用和转换问题表征与策略的关系问题表征与策略的关系 l我们认为，为了正确地解决问题，问题解我们认为，为了正确地解决问题，问题解决者必须从

33、问题的语言表述中充分有效地决者必须从问题的语言表述中充分有效地提取信息，再根据自己的经验和知识对信提取信息，再根据自己的经验和知识对信息进行分析和组织，发现问题的结构，构息进行分析和组织，发现问题的结构，构成自己的问题空间。成自己的问题空间。实验一实验一l 目的：探讨问题表征的信息加工过程及其对问题解决结果的影响l 被试：34名大学生l 实验作业：智力数学题 傅小兰，何海东 (1995)：问题表征过程的一项研究。心理学报, 27(1), 204-210。智力数学应用题l 苏珊正在翻弄一个小本子，查找着什么。“这是过去的日记，”她说。“我想看看某年某月最后的那一天都记了些什么，那是我们初次相遇的

34、日子。”l “我认为那一天在当年是独一无二的”，萨姆关掉收音机对苏珊说，“如果你把那个月份最后一天以前的日数加到那一年其余月份中大月超过小月的数值上，你就可以得出我们初次相见以后那个月份的天数了。”l 萨姆想了一会儿又说：“而且那天的日期等于那一年年代数的前两位数字与后两位数字之和。”l 苏珊对她丈夫的难题是习以为常。不过，她日记中记载的那个日子到底是哪年哪月的几号呢？问题的初始条件与隐含条件l 过去的日记：日记中记载的那一天是在1993年以前。l 某年某月最后的那一天。l 那一天在当年是独一无二的：解是唯一的。l 关掉收音机：对话发生在有收音机的年代，即1912年以后。l 把那个月份最后一天

35、以前的日数加到那一年其余月份中大月超过小月的数值上，等于初次相见以后那个月份的天数。l 那天的日期等于那一年年代数的前两位数字与后两位数字之和。 答案l 第一步：求月份和日期（满足条件2、3、5）7月31日闰年2月29日l 第二步：求年代（满足条件1、4、6）1912年l 正确答案：1912年7月31日结果l 34名被试所给答案中包括正确答案的有6人；l 没有一人的答案完全满足6个初始约束条件。数据分析数据分析详细分析被试的问题表征过程与问题解决结果详细分析被试的问题表征过程与问题解决结果结结 论论l 正确的问题表征是解决问题的必要前提，在错误的或不完整的问题空间中进行搜索，不可能求得问题的正

36、确解；l 问题表征是对问题信息提取和理解的过程，问题规则在问题表征中起重要作用；l 在问题表征过程中，导致建构出错误的或不完整的问题空间的主要因素包括信息遗漏：未能将问题的有关信息全部提取出来；信息误解：对某些问题信息做出错误的分析和理解；隐喻干扰：问题信息中潜在的歧义性使被试困惑或误导被试的解题思路。l目的：研究对问题规则的表征l任务：结构简单、规则明确的换位棋l被试：65名大学生l数据：65名大学生被试问题解决过程的详细记录 王东晖，傅小兰 (1997)：换位棋问题规则的表征与解题正确率间关系的研究。心理科学通讯, (6), 536-540。l 问题： XXXOOO OOOXXXl 走棋规

37、则白子O和黑子X分别向对方前进，每次只能走一格；可以双方轮流前进，也可以有一方连续前进，不能倒退。遇到对方棋子可以跳过，但只能跳过一个棋子。l 步数规则15次行棋内将黑白棋子互换位置。l正确表征问题规则是解决换位棋问题的必要前提；l对问题规则信息的误解和遗漏是导致解题错误的重要原因；l发现问题的关键结构是解决换位棋问题的必要条件，应用正确的搜索方式（手段-目的分析策略、逆向搜索策略等）有助于发现问题的关键结构。l在问题解决过程中，问题解决者往往不止在问题解决过程中，问题解决者往往不止使用一种策略。一些心理学家注意到，人使用一种策略。一些心理学家注意到，人可以从使用一种策略转换到使用另一种策可以

38、从使用一种策略转换到使用另一种策略。那么，略。那么，策略在什么条件下进行转换？策略在什么条件下进行转换？什么因素促使策略进行转换呢？什么因素促使策略进行转换呢？ 实验三实验三l 实验作业：华容道问题l 实验条件：2 2允许或不允许重走告诉或不告诉最少步数l 被试：被试共16人l 被试组间设计。每组4人，男女各半。 傅小兰 (1987)：问题解决过程中的策略转换的一项研究。心理学杂志，2(3)，22-31。华荣道：横冲直撞式华荣道：横冲直撞式1曹曹操操324关关 羽羽张张飞飞赵赵云云马马超超黄黄忠忠实验方法l要求被试进行出声思维l详细分析被试的口语记录结论结论l 解决华容道问题过程中使用着不止一

39、种策略。知觉指引策略是普遍使用的策略，早期表现是随机的知觉指引策略，后来表现为确定一定中间状态的有计划的知觉指引策略。和有计划的知觉指引策略有密切关系的是近点优先策略和远点优先策略。结论结论（续）（续）l 策略转换的总趋势是从随机的知觉指引策略转换为有计划的知觉指引策略。近点优先策略和远点优先策略的转换可以是随机的；也可以是以一方的连续失败而转换的；而以确定的中间状态作为即时目标的是有计划的转换。l 被试是否被允许随时放弃当前状态而从头开始重新尝试，被试是否被告知解决华容道问题的最少步数，都是影响策略转换的因素。允许重走和告诉最少步数都有利于策略间的转换。l我们用心理学实验和计算机模拟相结合的

40、我们用心理学实验和计算机模拟相结合的方法研究了问题表征与问题解决策略的关方法研究了问题表征与问题解决策略的关系。系。l研究选用的独粒钻石棋问题不仅具有特殊研究选用的独粒钻石棋问题不仅具有特殊的问题结构，而且提供了一个与象棋和围的问题结构，而且提供了一个与象棋和围棋同样自然的问题情境。棋同样自然的问题情境。独立钻石棋问题的结构l 独立钻石棋是单人玩的游戏，共有32粒棋子l 它的玩法像跳棋，每次动一个棋子，这个棋子必须跳过另一个棋子，而且要跳到空位上，被跳过的那个棋子就被吃掉了l 游戏的成绩取决于最后剩的棋子数最好成绩是只在棋盘中央（44处）剩下一枚棋子独立钻石棋独立钻石棋四组棋子及其关系四组棋子

41、及其关系l A组：24、42、44、46、64。A组棋子只能靠吃掉34、43、45和54位的棋子而走动。l B组：13、15、31、33、35、37、51、53、55、57、73、75。B组棋子无法吃掉A组棋子，也不能被A组棋子吃掉，但可以与C组和D组棋子互相对吃。l C组：23、25、41、43、45、47、63、65。l D组：14、32、34、36、52、54、56、74。 C组棋子与D组棋子互相垂直，不能互吃，也不能换位，但它们不仅能与B组棋子互相吃，而且还能吃掉A组棋子。l显然，问题解决者需要对问题结构有明确的认识，还要具有统观全局的能力，使各组棋子能互相搭桥和配合，才能最终达到解决

42、目的。实验四实验四采用出声思维方法44名被试解决问题五次 Fu, X. L. (1995). Problem representation and solution strategies in Solitaire Chess. European Journal of Cognitive Psychology, 7(3), 261-281. （1）被试使用的三种策略l知觉指引策略l选择性搜索策略l计划简化策略“知觉指引策略知觉指引策略”l 被试下棋中选择棋子移动无计划，主要基于当时对问题情境的知觉结果，即看出哪个棋子能动就移动哪个棋子。l 口语记录多是：“先试试”、“车到山前必有路”和“走一步看

43、一步”等。“选择性搜索策略选择性搜索策略”l 被试的口语记录包括“先把最角上的棋子去掉”，“要往中间走”和“怎么把边缘的移到中间去？”等。l 考虑到问题解决的最佳结果是剩一枚棋子在棋盘正中心位置，把棋子往棋盘中部集中是有道理的。“计划简化策略计划简化策略”l 被试的口语记录中有这样的表述，“怎么千方百计使这4个角一个一个使它空出来”和“上面一个一个角消灭掉了，这么消灭的话没注意中间的”等。l 被试将棋盘的4个边角上的棋子一块接一块地清除，表现出明显的计划性，这样，也就能保证剩下的棋子都集中在中部。05101520253012345尝试次数人数（人）知觉指引策略选择性搜索策略计划简化策略在五次尝

44、试中，使用在五次尝试中，使用“知觉指引策略知觉指引策略”的人数逐的人数逐次减少，而使用次减少，而使用“选择性搜索策略选择性搜索策略”和和“计划简计划简化策略化策略”的人数呈上升趋势。的人数呈上升趋势。（2）策略有效性l对使用不同策略解决问题的剩棋子数进行统计检验，结果表明，使用“知觉指引策略”、 “选择性搜索策略”和“计划简化策略”解决独粒钻石棋问题的有效性依秩递增。l思维的计算机模拟的基础是对人加工信息的过程进行实验性的分析，再用计算机程序再现实验中观察到的信息加工过程，从而阐明人的思维规律。三种策略形式化三种策略形式化l我们通过对棋盘上不同位置的棋子赋予不同权重的方法，把人类被试使用的上述

45、三种策略形式化（Fu，1995）。l权重的具体值并不重要，实际起作用的是权重值的相对大小，在操作中权重值大的棋子总是比权重值小的棋子优先处理，即应先吃掉。 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）知觉指引策略）知觉指引策略 （b）选择性搜

46、索策略）选择性搜索策略 （c）计划简化策略）计划简化策略图图2 三种策略对应的棋子权重赋值三种策略对应的棋子权重赋值形式化形式化l通过对棋子赋予不同权重值的方法，我们形象直观地模拟了使用不同策略的被试对问题结构的不同认识及对问题的不同表征。失败失败开始开始搜索搜索选择选择执行执行评价评价终止终止分析分析倒退倒退图图3 基本认知操作过程的计算机模型基本认知操作过程的计算机模型5、 问题解决的计算机模拟问题解决的计算机模拟l问题解决的计算机模拟就是依据一定的心问题解决的计算机模拟就是依据一定的心理学理论编写计算机程序来模拟人类解决理学理论编写计算机程序来模拟人类解决问题的行为和内部认知过程，使计算

47、机类问题的行为和内部认知过程，使计算机类似于人的方式来解决问题并达到类似的结似于人的方式来解决问题并达到类似的结果。果。 逻辑理论家逻辑理论家和和通用问题解决者通用问题解决者l 1.逻辑理论家逻辑理论家 1956年由年由Newell、Shaw和和Simon编写的计编写的计算机程序，是人类历史上第一个模拟人类解决算机程序，是人类历史上第一个模拟人类解决问题的计算机程序。它可以模拟人证明符号逻问题的计算机程序。它可以模拟人证明符号逻辑定理的思维活动。辑定理的思维活动。 2.通用问题解决者通用问题解决者 1958年开始，年开始， Newell、Shaw和和Simon继继续研制模拟人类解决问题的另一计

48、算机程序续研制模拟人类解决问题的另一计算机程序,简称简称GPS。其内部知识是以产生式来表征的。其内部知识是以产生式来表征的。一个产生式由条件和行动两部分组成。一个产生式由条件和行动两部分组成。 计算机模拟的贡献与存在的问题计算机模拟的贡献与存在的问题 l1.计算机模拟的贡献计算机模拟的贡献 计算机模拟不仅对人工智能的发展有计算机模拟不仅对人工智能的发展有着直接的重要价值，而且证实了一些心理着直接的重要价值，而且证实了一些心理学理论，促进心理学对人的问题解决的研学理论，促进心理学对人的问题解决的研究，提高了对某些环节的认识。究，提高了对某些环节的认识。 计算机模拟推动了知识库和策略的研计算机模拟

49、推动了知识库和策略的研究。究。 计算机模拟引出了产生式概念，将问计算机模拟引出了产生式概念，将问题解决中的一些认知活动加以形式化。题解决中的一些认知活动加以形式化。 l2.计算机模拟存在的问题计算机模拟存在的问题 如何评价计算机完成任务的方式与人的如何评价计算机完成任务的方式与人的方式是相似的？方式是相似的？ 人与计算机在问题中的思维方式差别人与计算机在问题中的思维方式差别 情感等因素对二者在问题解决中的作用情感等因素对二者在问题解决中的作用如何体现？如何体现？l专业知识专业知识l定势定势l功能固着功能固着l动机动机l情绪情绪l人际关系人际关系l 专家与新手专家（expert）是具有专门知识的

50、（domain-specific knowledge）人。新手（novice）是专门知识较少的人。l 专家解决相应的问题要容易得多。l 专家与新手的区别知识数量上的差异：知识组织方式上的差异：专家根据问题的深层结构（运用相同定理）进行分类，新手往往根据问题的表面结构特征进行分类。l H. A. Simon & D. P. Simon (1978)发现：专家：“很明显，400米/秒的一半是200米/秒。”新手：“平均速度=（初速+末速）/2 =（0+400米/秒）/2=200米/秒”。l Larkin（1981）专家：如果量v，v0和t是已知的那么，加速度a也是已知的新手：如果目标是计算量x并且有一个物理定律包含有x那么，尝试用那个定律计算x 实验五l 目的：通过比较广告设计专家、新手和生手的问题表征，研究广告设计专家的问题表征特点及过程。l 任务：用30分钟为一种假想的家用机器人设计一张招贴画形式的广告方案。l 被试：专家9人；新手20人；生手20人。 l 材料：广告设计任务说明；引