中学生图形推理能力与工作记忆关系的眼动研究

中 学生图形推理能力与工作记忆关系的眼动研究摘 要中学生图形推理能力与工作记忆关系的眼动研究摘 要推理能力是一种相当高的心理能力， 而且也一直是心理学研究所关注的一个 重要领域。 大量研究表明，工作记忆与推理能力之间 存在着显著地正相关关系 ( A c k e r m a n ,B e i e r 神 年I 月确关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京师范大学有关保留 和使用学位论文的规定，即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京师范大学。 学校有权保留 并向国 家有关部门 或机构送交论文的复印 件和电 子版， 允许学位论文被查阅 和借阅: 学 校可以 公布学位论文的 全部或部分内容， 可以允 许采用影印、 缩印或其它复制手段保存、 汇编学位论文。本学位论文不属于保密范围， 适用本授权书。学位论文全文电 子版同意提交后:口 一年 口二年 在校园网上发 布，供校内师生浏览。本人签名:导师签名:日 期 : 沁 降 决定各种假设和假说的结果; 解释和形成各种指令、 规则和一 般原则; 权衡证据和评价 数据 等( J o h n s o n - I a ir d 个体在推理过程中采取的是表象表征还是语义表征。中学生图形推理能力与下作记忆关系的眼动研究第一部分 文献综述演绎推理的抽象规则理论认为推理的规范模型应具备逻辑上的有效性。 它假设人在推理过程中，使用抽象的、没有内容限制的推理规则来进行有效的 推理。演绎推理的心理模型理论假设人们通过操作一系列心理模型中的前提来进行推理， 人们构建心理 模型以 表征外部世界那些可能事物的 状态， 然后通过描述和证实 这些模型 来 推导出 有效结 论 ( J o h n s o n - L a i r d 另一种形式则是从特殊到特殊。 与演绎推理的 研究相比，对归纳推理研究的目的更贴近于揭示个体思维过程的规律， 而演绎推理的 研究由于其材料结构和内 容的限制， 很难对个体思维过程作深入的 探索。 人类思维的基础是确证各种关系， 对各种关系的确证则涉及到分类， 而分类的核心心理过程正是归纳推理。 无论是人工智能， 还是早期教育， 都需要深入研究个体早期归纳推理发展规律及机制等问题。 归纳推理的心理学研究针对的是个体以 从特殊到一般的方式得出某种结论时的归纳信心或力度 ( i n d u c t i v e c o n fi d e n c e o r i n d u c t i v es tr o n g ) ， 由 它 所得出 的 结论不 像演绎 推理 那样， 只要前 提正确， 结论 就一定 正 确，而是前提正确， 结论只是可能正确。 归纳推理的心理学研究就是要探讨这种心理可能 性 ( 把 握或力 度) 大小受 什么约束， 其机 制是什么 ( L a n c e J . , 1 9 9 0 ) .目 前心理学界对归纳推理的 深层约束机制问 题仍存在不少争论。 回顾近二十年 来的 有关 研 究， 可以 发 现基 本 上 有两 种 观点 : 知 觉 相 似 性基 础 观点( p e r c e p tu a ls i m i l a ri t y - b a s e d v i e w ) 和概念( 理 论) 基础 观点( c o n c e p t - b a s e d v i e w ) . 知觉 相 似性 理论包 含基于 特征的归 纳 模型( F B I M ) 和相似性 覆盖模型( S C M) ( O s h e r s o n ,另 一种是 分析 策略( A n a l y t i c s t r a t e g y ) ， 指的 是对问 题矩阵 进行逻辑操作。 这两种策略是解决图形问题的特殊知识技能。 格式塔策略依赖于对所感知影像的心理操作; 分析策略则使用诸如守 恒、 补充/ 删减、 扩大/ 缩小、 加法/ 减法、移动、合成/ 分解的方法进行操作。C a r p e n t e r 等人( 1 9 9 0 ) 将图 形推理能力归 纳 为分析智力， 并且 使 用日 语 报告、出声思维、 眼动分析等方法和技术对大学生 解决 瑞文推理问 题的过程进行分析，结果发现， 几乎所有的被试在解决每道题 ( 除知觉类题目 之外) 时都使用编码和推断规则的策略。 具体来讲， 大学生在解决推理问题时是将问 题分成一个个子问题， 然后逐一解决子问题。图形规则的推断需要两个步骤:首先， 对于包含一个以上规则的 题目， 个体一个一个地抽取规则， 规则与规则之间存在较长时间的停顿。 然后， 每一条规则的抽取包括了许多小步骤， 如相邻因子的比较。同时， 他们发现瑞文测验的项目 组织关系可以 归纳为以 下几种: 行恒定( C o n s t a n t i n ar a w ) ; 元 素 数 量 的 增 减、 大小 或 位置 变 化 ( q u a n ti t a iv e p a ir w i s e p r o g r e s s i o n ) ; 图 形因 子 的 加 减 ( fi g u r e a d d it io n o r s u b tr a c t io n ) ; 值为 2 ( d i s t r ib u t i o n o f tw o v a lu e s ) ; 值 为 3 ( d i s t r ib u ti o n o f t h r e e v a l u e s ) 。 可 见 ， 对图 形 推 理 策 略 的 分 类 还 有 一 定 的 分 歧。随着脑科学研究的兴起， 人们越来越重视认知的神经生理机制。 对图形推理脑机制的 研究，通常是让被试进行瑞文测验，同时进行f M R l 记录。 斯坦福大学的P r a b h a k a r a n 等人 ( 1 9 9 7 ) 用f M R l 测量了图 形推理过程的脑活动。 他们挑选中学生图形推理能力与工作记忆关系的 眼动研究第一部分 文献综述了 一部分瑞文测 验题作为图 形推理题目 ， 并将这些题目 分为三种类型， 它们分别是:1 、图 形问 题 ( fi g u r a l p r o b l e m s ) ， 选自C a r p e n t e r 等人1 9 9 0 年对瑞 文测验的研究中以 数 量规则( q u a n t i t a t i v e p a ir - w i s e p r o g r e s s i o n ) 组织的 项目 : 2 、 分 析问 题( a n a l y t i c p r o b l e m s ) ， 选自C a r p e n t e r 等人1 9 9 0 年 对瑞文 测验研究中以 矩阵因 子 的加 减( fi g u re a d d i t i o n o r s u b t r a c t io n ) 、图 形元素的 值为2 ( d is tr ib u t io n o f tw ov a l u e s ) 、 一 种类别 特征有 三种变 化( d i s t r i b u t i o n o f t h r e e v a l u e s ) 等规则 组织的 项目 ; 3 . 匹 配问 题( m a tc h p r o b l e m s ) ， 这 类问 题由 九 个随 机的、 彼此 没 有 任 何 关 系的因子构成， 被试只需从备选答案中选取与右下角相同的图形即可。 实验结果表明:对于右额叶和双侧的顶叶的激活情况， 图形问 题要多于匹配问题， 对于双侧的额叶、 左顶叶、 枕叶和颗叶等脑区的激活情况， 分析问 题多于图形问 题; 对于所有上述脑区的 激活情况， 分析问 题都多于匹配问 题。 这些脑区的激活多数是与工作记忆有关，因而研究者认为流体推理能力要受到工作记忆系统的影响。3工作记忆与推理能力的关系3 . 1 工作记忆的内涵工作记忆是一个允许同时贮存和管理临时信息过程的有限容量系统， 是使信息有益于得到进一步深加工而在活动过程中维持和管理临时信息的过程( B a d d e l e y ,1 9 8 6 ,2 0 0 0 ,2 0 0 3 ) . B a d d e le y 认为 1 作 记 忆 指的 是 一 种系 统， 它 为 复 杂的 任务， 比 如学习、 言语理解和推理等提供临时的贮存空间 和加工时所必需的 信息， 工作记忆系统能够同时贮存和加工信息， 这是其与仅强调贮存功能的 短时记忆所不同的地方。目 前的研究认为， 工作记忆至少包括了三个主要的子成分: 中央 执 行系 统( c e n t r a l e x e c u t i v e ) , 语音环 路 ( p h o n o l o g ic a l l o o p ) 和视觉空间 模板( v i s u o - s p a t i a l s k e t c h p a d ) 。 随 着研究的 深入发展， 人 们发现工作 记忆与 言 语理 解能 力、 注意以 及 推理能力等 存在 着密切 联系( B a r b a r a , C e s a r e 后者有能力在工作记忆中管理许多个子目标， 因 而能 够解 决更为复 杂的问 题。 S a l t h o u s e ( 1 9 9 4 ) 的 研究表明 ， 在 认知 推理中，不同工作记忆能力的成人被试表现出的共同 加工特征是一种渐进的 编码策略， 唯一不同的 是产生抽象关系的 数目 在年龄上存在着差异。 一般来说， 年轻人的工作记忆能力要好于老年人。 在认知任务中， 工作记忆低水平者表现差， 因为他们不能成功地保持信息， 相应地正确率也较低; 相反， 工作记忆高水平者能够保持更多的信息并对此进行加工， 进而推理出正确的结果， 其正确率也较高。 因此， 可以说工作记忆影响推理的方式之一是影响了加工过程中信息的保持能力。 信息保持能力的不同是引起年龄差异的主要原因之一( M a r t a R , A c k e r m a n , B e i c r 然后是利用这些信息来推测各单元图 形之间的关系， 并把这些信息与各行各列的图 形联系起来， 最后是来决定应当 选择哪一个答案。 由 此， 可以 看出 工作记忆在推理过程中 不仅能 够保持信息， 而且还为认知加工操作提供能量资源。有关成年人认知老化的研究表明， 加工速度在年龄和认知能力之间起一种中介调节作用的观点在儿童青少年认知发展过程中并不成立。 相反， 而是工作记忆在年龄与推理能力( 其常用的测查工具是瑞文图形推理测验) 之间起一种中介调节 作 用。 助和 H a l e ( 2 0 0 0 ) 的 研究 表明， 儿 童加 工速度的 发展是 其工作 记 忆发 展的基础， 但加工速度并不直接影响其推理能力， 工作记忆的发展才是直接影响其推理能力发展的关键因素， 因此， 可以说工作记忆对推理能力的发展起直接调节作 用。 C a n t o r 和 E n g l e ( 1 9 9 1 ) 发 现， 工作 记 忆中的内 容就是长时 记忆中 达到一定激活水平的信息。 当有关概念的激活水平增加时， 它的可通达性也随之提高。 提示程序能增加己存储信息的激活水平，但这种激活是受到工作记忆容量的限制。个体存在差异的是长时记忆中达到激活水平的信息总量， 这种差异在任何一种需要中等程度激活水平的认知测量中都能体现出来。 工作记忆容量的大小是由工作记忆的广度来标志的，而这实际上就是激活水平高低上的差异。根据前人的研究， 推理成绩与工作记忆有密切的联系， 不同的工作记忆能力会产生 不同 的 推理成绩( C o n w a y , K a n e S a l th o u s e ( 1 9 9 3 ) 对1 8 至 7 0 岁 成 年 人的 研 究 发 现， 推 理 能 力 的 年 龄 差 异是因工作记忆容量的有限性所致， 即在加工过程中， 有限的信息保持能力是引起推理能力差异的主要原因。 随着智力研究， 特别是流体智力研究的深入发展，