源问题表现形式对中学生认知负荷及类比推理的影响

　　1 引言
　　
　　当遇到新问题(靶问题)时，人们常常会想起在过去已经解决的相似的问题(源问题)，并运用源问题的解决方法和原则去解决靶问题，这种解决问题的策略被称为类比迁移(曲衍立，张梅玲，2000)。在类比迁移中，源问题的呈现方式 (presentation ofsource problems)主要是指有多少个源问题被呈现出来以及如何呈现这些源问题等。源问题和目标问题的相似性是类比问题解决的基础，这种相似性能够促进类比推理。Holyoak 和 Kane(1994)根据问题之间的相似性特点，将问题之间的相似性分为表面相似性 (surface similarity) 和结构相似性 ( structuralsimilarity) 。表面相似性指问题之间外部呈现方式的相似性，结构相似性指问题之间内在本质的相似性。罗蓉和胡竹菁(2010)的研究表明，当呈现一个源问题时，与目标问题具有表面相似性的源问题会显着提高类比推理的成绩。Gentner(1983)认为在问题解决阶段起主要作用的是问题中的初级关系和高级关系，初级关系指两个物体之间所形成的的完整命题，如将军从多个方向同时在城堡下聚集军队;高级关系是指在初级关系基础上建立的关系，如将军从多个方向同时在城堡下聚集军队导致军队攻占了城堡。类比迁移能否发生，就是看问题解决者能否归纳出这种高级关系。类比思维是解决问题和获得新知识最重要的思维活动之一，在人类的认知活动中具有重要的作用。

　　类比推理(analogical reasoning)是类比思维的一种具体表现形式，研究类比推理的方式之一是问题类比推理，即根据源问题与目标问题的相似性，由源问题的解决原则类比推理出目标问题的解决方法。类比学习(analogical learning)是建立在类比推理基础之上的一种学习方法，有关类比学习的研究表明，在两个对象之间形成类比有助于人们理解掌握新的情境，推理解决新的问题，从而获取新的知识。

　　自从 Sweller(1988)提出认知负荷理论以来，众多心理学家对其进行了广泛且深入的研究。邢强和黄伟东(2008)探讨了认知负荷对顿悟问题解决的影响，研究表明，认知负荷的高低显着的影响目标问题解决的效果，高认知负荷任务组被试的成绩显着低于低认知负荷任务组被试的成绩。国内学者也对认知负荷进行了深入的研究和思考(孙天义，许远理，2012;唐剑岚，喻平，周莹，2009;杨心德，王小康，2007) 。已有针对认知负荷的研究基本上都是通过学习材料的不同内容或不同呈现方式，使学习者产生不同的认知负荷，但学习的主体是学习者，只有从学习者自身出发，通过指导个体对认知负荷进行有意识的控制，才能更有效的促进学习者的学习。

　　莫雷，邹艳春和金素萍(2000)探讨了学习过程不同的认知负荷和学习材料的不同模式对小学生类比学习的影响，结果表明，小学生在学习类比推理时，高认知负荷、非模式化材料的学习更有利于促进类比迁移。Gentner(1983)的研究表明，类比迁移是否能够发生，就是看问题解决者能否归纳出高级关系，因此，归纳与否将对问题解决产生重要影响。从已有研究资料可见(李红，冯廷勇，2002;罗蓉，胡竹菁，2010;张莉，辛自强，古丽扎博科力，2010)，类比推理相关研究的对象大多为成人和儿童，而对中学生的研究尚不深入，中学生正处于类比推理发展的加速期，因此对中学生的类比推理状况进行研究是非常必要的。本研究着重探讨源问题呈现方式，即源问题之间的内容相似性、结构清晰性和是否进行归纳对中学生认知负荷及类比推理的影响。

　　2 研究方法
　　
　　2. 1 被试从普通中学随机抽取初中三年级的学生 230人，采用瑞文标准推理测验测量他们的基本推理能力，根据测验结果筛选其中基本推理能力接近的176 人作为被试。根据最近一次的期末语文成绩将他们分成 8 个等组。

　　2. 2 实验设计采用 2 ×2 ×2 匹配分组实验设计，共有三个组间变量: A:归纳，分为归纳(a1)和不归纳(a2);B:源问题内容，分为内容相似 (b1) 和内容不相似(b2);C:源问题结构，分为结构清晰(c1)和结构不清晰(c2)，因此，共有 8 种实验处理，每组被试随机接受其中一种实验处理。因变量为:认知负荷的大小和类比推理的成绩。

　　本实验使用提供段落标题和分段落的方式为被试呈现结构清晰的源问题，使用不提供段落标题也不分段落的方式为被试呈现结构不清晰的源问题。

　　从而探究有条理的、连贯的文章结构即结构清晰的源问题是否会促进类比推理。源问题内容相似是指两个故事的背景、情节和具体对象比较相似，源问题内容不相似是指两个故事的背景、情节和具体对象不相似。

　　2. 3 研究工具2. 3. 1 瑞文标准推理测验使用张厚粲等人修订的《瑞文标准推理测验》(Raven's Standard Progressive Matrices)。该测验在国内已经多次使用，具有较高的信度和效度。

　　2. 3. 2 认知负荷测量工具认知 负 荷 测 量 工 具 为 认 知 负 荷 自 评 量 表(Brünken，Plass，＆ Leutner，2003)，在该量表中，被试根据自己在理解学习材料和解决目标问题的过程中投入的努力的多少，在量表中做出相应的选择。

　　问题选项共有 9 个，从“非常非常低”到“非常非常高”分为 9 点，被试根据自己的情况做出相应的选择。该量表是测量认知负荷大小的常用工具，具有较高的信度和效度。

　　2. 3. 3 实验材料根据 Gick 和 Holyoak (1983)的实验材料进行改编。Dunker 辐射问题是需要迁移解决的目标问题，另有四篇源问题，以战争为主题的有两篇:一篇是将军攻打城堡的故事，简称为“将”，一篇是指挥官占领司令部的故事，简称为“指”;以灭火为主题的有两篇:一篇是红色救援队救火的故事，简称为“红”，一篇是邻居帮忙灭火的故事，简称为“邻”。

　　主题一致的两篇故事为内容相似的材料，两个主题的故事各取一篇为内容不相似的材料。每篇故事都有结构清晰与结构不清晰两个版本。被试接受实验材料的安排情况见表 1。【表1】

　　2. 4 研究程序实验以小组方式进行，共有 8 组被试，每组被试接受实验材料的安排情况见表 1。

　　实验正式开始后，首先分发实验材料，宣读指导语，要求被试认真阅读发放的两篇文章。五分钟后，回收实验材料，向归纳组统一分发归纳问卷，指导语是:“现在请大家把刚才所读两篇文章的内容进行归纳，请用自己的话简洁的概括故事的主要内容”。十分钟后统一收回，不归纳组不进行归纳问卷的发放过程。然后分发目标问卷，目标问卷包括认知负荷自评量表和辐射问题，并告知被试:“请大家认真阅读问卷中的问题并做答，时间不限，一般需要十分钟左右的时间，请按照问题的顺序，根据自己的进度独立完成。”

　　计分方法:类比推理的成绩即对辐射问题解答的成绩，解答必须包括三个步骤即三个关键点才算是解答正确，这三个关键点分别为:(1)使用多条对肌体无害强度的射线，(2)所有射线从不同的角度对准恶性肿瘤，(3)所有射线向恶性肿瘤同时照射，使汇聚到肿瘤的辐射达到摧毁肿瘤的强度。这三个关键点全部正确计 1 分，否则计 0 分。采用 SPSS 13. 0 统计软件包对收集的数据进行整理和分析。【表2】

　　
　　3 结果与分析
　　
　　3. 1 源问题呈现方式对认知负荷影响的方差分析归纳、源问题内容和源问题结构对认知负荷影响的方差分析结果表明(见表 2):归纳的主效应显着，F(1，168) =6. 328，p ＜. 05，1 －β = . 71，即归纳与不归纳在对认知负荷的影响上存在显着差异，也就是说是否增加相关认知负荷在对认知负荷的影响上存在显着差异;源问题内容的主效应极其显着，F(1，168)= 19. 097，p ＜ . 001，1－ β = . 99，表明源问题的内容相似与内容不相似在对认知负荷的影响上存在极其显着的差异;源问题结构的主效应极其显着，F(1，168) =25. 170，p ＜. 001，1 － β =. 99，也就是说源问题的结构清晰与结构不清晰在对认知负荷的影响上存在极其显着的差异。

　　3. 2 源问题呈现方式对类比推理影响的方差分析归纳、源问题内容和源问题结构对类比推理影响的方差分析结果表明(见表 3):归纳的主效应非常显着，F(1，168) = 11. 163，p ＜ 0. 01，1 － β = 0. 86，即归纳与不归纳在对类比推理的影响上存在非常显着的差异;源问题内容的主效应不显着，F(1，168) =1. 361，p ＞ 0. 05，也就是说源问题的内容相似与内容不相似在对类比推理的影响上是不存在显着差异的;源问题结构的主效应显着，F(1，168) = 0. 988，p ＜ 0. 05，1－ β = . 61，也就是说源问题的结构清晰与结构不清晰在对类比推理的影响上存在显着的差异。归纳、源问题内容和源问题结构三者之间的交互作用显着，F(1，168) =5. 614，p ＜0. 05，1 －β = . 61。【表3】

　　对归纳、源问题内容和源问题结构之间的交互作用进行简单效应分析，归纳在源问题内容和源问题结构上的简单效应分析结果表明，学生是否对源问题进行归纳在内容相似与结构不清晰处理水平上存在非常显着的差异，F(1，168) = 13. 884，p ＜ . 01;学生是否对源问题进行归纳在内容不相似与结构清晰处理水平上存在显着差异，F(1，168) = 4. 855，p ＜ . 05。学生是否对源问题进行归纳在内容相似与结构清晰，在内容不相似与结构不清晰两个处理水平上均不存在显着差异。

　　源问题内容在归纳与源问题结构上的简单效应分析结果表明，源问题内容在对源问题不进行归纳与结构不清晰的处理上存在显着差异，F(1，168) =7. 308，p ＜ 0. 05。源问题内容在对源问题进行归纳、结构清晰的处理水平上，对源问题进行归纳、结构不清晰的处理水平上，对源问题不进行归纳、结构清晰的处理水平上均不存在显着差异。

　　4 讨论
　　
　　4. 1 归纳对认知负荷及类比推理的影响在实验过程中，要求归纳组被试对先前学习的源问题进行归纳，邢强和陈军(2009)的研究表明，归纳提示可以促进原型激活，即获得关键启发信息。

　　被试通过思路归纳并默写一遍源问题的主要内容，从而加深了对源问题的理解，更容易把握源问题的结构。因此，不归纳组被试在对源问题的理解和掌握上不如归纳组被试，认知上存在的困难也要大于归纳组被试，因而认知负荷的强度也会高于归纳组被试。龚德英，刘电芝和张大均(2008)的研究结果表明，归纳降低了学习者的认知负荷，促进了迁移测试成绩的提高。

　　思路归纳这种策略提高了学生的类比推理能力，归纳组被试的类比推理成绩显着高于不归纳组的被试。龚德英，刘电芝和张大均(2008)的研究表明，归纳促进了迁移测试成绩的提高。在本研究中，采用思路归纳策略被试的类比推理能力显着高于没有进行思路归纳的被试，这正验证了实用图式理论，通过对两个源问题的内在关系进行有意识的认知加工，对两个问题之间的相似性进行分析比较来实现图式归纳。在类比问题解决的过程中，目标问题的解决与对源问题的表征和加工有着密切的联系。这一结论与 Catrambone 和 Holyoak(1989) 的研究相符，他们的实验结果与图式归纳的策略加工假设是相符的。

　　4. 2 源问题内容对认知负荷及类比推理的影响学习内容相似的两个源问题被试的认知负荷与学习内容不相似的两个源问题被试的认知负荷之间存在显着差异。类比迁移理论认为，完成结构的映射是类比迁移的基础。因此，当给被试呈现两个内容不相似的源问题时，被试在解决目标问题的过程中，会过分考虑两个源问题的表面内容，从而忽视对源问题的内在关系的把握，并且使认知负荷增加。

　　而呈现两个相似的源问题时，被试就会把精力集中在对结构以及内在关系的加工上，就不会造成被试因加工表面内容而导致时间的浪费，从而更有效地解决目标问题。又由于是通过认知负荷自评量表来实现对认知负荷的测量，学生对学习两个不相似的源问题的自我评定要高于学习两个相似的源问题的自我评定，因而内容不相似组被试的认知负荷要高于内容相似的被试组。

　　学习内容不相似被试的类比推理能力高于学习内容相似被试的类比推理能力这一结论，正符合Sweller 等人(1998) 提出的分散注意力效应( Split －Attention Effect)。该理论认为，如果学习者面对众多信息来源，并且必须将信息进行认知加工才能达到学习或解决问题的目标时，就会增加认知负荷。

　　根据这一理论，我们可以推测个体在学习两个不相似的源问题时进行整合、参考所花的精力要大于学习两个相似的源问题，因此，学习内容不相似被试组的认知负荷要高于学习内容相似被试组的认知负荷。并且由于内容相似的源问题的呈现方式相对简单，而内容不相似源问题的呈现方式相对复杂，因此，内容不相似组的类比推理成绩要高于内容相似组被试的类比推理成绩，即源问题的复杂呈现方式在一定程度上可以提高问题解决者的类比推理成绩。

　　4. 3 源问题结构对认知负荷及类比推理的影响结构不清晰时，被试需要更多的精力来分析文章结构，从而理解文章的主要内容，学习源问题中解决问题的方法;结构清晰时，被试能够较容易的把握文章结构，理解文章内容，掌握解决问题的原则。因此，结构不清晰被试组的认知负荷要高于结构清晰的被试组。Britton 和 Glynn(1982)认为文章的结构越复杂，对其分配的认知资源就会越多。

　　清晰的结构使被试能够更容易的把握源问题的主要内容，理解源问题的解决原则，从而更有效的类比推理出目标问题的解决方法。Gentner(1983)结构映射理论的透明度原理认为，结构相似的两事物如果结构清晰，就会促进类比推理的产生。心理学家在文章结构对文章阅读理解的影响方面也进行了广泛的研究。宋广文和刘兆敏(2004)的研究表明，文章的结构越清晰，对文章的信息保持会越长久。

　　以上研究结果均支持了本研究关于源问题结构对学生类比学习影响显着的结论。

　　5 结论
　　
　　(1)归纳、源问题内容相似性和源问题结构清晰性对认知负荷均有显着影响。

　　(2)归纳和源问题结构清晰性对类比推理均有显着影响，且归纳、源问题内容相似性和源问题结构清晰性三者之间在对类比推理的影响上存在交互作用。

　　参考文献
　　
　　龚德英，刘电芝，张大均． (2008)． 概述和音乐对认知负荷和多媒体学习的影响． 心理发展与教育，24 ，83 －87．
　　李红，冯廷勇． (2002)． 4 ～5 岁儿童单双维类比推理能力的发展水平和特点． 心理学报，34 ，395 －399．
　　罗蓉，胡竹菁． (2010)． 相似性、相似性组合及元认知监控对问题类比推理的影响研究． 心理与行为研究，8 ，246 －251．
　　莫雷，邹艳春，金素萍． (2000)． 材料模式和认知负荷对小学生类比学习的影响． 心理科学，23 ，385 －389．
　　曲衍立，张梅玲． (2000)． 类比迁移研究综述． 心理学动态，8 ，50－ 55．
　　宋广文，刘兆敏． (2004)． 阅读理解水平对文章信息保持迁移影响的研究． 心理与行为研究，2 ，610 －613．
　　孙天义，许远理． (2012)． 认知负荷的理论及主要模型． 心理研究，5，93 － 96．
　　唐剑岚，喻平，周莹． (2009)． 增加样例学习中认知负荷的研究及思考． 心理科学，32 ，663 －665．
　　邢强，黄伟东． (2008)． 认知负荷对顿悟问题解决的影响． 心理科学，31 ，981 －983．
　　邢强，陈军． (2009)． 元认知监控和归纳意识对顿悟问题解决的影响． 心理科学，32 ，706 －708．
　　杨心德，王小康． (2007)． 认知心理学视野中的认知负荷理论． 宁波大学学报(教育科学版)，29 ，11 －15．
　　张莉，辛自强，古丽扎伯克力． (2010)． 5 ～ 9 岁