经典类比训练与场认知风格影响问题类比推理

刘鸿燕 肖 风

（山西师范大学教育科学学院，临汾 041004）

1 引言

类比推理指根据两个对象在某种特定属性上的相似性，由已知对象推论未知对象的过程，是一种基于关系学习做出推论的能力（Lu， Wu， ＆ Holyoak，2019）， 是人类智力的核心 （Christie ＆ Gentner，2014），反映了人类特有的用抽象关系推理的一般能力（郝嘉佳，陈英和，陈艺萍，白学军，2017）。 类比推理的产生、 发展和成熟是成功完成认知活动的重要保证。 类比推理不仅在我们解决日常生活中的各种问题时扮演着不可或缺的角色， 同时也为人类的逻辑思维与问题解析提供了一种有效工具， 而且它也是我们进行科学研究以及发明创造类工作的有利途径。

类比推理可区分为经典类比推理与问题类比推理。 经典类比推理从配对关系的角度理解成对事物的相似性，在此基础上推导出对概念、事物或某些事件的结论，通常使用A：B：C：D 的四项类比式任务。问题类比推理（也称为问题解决的类比推理）是指将某些场景或领域中先前获取的知识转移到另一个类似的领域或情境中 （Chen ＆ Siegler， 2013； Gentner， 1988），其中涉及的“知识”单指相似情境中所使用的解决办法。因此在问题类比推理的任务中，通常让个体学习某一问题和相应的解决方案， 然后用相似的方法去解决结构类似的问题情境。 研究中一般会把先前呈现的问题情境叫做源问题A：B，而把随后呈现的问题情境称为靶问题C：D。 尽管两种类比推理被混淆使用， 无明显区分 （邱琴，2012），Holyoak 等人（1984）仍做了初步比较，并指出：在目标上，经典类比解决的是类比，而问题类比解决的是问题；在 A：B 与 C：D 的关系上，经典类比将其定义为一种任意关系，而问题类比则要求是因果关系。然而，对两种类比推理关系的研究还处于起始阶段，是否确如Holyoak 所希望发现的“正相关”关系尚未可知（张向葵，徐国庆，2003）。本研究意图通过对被试进行经典类比训练， 研究训练后被试的问题类比推理能力是否会提高，来初步探讨两种类比推理的关系。

认知训练是一种旨在使人们变得更加智慧，从而更擅长学习、推理、解决问题的活动（Katza， Shaha， ＆ Meyer， 2018）。 目前认知训练多以基本的认知技能为目标， 通过训练任务本身提升某种认知能力，进而迁移至其他认知领域。尽管部分研究发现认知训练仅能提高训练任务的绩效， 不能提高未经训练的迁移任务绩效 （Chooi ＆ Thompson， 2012；Melby－Lervåg， Redick， ＆ Hulme， 2016； Redick et al.， 2012； Simons et al.， 2016），但已有研究显示， 工作记忆训练不仅可有效提升该认知能力的行为表现 （Klingberg， 2010； Melby－Lervåg＆ Hulme，2013； Moriya， 2019）， 还能迁移并提升流体智力（Au et al.， 2015； Jaeggi， Buschkuehl， Jonides，＆ Perrig， 2008； Jaeggi， Buschkuehl， Jonides， ＆Shah， 2011； Jaeggi et al.， 2010； Sternberg，2008； 彭君等人，2014； 朱祖德， 段懿行， 王穗苹，2017）。 研究发现，当训练任务与迁移任务涉及相同领域或存在重叠的脑区时， 训练效果会发生正迁移（Dahlin， Neely， Larsson， Bäckman， ＆ Nyberg，2008； Flegal， Ragland， ＆ Ranganath， 2018；Katza et al.， 2018）。 据此，本研究旨在探讨同在类比推理的范畴内， 经典类比训练会对问题类比推理产生何种影响。

已有研究证实了类比推理与场认知风格有密切关系（Antonietti ＆ Gioletta， 1995）。 认知风格指的是 “我们在思维过程中偏好使用的信息加工方式”，作为一个稳定的机体变量， 调节外在行为表现与内在心理过程。 诸多类型中场认知风格是核心模型（Witkin， Moore， Goodenough， ＆ Cox， 1977）。Hunt 等人（2014）发现瑞文推理测试成绩的解释要考虑个体的认知类型， 认知类型可能对图形推理有一定影响。王有智和欧阳仑（2004）研究了性别、场认知风格与年级对图形推理的影响作用， 发现场认知风格可解释图形推理总成绩25.9%的变异， 是影响图形推理水平的重要人格变量。 郑咏梅（2009）将言语类比推理也纳入其中， 得出场认知风格对言语与图形两种类比推理都具有预测作用： 被试的场独立性越强，类比推理成绩越好。针对场独立性认知风格对类比推理的优势，靖新巧（2008）采用眼动技术做出了解释，她发现与场依存型被试相比，场独立型被试在解题中更倾向注视题干信息而非选项， 具有更有效的解题策略。 基于此本研究将场认知风格作为一个关键变量纳入研究。

另外，朱祖德等人（2017）研究发现，个体差异如流体智力基线水平可以调节工作记忆训练对流体智力水平的迁移， 而认知风格作为一种个体差异变量，也会影响网络学习模式的选择（Lin ＆ Chen， 2008）。总之，已有研究发现了场认知风格与类比推理的密切关系，并且可能会对推理能力训练产生影响。 但对于场认知风格如何影响经典类比训练对问题类比推理的作用这一问题，目前还没有定论。为此，本研究首先通过镶嵌图形测验区分了场独立型与场依存型认知风格的被试，然后随机分成训练组与无训练组，训练组将进行为期两周的经典类比训练，无训练组不进行任何处理。训练后采用问题类比推理测试考察被试的问题类比推理水平。本研究预期经典类比训练能够有效提高问题类比推理能力，并且场认知风格在其中起着调节作用，尤其是经过训练后的场独立型被试的问题类比推理成绩应当是最好的。

2 研究方法

2.1 研究对象

随机选取某校大一学生152 名 （女生80 人，男生72 人；平均年龄19.07 岁），要求被试从未参加过相似的心理测验， 或者距离上次参加实验时间间隔半年以上。认知风格镶嵌图形测验施测之后，将学生分为四组：场依存训练组、场独立训练组、场依存无训练组、场独立无训练组。 每组各30 人，共120 人（场独立组33 名女生，27 名男生；场依存组32 名女生，28 名男生。 3 名同学不同意继续实验，故数据剔除）。 本研究经学校学术委员会同意，被试签署了知情同意书。

2.2 研究工具

2.2.1 镶嵌图形测验

本文应用北京师范大学修订的镶嵌图形测验来区分被试的认知风格，信度为 0.9（靖新巧，2008；王焕弟，陈世平，2019）。 该测验包括五部分内容：测验使用说明、简单图形9 个、第一部分测试图形9 个、第二部分与第三部分测试图形各10 个。镶嵌图形测验可以进行团体测试也可以进行个体施测， 是一个严格限时的测验，每一部分限时四分钟，时间停止将立即进行下一部分测验。本研究采用团体测试。在测验开始前，主试宣读指导语，并保证所有被试清楚测试的步骤与规则要求。 测验要求被试根据提示描绘图形。只有当描绘出的轮廓完全正确才可记分，否则视为0 分。 每部分有10 题，每题1 分，最高分为20分。测验的第一部分供被试熟悉规则练习使用，因而不记入最后的总分。 为了防止出现评分者误差而影响实验结果， 镶嵌图形测验结果由主试一人进行评分，每个测试结果严格遵循测试得分要求。

2.2.2 训练材料

本研究所使用的培训材料主要选自公务员考试历年真题。 主试随机选取真题题目及答案解析并整理成册， 另外选取配套的真题讲解视频材料方便被试更好地理解与掌握。

2.2.3 问题类比推理测试材料

问题类比推理测试材料包含30 道题目， 其中：1－5，7－8，11－13，15－16，21，25－30 题为常识题目（选自公务员考试真题判断推理类题目）；第6 题、第9题、第14 题、第18 题以及第22 题为图形推理题目（摘自《瑞文标准推理测验（SPM）》）。 安排这两部分题目的目的在于“混淆被试”，隐瞒实验的真实目的（实验结束后会对被试说明情况）。另外，第10 题“辐射问题”与第19 题“指挥官问题”分别为靶问题与源问题，称作 A 组；第 17 题“老人问题”与第 20 题“德西效应”分别为靶问题与源问题，称作B 组；第23题“踏花归去马蹄香”作为源问题和第24 题的目标问题“骆驼问题”相对，称为C 组。 每个目标问题的正确答案有三个要点，答出一个正确点可得一分。被试在三个靶问题10，17，24 题上的得分为其最终成绩。 另外，考虑到源靶问题的顺序这一影响因素，随机分配了源问题与靶问题出现的顺序。

正式实验前需要对实验材料中的源问题和靶问题的相似性进行评估，以保证材料的有效性。 请32名参与者进行了ABC 三组测试（实验组），并在题目的最后分别对三组题目的相似程度进行5 点评分，1表示“不相似”，5 表示“非常相似”，分数越高则相似性越高 （由于本文的A 组源靶问题为经典范式，故只对B 组与C 组做了相似性等级评定）。 因5 名参与者未按照题目要求答题，故剔除。另外，请33 名参与者只对ABC 三组的靶问题进行测试 （控制组），6名参与者因漏答或未根据题目要求作答被剔除。

对实验组与控制组测试总成绩做配对样本t 检验发现两组成绩差异显著，t（26）＝2.08，p＜0.05。单样本t 检验发现，B 组源靶问题之间具有高相似性（M＝4.00，SD＝1.14）， 与中值 3 之间存在显著差异，t（26）＝4.54，p＜0.001。 同样，C 组也具有显著差异 （M＝4.41，SD＝0.80），t（26）＝9.18，p＜0.001。 参与材料评估的被试与正式实验的被试同质但不重合。

2.2.4 反馈表

反馈表设有3 道题目，目的是了解被试答题中的真实情况， 考察被试是否发现了题目间的类比关系。题目如下：（1）“辐射问题”难度如何？能否简要叙述一下？（2）你认为“骆驼问题”难度大吗？答题过程中你是否想到了“踏花归去马蹄香”的故事？ （3）请简单叙述一下你在回答“老人问题”时的技巧或方法吧。

2.3 实验设计

本研究采用2×2 的被试间完全随机实验设计，初步探讨经典类比训练（有训练与无训练）和场认知风格（场独立型与场依存型）两个自变量对问题类比推理测试成绩的影响。

本研究具体操作过程如下：第一步，镶嵌图形测验。 以严格的施测规则和统一的计分标准获得被试的测验得分， 与常模比较后分为场独立和场依存两个组。第二步，将两种场认知风格的被试分别再次随机分配为两组（训练组和无训练组），训练组接受集中训练和家庭作业。 集中训练为隔天进行 （固定在13：00～13：30 的时间段），防止由于被试个人的学习时间段的不同造成训练效果差异。另外，在进行训练的过程中要求被试把手机关机或者静音， 以防止训练效果的降低。 家庭作业一般由实验者根据训练要求自定内容，被试随意分配各自的时间完成。无训练组不做任何处理。 第三步，训练两周后，所有被试分拨进行问题类比推理测试。 指导语：“下面请大家在40 分钟内认真完成你们手中的测试题，把答案填入相应位置。 答题结束后请举手领取反馈表并进行填写。 ”第四步，被试填写反馈表并交回。

3 结果

对场独立型与场依存型认知风格的被试在有无训练情况下的问题类比推理成绩进行描述性统计。具体结果如表1 所示：

表1 被试问题类比测试成绩的描述性统计

独立样本 t 检验发现场独立组 （M＝13.10，SD＝1.68）与场依存组（M＝7.48，SD＝1.22）在镶嵌测验上的分数差异显著，t（118）＝20.87，p＜0.001。 以大学生问题类比推理成绩为因变量， 对不同场认知风格与有无经典类比训练大学生的成绩数据进行两因素方差分析。 场认知风格主效应极其显著F （1，116）＝23.11，p＜0.001，ηp2＝0.17， 场独立型被试成绩显著好于场依存型被试。 有无训练主效应极其显著，F（1，116）＝14.79，p＜0.001，ηp2＝0.11， 有训练的被试成绩显著好于无训练的被试。 场认知风格与有无训练的交互作用显著，F （1，116）＝4.24，p＝0.042， ηp2＝0.35。 简单效应分析发现， 当认知风格为场依存型时，接受类比训练的被试与未接受者相比成绩更好，p＜0.001。然而，当认知风格为场独立型时，有无训练的影响不显著，p＝0.25。 当没有接受训练时，场独立型被试与依存者相比其成绩更好，p＜0.001， 被试在接受训练以后，场认知风格的影响边缘显著，p＝0.07（见图 1）。

图1 经典类比训练与场认知风格对问题类比推理成绩的影响

4 讨论

本研究主要目的是探究经典类比训练能否提升被试的问题类比推理能力， 以及场认知风格在其中起着怎样的调节作用。经过两周的训练，经典类比训练显著提升了训练组被试的问题类比能力。 同时还发现， 场认知风格的差异影响了经典类比训练对问题类比推理迁移的效果。 这些结果为进一步探讨两种类比推理范式关系的研究提供了一定的启示。

与场依存型被试相比， 场独立型被试无论在有无训练的情况下，问题类比测试成绩都更好。这一结果与邱琴、胡竹菁、闵容（2005）的研究结果一致，其研究发现，无论源问题结构是否清晰，场独立型被试图式表征都比场依存型被试更好。究其原因，场独立型与场依存型被试的差异体现在信息处理方式中。场独立个体倾向于使用内部参考标准来主动处理外部信息， 他们能够最大程度地发挥自身的逻辑抽象性， 在大脑中迅速构造大量的心理模型来帮助自己处理难题， 因此很擅长在复杂的问题中寻找关键部分， 并重新将上下文的关键部分组织起来以便解答问题。与此相反，场依存型个体更倾向于使用外部参考标准处理问题，易受环境暗示（费广洪，王细英，龚桂红，2013；王焕弟，陈世平，2019）。信息处理方式的差异也表现在他们的问题类比测试中。 从被试交回的反馈表来看， 由于问题类比测试题目未给出任何提示，场依存者很难冲破单个问题情境的约束，总是在问题中束手束脚，思维因此受到很大限制。这与以往研究一致，提示有利于被试明确源问题间的关系，从而促进类比推理（费广洪，王淑娟，秦梅梅，2015）。场依存者易受问题语义的干扰 （Nappo， Romani，Angelis， ＆ Galati， 2019），提示能够帮助他们厘清问题结构与逻辑。与此相对，场独立型的被试认知改组能力强（王惠萍，柯洪霞， 2007），善于发现材料的内在结构， 在问题类比测试中能够迅速根据材料的相似性进行“消除性归纳”，成功匹配源靶问题。

接受经典类比训练的被试成绩好于未接受训练的被试，这一结果验证了本研究的假设。虽然经典类比推理与问题类比推理这两个任务从目的、 材料与方法上看似都差异很大，但两者同属类比领域，并且存在着一些相似的认知加工阶段从而使得训练能够迁移到更复杂、难度更大的问题类比推理上。 例如，两者都强调对问题材料相似性的把握（李美佳，庄丹琪，彭华茂，2018；罗蓉，胡竹菁，2010），以及对解决方法或因果关系的图式归纳 （Catrambone ＆Holyoak， 1989； Gentner， 1983； 宋广文， 马姝娟，刘莎莎，2014）。 而问题类比推理的复杂性体现在两个方面：一是要从靶问题能够联想到源问题，即“类比意识”的产生（曾晓青，刘建平，陈美荣，2010；李晓东， 冯晓杭，2006）， 这一点更强调问题相似性的作用；二是归纳出问题解决的策略，并成功实现解决方法的正迁移。其中，第一点正是本文经典类比训练的目的所在。训练组经过了类比概念讲解，结合多种知识领域进行了数字、词语、句子、图形等类比强化学习，因此被试的类比意识经过训练后得到了提升，在完成问题类比推理测试时能够凭借类比意识从靶问题出发寻找源问题，促进了源靶问题的正确匹配。

此外， 场认知风格影响了训练后问题类比推理成绩的提高： 场依存型被试在接受训练后成绩会显著提高，而场独立型被试的训练效果不明显。结合以上分析可知， 场独立型被试凭借自身的高认知改组能力与抽象逻辑分析能力便能够排除干扰题目的影响直达问题核心。需要指出的是，虽然从表面上看场认知风格的特质优势越强 （在本研究中场独立者类比推理水平高于场依存者）， 问题类比成绩提升越小， 但实际上所有被试在经过训练后成绩都有所改善， 只是场依存型被试在训练后问题类比推理能力提升更大。

本研究还存在一些不足。第一，研究采用了消极控制组，无法排除训练本身的安慰剂效应，今后的研究应该再加入积极控制组， 比较训练对实验组与两个控制组之间的影响；第二，问题类比推理的测试材料题目较少，得出的结果可能不太稳定。未来可以在本研究基础上做进一步的探究：第一，细分经典类比推理的训练材料，研究数字、图形、词语等何种类型的训练能对问题类比推理产生最大的效益；第二，将问题类比推理的测试材料生态化， 贴近日常生活的问题解决与决策；第三，将被试群体拓展到老人与学习障碍儿童，从而提升训练的实际效益。

总之， 本研究发现经典类比训练对被试问题类比推理能力具有明显的促进作用， 而场认知风格在其中起着调节作用， 影响了问题类比推理测试中源靶问题匹配关系的确定。 本研究的意义在于：（1）将问题类比推理与经典类比推理两种范式放在一起进行研究，初步探讨两者之间的关系；（2）激发教师注意自身教学风格和学生场认知风格的匹配性问题，同时也启发教师在平时的教学中多给学生做一些类比的理论训练，类比材料的类型无关紧要，重点是要培养学生类比推理的意识。