认知加工心理学

信息加工认知心理学兴起的历史背景作者：佚名文章来源：转载点击数：316更新时间：2007-6-21信息加工认知心理学集中于认知过程的研究，与认知理论有着密切的联系，自然也和其他心理学思想一样源远流长。古希腊学者柏拉图和亚里士多德等人对认识的起源及其性质的探讨，并针对记忆和思维等问题阐发的不同观点，是认知问题研究的哲学渊源。近代哲学心理学思想上的经验论与唯理论之争，对现代认知心理学家产生了间接的影响。 但是，信息加工认知心理学作为一种新的研究方向却是近三十余年的事情：一般认为，1967年美国心理学家奈塞所著的认知心理学一书的问世，标志着信息加工认知心理学正式作为一个学派而立足于西方心理学界，成为当代西方心理学的两大主流(另一个是人本主义心理学)之一。信息加工认知心理学的兴起，既有心理学的内部原因，也有相邻学科影响和促进的外部原因。 信息加工认知心理学的产生与以往各心理学派别有着广泛的联系。具体如下： 1.信息加工认知心理学与早期实验心理学 信息加工认知心理学与冯特时代的德国早期实验心理学的关系是比较密切的。 信息加工认知心理学继承和发展了早期实验心理学的研究课题。冯特借鉴了自然科学的研究方法，于1879年在德国莱比锡大学建立了世界上第一个心理学实验室，并对感知觉、反应、注意等问题进行了卓越的实验研究。现代认知心理学继承和发展了早期实验心理学这一研究传统，例如，反应时的实验便是现代认知心理学研究的主要课题之一。因此，有些心理学家认为现代认知心理学是实验心理学在推翻行为主义的统治后向早期实验心理学的回归。这种看法是有一定道理的。 信息加工认知心理学批判性地改造了内省的方法。早期实验心理学把依赖于主体的直接经验作为心理学的研究对象，提倡实验加内省的方法。为此，曾受到其它心理学派猛烈的抨击。但信息加工认知心理学家却不以为然，在批判和改造内省法的基础上，又提出了“口述报告法”或“出声思考法”，即要求被试通过原始性的口头陈述来报告思考时内部信息加工，特别是短时记忆中的内容。信息加工认知心理学家内克森、西蒙等人对口述报告的记录采用了多种分析技术，在认知研究方面取得了一定的成就。 2.信息加工认知心理学与格式塔学派由于格式塔心理学派强调意识的整体性，通过许多实验，对知觉问题进行了大量的研究，所以对信息加工认知心理学也产生了一定的影响。 信息加工认知心理学强调了研究的整体性和心理的内部机制。 3.信息加工认知心理学与行为主义学派 信息加工认知心理学是反对行为主义的一场革命，行为主义的衰落、心理主义的回归的确是促进信息加工认知心理学兴起的内部原因。但我们也应该看到，信息加工认知心理学从研究对象上是对行为主义的否定，从方法上是对行为主义的深化。尤其是对那些放弃了极端观点的新行为主义，信息加工认知心理学史是继承多于批判。 从研究方法来看，信息加工认知心理学继承和发展了行为主义研究方法的客观化原则，尽可能地使心理过程的探讨保持操作性，以期体现出客观性。正因为这样，信息加工认知心理学在刺激(S)中间变量(O)反应(R)的模式的基础上提出了输入、内部信息加工输出这样一个与计算机的操作相类似的认知模式。可以说，在研究方法上，信息加工认知心理学是对行为主义的深化。 从理论观点来看，新行为主义者托尔曼所倡导的目标-对象手段的整体行为观和带有认知综合特征的目的行为主义对信息加工认知心理学的兴起产生了一定的影响。信息加工认知心理学家罗曼提出了一个以调节系统为核心的人的信息系统的结构，强调行为与认知的整合。由此可见，信息加工认知心理学对行为主义理论不是简单地反对和拒绝，而是在否定层次上的扬弃和继承。 4.信息加工认知心理学与皮亚杰学派 皮亚杰的心理学理论也被称为认知心理学或认知理论。美国心理学史家黎黑把认知心理学归纳为三种模式：一是以心理逻辑结构的变化来解释行为发展的新结构主义模式；二是强调联想原则解释思维，复活了符茨堡学派的新心理主义模式；三是把人的心理意识看成是接受、选择、存储、编码、提取与利用等信息加工过程的信息加工模式。皮亚杰的发生认识论被列为结构主义心理学的代表。因此，信息加工认知心理学与皮亚杰的结构主义有着特殊的关系。从某种意义上来讲，它们都是认知革命的同盟者。 皮亚杰的认知心理学具有明显的系统论和整体论的思想，相信宇宙间的万事万物都是一个统一体。无论是自然的还是社会的、无生命的还是有生命的、实体的还是观念的都存在统一体中。一切科学也都是相互联系的。他受康德思想的影响，提出了“先天因式”的概念，但更强调的是通过同化和调节而不断发展的认知结构。信息加工认知心理学同样充分地体现了这种系统论、控制论、信息论的思想，认为人的信息加工不是一种简单的刺激-反应过程，而是在一定的认知结构中的信息加工。强调认知模型、心理定势在信息选择、接受、编码中的积极作用。 皮亚杰的认知理论和信息加工的认知心理学尽管都不赞成行为主义，尤其是老行为主义的S-R模式，但这两种理论对行为主义的理论也都表示出异曲同工的兼容性。皮亚杰用相互作用的SR公式来代替简单的S-R单向活动模式，并进一步提出了SATR公式，认为刺激是被纳入同化结构而引起反应的。信息加工认知心理学则提出输入内部信息加工输出的模式。可见，这两个学派在许多理论问题上还是有许多相似之处。当然，由于皮亚杰更受生物学机能主义的影响，信息加工理论更受计算机功能类比的启示，他们毕竟形成为两种认知心理学发展的不同模式，在具体的研究成果方面又少有共同的语言。 5.信息加工认知心理学与系统论、信息论、控制论 系统论、信息论、控制论对信息加工认知心理学的发展的影响可以归纳为两个方面：一是作为一种体现了时代精神的理论思维的方法，启示认知心理学家从系统、信息和控制的角度考虑人脑内部的信息加工过程；另一方面是信息加工认知心理学借用这些理论中的一些科学术语，如开放系统、反馈控制、信息过滤等来描述人的信息加工。 从系统论的观点来看，人是物质、生命、社会三大系统的要素。人既是不断地与外界进行物质、能量、信息交换的升放系统，也是随着时间和经验的改变而不断变化的动态系统，还是具有自我意识、能主动适应和改造环境的主动系统。这些系统特征决定了人的内部世界的复杂性。 信息论也是一种高度概括的综合理论。信息论的奠基人香农认为信息论主要集中于对信源、信道、信宿、编码等问题的研究。维纳又从滤波理论、信息预测、信息量的数学模式以及信息与控制的关系等问题的研究中发展了信息论。信息加工认知心理学借用了信息论的模式，从信息输入、衰减、过滤、存储等过程进行了一定的探讨。例如，起源于电机工程和统计决策思想的信息检测理论给认知心理学的启示是：人类对刺激有无的决定不仅受信号强度的影响，还受任务性质和对结果认知的影响。 在自动调节系统中，有效的控制总是通过反馈控制来达到的。反馈控制是把系统运动的信息再回到系统之中以调整控制系统运动的方法，这一控制论的思想很快就被心理学家所接受。例如，无论是新行为主义者托尔曼的“认知地图”，还是米勒等人提出的“计划与行为结构”都含有行为的目的控制思想。也正是反馈控制理论使得这些目的行为主义得到比较合理的解释。信息加工认知心理学的研究方法研究方法的问题一直是心理学研究中十分困难的问题。信息加工认知心理学继承了实验心理学的传统，吸收了计算机科学的研究成果，形成丁一套比较完整的研究方法实验、模拟、理论分析相结合的研究方法。这种研究方法充分地反映了当代科学在实验基础上高度综合的研究特点，以及定性研究与定量研究相结合、宏观研究与微观研究相结合的特点。正是研究方法的突破，促进了信息加工认知心理学的发展。这些研究方法有：（一）实验法 从一百多年前冯特在莱比锡建立了第一个心理学实验室以来，实验方法已被大多数心理学家所接受。这是因为实验的方法能使研究者在控制的情境下，系统地操纵自变量，观察因变量的变化，探讨变量之间的关系。实验有助于研究者搜集资料，验证假说，提高价究的信度和效度。实验方法是信息加上认知心理学采用的主要手段。信息加工认知心理学的实验主要是反应时实验和眼动实验。反应时实验反应时是指从刺激呈现到作出明显反应之间的时间间隔，反应时实验是信息加工认知心理学家采用得最多的一种实验。信息加上认知心理学认为，信息从接收、加工、处理、到达效应器官并做出反应，要经过许多环节，就必然要花费一定的时间，经过环节越多，反应时间就越长。信息加工认知心理学家所采用的反应时实验分为选择反应和简单反应两类，相对来说，选择反应时比简单反应时要长。 信息加工认知心理学家将传统的反应时实验和计算机的程序分析结合起来，设计出各种程序加减的反应时实验来探讨人脑内部的信息加工过程。这些实验设计的基本假设有两个。 第一，在系列性的加工中，完成某一认知任务的时间应是各部分信息加工时间的总和，用公式表示即RT(n)RT(1)+RT(2)+RT(3)+例如，施顿伯格认为短时记忆的信息提取包含信息编码、顺序比较、决策和反应组织四个阶段。通过单变量和多变量的设计，从完成任务的时间变化可推测各个阶段的信息加工。 第二，两种反应时作业，其操作过程大致相同，只是增减了一个操作环节，那么，两种反应时之差就表明这一增减操作环节信息加工的时间。用公式表示为RT(A)RT(1)+RT(2)+RT(3)+RT(4)，RT(B)=RT(1)+RT(2)+RT(3)，则RT(4)RT(A)-RT(B)。例如，布耳顿等人曾设计了这样一个试验来说明认知难度对反应时的影响。他们要求被试阅读一篇25页长的有关生态学的文章，问时又要不断地按键回答偶尔听到的喀嚓声。当被试阅读到14页时，从作业任务的角度把被试分成两组：一组是问题回答组，另一组是无问题问答组。要求问题回答组的被试不仅要对喀嚓声做出按键反应还要准备回答有关阅读材料的提问；而无问题组则只需对小时听到的喀嚓声做出按键反应。实验结果表明，问题组被试的反应时高于无问题组。例如，当阅读到16页时问题组的反应时间是O.52秒，而无问题组的反应时间则是0.46秒。 总的来说，程序加减反应时实验是从反应时的测量入手，用认知因素分离的方法来探讨人的内部信息加工过程。为了有利于揭示某一阶段信息加工的特点，信息加工认知心理学常将反应时实验与作业成绩指标实验结合起来，以求得到更为完整的资料。眼动实验眼动实验的原理是通过记录和分析被试在完成某项作业时眼睛活动的情况来探讨人脑内部思维过程。最初，眼动实验只能记录下被试进行简单操作时的眼动情况。由于电子计算机能自动地记录和分析眼动资料，这一研究方法成为信息加工认知心理学实验研究的重要途径之一。眼动实验的装置和原理是这样的：当被试注视荧光屏进行某种作业时，有一小束微弱的不伤害眼睛的光射向被试的眼睛，这束从眼睛表面反射出来的光便记录了眼球运动的情况，实验者便可根据眼球运动的轨迹来分析被试的内部加工过程。（二）口述报告法 口述报告法，也称出声思考法，是一种由被试大声地报告自己在进行某项操作时的想法来探讨内部认知过程的方法。口述报告多半在操作时进行，也可以在操作后通过回忆来叙述。从某种意义上来讲，口述报告的方法有些类似传统的内省法，也可以认为是对内省法的批判与继承。在进行口述报告实验时，主试一定要要求被试大声地如实报告操作时自己思考的详细内容，使内部的思维过程外部言语化，但不要他们解释情境或思维过程。被试所报告的应主要是短时记忆中保留的很快就会消失的信息。内克森和西蒙等人采用这种方法，在认知研究上取得了一定的成就。口述报告的方法已被许多信息加工认知心理学家所接受。(三)计算机模拟的方法计算机模拟是信息加工认知心理学最有代表性的一种独特的研究方法。计算机模拟是心理学与计算机科学的交叉领域，也是人工智能的重要组成部分。这种方法是想通过对心理过程的计算机模拟来认识人心理过程的本身，即对人的内部信息加工过程进行逻辑分析。计算机模拟常和理论分析结合在一起，多从程序缩减、流程分析、程序模拟三个方面着手。 程序缩减是一种以潜在性因素作为资料来源，用分离认知因素来探讨认知过程的方法。典型的设计是让被试执行两种复杂程度不同的任务，从对比的角度来探讨复杂任务的操作时间和信息加工过程。流程分析是通过计算机流程图的比较进一步探讨操作时心理表征的顺序和方向。程序模拟是把人的认知过程编成各种计算机语言输入计算机，如果输入的程序能正常工作，设计者至少可以得知某种心理过程在逻辑上是可行的，即获得逻辑合理性方面的验证。例如，克拉克等人用计算机模拟的方法探讨了人的句子理解过程，达柯等人则探讨了人怎样利用自己有限的短时记忆去处理和分析句子的前后关系，这些研究都取得了一定的成就。信息加工认知心理学的主要研究由于信息加工认知心理学在理论观点上的创新和研究方法上的突破，在短短的几十年中，在感知觉、注意、记忆、语言、思维、问题解决等领域取得了丰富的研究成果。这些研究不仅充实了心理学各个分支的研究，而且也为认知科学的发展提供了富有启发的新观念和新思想。.关于感知觉的研究。人是通过感觉器官来接受外界信息的，但信息又是怎样被识别、理解的呢?这一直是心理学感到困惑的问题。信息加工认知心理学根据计算机和人工智能的原理，提出了三种模型识别理论来解释信息的识别、理解和破译原理。这三种模型为：模板匹配模型；原型匹配模型；特征分析模型。模板匹配模型模板匹配模型是根据机器的识别模式提出来的。它的中心思想是认为人的记忆系统中有各式各样能识别外界刺激的模板。如果传人的刺激与原有的模板相匹配，该信息就得到破译和接受。从生理机制来看，这些模板是由按一定结构组成的觉察细胞群组成。例如，人能破译出投射到视网膜上的字母A，是因为我们具有理解字母A的觉察细胞。模板匹配的假说不仅在计算机的视觉中得到证实，也得到一些实验结果的支持。模板匹配可能是人多种识别方式中的一种，或识别过程中的一个环节。但是，仅用这种机械的、一一对应的呆板模板匹配来解释人类高度灵活的认知过程显然是不够的。因此，认知心理学家进一步提出了原型匹配模型和特征分析模型。原型匹配模型这种模型假说认为，人可能更多地采用储存在记忆系统中的作为内部表征的原型来识别从外界输入的信息。原型的本身是一种综合与抽象的产物。外界输入信息和储存在记忆中的原型只要有相似之处，就能被识别，里德用脸谱辨认实验，西蒙等人用棋子识别试验都证明了人类运用原型匹配来识别和区分信息的可能性，强调了原型在一定的范畴分类操作中的作用，在原则匹配的过程中也可以容纳模板匹配模型。特征分析模型这种假说认为，人的模型识别是一种特征分析的过程，或者说特征分析在模型识别中起到关键性的作用。例如，“一个大写的英文字母A可以分解为两条斜线、一条水平线和三个锐角”。这种特征也可以看成是一些局部的微型模板。塞尔弗里奇提出的模型群假说系统形象地表述了视觉识别中特征分析模型的思想。他认为视觉辨认模型由一群有不同功能的影像妖、特征妖、认知妖、决策组成。影像妖的任务是登记进入眼睛的视觉信息，形成视觉的心理表象；特征是辨认出图形中的某一方面，有的能辨认出线，有的能辨认出角；认知妖在影像和特征活动的基础上进行原型匹配；最后，由决策根据前二位报告的情况进行裁决和判断。这一群辨认的识别模型说明了识别是一连串的信息加工过程。这种群分析模型可以在动物的视觉生理研究中找到一定的证据。例如，休贝尔等人对猫的视觉研究结果表明，猫的视网膜上有许多不同细胞对投射到视网膜上的图像进行初步加工，并随着光点的移动形成一幅镶嵌式的影像。皮质中的简单细胞、复杂细胞、超复杂细胞对传入的影像进行不同水平的信息加工。这些神经生理过程和群妖分析模型有许多相似之处。比较而言，特征分析模型更富有灵活性，也更接近于人类信息加工的特点。2.关于注意与信息选择的研究。信息加工认知心理学家根据不同的实验材料，从信息选择的角度，提出了三种有关注意和信息选择的理论。这三种理论为：过滤理论；衰减理论；分析综合理论。过滤理论布罗德本特在双耳分听的实验基础上提出一个假设，认为外界信息进入时要经过三个关卡，一是过滤选择，二是有限通道，三是信息检测。这种过滤器的选择便体现了注意的功能。由于布罗德本特认为只存在一条通向高层信息加工的通道，并假设在知觉之前就有一个选择信息的滤波装置，所以他提出的过滤模型义又被称为单通道模型和早期选择模型。这一过滤模型虽然也得到一些试验结果的支持并能较清楚地说明了外界信息进入感觉登记后到达短时记忆的过程，但也和某些实验结果不相吻合。因此，信息加工认知心理学家又提出了衰减模型和衰减理论来解释注意过程。衰减理论衰减理论是对过滤理论的修正和补充。首先提出这个理论的是特瑞斯曼，她根据双耳听力试验的结果认为，感觉信息的过滤不是一种全或无的过程，而是一种伴有不同程度的衰减与保留的过滤。她还进一步指出，所谓没有被接受的信息只是没有达到被注意的程度而已，进入的信息只有达到一定的阈限时才被接受。由于各人对自己的名字都有牢固的记忆，激活这一选择模型的闭限是很低的，所以最容易通过选择装置而引起注意。分析综合理论奈塞用分析综合理论来解释注意过程，他认为人是用原有的内部信息来鉴别、选择和过滤感觉信息的。正是出于某种“标准信息”的影响，人们常会被一些前后联系所误导。卡勒曼等人还提出了中枢能量理论来解释注意分配的广度和集中性。他认为若将注意看作能进行操作的能量和资源，那么决定注意的关键便是所谓资源的分配方案。有的学者又在分析综合模式的基础上提出了注意选择的多部位说，即注意选择既可在感觉登记的早期进行，也可以在语意加工的后期实现。各种信息选择理论也都认为人的感知觉信息加上能力是有一定限度的。信息的选择既受刺激强度的影响，也受记忆存储中“标准信息”的影响。信息的选择是与意识控制密切相关的复杂过程。3.关于记忆问题的研究。信息加工认知心理学家从信息的存储与提取的角度，对记忆的结构、记忆的表征、记忆的容量等问题进行了比较深入的研究。记忆的结构早在本世纪初美国心理学家詹姆士已采用了初级记忆和次级记忆的概念，来表达他对意识问题的看法。1959年，彼得森用实验证实了记忆划分为短时记忆和长时记忆的假设。在上述基础上，阿特金森和西夫林提出了惑觉记忆、短时记忆、长时记忆三个记忆阶段的信息存储模式。外界信息进入感觉记忆(也称瞬间记忆)，仅停留一秒钟左右就立即消失。通过过滤和衰减，部分感觉信息进入短时记忆阶段，转入短时记忆的信息大约停留二十秒钟左右，若得不到适当的强化也会消失。只有经过复述的短时记忆小的信息才有可能转入长时记忆阶段。长时记忆是一个容量很大、保留时间很长的记忆系统。信息从一个记忆阶段进入列下一个记忆阶段受个体意识的控制。当然，也不是所有的认知心理学家都赞同上述三阶段的记忆结构理论，有些认知心理学家提出“加工”理论，认为记忆不能划分为三个阶段，而只是在不同等级水平上的信息加工。记忆的表征信息加工认知心理学家多从信息编码、存储形式与内容的角度来探讨记忆的表征。许多实验材料表明，记忆系统中存在着两种主要的编码形式，即视觉编码形式和言语编码形式。视觉编码形式是一种与实际的物理刺激表象相对应的信息加工。有关心理旋转、心理折叠、表象扫描的心理实验表明人的记忆系统，尤其是在瞬间记忆和短时记忆阶段存在着这种表象加工的视觉编码形式。言语编码包括音素编码和语意编码两个方面。在短时记忆系统中，以音素编码为主；而在长时记忆中则以语意编码为主。关于语意编码问题，认知心理学家结合语言学的研究提出了语意网状模式和语意特征模式。语意网状模式认为在记忆系统中，尤其是在长时记忆系统中，信息是以命题的形式进行语意编码的。每个命题有上下关系、定位时间、主语动作与目标的关系这四个方面的联系。人可以通过联想，在这些命题所构成的语意网络中寻找记忆和安置新的信息。语意特征模式认为语意记忆是按照不同形式的归类而保存在记忆系统中的。它类似于家谱关系的立体结构，也隐含着概念之间的逻辑关系。此外，信息加工认知心理学家对原版式记忆、复制式记忆和产生式记忆等不同的记忆形式也进行了比较，认为产生式记忆，即在保持原有信息的基础上再加个体想象的超信息记忆可能是一种主要的记忆形式。记忆的容量信息加工认知心理学对记忆的容量，尤其是短时记忆的容量进行了大量的研究。1956年米勒在奇妙的数字72信息加工的限度一文中，提出了“组块”(Chunk)这个概念，并认为短时记忆的容量是72，即59之间；后来，信息加工认知心理学家都采用了这一概念。米勒认为，每个组块既可以是一个字母，也可以足一个单词，还可以是一个短语。组块所含信息量的多少和组块化过程密切相关。而组块化过程又受个体知识与经验的影响，组块化过程一般从两方面进行：一是把时间和空间上非常接近的单个项目结合起来；二是利用以往的知识把单个项目组成一个有意义的组块。正因为这样，在记忆容量方面存在个体之间的差异。4.有关问题解决的研究。问题解决是信息加工认知心理学研究的重要内容之一。信息加工认知心理学对问题解决的研究综合了桑代克的尝试-错误理论和格式塔顿悟学说，认为人们解决问题要经过三个阶段：一是要了解问题空间；二是要在记忆中搜索有关知识，形成解决问题的动作状态；三是不断进行反馈件评价，衡量操作过程与目的状态和始发状态的距离。认知心理学家还认为问题解决具有三个特点：一是有一定的条件，在目的的指导下进行；二是有一定的程序性，能按步骤不断展开；三是有明显的认知性，即认知活动在解决问题的过程中占主导地位。有关问题的研究主要集中在四个方面：问题空间；通用解题程序和产生式系统；解决问题的策略；专家解决问题的策略。问题空间信息加工认知心理学认为，人们面临的问题大致上可分成两大类：一类是界限清楚的问题，另一类是界限含糊的问题。但无论是哪一类问题都有一定的问题空间。问题空间由始发状态、操作状态和目的状态组成。了解问题空间、对问题进行明确的表征是解决问题的关键。认知心理学家提出了四种不同的问题空间：一是始发状态和目的状态都很清楚，解决问题的途径只有一种，按照这条途径就可以从始发状态到达目的状态；二是始发状态和目的状态都很清楚，但解决问题的途径可能有好几种，解决问题时应从多角度的比较中选择一条最佳途径；三是只有目的状态是清楚的，始发状态和操作状态都不清楚解决这类问题时既要弄清楚问题的始发状态，又要选择最佳的途径；四是始发状态、操作状态和目的状态都不清楚的问题，这是一种难度较大的问题空间。解决这类问题更需要丰富的经验和决策能力，形成假设性的操作方案，沿着产生式系统探索性地前进。通用解题程序和产生式系统信息加工认知心理学家用计算机模拟人们解决问题的过程。1958年西蒙等人在美国卡内基梅隆大学提出了通用解题程序(GPS)，通过模拟，他们认为问题解决是基于手段-目的分析的产生式系统。这种产生式系统包括五个主要步骤：确定目标；审视状态与目标之间的距离，寻找缩短差异的方法；确定接近总目标的子目标；通过操作实行从子目标向总目标的过渡。由此可见，产生式系统是一种识别过程和动作过程的组合。它的基本思想是，当产生式的条件得到满足时，就会激起某种动作。它表明人们在解决问题时都需要利用短时记忆和长时记忆中的信息对问题空间不断地进行审视，逐步地从始发状态过渡到目的状态。解决问题的策略信息加工认知心理学从人工智能的角度探讨了人们解决问题的策略，有随机探索、启发式探索和展开性探索这三种形式。随机探索又分纵向优先探索和横向优先探索。前者往往以废弃同层可能途径为代价，是一种无法确定最佳途径的冒失而费力的方法；后者是一种更为小心谨慎和比较可靠的方法，但比前者更浪费时间和精力。无论是纵向优先探索还是横向优先探索，其实质都是从随机出发的穷举法。启发式探索是一种运用知识和经验改变探索范围，选择最大可能性途径的方法。启发式探索包括接近性探索和上面谈到的手段-目的分析。展开性探索，从某种意义上来讲，一切接近探索的方法都是从缩小问题空间出发，逐步地缩小问题空间，从始发状态推向目的状态。但有些复杂问题，要通过开拓问题空间来解决，这种开拓问题空间的方法便称为展开性探索。例如，河内塔问题、火柴问题、九点四线问题等都需要开拓问题空间来解决。专家解决问题的策略最初，信息加工认知心理学家也和一般人所估计的一样，认为专家可能采用某种特殊的策略来解决问题。后来，通过一系列的研究探明，专家也是采用上述提到的一些普通策略来解决一些复杂和困难的问题。专家的特点是具有解决某些问题，尤其是专业问题的丰富知识和良好的知识结构。此外，专家多采用某种直觉性的模型认知，利用曾被经验证明过的有效的模型来分析和确定问题空间。这种模型认知可用来预测、指导未来的变化和行为。专家对新问题和困难的问题有较好的应变和判断能力，能顺利地打开节点和审视问题空间，使问题得到较好的解决。除了上述的有关感知觉与注意、记忆、解决问题的策略等方面的研究之外，信息加工认知心理学对概念形成的思维、学习与迁移、社会认知与心理学发展等问题也进行了一系列的研究，这些研究有的被纳入教育心理学、社会心理学和儿童心理学等教科书中。信息加工的过程信息加工的研究，包括对人类习得信息期间所从事的各种活动的描述。当然，不同的信息加工模式对信息加工过程的描述会有所不同，为了简便起见，我们可以把学习过程分成三个阶段：1.注意刺激当物理信号被感觉登记时，人类的记忆系统就开始加工信息了。这些物理信号只停留极短暂的时间，一般只停留百分之几秒，其职能是在相当短暂的时间内保持信息，以便予以加工。没有感觉登记，我们会由于没有时间加工许多持续时间极短的刺激，而在感知世界时会有更多的困难。据认为，每一种感觉都存在着感觉登记，但在目前还只能说这是一种猜测，因为研究结果表明只存在着视觉登记和听觉登记，至于其他感官是否存在感觉登记，现在还缺乏有力的证据。感官施以影响的大量物理信号中有一部分被选择出来进一步加工。对选择过程，现在有两种观点。一些人认为，所有刺激最初都被加工了，然后把不需要的刺激从这个系统中“过滤掉”(Broadbent，1958)。但有的则认为，只有那些与长时记忆中的图式有关的信息才会被注意到。这就是说，记忆系统只选择有用的信息；而不是接受所有信息，然后再过滤掉其中一部分的(Neisser，1976)。加工信息的一个重要部分是识别选择出来的物理信号。这个特定过程被称作型式识别(pattern recognition)。型式识别是指学习者经历了一个把新输入的刺激与记忆中已有的映象或“图样”相比较的过程，当两者适当匹配时，这种刺激就被识别出来了。但也有人认为，这种图样匹配(template matching)的过程太累赘了，以致不能说明识别的迅速性。他们认为，型式识别是通过特征分析(feature analysis)发生的。这就是说，人们是根据刺激的一些重要特征以及它们之间的重要关系来识别它们的。例如，对刺激“E”、“”和“E”的识别，只需要识别三条横线与一条把它们连在一起的垂直线就可以了。如果根据图样匹配理论，这成了三种不同的图样。型式识别是受两个过程指导的。这两个过程有时共同起作用，有时独立地起作用。一种是自下而上的加工(bottom-up processing)，这是一种受资料或感觉刺激驱动的加工过程，结构是在输入刺激中发现的。另一种是自上而下的加工(top-down processing)，这种过程是受动机、目的等支配的。换言之，为的是使输入刺激适应于期望。2.刺激编码当人们注意到刺激时，这些刺激就处于短时记忆中。据认为，短时记忆处理信息的能量是有限的，只能局限在我们能够注意到的观念上。除非我们不断地思考或复述某些信息，否则信息很快就会从短时记忆中消失。外来信息要被习得的话，必须由感觉登记进入短时记忆，当我们在短时记忆中对其进行加工时，我们学习其他信息的能量就减弱了。所以，人们通常又把短时记忆称作“工作记忆(Working memory)”。例如，当我们在电话号码本上寻找某一电话号码时，这是注意刺激的过程；一旦找到了这个电话号码，我们可能需要也可能不需要对它加工以便来回忆。如果找到号码后打完电话就完事了，那么这个电话号码也就被遗忘了。但如果我们以后还要经常与对方联系，即要把它保留在长时记忆中，那就需要进一步加工。这种加工被称为编码(encoding)，即要转换刺激，以便贮存，便于来回忆。编码主要有两种策略：维持性复述(maintenance rehearsal)和精致性复述(elaborative rehearsal)。一遍又一遍地背诵电话号码，是维持性复述的一个例子。换言之，这种策略只是重述要记忆的信息。与此相反，精致性复述是要以某种方式转换信息。它可以是：(1)改变信息，以便把它与已贮存的信息联系起来；(2)用另一种符号号来替代它；(3)增加些其他信息以便回忆。3.贮存与提取信息编码过程的目的，是为了把信息贮存在长时记忆中。信息的回忆，在很大程度上取决于信息贮存的形式，以及该信息与长时记忆中以往的内容的关系。例如，职业棋手与初学者在看了一盘棋布局几秒钟后，回忆的能力相差很大。棋手大多能回忆出8090，而初学者只能记住几个棋子的位置。这两者之间的差异，一是由于长时记忆中贮存的信息“组块”大小不同，二是由于对新信息编码的方式不同。因此，初学者的回忆只能凭借机械记忆个别棋子的位置，而棋手则能用一种整体的方式对信息加以编码，回忆时只需要回想出某种布局就可以知道这些棋子的具体位置。一些心理学家们认为，记忆痕迹得到贮存后，提取或恢复这些记忆痕迹，主要取决于两个因素：(1)记忆痕迹的强度；(2)与提示线索的联系。研究表明，如果学生对某些信息的记忆痕迹的强度很大，该信息的提取有时是自动的，毫不费力的。换句话说，我们不能“阻止”提取非常熟悉的信息。例如，心理学家让学生检查像“5十38”或“4十312”这类简单的加法运算是否正确，要求学生尽可能快地对每道题作出“对”或“错”的回答。他们发现，学生在回答“错” 时，两类题目所花的时间是不同的。也就是说，学生在回答答案是两数之积(如：4十312)比不是这种情况(如：4十311)时，要用更多的时间。这说明，尽管学生意识到这是加法题，但脑子里却在自动地“检索”积与和。当然，记忆的恢复并不总是自动的，人们常常会出现部分恢复的情况。例如，我们发现自己的一串钥匙不见了，一时又想不起放在什么地方，一般所采取的策略是，先回忆最后用过钥匙的时间和地点，然后依次往前推想自己曾去过什么地方，做过什么事，直到找到钥匙为止。这样做是为了重新形成当时的线索，以便用来恢复记忆。不能当即成功地提取信息的另一种现象被称为“欲言难吐现象(tip-Of-the tongue phenomenon)”，例如，我们明明知道在什么地方见过某人和他的名字，但一时就是想不起来，即便别人说大概是张三或李四，自己知道他不叫这些，却还说不出他的名字。这也说明，在欲言难吐的情况下，提取不出来的信息，并不是由于它在记忆贮存中不存在，有时只需过一会儿，突然会自发地得出正确的答案。信息加工学习原理包括以下四个：1.信息流是行为的基础信息加工理论的实质，是要探讨有机体内部的信息流。根据这种观点，心理学不仅必须能够复制和控制行为，而且必须能够揭示有机体内部隐含着的信息加工的细节。他们把人看作是一架非常复杂的机器，并试图发现这个“暗箱”内所发生的情况。因此，信息加工论者常常把人类认知系统表述为代表信息加工和贮存的一系列方框(或称箱子)，是它们在来回传送信息。每一个方框都代表一种在人头脑中发生的信息转换。随着我们对心理学了解得越多，每一个方框所表示的详细程度就越精细。这些小方框通常被称之为信息加工的阶段。认知心理学家试图通过从其他学科(如计算机科学)使用的方法来勾勒有机体内部的信息流程图。然而，技术人员可以进入他们的暗箱并置入某种测量器，但心理学家则不能。尽管生理心理学技术可能为遥远的未来带来希望，但眼下我们还不可能直接进入有机体内部的信息加工流程。所以，目前我们只能推测各种可供选择的信息流程，然后确定哪种假设的流程更符合所观察到的行为。有时我们会发现两种信息流程图看上去差异很大，但在预测行为方面都是等值的。因此，信息加工论者通常把重点放在检验各类模式上，而不是放在某一模式的具体细节上。例如，我们可以把系列模式(serial models，即认为各阶段只是在某一时刻发挥作用，如阿特金森-希弗林模式)与平行模式(paralle models，即认为各种成分是同时对同一信息进行加工的，如克雷克-洛克哈特模式)相比较，这可能会有助于了解哪一种模式更有利于解释某一种学习。2.人类加工信息的能量是有限的这一论点也许是用信息加工方式来研究学习过程的最有成效的成果。这一论点原先是从香农等人设计的电话通讯系统的模式中产生的。由一根电缆在某一时刻只能从事那么多的通讯推出，人的信息加工能量是有限的。这种人的能量有限观，对注意与记忆领域的研究影响最大。例如，人们在某一时刻只能把焦点集中在某些刺激上，因而必然会舍弃其他刺激。而短时记忆与长时记忆之间的区分，主要是基于能量的差异。据认为，长时记忆贮存信息的能量是无限的，而短时记忆一次只能记住7土2个项目。尽管许多心理学家都在研究人类能力有限的问题，但最明确赞同这种观点的是布罗德本特(Broadbent，1958，1971)。他对人类信息流的看法，强调了与注意有关的两个重要机制：第一个机制是通道本身能量有限。这一观点有时被解释成一个人在某一时刻只能做一件事。这种解释是错误的。布罗德本特的观点是，一个人在每一时刻只能加工数量有限的信息；这就是说，受限制的是信息加工的速率。这种限制被称为通道能量，是可以通过每秒接受的信息量来测量的。如果一组任务的总体要求低于通道能量，那么一个人就能同时完成不止一项任务。第二个是过滤机制，这是为了防止能量有限的通道拥有过多的刺激。在他看来，唯有成功地通过过滤器的信息，才允许进入能量有限的通道。所以，过滤器可以被认为是知觉加工的早期阶段。尽管心理学家们对除了早期阶段外，在其他阶段是否也同样存在信息过滤或选择的问题还存有争议，但对人类加工信息能量有限，因而需要有过滤阶段的这一假设，是大多数心理学家所认可的。3.记忆取决于信息编码记忆信息加工有点类似档案分类系统，即首先要对外来信息的轻重缓急加以分类整理，而且，所使用的分类方法和程序必须始终一致。编码是一个涉及觉察信息、从信息中抽取一种或多种分类特征，并对此形成相应的记忆痕迹的过程。信息编码的方式对以后提取该信息的能力有很大影响。如果我们知觉有误，或分类特征不清，或形成的记忆痕迹与客观事物相差很远，那么，我们在提取信息时就会非常困难。对信息编码的方式往往取决于学习任务的性质。如果学生知道某门学科的要求，他们会以最能满足这一要求的方式来编码。例如，教师如果告诉学生这门课的考试形式是选择题，学生就会以便于再认的方式来编码的，而不是以有助于问题解决的方式来编码。编码还涉及组块问题。所谓组块，就是在记忆中把许多小单位组合成较大单位的信息加工过程。假定我们给学生看“委-民-华-教-共-会-中-和-育-国-员-人”这12个字，然后要学生立即复述出来，可能是很困难的。但是如果把它们组成“中华人民共和国教育委员会”，就很容易记住。又如，让学生记忆“1491625364964”这样一个数目是很困难的，但如果告诉学生这是由1至8的平方数构成的，记忆就会很方便。所以，心理学家们认为，尽管我们记忆同时出现的一系列信息的能力是有限的，但如果把一些信息组织成块，就可以大大提高记忆能力，而且，组块中所包括的信息量可以是很不同的。另外，如果把信息组织成有意义的组块，不仅可以增加信息摄取量，而且还有助于保持记忆。大量研究表明，编码过程常常涉及信息的积极转换或改变。有时需要把听觉信息转换成语义代码，如此等等。因此，我们不能设想，编码仅仅是一种消极的过程，似乎只是消极地把环境事件机械地记录在某种记忆痕迹上。此外，心理学家们发现，映象有助于记忆。例如，实验表明，容易唤起映象的单词(如血、桌子、犀牛等)，比不易唤起映象的单词(如真理、美丽、民主等)更容易回忆，即便这些单词在其它方面(如单词的长短、日常出现频率等)都相同，也是如此(Paivio，1971)。4.回忆部分取决于提取线索前面探讨的是信息贮存方式，但是，对贮存的信息进行适当编码，仅仅是问题的一半，如果没有适当的提取信息的线索作为补充，一个人是难以回想起某一事件的。例如，我们可能常常有这样的体验：试图想回忆某件事情，但开始时就是想不起来，就把它搁在一边；后来再试，似乎当时也没有什么新信息，但成功地回想起来了。很显然，这方面信息是贮存在记忆中的，最初回忆失败是由于提取的失败，因为我们在第二次回忆时成功了。研究这类简单事件(例如回忆一系列图片或单词)的心理学家已观察到同样的现象。当给被试对同样信息进行重复测验时，常常可以看到，被试当时不能马上回想起来的信息最终被回忆起来了。在一项著名的实验中(Tulving and Pearlstone，1966)，实验者为中学生提供一列单词供记忆。这些单词都是同一类别的成员，并以适当方式把它们组织在一起。例如：鸟鸽子、麻雀；家具沙发、床；颜色黄、蓝，如此等等。告诉被试，他们只需记住单词，不需记住类别的名称。第一组被试听到48个单词，每个类别2个单词，共24个类别。第二组被试听到的是与第一组完全相同的。所以，我们可以假定，他们贮存数量和种类大致相同的信息。唯一的不同是两组被试回忆的条件有所不同。只要求第一组被试用任何秩序(自由回忆free recall)回想这些单词；要求第二组被试也是按任何秩序回忆，但除此之外还给他们类别的名称作为提取线索。自由回忆组(即第一组)平均回想起18.8个单词，给类别名称作为提取线索的第二组，平均回忆起35.9个单词，几乎是第一组的一倍。由于这两组是在同样情况下贮存信息的，因此，很显然，两组之间的差异是由于在提取时的不同条件引起的。提取线索可使人们回想起如果没有帮助就回想不起来的许多单词。可见，提取线索在决定回忆方面是一个强有力的辅助工具。学习的认知模型学习的计算机模拟和人工智能研究，需要将人类的学习划分为不同的认知模型，然后根据不同的学习类型进行计算机模拟和程序设计。温斯顿在人工智能一书中将学习分成四类：(1)根据被编制的程序而学习；(2)根据指示进行学习；(3)根据观察样品而学习；(4)根据发现而学习。他认为学习是一个包括各类学习的嵌套式的层次结构系统。学习形式每上升一类都在已有的简单学习类型的机制上再加上一些东西。他的学习层次结构系统如下图所示：长期以来，在认知科学中对学习和其他认知过程的计算机模拟一直采用流行的串行处理的设计思想。所谓串行处理的设计思想是把人的认知过程看成是按照时间顺序紧密相联的一连串的信息加工过程。这种设计思想以大脑皮层的短时记忆是串行加工和人类有意识控制的行为是串行系列为基础的。根据人类学习的外部宏观特征和学习的宏观认知特点可以分为三种基本的认知模型：样例的归纳学习类比学习通过发现的学习样例的归纳学习通过实例或样例形成的学习概念和规则是人类学习的一种基本类型，也是计算机模拟的一种基本的机器学习类型，这就是样例归纳学习。学生在学校中学习和掌握大量的概念和规则，通常都是在教师的启发和指导下进行的。教师为学生呈现一些具有典型意义的样例，采取一种有助于学生理解的教学程序，使学生的思路步步深入，循序渐进。最后在教师的启发和引导下形成概念和规则。 用计算机的算法来模拟这种学习过程，最令人工智能科学家苦恼的问题就是：人类的认识能够实现从个别到一般、从部分到整体、从过去到未来的飞跃。计算机怎样模拟这种认识上的飞跃呢?这方面的工作虽然十分困难，但是还是有了一些假设和想法。 乌哥夫就“倾向性”在归纳学习中的作用问题进行了详细地分析。他认为对样例的归纳和概括不仅受学习时所用样例的引导，而且受倾向性的影响。倾向性有好坏和强弱之分。要实现好的归纳，就要有好的倾向性。什么是倾向性呢?他认为归纳学习总是面对着对许多假设的选择，而倾向性将帮助程序去完成这种选择。在概念的归纳学习中除了正、反两方面的样例之外，其他影响假设选择的因素就构成了倾向性。具体来说，倾向性由下面的要素组成：“(1)描述假设所用的语言；(2)程序所能考虑的假设空间；(3)程序所定义的假设如何被考虑的次序；(4)对一给定的假设的搜索程序，决定是停止还是继续进行搜索更好假设的可接受性的标准。”乌哥夫认为，利用这种倾向性可以用来解释学习者为什么会选择不同的假设，而作为这种选择的结果就是形成不同的归纳跳跃。这样，一直为人们所困惑不解的、心理学上常用直觉的洞察力所描述的认识上的飞跃，就可以用看得见、模得着的程序的倾向性来模拟。乌哥夫还指出了倾向性的两个特征：(1)一个强的倾向性能使概念学习者的注意力集中在相对少的假设上。相反，一个弱的倾向性则允许概念学习者考虑相对多的假设。(2)一个正确的倾向性允许概念学习者选择目标概念；相反，不正确的倾向性不允许概念学习者去选择目标概念。 乌哥夫进一步指出，当学习者不愿意接受现行的假设时就有必要转移到一种较弱的倾向性。这种转移通过三个步骤来完成：“(1)推荐新的概念描述，并加到概念描述语言中。(2)将推荐翻译成能在概念描述语言的形式体系中表达新的概念描述。(3)将任一新概念同化到有限的假设空间中，从而假设空间的组织得以保持。” 在这样的归纳学习的计算机程序的模拟中，虽然在很大的程度上能够模拟人类归纳学习的过程。但是，仍然存在着由谁来推荐这种新的概念描述的问题。 范莱提出了一种不需要倾向性的归纳学习程序。他认为，学习并不需要一些先验的、启发式优先的考虑。当现行的程序不能解释现行的例子，也就是不能对现行的例子进行语法分析时，就可以通过一个新的子程序来完成这种解释。他强调指出，学习要通过安排好的一课一课的次序来进行。在归纳学习中获得的额外信息(暗示或线索)就是由这样一课又一课的次序中提供的。他的SIERRA程序企图向人们表明，一个归纳学习者如果接受一个结构得很好的样例序列，并且能从这一序列中恢复编码时所镶嵌进去的信息，就能获得成功。 然而，对于归纳学习的计算机模拟，人们只是开始去探索，上述介绍的只是一些不成熟的设想，艰巨的研究任务还在后面。类比学习通过类比进行学习是学习的又一种类型。所谓类比就是在两个类似或相似的事物间对其形式、关系、结构和功能等方面进行比较。在逻辑中类比推理被当作一种推出新知识的方法。它依据两个对象之间存在着的某种类似或相似的结构或关系，从一个领域的知识而推测另一个相似领域的知识。类比推理任何时候总包含着某种猜测的成分，而且总是以已知的一般规律或一般结构的知识作为依据。用计算机