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两南大学硕十学位论文 中文摘要 科学发明创造问题解决中的原型位置效应 发展与教育心理学专业硕士研究生朱海雪 指导教师：张庆林教授 中文摘要 在解决一个科学发明问题的过程中，当找不到解决方法时，有时候会偶然碰到一个表面上看 似无关的事物并从中得到了这个问题解决的新思路( n e wi d e a ) ，这个时刻即灵感闪现。例如，阿 基米德在解决皇冠的黄金纯度的困扰中，无意中从浴缸外溢的水受到启发而想到运用密度测量来 检验皇冠的黄金纯度，并提出了阿基米德定律。科学发明人在遇到表面上不相关事物( 原型) 的 时候，如何从中受到启发并发现没有解决的科学难题的新思路( 问题的自动激活) ，是大脑的“神 秘”机制顿悟( 或灵感闪现) 的认知神经机制。 原型启发有两种范式：“问题在先( 问题先导) ”和“原型在先”，从逻辑上讲，是原型表征影 响问题表征( “原型在先”) ，还是问题表征影响原型表征( “问题在先”) ? 其实两者之间不是单纯 的因果关系，“大脑自动响应机制”是一种并行加工。但是从现实中讲，先有科学问题存在于大脑 中似乎更易于原型启发，更符合现实中科学发明人的思考方式。 本研究以原型启发理论为基础进一步探索科学发明创造问题解决中的原型位置效应。实验材 料为创造发明库里的材料若干，采取“先问题”和“先原型”两种范式，探讨科学发明中的原型 位置效应，实验一通过控制原型位置和创造性倾向等自变量从行为上探索科学发明创造问题解决 中的原型位置效应，实验二在行为实验的基础上控制原型位置自变量采用伽u 技术记录大脑的 b o l d 信号变化，进一步探索科学发明创造问题解决中原型位置效应的大脑机制。 结果发现：“问题在先”条件下显著高于“原型在先”条件，而且原型位置效应受创造性倾向 影响，随创造性倾向的提高而显著降低。大脑激活结果上，与基线相比，问题先导条件下的原型 启发的大脑机制主要表现为左侧颞中回( 1 e f im i d d l et e i n p o r a lg y m s ) 和左侧额中回( 1 e f im i d d l e 舶n t a lg y n j s ) 的显著激活，“原型在先”条件下，主要激活左侧扣带回( 1 e f lc i n g u l a t eg ) ，r 峪) 、左 侧中央前回( 1 雒m i d d l e 删影n l s ) 。 关键词：顿悟，原型位置，创造性倾向，问题先导，蔡戈尼克 西南大学硕十学位论文abs仃act p r o t o w p ep o s i t i o ne f f e c to fi n s ig h ti ns c i e n t i f i c 1 n v e m l o n a ld r ob 上e m s 0 1 v l n g m a j o r ：d e v e l o p m e n t a la n de d u c a t i o n a lp s y c h o l o g y a u m o r ：z h uh a i x u e t u t o r ：p r o f e s s o r z h a l l gq i n g l i n a b s t r a c t w h e i ls c i t i s t sc n c 0 t e r 蛆i n v t i o np r o b l 锄锄dh a v en o tf o u n dm es a l l yp o n ，t l l e ym i g h tc o m e 觚s sah e l l r i s t i cp r o t o t y p em a ts e 即皓飘l p e r f i c i a l l yi r 陀1 e v a mt ot h ep b l e ma n df - m dt l l en e wi d e af b m t h ep m t o t y p ef o r l v i n gt h ep r d b l e m f 0 re x 觚n p l e ，a r c h i m e d e s 捌v l 埘i n s i g h ti n t 0m er e l a l i o n s h i p b e t w e e n 、j l ，e i g h ta n dv o l u m ew h e nh en o t i c e dd i s p l a c e dw 撒i n ab a m t i l _ b h o wt 0i l l u m i n a t e 缸腿血e p r o t o 帅ea n df i 】man e wi d e af - o rs o l v i n gm es c i 觚f i cp r o b l 锄l e m 纵湎v a l 埘a u t o m a t i c a l l y ) 谢h s c i t i s t se n c o u n t e ra 吼l p 锄c i a l l y 曲r e l e v a n tp f o t 0 帅ei sa “m y s t 丽o l l s ”m e c h a n i 锄o f 也eb 均i n - 血e c o g n i t i v en e 嗽lm h 锄i s mo fi n s i g h t ( o rc a t c h i n gi n s p 鼢i o n ) t h e r ea 代t v 旧p a m m g m so fh 砸s d cp r o t o 帅e ： “f o r m e r l p r o b l e m ( p r o b l e mg u i d e ) a n d “f 0 曲e r - p t o t y p e ”l 0 舀c a n ys p e a k i n g ，i st l l er q p 陀s e n t a t i o f 呻b l e ma 虢c t e db yt l l er q 玳s e n t a t i o n p r o t o t y p e ( f o 脚1 e r - p m t o t y p e ”) o rt h e 豫p r e s e n 洲0 no f p r o t o t y p ea 丘b c t e db yt h er e p r 髓e i 删0 np b l 锄 c f o m 豇砌l 锄”) ? i nf a c t ，i ti sn o tap l l r ec a i l s a lr e l a t i o 璐h i pb e t w e e nt l l e mf - 0 rt h en e u m lm e c h 缸i 锄 o f 孤l t o m a t e dr e s p o n s ei sap a r a l l e lp c e s s i n g 王 u ti nt h er l i 秒l i f e ，t h es c i e n t i 丘cp r o b l e me x i s 伽i n t h eb r a i n 丘晤ts e 即1 sm o 糟e 船i l yt oh e 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r e s i 鲥f i c 弛t l y t i v a t e d 、地e l lc o l l e g es t i l d e n t s姐c c e s s f i l h ys o l v et l l e 邮b l e mi l lt h ec 鼬eo f f - 0 姗a t o t ec o n d i t i o n k e yw o r d s ：i n s 噜h t ，p r o t o 咖ep o s i t i o n ，c 心a 晰et e n d 阻c y ，p m b l e mg l i i d e ，z e i g a r n i ke f f e c t m 西南大学硕十学伊论文前言 1 刖舌 1 。1 已有文献回顾 如何提高创造性思维一直是人类关心的重点话题，2 1 实际需要创新人才，创新也越来越受到 社会重视，研究创造性思维就显得格外重要，对我们社会的进步也具有重要意义! 创造性思维的表现形式有很多，也包含很多内容，像类比迁移、创造想象、顿悟等等都是创 造性思维的具体表现形式，但其主要的形式是关于顿悟的研究，多数研究都是围绕顿悟展开的， 随着e r p ，蹦r j 等技术的发展，顿悟研究的手段越来越多样化和精确化，对其脑机制的探讨更 是成为研究的热点。顿悟的发生是一瞬间的事情，问题解决者遇到一个难题时，百思不得其解， 偶然遇到一个表面与问题不相关的启发物体，大脑一下子豁然开朗，找到解决问题的思路，这一 瞬间就是顿悟，即我们所说的“a h a ”效应，我们可以看出顿悟的特征在于它的突然性和瞬间性， 在这个过程里需要打破之前知识经验的限制，打破定势，跳出限制，找到新的解决思路。有关顿 悟的研究很多，但主要是从信息加工的角度来探讨顿悟的认知过程。到目前为止，有关顿悟认知 机制的认识仍然没有达成共识，存在两种有影响的观点：以s i l n o n 和k a p l 髓为代表的表征转变 ( 北p r e s e m a t i o nc h m g e ) 理论( 1 ：己印l a n & s i m o n ，1 9 9 0 ) ；以o m e r o 和c h n i c l e 为代表的进程监 控( p r 0 黟sm o n i t o 血g ) 理论( c h r o n i c l e ，o m c n d d ，& m q e 9 0 r ，2 0 0 4 ) 。 新近发展起来的脑成像技术( 如m 口u ，e r p ，e e g 等) 为直接观察脑在处理复杂信息时的活动 状况提供了强有力的研究手段。尤其是觚u 技术的发展，使顿悟的研究更为精确，为研究脑机 制提供了更有利的基础，开辟了脑机制研究的新道路，但是当前研究创造性思维的脑机制还存在 两大难题：( 1 ) 需要若干同质的创造性问题，以满足e i 冲，删记录技术需要多次叠加的要求。 ( 2 ) 在自然状态下，顿悟发生的时间点不可预期。在实验室条件下，我们期望所检测的心理事件 在有限的特定时间之内发生( l u oj & k l 曲l i c hgm e m o d s ，2 0 0 7 ) 。在实验室条件下，研究者期望 通过一些操纵在有限的特定时间之内重复引发顿悟现象。在这一方面，国内外学者进行了各自的 创造性的尝试。 b o 、d 钮和j 强哥b e 锄n ( 2 0 0 3 ) 与b o w d ，j l l n g - b m a n ，f l c c k 和k 白u n i o s ( 2 0 0 5 ) 以远距离联 想任务( 呈现给被试三个无关的词，如靴子，夏日，土地，让被试想象出一个新异的答案。参考 答案为：露营) 为材料，进行远距离联想实验，结果发现，额中回( 也e m 础a l 怕n t a 淞c cc 硎鼹) 显著激活。l u o ，n i l 【i 和聊h p s ( 2 0 0 4 ) 采用谜语( 谜面：你杀死了它，但流的却是你自己的血” 谜底：蚊子) 为材料，结果发现，l 、伊f c ，海马以及a c c 等脑区显著激活。m a i 。l u o 。w u 和 l u o ( 2 0 0 4 ) 采用e r p 技术，材料为谜语的实验同样发现a c c 在顿悟中的重要作用。随后q 沁l i l m o 和z h 锄g ( 2 0 0 6 ) 采用汉字字谜( 如：节日的山东鲁) 为材料，采用事件相关e i 心对顿悟 的脑机制进行探索，结果发现，a c c 显著激活，a c c 反映了新旧思路之间的认知冲突。q i u ，l i ，l i u ， l u 0 和z h 柚g ( 2 0 1 0 ) 依然以汉字字谜为材料采用m u 技术对顿悟的大脑机制进行进一步探索。 结果发现，枕叶下回、楔前叶、左侧额下中回和小脑等脑区与顿悟有关。 1 两南大学硕十学位论文前言 综上所述，采崩顿悟问题和远距离联想任务研究顿悟的脑机制，以往的研究( 罗劲等，2 0 0 3 ， 2 0 0 4 ；m a ixq ，2 0 0 4 ；j m g b m 锄e ta 1 ，2 0 0 4 ；b o 懒e ta 1 ，2 0 0 5 ：e l 鼬e me ta 1 ，2 0 0 6 ；邱江等， 2 0 l o ) 发现，楔前叶( p 删u i l 肌s ) ，左侧额下回额中回( 1 e ri f g ，l e rm f g ) ，前额皮层( p f c ) ，左 侧颞中回( 1 硪m t g ) ，右侧颞上回( 一g h ta n t 嘶o rs u p 耐0 rt e m p o r a lg y n 培) ，枕叶下回( i n 衙i o f o c c i p i 诅lg ) ，n l s ) ，扣带前回( a c c ) ，腹外侧前额叶( v 廿a l l 砷e m lp f c ) 以及小脑( c e r 曲e l l 啪) 等脑区与顿悟有关。 1 2 前人研究不足 通过以上对前人研究的总结，我们发现关于顿悟机制方面的研究仍然存在着一些问题： 首先，两种理论对顿悟的解释有相同之处，也有不同之处。这两种理论都认为在解决顿悟问 题时，开始都会受至0 一些因素的限制，比如已有的知识经验等等，由于这些限制导致他们不能用 新异的方法去解决问题，而是存在一种思维定势，产生一种困境，这两种理论都承认会存在思维 定势，但具体怎么去打破这种定势，它们无法做出合理的解释，两种理论都承认顿悟问题是创造 性思维实验的有效工具，顿悟是实验室条件下所能够观测得到的创造性思维。总的来说，两种理 论都把握了顿悟的本质以及研究意义，但是它们都没有解释怎么打破定势找到新的解决问题的思 路。顿悟机制的两种争论性的理论没有得到一致性的解释，它们不能清楚地解释顿悟的完整理论， 不能作为顿悟的成熟理论，两种理论对顿悟认识机制的解释仍然处于心理学求证阶段，例如“表 征转变理论”中认为，问题表征方式的转换就是顿悟的心理机制。知识的表征方式对问题解决具 有重要影响，那么究竟怎样表征原型才能更好的利用原型来解决问题呢? 其次，材料需要改进，以前的材料不能重复测量，这是一大弊端，而且材料的数目不多，一 般就几个或者十几个，不能满足脑机制实验的叠加次数，脑机制一般叠加要求在3 0 次以上，这些 材料数量上远远不够，再就是这些材料本身的一些性质、特征也各自存在差异，个有个的不同， 复杂不一，等值性不高，而后来一些研究者进行了一定的改进，采用像谜语，汉字字谜等为实验 材料( 罗劲，2 0 0 4 ：吴真真等，2 0 0 8 ；陈丽等，2 0 0 8 ) ，这些材料数目偏多，在一定程度来讲解决 了数量问题，可以满足脑机制实验要求，但它们也存在一个缺点，就是它们的人工性，与现实生 活联系不够密切，生态效度偏低。而我们也知道，研究人的创造性思维往往离不开现实情境，所 以这些材料就不适合做此方面的研究。综上，该领域应该打破之前的各种限制，选取一些与实际 联系密切的材料，这就需要我们在实验材料上进行改进。 1 3 原型启发理论的提出与验证 由于解释顿悟的理论一直没有得到一致性意见，为此，张庆林及其团队基于现实生活中的创 造发明的思维机制提出了顿悟的“原型启发”理论( 2 0 0 4 ，2 0 0 5 ) ，该理论认为，现实生活中的创 造性思维主要是通过“原型启发”来实现的。原型启发理论包括两部分：原型的激活和启发信息 的运用。所以，在顿悟问题解决过程中，不仅要激活与问题相对应的原型，而且还要激活原型中 包含的对问题起到启发作用的“启发信息”，顿悟才得以发产生。这里所说的“原型”，是指与问 2 两南大学硕十学位论文前言 题表面不相关，但是其内部包含能够解决问题的启发信息。原型存在的形式可能是被试长时记忆 中已经储存的关于某问题的思路，也可能是被试根据主试所提供的“源问题”在头脑中进行的表 征，也可能是被试在解决问题过程中偶然发现的对问题具有启发作用的事件的认知。原型中的启 发信息对问题解决有用，但内部包含的无关信息则是干扰信息，由于已有的知识经验中肯定还存 在着若干其他的知识( 干扰事件) ，人们往往不能一开始就顺利找到原型，其他知识常常会影响原 型的提取，所以，原型启发理论认为，在顿悟问题解决过程中，能够激活原型中的启发信息才是 关键，才能产生顿悟。因此，是否能够正确提取相关的原型事件，并从中获取重要的启发信息， 是人们解决创造性问题的关键。 原型启发理论提出之后，先后得到一些行为实验的检验和验证( 邱江等2 0 0 5 ；任国防等2 0 0 5 ； 曹贵康等人2 0 0 6 ；吴真真等人2 0 0 8 ；陈丽等2 0 0 8 ) 。这些研究都支持原型启发理论，认为原型启 发理论可作为解释顿悟顿问题解决的内在机制，而且这一理论更符合现实生活中的创造性思维本 质，因为现实思维中的顿悟、灵感、直觉的发生大多离不开原型启发。科学界关于“原型启发” 催化创造性思维产生的事例十分普遍，从中国的“鲁班从带锯齿边的茅草中得到启发而发明锯子” 的传说，到“阿基米德在解决皇冠的黄金纯度的困扰中，无意中从浴缸外溢的水受到启发而想到 运用密度测量来检验皇冠的黄金纯度，并提出了阿基米德定律”。再到“瓦特受到沸腾的开水壶的 启发想到解决机车的动力问题而发明了蒸汽机”的经典故事，都说明“原型启发”在创造性思维 中的重要地位。原型启发理论逐渐成为解释顿悟问题的主流，起着越来越重要的作用。 1 4 科学发明创造实验问题材料库 采用像谜语，汉字字谜等为实验材料，这些材料数目偏多，在一定程度来讲解决了数量问题， 可以满足脑机制实验要求，但它们也存在一个缺点，就是它们的人工性，与现实生活联系不够密 切，生态效度偏低。而我们也知道，研究人的创造性思维往往离不开现实情境，所以这些材料就 不适合做此方面的研究。综上，该领域应该打破之前的各种限制，选取一些与实际联系密切的材 料，这就需要我们在实验材料上进行改进 为此，张庆林等人依据先前提出的顿悟的“原型启发”理论( 张庆林等，2 0 0 4 ，2 0 0 5 ) ，最新 编制了科学发明创造实验问题材料库( 参见朱丹，罗俊龙，朱海雪，邱江，张庆林，2 0 1 1 ) 。 每个题目均包含一个科学问题、一个原型材料和一个参考答案( 见方法中2 2 原型启发测试材料 的选取) 。 3 两南大学硕十学位论文问题提出 2问题提出 随着发展，原型启发理论也逐渐成熟起来，成为解释顿悟认知机制和脑机制的重要理论。表征 方式的不同，对问题解决会产生影响。“问题在先”与“原型在先”会产生原型的不同表征形式： 有问题导向的表征( “问题在先”) 和无问题导向表征( “原型在先”情况) ，究竟怎样表征原型才能 更好的解决问题? 在这里，原型位置主要是指“原型在先”和“问题在先”( 问题先导) 两种不同 处理，所谓“原型在先”就是先呈现原型，学习完后呈现科学问题进行解决，“问题在先”指先呈 现科学问题，学习完之后再呈现原型，进行问题解决。原型在前与在后哪种方式更容易解决问题， 原型位置的不同导致原型启发的差异也就是所谓的原型位置效应。例如阿基米德定律的提出，怎样 在不破坏黄金的情况下称其重量，这个问题一直困扰着阿基米德，无意中，阿基米德在浴室洗澡看 到外溢的水，突然联系到了浮力问题，从而解决了黄金重量的问题，凯库勒做梦梦到蛇首尾相接， 解决了一直存在于大脑内的苯环结构问题。再例如，宇航服的发明，科学家为发明宇航服发愁，试 了很多方法都没有成功，后来，科学家们在吃虾的时候，发现，煮熟的虾子外壳既可以弯曲又很坚 硬，从中得到启发，发明了现在的宇航服，而且我们平时查阅资料一般都是出现某个问题之后，带 着这个问题去查资料，这似乎也可以看作是带着问题表征原型。我们发现，所有这些创造过程，都 是由以下相互联系的环节构成的。发明者首先遇到一个科学难题，这个难题萦绕在大脑中已久，成 为大脑中的一个兴奋点，其激活阈极低，很容易被自动激活。其次，他们偶然受到一个表面上与问 题不相关的事物( 原型) 的启发，通过非逻辑的直觉思维一下子“发现”了难题解决的新思路( n e l j l ， i d e a ) ，从而将问题解决。问题先存在大脑中，然后得到偶然启发物的启发，将问题解决，那么是不 是这就意味着后原型在问题解决中占优势呢? 这也是本研究想要验证的。出现原型位置效应是被试 本身之间的差异还是与其他因素有关呢? 科学发明问题解决能力从某种角度可以反映出创造性的 高低，那么创造性高低是不是影响原型位置效应的因素昵? 如果存在这种原型位置效应，那么其内 在的大脑机制又是怎样的呢? 创造性思维是复杂的，它到底是领域特殊性的呢? 还是领域一般性的呢? 已有研究( 刘春雷 等，2 0 0 9 ；s i l 、，i a ，跏缸锄p r e 钇，2 0 0 9 ；r 西t 盯- p a l i n ，n l i 酷，c r o s s ，b u b o h z & n i l n p s ，2 0 0 9 ) 表明，创造力兼具领域特殊性和领域普遍性这两种特性，只不过不同评估方式导致不同特性的凸 显。相对来说，任务模式多是基于创造性认知的观点，个体差异更主要是基于创造性人格的观点。 之前的关于创造性的研究大多采用一种模式，但逐渐也有少数研究逐渐采用交叉多种方法的模式， 考察不同被试在不同任务上的差异，比如高低创造性被试，高低创造性实验任务( 如，c h 如e z e a k l e e ta 1 ，2 0 0 7 ) 。本研究也是将两种模式结合起来不同被试的不同位置效应。 “原型启发”的实验范式主要有“一对一”的实验范式( 学习1 个原型之后立即解决1 个与 之配对的问题，类似于类比迁移的实验范式) 和“多对多”的实验范式( 学习多个原型之后解决 多个问题，被试面对每一个问题的时候都需要在多个原型中激活其中一个恰当的原型，需要一种 直觉思维) ( 邱江等，2 0 0 5 ：吴真真等，2 0 0 8 ) 。 4 两南大学硕十学f 1 7 ：论文 问题提出 基于以上这些问题，本实验采用科学发明创造问题材料库中的材料，探讨发明创造性问题解 决中的原型位置效应。本研究一共包含两个实验：实验一为行为实验，实验范式为。一对一”，采 取“先呈现问题、后呈现原型”和“先呈现原型、后呈现问题”两种范式，探讨发明创造问题解 决中原型位置效应以及被试创造性高低对原型位置效应的影响。创造性高低组在本研究条件下主 要是以创造性倾向测验分数从高到低划分的高低被试组以及被试在解决发明创造问题的正确率的 高低划为高分组和低分组。实验二在实验一的基础上，采用相同材料，采用采取“五对五”实验 设计，采取“先呈现问题、后呈现原型”和“先呈现原型、后呈现问题”的范式，探讨科学发明 创造问题解决中原型位置效应的脑机制，并采用帜i 技术记录大脑的激活强度。 5 两南大学硕十学傅论文 实验一 3 实验一 3 1方法 3 1 1 实验被试 随机选取西南大学学生5 4 人，平均年龄为2 3 2 岁，男女各半，被试无心理疾病，右利手， 能熟练操作计算机，能看懂文字及实验要求，实验前未接触过实验类似的材料，做完实验支付被 试一定报酬。被试依据林幸台等修订的威廉姆斯创造倾向性测验的得分，分为高低两组。 3 1 2 实验材料 根据朱丹，罗俊龙等最新编制的科学发明创造实验问题材料库，选取3 6 个题目作为本实 验的测试材料。举例如下： 科学问题：用水灭火往往受水源的限制，将两种化学药剂混合能够产生灭火效果很好的喷雾， 但是在灭火的时候不易控制两种化学药剂的混合。灭火的时候如何控制化学药剂的混合? 原型：投弹甲虫尾部有三个腔室，分装三种不同的化学药剂，瞬间混合时发生剧烈化学反应， 进而向敌人喷出灼热的毒液。 参考答案：要点是将灭火药剂分开存放于一个容器的不同空腔中，使用时能方便混合为解。 材料库进行编制的过程中，我们对每个被试在每个题目上的反应进行了测试和记录，建立了 一些指标，这些指标主要有启发量和难度。“原型启发量”等于正确率2 ( 有原型时的正确率) 和正确率1 ( 无原型时的正确率) 之差，难度值( 1 减去正确率l 然后乘以l o o ) 。 从实验所建立的材料库中筛选高启发量的题目4 0 题，平均难度8 0 0 8 ，难度标准差1 7 4 0 ；平 均启发量o 5 9 ，启发量标准差0 1 9 。“材料平均难度8 0 0 8 ，平均启发量o 5 9 ”，在这里“平均难 度8 0 0 8 ”是指无原型条件下解决问题的正确率为1 9 9 2 ，而“平均启发量0 5 9 ”是指给以原型 条件下能够解决问题的正确率为1 9 9 2 + 5 9 ( 启发量= 给以原型条件下能够解决问题的正确率一 无原型条件下解决问题的正确率) 。 3 1 3 实验设计 本研究是2 ( 原型位置) x 2 ( 创造性) 的混合实验，其中，原型位置变量包括“原型在先” 和“问题在先”两个水平；创造性变量是依据创造性人格倾向测验问题测验分数将被被试划分的 高分和低分两组。 因变量：被试在发明创造问题解决上的反应时和正确率。发明创造问题解决得分采用o ，l 记分。 3 1 4 实验程序 首先让被试在实验前进行指导语培训，让被试明白实验中需要做的任务，确保能够清楚实验 6 两南大学硕十学付论文 实验一 流程。 “原型在先”指导语：“原型”呈现阶段，被试需要理解其内容，在“问题”呈现阶段，需要 解决问题，具体依据之前的原型。“问题在先”指导语只是“原型”处多了一点“被试理解其内容 并思考原型与前面哪个问题有联系”。 本研究采取的是“单独施测”方式，即一个主试对应一个被试，主试的任务就是判断被试回 答问题的正确率，根据被被试的答案进行评分。 “原型在先”处理实验流程：随机呈现1 个“原型”，原型是用一段文字描述的，每个原型字 数相当。每个材料出现之前，屏幕上会有“+ ”的提示，提示时间为2 s ，每个材料的呈现时间为 6 0 s 。在材料出现以后，请认真阅读，并理解其中的内容，理解后立即按1 键。6 0 s 过后没有按键 则自动进入下一阶段，随后，屏幕中呈现1 个“科学问题”，每个材料出现之前，屏幕上也会有“+ ” 的提示，提示时间为2 s ，每个材料的呈现时间为9 0 s 。请认真阅读，并理解其中的内容，同时思 考这个问题的答案， 想到后立即按1 键，并将答案报告出来，9 0 s 过后没有按键，则此问题视为 未解决。此后进入第二题，以此类推，直到测试结束。 “问题在先”处理实验流程：随机呈现1 个“科学问题”，科学问题也是用一段文字描述的， 每个科学问题字数与原型字数相当。每个材料出现之前，屏幕上会有“+ ”的提示，提示时间为 2 s ，每个材料的呈现时间为9 0 s 。在材料出现以后，请认真阅读，并理解其中的内容，理解后立 即按l 键。9 0 s 过后没有按键则自动进入下一阶段，随后，呈现1 个“原型”，每个材料出现之前， 屏幕上也会有“+ ”的提示，每个材料的呈现时间为6 0 s 。请认真阅读，并理解其中的内容，同时 思考前面问题的答案，想到后立即按1 键，并将答案报告出来。6 0 s 过后没有按键，则此问题视 为未解决。此后进入第二题，以此类推，直到测试结束。 为了控制一些无关变量对实验数据的影响，本研究采用了抵消平衡的设计即其中一组被试按 “原型在先一问题在先”顺序，另一组相反顺序。 “原型在先”流程图： 口匠口 2 s6 0 s2 s 9 0 s “问题在先”流程图： 阳 1 一j 2 s9 0 s2 s6 0 s 7 回 囡 两南大学硕十学位论文 实验一 3 2 结果 3 2 1被试的划分及测验题目的计分标准 根据威廉姆斯创造性倾向测验将被试划分为高低来那个组。结果发现，两组被试在创造 性倾向上差异显著，攻3 4 ) = 8 3 5 ，p 0 0 1 ，说明被试的划分是有效的。创造性倾向测验中还包括 冒险性，好奇性，想象力，挑战性四个因子，结果显示，在冒险性( f ( 3 4 ) = 1 0 5 3 ，p 0 0 1 ) ，好 奇性( “3 4 ) = 9 2 3 ，p 0 0 1 ) ，想象力( f ( 3 4 ) = 9 7 8 ，p o 0 1 ) ，挑战性( “3 4 ) = 9 4 2 ，p 0 0 1 ) 得分上高分组与低分组之间差异也显著。 测验题目的计分：为了评分的客观性，评分者依据被试在机器上的按键反应以及事后填写的 答案纸( 与伽u 数据叠加标准相同) 划分为3 种情况( 第一种是能正确运用原型解决问题的， 计2 分；只激活了原型却没有解决问题的计1 分；没有解决问题的计o 分) ，然后由主试进行记分， 其中只有计2 分的正确率为1 ，0 分和1 分的正确率转换为0 。以材料中的科学问题为例：用水灭 火往往受水源的限制，将两种化学药剂混合能够产生灭火效果很好的喷雾，但是在灭火的时候不 易控制两种化学药剂的混合。灭火的时候如何控制化学药剂的混合? 其原型为投弹甲虫尾部有三 个腔室，分装三种不同的化学药剂，瞬间混合时发生剧烈化学反应，进而向敌人喷出灼热的毒液。 我们的参考答案是将灭火药剂分开存放于一个容器的不同空腔中，使用时能方便混合为解。如果 被试能够按这种标准答出来，则属于第一种情况，既激活了原型又将问题准确解决，正确率为l ； 如果被试只说出了用投弹甲虫这个例子，具体怎么操作不知道，则属于第二种情况，只激活了原 型没有解决问题，这种情况也视为未解决问题；如果被试没有想到问题的解决方法，则问题解决 的正确率为o 3 2 2 不同创造性倾向的被试在原型位置效应上的影响 原型位置效应在创造性倾向上的关系结果见表1 表1 不同创造性倾向的被试在原型位置效应上的正确率以及反应时 根据两组不同创造性倾向的被试，我们进行2 2 重复测量的方差统计分析。结果发现，原型 位置的主效应显著( f ( 1 ，3 4 ) = 3 2 6 5 ，p o 0 0 1 ) ，而且“问题在先”组的得分要显著高于“原型在 先”组；创造性倾向的主效应也显著似1 ，3 4 ) = 5 4 6 2 ，p 0 o o o ) ，而且高创造倾向组得分更高。 8 两南大学硕+ 学位论文实验一 创造性倾向与原型位置具有显著的交互效应( 只l ，3 4 ) = 5 7 0 ，p 0 0 5 ) ，对它们进行迸一步的 简单效应，分析发现：高低创造性倾向组在原型位置效应上差异都显著( 高创造性倾向组：只1 ，3 4 ) = 1 2 1 3 ，p 0 0 l ；低创造性倾向组只1 ，3 4 ) = 2 1 6 2 ，p o 0 0 1 ) 。而它们p 值的差异，说明低创造 性倾向组更易受原型位置效应的影响。原型位置效应在不同创造性倾向被试上的差异也都显著 ( “原型在先”：只l ，3 4 ) = 3 3 2 6 ，p o 0 0 1 ；“问题在先”：只l ，3 4 ) = 1 1 6 2 ，p o 0 1 ) 。而它们p 值的差异，说明不同创造性倾向的被试更易受“原型在先”条件下的影响。 3 2 3问题解决分数在原型位置效应上的关系 原型位置效应在创造性倾向上的关系结果见表2 。 表2 问题解决能力不同的被试在原型位置效应上的不同正确率以及反应时 根据问题解决的正确了划分的两组被试，我们进行2 2 重复测量的方差统计分析。结果发现， 发明创造问题解决得分和原型位置交互效应显著c r l ，3 4 ) = 5 2 7 ，p o 0 5 ) ，进行简单效应分析发 现：高分组在原型位置处理上差异显著( 尺1 ，3 4 ) = 2 6 7 4 ，p 0 0 0 1 ) ；低分组在原型位置处理上差 异更加显著似1 ，3 4 ) = 4 6 1 5 ，p o 0 0 0 ) ，p 值的差异，说明原型位置效应随发明创造问题解决得 分的降低而更加显著。在“原型在先”条件下高低发明创造问题解决得分不同的被试之间的差异 显著c h l ，3 4 ) = 7 1 5 2 ，p o 0 0 0 ) ；在“问题在先”条件下高低发明创造问题解决得分不同的被试 之间的差异显著似1 ，3 4 ) = 3 9 5 0 ，p 0 0 0 1 ) 。p 值的差异，说明在“原型在先”条件下高低发明 创造问题解决得分不同的被试之间的差异更加显著。 3 3 讨论 研究结果发现，“问题在先”条件下成绩显著高于“原型在先”条件，“问题在先”条件下， 科学问题呈现之后，被试首先在大脑中会对问题形成一个表征，即准备状态，随后呈现的原型中， 被试将容易将原型中的启发信息与之前的问题结合起来，例如，在宇航服问题的启动之下，对虾 子的表征就会突出其外壳的环状连接结构具有“又坚硬又可以弯曲”的功能) ，并正好与之前在大 脑中存在的问题形成联系，被试能够很快地从原型表征中( 虾子的“外壳环状连接结构”导致其 “又坚硬又可以弯曲”) 找到解决问题的方法( 将宇航服做成虾子外壳那样的“环状连接结构”) ， 这与先前的一项行为研究的结果一致。具体见总讨论。 9 两南大学硕十学位论文实验二 4 实验二 4 1 方法 4 1 1 被试 某大学在校生3 4 人，其中男女各半，随机分成两组，每组1 7 人。第一组被试( 男生8 名， 平均年龄2 1 6 3 岁，女生9 名，平均年龄2 1 8 9 岁) 参加实验处理一，第二组被试( 男生9 名，平 均年龄2 2 2 2 岁，女生8 名，平均年龄2 1 1 4 岁) 参加实验处理二，这里实验处理一是指“问题在 先”处理，实验处理二是指“原型在先”处理。被试实验开始前，均签署了实验需要的知情同意 书，每个被试在做完实验之后，我们均付给他们一定报酬。 4 1 2 原型启发测试材料的选取 同实验一。 4 1 3 实验设计 实验为单因素被试问设计，自变量分为两个水平：“问题在先”与“原型在先”处理。 因变量：被试在问题解决过程中的正确率以及激活的脑区。 4 1 4 程序 实验流程主要包括两个阶段：学习阶段和测试阶段。 。问题在先”任务的基本流程：学习阶段：依次随机呈现5 个“科学问题”，每个材料出现 之前，屏幕上会有“+ ”的提示，每个材料的呈现时间为1 4 s 。在材料出现以后，认真阅读并理解 其中的内容，理解后按1 键。随后，会依次随机呈现5 个“原型”，每个材料出现之前屏幕上也 会有“+ ”的提示，每个原型的呈现时间为1 2 s 。认真阅读并理解其中的内容，同时思考其与之前 5 个科学问题中的哪个有联系，想到按1 键。 测试阶段：依次随机呈现5 个问题( 无情境) ，在每个问题出现之前，屏幕上会有“+ ”的提 示，每个问题的呈现时间为6 s ，当问题出现之后快速思考解决方法，想到答案立即按“1 ”键。 最后，会呈现一个“请组织”的提示，时间为6 s ，在这个过程中将刚才想到的解决方法在心里重 新完整的组织下来，实验全部完成之后将这些组织过的解决方法写下来。 “原型在先”任务测试阶段与“问题在先”任务相同，学习阶段不同，“原型在先”任务学习 阶段的基本流程：依次随机呈现5 个“原型”，每个材料出现之前，屏幕上会有“+ ”的提示，每 个材料的呈现时间为1 2 s 。在材料出现以后认真阅读并理解其中的内容，理解后按1 键。随后， 会依次随机呈现5 个“科学问题”，每个材料出现之前屏幕上也会有“+ ”的提示，每个材料的呈 现时间为1 4 s 。认真阅读并理解其中的内容，同时思考其与之前5 个知识性材料中的哪个有联系， 想到按l 键。全部完成扫描后，被试需要将题目的解决方法写在答题纸上。 1 0 西南大学硕十学位论文实验二 实验流程如下图所示： “问题在先”阶段流程图： 阳 i 一口回国 2 - 6 s 1 4 s ( 循环5 次) 2 6 s 1 2 s ( 循环5 次) 2 6 s 6 s6 s “原型在先”阶段流程图： 口叵口匠口回国 2 _ 6 s 1 2 s ( 循环5 次) 2 石s 1 4 s ( 循环5 次) 2 - 6 s6 s6 s 4 1 5 数据采集 主要记录被试在扫描过程中的结构像和功能像，全脑的功能像相关参数如下：t r = 2 0 0 0m s ， t e = 3 0 塔，反转角( n i p 锄g l e ) 为9 0 0 ，扫描视野( f o v ) = 2 2 0 2 2 0m m 2 ，a c q u i s i t i o nm a n 奴= “x “，轴位3 2 层，层厚= 3 om m ，v o x e ls i z e = 3 4 3 4 3 0 衄3 。通过e - p 曲e 2 0 软件程序控 制每个t r i a l 的呈现与扫描同步。结构像扫描参数：t r = 1 9 0 0m s ，t e = 2 5 2 娜，轴位1 7 6 层， 层厚= 1 0 m m ，层间距= o 5 衄，f l i p 姐酉e 为9 0 。，f o v = 2 5 6 2 5 6 m m 2 。 4 1 6 删数据处理与分析 在实验中，我们主要采集了每个r u n 每个被试在实验所需条件下的大脑激活状态，如“问 题在先”情况下，采集“科学问题，原型”处的大脑激活状态，“原型在先”情况下，采集“原型， 科学问题”处的大脑激活状态。m 戚数据是采用b 曲v o y a g e r q xv 2 o 软件( b 池i 皿0 v a t i o n ，t h e n e n l 酣距d s ) 分析的，主要是进行了随机效应模式的统计分析。分析步骤具体是：首先将功能像进 行对齐( 时间点的对齐) 和进行头动矫正，其次