合作对基于规则和信息整合知觉类别学习的影响

/合作对基于规则和信息整合知觉类别学习的影响【摘要】该文探究了合作对基于规则和信息整合知觉类别学习的影响，以经典的光栅分类任务为实验范式，采用了3个2(被试类型：合作组与单人组)×2(类别结构：基于规则与信息整合)的完全被试间实验。结果表明：在低决策难度的实验1，合作不利于基于规则的学习，但对信息整合的学习没有显著的影响。在高决策难度的实验2a，合作对学习无显著影响，但在实验2b再学习阶段的进一步探究中发现合作均不利于两种学习。结合实验2a和实验2b的结果，发现在高决策难度下，合作显著干扰了基于规则与信息整合的学习。研究结果说明，合作对两个分离的学习系统具有不同的影响模式，信息整合学习的抗干扰性只在低决策难度下表现，在高难度下，信息整合的学习也会受到合作的阻碍作用。【关键词】合作学习；类别学习；基于规则；信息整合；元认知 1前言 概念与类别是人类认识世界的基础，研究者们一直致力于探讨类别学习的机制，多重系统模型如COVIS模型(competitionbetweenverbalandimplicitsystems)弥补了单系统模型的缺陷，成为类别学习重要的理论模型。 COVIS模型假设人类的类别学习至少存在两个相互竞争的系统：一个是基于规则的学习系统，它对信息的加工是外显性的，依赖工作记忆和执行注意；另一个是信息整合的学习系统，它是内隐性的、程序化的，不依靠认知加工资源与言语系统(Ashbyetal.，1998)。基于规则(rule-based，简称RB)的类别结构和信息整合(information-integration，简称Ⅱ)的类别结构分别对应以上两种分类系统(Ashbyetal.，1998)。如图1中的(1)，是在条纹的方向和频率两个维度上变化的光栅图，基于规则类别的分类规则是语言可描述的，以双维度规则学习为例(图1中的(3))，分类规则为：密度大同时角度小的为A类，其余为B类；信息整合的类别结构如图1中的(4)，分类规则难以用言语来表达(刘志雅等，2007)。 图1Ashby等人常用的实验材料 作为依靠社会群体的个体，人们很多活动包括学习都离不开与他人合作。近年来，关于合作在个人学习与任务表现上的作用的研究有很多，类别学习也一直是认知心理学的研究热点，但将二者结合，探讨合作对类别学习的影响的研究却相对较少，更没有在合作类别学习上进行对外显的规则学习和内隐的信息整合学习的比较研究。而合作对类别学习的影响具有广泛的研究前景(Richeyetal.，2018)，探究合作对COVIS模型下两个重要的学习系统的影响具有重要的意义。合作学习的关键是在交流互动中产生相互影响(Kirschneretal.，2009)，合作者以语言为载体进行信息交换、相互理解、协调冲突。COVIS理论下两个类别学习系统的特点差异主要在于，基于规则的学习依赖言语系统、工作记忆与认知资源，而信息整合的学习不然，这些差异似乎预示着以语言为工具、需要认知资源协调互动过程的合作学习将对二者产生不同的影响。为了探讨合作对两个分离的学习系统在认知上最基本的影响机制，本研究采用经典的光栅分类范式，在基础的知觉类别学习上更直接地探究合作的作用。 前人的研究主要从认知角度解释合作影响学习的机制，但是并没有达成一致的结论。有学者发现合作促进学习，他们让被试合作解决一些问题，发现合作组解决问题成功率比单人组高(Nokes-Malachetal.，2012；Pociask&Rajaram，2014)。学者们认为合作者拥有互补的先验知识(Molinari，2017)，生成对问题多角度的解释，将有利于学习表现(Retnowatietal.，2017)。然而也有学者发现合作抑制学习，他们认为协调他人的记忆和想法会造成不必要的认知负担，如果这种认知负担的干扰无法被合作者共享认知资源的优势克服，合作反而会阻碍学习(Kirschneretal.，2018；Nokes-Malachetal.，2015)。在回忆任务中，与他人合作共同回忆单词的数量比同样被试人数单独回忆的数量总和少(Marion&Thorley，2016)，研究者解释，对方回忆策略与自身的策略发生冲突时，消耗认知资源协调冲突同时也将打断提取记忆的进程(Barbeetal.，2015)。Rossi-Arnaud等人(2017)利用类别样例生成任务探究合作对内隐记忆的影响，也发现合作的干扰作用，他们认为组员不同的意见可能增加了类别间转换的次数，从而不利于样例生成。 对于合作的作用似乎众说纷纭，如何整合前人各种研究结果对本研究提出合理的假设？有学者指出实验任务性质与难度等因素都将会影响合作效果(Nokes-Malachetal.，2015)，因此下文将结合本研究实验任务特点以及两个分离的学习系统的加工特点，对研究结果做出预测。在外显的类别学习中，合作似乎能够通过解释与讨论，加快对语言可归纳的规则的假设检验。但是合作者在意见达成一致前，要耗费认知资源听取与加工对方的观点，双方产生相互影响的过程也需要认知资源的参与(NokesMalachetal.，2012)；倘若双方观点不一致，还需要协调冲突(Kirschneretal.，2009)。因此，与他人合作耗费了原本可用于学习的认知资源，这对依赖工作记忆与执行功能的基于规则的学习将产生实质的干扰。 对于信息整合的类别学习来说，规则的习得是内隐性的，合作的外显性互动方式似乎难以发挥作用。那么是否就此断定合作对信息整合类别学习没有影响？虽然内隐学习不容易受外界因素的影响，但也有研究发现合作干扰内隐记忆(Rossi-Arnaudetal.，2017)，Frensch和Miner(1994)认为次任务降低了序列信息在记忆中被激活的可能，从而干扰内隐序列学习。在实际经验中我们也经常有下列体会：当学习复杂技能，如骑自行车、游泳等，我们更倾向于在安静的环境下独自练习，认为周围的讨论声干扰学习。关于合作何时会影响信息整合学习的问题，我们认为任务难度起着关键的作用。当任务难度小时，被试容易形成程序性的反应，体现一般内隐学习的抗干扰性；然而任务难度大时，特定区域刺激的空间信息整合的要求变复杂，此时正如学习复杂技能一样，被试需要独自安静地学习。为了检验以上假设，本研究设计了高低两种决策难度的分类实验。 2实验1低决策难度下合作对知觉类别学习的影响 2.1方法 2.1.1实验设计 本实验为2(被试类型：合作组、单人组)×2(类别结构：RB、Ⅱ)完全被试间实验，因变量为学习成绩、测试成绩与自信心评定分数。 2.1.2被试 61名华南师范大学学生获得报酬参加实验，年龄在18～22岁之间，其中39名女生，22名男生。被试被随机分配到实验处理中，其中RB学习合作组10组(20人)，RB学习单人组12人，Ⅱ学习合作组9组(18人)，Ⅱ学习单人组11人。为了平衡性别因素的干扰，合作组的被试根据性别进行随机分组，男男组合5组(其中RB学习3组，Ⅱ学习2组)，男女组合6组(其中RB学习3组，Ⅱ学习3组)，女女组合8组(其中RB学习4组，Ⅱ学习4组)。各被试反应能力大致相同，无色盲，视力或矫正视力正常。 2.1.3实验材料 本研究采用类别学习的经典实验材料——光栅图。利用MatlabR2009a生成光栅图，光栅的频率f=.25+x/50，方向o=y*π/500，实验中每次呈现的光栅图均为新刺激。为了排除单维度的RB和Ⅱ二者的类别结构难度处于不平等地位对学习效果的干扰(Zaki&Kleinschmidt2014)，本研究采用联合规则的RB类别结构(图2)，光栅的密度和角度同时变化。 图2实验1基于规则(左)与信息整合(右)的类别结构 图3实验1流程图 2.1.4实验程序 实验将分为学习阶段与测试阶段2个流程。单人组被试坐在电脑前中央位置，合作组被试则并排坐在电脑前。电脑前摆放着麦克风用以记录被试声音。在分类学习阶段(图3)，合作组被试需要相互讨论，协调对方意见，要求每个被试在1个试次至少说2句话。为了平衡单纯的语言活动对言语系统激活的无关变量，要求单人组被试也需发声说出判断思路。假如被试连续3个试次没有发出声音，电脑将会提示“请大声说出你(们)的判断思路”(Richeyetal.，2018)。被试进行分类判断时，按“F”键代表A类，按“J”键代表B类，合作组条件下，左边的被试负责按“F”键，右边的被试负责“J”键。被试在练习阶段确保清楚实验流程与操作后，方可进行正式实验。该阶段共有8轮学习，每轮有40个试次，每两轮学习过后被试可以自行休息。 测试阶段中全部被试单独进行测试(学习阶段是合作组的被试将被分开)。该阶段一共有3轮，每轮40个试次，每轮学习结束后呈现对测试结果的自信心评定环节(如图3)。整个实验用时约70分钟。 2.2结果 实验结束后，发现2名Ⅱ学习的单人组被试在3个月内参与过另外的光栅实验，因此剔除2人数据，剩余59名被试的数据(数据有效率96.72%)。 经检验，合作组中性别变量得到有效的平衡，其效应不显著：F(2，16)=.025，p＞.05。被试在各阶段的正确率如表1所示，学习成绩的方差分析表明，类别结构主效应边缘显著：F(1，36)=3.038，p＜.1，=.078，RB学习成绩优于Ⅱ学习；被试类型主效应不显著：F(1，36)＜.001，p＞.05；类别结构与被试类型交互作用不显著：F1，36)=1.486，p＞.05。 测试成绩的方差分析结果显示，类别结构主效应不显著：F(1，55)=.269，p＞.05；被试类型主效应不显著：F(1，55)=.275，p＞.05；类别结构与被试类型交互作用显著：F1，55)=5.370，p＜.05，=.090。进一步简单效应分析结果显示，被试类型在RB学习上简单效应显著：F(1，55)=4.320，p＜.05，=.072，此时合作组成绩显著低于单人组；Ⅱ学习中合作组和单人组的成绩无显著差异：F(1，55)=1.260，p＞.05。 元认知水平的方差分析结果显示，类别结构主效应不显著：F(1，55)=2.092，p＞.05；被试类型主效应不显著：F1，55)=1.283，p＞.05；类别结构与被试类型交互作用边缘显著：F1，55)=3.994，p＜.1，=.069。进一步简单效应分析结果显示，合作组中RB与Ⅱ学习的元认知水平无显著差异：F(1，55)=.200，p＞.05；在单人组，类别结构简单效应显著：F1，55)=4.110，p＜.05，=.068，此时RB学习的元认知水平显著高于Ⅱ学习的元认知水平(表2)。 3实验2高决策难度下合作对知觉类别学习的影响 3.1实验2a 3.1.1方法 3.1.1.1实验设计与实验1相同。 3.1.1.2被试 83名华南师范大学学生获得报酬参加实验，年龄在18～22岁之间，其中55名女生，28名男生。对被试进行随机分配，其中RB学习合作组14组，RB学习单人组14人，Ⅱ学习合作组14组，Ⅱ学习单人组13人。合作组中，男男组合6组(其中RB学习2组，Ⅱ学习4组)，男女组合10组(其中RB学习5组，Ⅱ学习5组)，女女组合12组(其中RB学习7组，Ⅱ学习5组)。 3.1.1.3实验材料 实验2a的刺激材料在实验1的基础上，减小了刺激分布与类别决策界限的距离，以此增加分类决策难度(图4)，其余操控均与实验1相同。 3.1.1.4实验流程与实验1相同。 3.1.2结果 经检验，合作组中性别变量得到有效的平衡，其效应不显著：F(2，25)=.127，p＞.05。如表3，对学习成绩的方差分析结果表明，类别结构主效应显著：F(1，51)=21.913，p＜.001，=.301，RB学习成绩显著高于Ⅱ学习；被试类型主效应不显著：F(1，51)=1.654，p＞.05；类别结构与被试类型交互作用不显著：F1，51)=.042，p＞.05。 3.1.3讨论 与实验1相比，被试在实验2a中学习成绩明显下降了，说明分类决策难度操纵成功。实验2a却没有发现合作对学习有显著的影响。两类别分类判断的随机反应成绩应是.5，然而被试平均成绩处于.55～.68之间，因此我们认为被试学习程度不足，不能反应真正的学习效果。为此我们进行了实验2b。 图4实验2a基于规则(左)与信息整合(右)的类别结构 3.2实验2b 实验2b在实验2a的基础上增加再学习阶段，即首次学习阶段结束后所有被试单独进行再次学习，由此增加被试学习深度。实验2b探究合作组被试在独自的再学习阶段是否仍受到先前合作处理遗留效应的影响。然而实验2b并非直接以再学习阶段的正确率为因变量，而是采用再学习阶段与首次学习阶段的正确率差值作为测量指标。由于被试在首次学习的基础上继续学习，减去首次学习基线的测量指标更能反映再学习的效果，也能更灵敏地检验合作处理的效应，揭示先前合作处理对被试后续学习的影响。 3.2.1方法 3.2.1.1实验设计 与实验1基本相同，但主要检验的因变量指标为再学习阶段与首次学习阶段正确率的差值，以及自信心评定分数，测试成绩作为辅助参考的因变量。 3.2.1.2被试 57名华南师范大学学生获得报酬参加实验，年龄在18～22岁之间，其中39名女生，18名男生。对被试进行随机分配，其中RB学习合作组10组，RB学习单人组9人，Ⅱ学习合作组9组，Ⅱ学习单人组10人。合作组中，男男组合4组(其中RB学习2组，Ⅱ学习2组)，男女组合6组(其中RB学习3组，Ⅱ学习3组)，女女组合9组(其中RB学习5组，Ⅱ学习4组)。 3.2.1.3实验材料 与实验2a相同。 3.2.1.4实验程序 首次学习阶段、再学习阶段与测试阶段3个阶段依次进行，其中首次学习阶段、测试阶段程序与实验1相同。再学习阶段中所有被试单独地、安静地进行再次学习。该阶段一共有8轮学习，每轮有40个试次。整个实验用时约90分钟。 图5实验2b中再学习阶段流程图 3.2.2结果 以被试平均反应时小于300ms为标准，剔除了2名Ⅱ学习单人组的被试，剩余55名被试的数据(数据有效率96.49%)。由于实验2b的首次学习阶段与实验2a的学习阶段完全相同，因此该阶段的结果与实验2a合并分析，详见实验2a结果部分。经检验，合作组中性别变量得到有效的平衡，其效应不显著：F(2，16)=.168，p＞.05。 如表4，对正确率差值方差分析的结果表明，类别结构主效应不显著：F(1，51)=.728，p＞.05；被试类型主效应显著：F(1，51)=6.986，p＜.05，=.120，单人组被试学习进步情况显著大于合作组被试(图6)；二者交互作用不显著：F(1，51)=.068，p＞.05。 图6被试在实验2b中的进步情况 测试成绩的方差分析结果显示，类别结构主效应显著：F(1，51)=16.764，p＜.001，=.247，RB学习成绩显著高于Ⅱ学习；被试类型主效应边缘显著：F(1，51)=2.890，p＜.1，=.054，合作组被试表现差于单人组；二者交互作用不显著：F(1，51)=.229，p＞.05。 元认知水平的方差分析结果表示，类别结构主效应显著：F(1，51)=6.574，p＜.05，=.114，RB学习的被试元认知水平显著高于Ⅱ学习的被试(表2)；被试类型主效应不显著：F(1，51)=.313，p＞.05；二者交互作用不显著：F(1，51)=.050，p＞.05。 4讨论 4.1合作对知觉类别学习的影响 研究通过3个实验探讨了不同决策难度下合作对知觉类别学习的影响。在低难度的实验1，结果表明合作不利于基于规则的类别学习，而对信息整合的类别学习没有显著影响。综合实验2a与实验2b的结果，发现在高决策难度下合作对两种类别学习都有显著干扰作用。 4.1.1合作对基于规则的类别学习的影响 Kirschner等人(2009)认为当任务难度大，需要组员相互帮助提供解决问题的线索时，合作促进任务表现，而当任务难度小，不需要他人提供外部线索时，协调合作过程中产生的不一致冲突将有碍于个体的学习。本研究中基于规则的类别学习的分类规则比较容易形成，只涉及密度和角度两个维度的信息，因此合作不容易发挥优势，反而增加了额外的协调负担。合作学习需要消耗认知资源加工对方的观点，花费精力表达自身观点并与对方交流讨论，假如出现意见不一致，还需要协调冲突(Nokes-Malachetal.，2015)，然而基于规则的类别学习本身依赖执行注意与工作记忆，因此合作占用了原本用于检验假设、生成规则的认知资源。前人的研究发现，需要认知资源的次任务会降低基于规则学习的表现(Miles&Minda，2011)，本研究的合作处理正扮演干扰任务的角色。 另外，合作组产生意见冲突时，被试需要进行认知、情绪以及行为的自我调节。在长时间的合作学习中，被试产生了自我损耗，而且损耗能维持一定时间的后效(Haggeretal.，2010)，因此也会影响再学习阶段的表现。研究者发现自我损耗会影响个体的执行功能，此时被试的工作记忆容量明显降低，而且在不同观点间进行转换会更加困难(Englert&Bertrams，2017)。根据COVIS理论，执行功能的下降将影响基于规则的学习。合作导致的自我损耗不利于被试形成正确的外显规则。 4.1.2合作对信息整合的类别学习的影响 根据COVIS假设，两个分离的学习系统区别在于是否依赖言语系统与执行注意，那么基于言语交流的合作学习对二者应该有分离的影响效果。本研究的结果确实也验证了这一点：在低难度下合作显著干扰基于规则的学习，却对信息整合的学习没有显著影响。信息整合的学习系统属于非言语系统，被试内隐性地习得特定知觉区域与反应的联结，而合作讨论更多采用了言语系统，在两个系统的相互竞争中，如果信息整合容易，即非言语的学习系统占优势的情况下，言语系统的信息则不容