孫紅梅，孫小越， 陰國恩

一、引言

歸納推理是指從樣例中作出推斷的能力，該能力的獲得是兒童智力功能的核心，也是認(rèn)知發(fā)展的驅(qū)動力，它是兒童通過抽象規(guī)則理解周圍世界的主要手段之一。研究表明這種能力在人類早期就已經(jīng)發(fā)展了，3個月的嬰兒就能夠推斷出一個新事物是否可以與以前看到的事物歸為一類，[1]學(xué)齡前兒童能夠?qū)Σ幻黠@的物體特征作出推理。[2，3]許多研究者都認(rèn)為兒童的歸納推理是從基于知覺信息的推理向基于概念信息的推理逐漸發(fā)展的，[4]知覺信息指的是僅僅通過觀察物體的外觀而獲得的信息，而概念信息指的是個體通過對物體間內(nèi)部關(guān)系的理解而獲得的信息。以概念為基礎(chǔ)的推理是人類獲得和拓展知識的基本過程，這種推理方式讓人們能夠忽略表面差異而集中于潛在的規(guī)則，從而促使人們能夠有效率地學(xué)習(xí)。例如人們?nèi)绻J(rèn)為一只狗喜歡被寵愛，那么會推理其他的狗也會喜歡被寵愛，而不管顏色和大小是否相同。因此，探討歸納推理能力的發(fā)展也許是回答人類認(rèn)知發(fā)展的中心問題，尤其要探討在知識獲得情境下歸納推理能力的發(fā)展是連續(xù)的還是非連續(xù)的。

歸納推理的認(rèn)知機(jī)制研究一直是研究者關(guān)注的領(lǐng)域，研究發(fā)現(xiàn)歸納推理與人類的許多認(rèn)知活動相關(guān)，包括分類、相似性判斷、概率判斷和決策等活動。許多歸納推理的研究是以類別為基礎(chǔ)的，例如推斷你的鄰居會睡覺是基于你的鄰居是人，即使你從來沒有看到過鄰居睡覺的樣子。此外，相似性與推理之間的關(guān)系也是非常密切的，已有研究發(fā)現(xiàn)對事物之間相似性的認(rèn)知是歸納推理的基礎(chǔ)，[5]掌握相似性和進(jìn)行相似性判斷的能力在人類思維中是普遍存在的。[6,7,8]人類的許多認(rèn)知活動都離不開相似性的參與，如相似性是進(jìn)行分類及類別推理的核心，人們會把相似的客體歸為一類或根據(jù)與目標(biāo)客體相似性進(jìn)行推理。此外，相似性還有助于學(xué)習(xí)，那些與已經(jīng)學(xué)會的知識相似的任務(wù)會更容易學(xué)會。因此，本研究將以相似性為基礎(chǔ)探討歸納推理的認(rèn)知發(fā)展。

相似性研究中的一個關(guān)鍵問題就是知覺相似和概念相似之間是如何相互作用的。知覺相似觀認(rèn)為兩個物體之間的相似性主要是基于表面的物理特征，[9,10]概念相似觀認(rèn)為相似性主要取決于物體之間共同的關(guān)系。[11,12]已有研究表明，成人的歸納推理是基于概念相似。[13,14]但對兒童歸納推理的研究還沒有一致的結(jié)論，如Gelman等認(rèn)為兒童的歸納推理是由概念知識驅(qū)使的，甚至3歲的兒童都能根據(jù)概念信息進(jìn)行推理。如果告訴兒童一只狗有一個明確的生物學(xué)屬性(例如，有一種特殊的心臟)，然后要求其回答“誰更有可能擁有同樣的心臟？另一只狗還是一只貓？”兒童會認(rèn)為另一只狗具有同樣的心臟，因?yàn)閮芍还穼儆谕N類別。而Sloutsky等認(rèn)為兒童的歸納推理是基于物理特征的知覺相似，他們在面臨知覺相似與概念相似相沖突的情況下，會受到兩個刺激之間的物理特征相似性程度的影響，從而忽略概念特征。但隨著年齡的增長，注意力、工作記憶水平的不斷提高，兒童會逐漸以概念知識進(jìn)行歸納推理。

也許決定個體是依據(jù)事物的外觀進(jìn)行推理還是依據(jù)概念信息進(jìn)行推理的一個重要因素是對于事物的先前知識的理解。如果個體已經(jīng)具有足夠的先前知識，他們很可能會忽略事物的外表而使用先前知識進(jìn)行相似性推理。大多數(shù)研究都是通過理論知識建立事物之間的深層聯(lián)系，使事物具有相同的概念信息。理論知識是指樣例之間、特征之間或概念之間的關(guān)系，[13]研究中較多使用的理論知識是語言標(biāo)簽，[15,16]設(shè)置外觀相似的比較刺激與靶刺激所具有的語言標(biāo)簽是不同的，而外觀不相似的比較刺激與靶刺激具有相同的語言標(biāo)簽，從而探討個體認(rèn)為具有相同的語言標(biāo)簽的事物更相似還是具有相似的外表特征的事物更相似。[17,18,19]結(jié)果表明兒童能夠根據(jù)語言標(biāo)簽進(jìn)行相似性判斷。但是我們認(rèn)為，即使語言標(biāo)簽?zāi)軌蚣ぐl(fā)概念信息，由于個體的經(jīng)驗(yàn)不同，標(biāo)簽對不同個體激發(fā)的程度也可能有所差異。正如Sloutsky等所發(fā)現(xiàn)的，對于年幼的兒童來說，語言標(biāo)簽是作為物理特征增加了知覺相似性，從而貢獻(xiàn)于相似性判斷，而成人將語言標(biāo)簽作為概念信息貢獻(xiàn)于整體相似性，Gelman等認(rèn)為兒童也將語言標(biāo)簽充當(dāng)了概念信息的角色。[9]因此，鑒于目前學(xué)界對幾乎沒語言標(biāo)簽作用的兒童認(rèn)知思維機(jī)制尚無定論，本研究沒有采用語言標(biāo)簽建立事物之間的概念關(guān)系，而是通過虛構(gòu)的理論知識，讓被試在學(xué)會理論知識后再進(jìn)行相似性任務(wù)，從而探究不同年齡階段的小學(xué)生是概念優(yōu)先還是外觀優(yōu)先加工。

為了證明兒童的歸納推理是基于知覺相似還是基于概念相似，大多數(shù)研究采用的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)范式為“三刺激組任務(wù)”(the triad task)：每組刺激由一個靶刺激(呈現(xiàn)在下端)和兩個比較刺激組成，設(shè)計(jì)目的是將外觀相似度與概念相似度進(jìn)行比較，其中一個比較刺激和靶刺激外觀相似但概念上不相似，而另一個比較刺激和靶刺激概念相似但外觀不相似。以往有關(guān)兒童歸納推理能力發(fā)展的大多數(shù)研究都集中于熟悉的自然種類或人工材料，[20,21,22,23]如動物、昆蟲和植物等。本研究采用的是不熟悉的自然材料植物孢子，目的是自然材料比人工材料在知覺上會更有同質(zhì)感，與人們的認(rèn)知加工過程更一致，選擇不熟悉的材料是為了更好運(yùn)用虛構(gòu)的理論知識。[24,25]

綜上，研究采用三刺激組任務(wù)范式，通過虛構(gòu)的理論知識建立不熟悉的刺激之間的概念關(guān)系，利用相似性判斷任務(wù)探討小學(xué)生進(jìn)行歸納推理的發(fā)展特點(diǎn)。

二、研究方法

(一)被試

隨機(jī)選取89名小學(xué)生參加了實(shí)驗(yàn)，其中一年級37人(年齡范圍在6～7歲)，男生17人，女生20人。三年級26人(年齡范圍在8～9歲)，男生12人，女生14人。五年級26人(年齡范圍在10～11歲)，男生13人，女生13人。所有被試都沒有參加過類似實(shí)驗(yàn)，不熟悉實(shí)驗(yàn)材料。實(shí)驗(yàn)后給被試發(fā)放一個小禮物。

(二)實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)選取120張植物孢子圖片，包括穴狀紋飾、刺狀紋飾、瘤狀紋飾各40張(分別如圖1中的A、B、C)。采取經(jīng)典的“三刺激組任務(wù)”范式，將這些圖片分成40組，每組三張圖片，包括三種紋飾的孢子圖片各一張，如圖1所示，每組包括一個靶刺激(位于界面中心)和兩個比較刺激。在兩個比較刺激中，其中一個比較刺激與靶刺激在外觀上比較相似但概念聯(lián)系較低(圖1中的穴狀孢子A與瘤狀孢子C)，而另一個比較刺激與靶刺激在概念聯(lián)系程度上較高但外觀上不相似(圖1中的刺狀孢子B與瘤狀孢子C)。理論知識是虛構(gòu)的關(guān)于孢子生長過程的知識，以此來建立刺激之間的概念關(guān)系。當(dāng)理論知識引入后，原來外觀不相似的兩個刺激(如B和C)加強(qiáng)了內(nèi)部聯(lián)系，外觀相似的兩個刺激(如A和C)降低了內(nèi)部聯(lián)系。

圖1 實(shí)驗(yàn)材料舉例

(三)實(shí)驗(yàn)程序

實(shí)驗(yàn)在靜音實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，采用個別施測的形式，整個實(shí)驗(yàn)在筆記本電腦上進(jìn)行。首先讓被試學(xué)習(xí)虛構(gòu)的理論知識：“植物學(xué)家最新發(fā)現(xiàn)了多種蕨類植物的孢子，這些孢子中如果在生長初期表面呈瘤狀突起的孢子，生長一周后會變?yōu)榇虪钔黄?，外形也會隨之變化；如果生長初期表面呈穴狀紋飾的孢子生長一周后穴狀紋飾趨于平滑，但外形則基本不變?！辈幌薅ɡ碚撝R的學(xué)習(xí)時間，被試認(rèn)為已經(jīng)掌握后便進(jìn)行“知識掌握測驗(yàn)”，測驗(yàn)全部正確后再進(jìn)行相似性判斷任務(wù)，否則再重新學(xué)習(xí)，直到全部掌握為止。

然后通過E-prime2.0程序?qū)?0組相似性判斷圖片隨機(jī)呈現(xiàn)在計(jì)算機(jī)屏幕上。首先在屏幕中間呈現(xiàn)一個紅色的“十”字注視點(diǎn)，呈現(xiàn)時間為1000ms；注視點(diǎn)消失后呈現(xiàn)相似性判斷界面，屏幕上方左右分別呈現(xiàn)兩個比較刺激A和B，屏幕中央注視點(diǎn)位置呈現(xiàn)靶刺激C。要求被試分別判斷兩個比較刺激與靶刺激的相似性，相似性分為7個等級，數(shù)字越大代表相似程度越高，被試用優(yōu)勢手的食指按鍵盤上相應(yīng)的數(shù)字鍵進(jìn)行反應(yīng)，需要做80次判斷，實(shí)驗(yàn)中主試不給予被試任何反饋。呈現(xiàn)刺激的順序是隨機(jī)的，計(jì)算機(jī)記錄被試的反應(yīng)。為了避免空間誤差，比較刺激A在屏幕左上方和右上方呈現(xiàn)的概率相等，整個實(shí)驗(yàn)持續(xù)20分鐘。在正式實(shí)驗(yàn)之前，被試首先要做練習(xí)，練習(xí)與正式實(shí)驗(yàn)完全相同，沒有反饋。在整個實(shí)驗(yàn)中，被試的反應(yīng)時間不限。

(四)數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用SPSS16.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析。

三、結(jié)果與分析

將各年齡組被試在基于知識和基于外觀進(jìn)行相似性判斷的次數(shù)分別除以總反應(yīng)次數(shù)，所得的相似性判斷的比率見表1。對數(shù)據(jù)進(jìn)行配對樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果表明：一年級和三年級學(xué)生在基于知識和基于外觀的相似性推理之間不存在顯著性差異，t(36)=0.336，t(25)=1.789，p>0.05，而五年級學(xué)生和大學(xué)生在基于知識和基于外觀的相似性推理之間存在顯著性差異，t(25)=6.169，p<0.05；t(27)=8.704，p<0.05，且基于知識的推理次數(shù)比率顯著高于基于外觀的推理次數(shù)比率。為了考察不同年齡段的被試在基于知識的推理上是否存在差異，對基于知識的推理成績進(jìn)行一元方差分析，結(jié)果表明不同年齡段的被試在基于知識的推理成績上存在顯著差異F(3,113)=8.375，p<0.001，進(jìn)一步多重比較分析發(fā)現(xiàn)，五年級小學(xué)生和大學(xué)生在基于知識的推理上沒有顯著差異，但要顯著高于一年級和三年級；一年級和三年級學(xué)生不存在顯著性差異，一年級和三年級學(xué)生有50%以上的次數(shù)作出了基于概念的推理，五年級學(xué)生和成人有80%以上作出了基于概念的推理(見圖2)。

表1 各年級小學(xué)生以及成人在不同相似性推理的t檢驗(yàn)

注：**表示p<0.05,**表示p<0.01,***表示p<0.001。

圖2 各年齡組基于理論知識進(jìn)行相似性判斷的概率

四、討論

(一)小學(xué)生基于相似性判斷的歸納推理能力的發(fā)展機(jī)制

本研究探討了在知覺信息(外觀)與概念信息(理論知識)相沖突的情況下不同年級小學(xué)生的相似性判斷。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，一年級學(xué)生和三年級學(xué)生基于知識和基于外觀的推理之間不存在顯著性差異，而且一年級學(xué)生剛剛超過了一半的次數(shù)是基于概念的推理，這與Thompson和 Heys 的研究結(jié)果相一致。這表明理論知識和知覺特征都參與了兒童的相似性判斷，他們既能基于概念進(jìn)行推理，又能基于知覺進(jìn)行推理，兒童的歸納推理是由基于知覺信息向基于概念信息逐漸發(fā)展的，這些結(jié)果暗示了6～9歲兒童可能處于從基于知覺推理到基于概念推理的過渡時期。

但Gelman和Markman認(rèn)為，即使4歲兒童也能依據(jù)類別信息進(jìn)行推理。他們曾使用“三刺激組任務(wù)范式”對4歲兒童進(jìn)行了研究，呈現(xiàn)給兒童一個具有某種新性能的基礎(chǔ)圖和兩個目標(biāo)圖。例如基礎(chǔ)圖是一個具有新性能的熱帶魚圖片，具有“fish”標(biāo)簽，兩個目標(biāo)圖中的其中之一與基礎(chǔ)圖外觀上很相似但具有不同的標(biāo)簽“dolphin”，另一張目標(biāo)圖與基礎(chǔ)圖外觀不相似但具有相同的標(biāo)簽“fish”，要求兒童選擇哪一張目標(biāo)圖更可能具有基礎(chǔ)圖具有的新性能？結(jié)果表明大部分兒童能根據(jù)類別信息而不是外觀信息進(jìn)行反應(yīng)。本研究與以往研究不一致的原因可能有兩個：一是研究范式不同，Gelman和Markman的研究采用的是語言標(biāo)簽作為理論知識，而本研究是采用虛構(gòu)的自然物種之間的生長過程變化作為理論知識。而且Sloutsky認(rèn)為對于年齡較小的兒童來說，類別標(biāo)簽所扮演的角色是作為物理特征而不是類別標(biāo)記。因此標(biāo)簽在兒童歸納推理中所起的作用還需進(jìn)一步研究。二是采用的實(shí)驗(yàn)材料不同，Gelman等選用兒童比較熟悉的自然種類，兒童可以充分地利用類別信息進(jìn)行反應(yīng)，但本研究中采用的是不熟悉的實(shí)驗(yàn)材料，年齡小的兒童缺乏對陌生材料的知識運(yùn)用能力，容易借助于外觀相似性進(jìn)行推理。

結(jié)果表明五年級學(xué)生基于知識的推理次數(shù)顯著高于基于外觀的推理次數(shù)，而且與成人基于知識的推理次數(shù)沒有顯著性差異。我們認(rèn)為在使用兒童不熟悉的自然材料和虛構(gòu)的理論知識時，五年級學(xué)生才能夠表現(xiàn)出更傾向于基于概念進(jìn)行推理，他們在進(jìn)行相似性判斷時能夠克服物體之間的知覺信息而按照概念信息進(jìn)行反應(yīng)。而且本研究中五年級學(xué)生基于概念信息的歸納推理能力已經(jīng)達(dá)到成人的水平。這與以往研究結(jié)果基本相同。[13]以往研究采用語言標(biāo)簽范式來激發(fā)深層的類別經(jīng)驗(yàn)，Sloutsky和Fisher等發(fā)現(xiàn)11～12歲的兒童以及成人在決定動物是否共享本質(zhì)特征時完全能夠忽視知覺相似性。[20]

以往研究表明，在個體進(jìn)行相似性判斷時是依據(jù)知覺信息還是概念信息的一個關(guān)鍵因素就是對先前知識的掌握程度，如果個體具備了足夠的概念知識，他們很可能就會忽視事物的物理特征而使用知識作相似性判斷，甚至忽略語言標(biāo)簽的作用，[24]如果沒有足夠的概念知識，即使是成人也會根據(jù)知覺信息進(jìn)行推理。在本研究中，不同年齡階段的學(xué)生和成人在進(jìn)行相似性判斷之前都進(jìn)行了理論知識的學(xué)習(xí)，而且在掌握知識測驗(yàn)中都達(dá)到了100%，但相似性判斷的結(jié)果卻存在差異，這表明個體對理論知識的信息激活程度是至關(guān)重要的。年齡小的兒童雖然獲得了概念知識，但是信息激活程度低，因此在突顯的物理特征下可能會忽視概念知識而按照物理特征進(jìn)行推理。Sloutsky和Fisher等也發(fā)現(xiàn)雖然兒童會將具有共同語言標(biāo)簽的事物看作更加相似，但此時語言標(biāo)簽不是作為類別信息被應(yīng)用，而是作為物理特征增加了事物之間的相似性。[9]Diesendruck 和 Peretz提出兒童在進(jìn)行歸納推理時對不同種類信息的應(yīng)用(如語言標(biāo)簽、事實(shí)關(guān)系等)要依賴于他們隨著年齡的增長而對特定領(lǐng)域信息的理解。[25]

由于各研究所采用的實(shí)驗(yàn)材料和研究范式不同，兒童依據(jù)概念進(jìn)行推理的年齡不一致，大部分研究者都認(rèn)為，隨著年齡的增長，歸納推理是從以知覺為依據(jù)向以類別為依據(jù)、再到以因果關(guān)系為依據(jù)逐漸過渡的，兒童早期主要依賴于外觀進(jìn)行推理。Thompson和 Heys對5歲、9歲兒童和成人的歸納推理進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)采用因果關(guān)系進(jìn)行推理的比例隨著年齡的增長而逐漸提高，這與本研究的結(jié)果一致。Sloutsky和Fisher認(rèn)為兒童將語言標(biāo)簽作為物理特征到作為類別標(biāo)記需要一個過渡期，但是，要更加清楚地厘清兒童歸納推理的發(fā)展，還需要將以概念為基礎(chǔ)的歸納推理與其他的推理形式進(jìn)行比較分析。例如類比推理，類比推理是根據(jù)兩個對象在某些屬性上相同或相似，通過比較而推斷出它們在其他屬性上也相同的推理過程。有研究證明，隨著兒童年齡的增長，兒童在進(jìn)行類比推理時從關(guān)注事物表面特征的相似性逐漸發(fā)展到對事物間的因果關(guān)系更敏感。

(二)小學(xué)生歸納推理能力的培養(yǎng)

本研究與以往研究一樣都能夠證實(shí)兒童的歸納推理是從基于相似性到基于類別的轉(zhuǎn)變，那么在兒童的思維培養(yǎng)中要善于利用兒童歸納推理發(fā)展的特點(diǎn)，才能起到事半功倍的效果。例如，針對低年齡兒童的推理方式主要依靠事物表面的相似性，所以在對他們進(jìn)行教學(xué)時最好呈現(xiàn)具體的實(shí)物，通過對直觀的具體實(shí)物的比較分析來解決問題。此外，研究表明呈現(xiàn)具體實(shí)物能夠使兒童對實(shí)物的記憶能力有很大提高。Sloutsky 和 Fisher在研究中發(fā)現(xiàn)，兒童的推理方式與再認(rèn)成績有很大的相關(guān)，再認(rèn)測驗(yàn)是測量記憶的一種方式，就是將記憶過的內(nèi)容與沒有記憶過的內(nèi)容混在一起，要求被試回答哪個是以前看到過的。[20]在再認(rèn)測驗(yàn)之前先讓兒童和成人完成推理任務(wù)，如給被試呈現(xiàn)一只貓的圖片，并告知它有β細(xì)胞，然后再給被試呈現(xiàn)30張包括貓、熊、鳥等動物的圖片，要求其回答哪種動物會有β細(xì)胞。被試完成推理任務(wù)后卻出乎意料地讓他們進(jìn)行再認(rèn)測驗(yàn)，指出哪些圖片是在剛才的推理任務(wù)中出現(xiàn)過的。結(jié)果表明兒童和成人的推理成績都非常好，但兒童在再認(rèn)測驗(yàn)中的成績要好于成人，這個結(jié)果好像與我們的認(rèn)知是相違背的，但卻更有力地表明兒童在做推理任務(wù)時不受類別信息的影響，他們特別關(guān)注圖片的知覺信息，對圖片中動物的外表都做了細(xì)致的分析比較，從而基于事物之間的相似性進(jìn)行推理。而成人主要關(guān)注于類別，通過類別進(jìn)行推理，從而忽視了對動物的細(xì)節(jié)進(jìn)行分析，因此成績不如兒童?；诖耍瑢Φ妄g兒童進(jìn)行思維培養(yǎng)時呈現(xiàn)具體實(shí)物進(jìn)行歸納推理有助于兒童對呈現(xiàn)材料的記憶。

從本研究的結(jié)果來看，隨著兒童年齡的增長，逐漸學(xué)會了用事物間深層的類別關(guān)系進(jìn)行歸納推理，因此對于兒童歸納推理能力的培養(yǎng)、規(guī)則的獲得是非常重要的。概念的經(jīng)典觀認(rèn)為，人們是按照一類事物的規(guī)則或關(guān)于特征的定義來分類的，每一個概念都具有自己明確的定義規(guī)則，只有具備所定義規(guī)則的事物，才能被歸入這一概念。規(guī)則的明確意味著兒童的歸納推理能力提高了，能夠依據(jù)事物間的深層關(guān)系進(jìn)行決策。但是，本研究的結(jié)果表明，低年級兒童通過學(xué)習(xí)也掌握了植物孢子之間的虛構(gòu)的理論知識，即生長的規(guī)則，但是還有一半左右的低年級學(xué)生不能應(yīng)用規(guī)則，直接按照孢子之間的外觀相似性進(jìn)行推理。因此，我們認(rèn)為只是單純地告知兒童關(guān)于事物之間的規(guī)則是不夠的，重要的是要使兒童能夠真正理解規(guī)則并懂得如何運(yùn)用。因此，在培養(yǎng)兒童歸納推理時，除了要告知規(guī)則以外，還要反復(fù)列舉實(shí)例，讓兒童懂得規(guī)則的適用性，厘清哪一類問題可以用該規(guī)則來解決，這樣兒童歸納推理的能力才會提高。

五、結(jié)論

本研究通過嚴(yán)格控制被試對理論知識的掌握程度，探討小學(xué)生對不熟悉的自然材料進(jìn)行相似性判斷時的發(fā)展機(jī)制，結(jié)果表明小學(xué)五年級學(xué)生在進(jìn)行歸納推理時與成人的表現(xiàn)相一致，小學(xué)一年級和三年級學(xué)生在基于概念歸納推理方面還處于過渡期。在此研究基礎(chǔ)上，我們提出了小學(xué)生歸納推理能力培養(yǎng)的策略，對低年級學(xué)生進(jìn)行歸納推理時呈現(xiàn)具體實(shí)物有助于兒童對呈現(xiàn)材料的記憶，幫助學(xué)生理解規(guī)則并運(yùn)用規(guī)則有助于兒童深層次的歸納推理能力的提高。