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概念学习的心理学研究成果与新进展
概念学习的心理学研究成果及新进展
概念是任何一个学科知识体系最基本的构成元素。
若干概念及其相互关系构成规则（又称命题、定理或公式）,概念和规则构成了学科的知识体系。
概念也是思维的基本单位,概念学习是意义学习中最基本的类型,掌握概念是个体学习规则、解决问题乃至进行创造的必要前提。
对概念的学习深化了人类对客观世界的认识,简化了人类认识的具体过程,因此,在心理学逐渐形成和发展的一百多年的时间里,概念的学习和教学一直是心理学研究的主要问题一。
在过去很长一段时期,我国的课堂教学在很大程度上忽视了概念教学的专门性和特殊性。
随着教育改革的深入,有关概念教学心理机制的研究在我国日益受到重视。
概念是如何获得和发展的、有哪些因素影响概念的学习和教学、学生已有的概念对学校里的概念教学有什么影响等日渐成为我国心理学界和教育学界关注的领域。
因此,梳理和利用教育心理学的已有研究成果十分有意义,也是进一步指导实际教学的基础。
下面,我们将依次介绍心理学研究对概念的界定与分类、概念学习机制的心理学理论、对概念教学具有实际指导意义的研究概念转变的相关成果,以及相关研究的新进展。
一、概念的定义及分类
心理学认为概念（concept）是人脑对客观事物的本质特征的认识。
概念具有不同的等级和层次并用一定的词来记载和标志。
心理学者从四种不同角度对概念进行了划分。
1.根据概念学习的方式进行划分。
比如,维果斯基提出的日常概念和科学概念。
日常概念也叫前科学概念,指没经过专门的教学,由个体在日常生活中通过辨别学习、积累经验而掌握的概念。
科学概念则是指在教学过程中通过揭示概念的内涵而形成的概念[1]。
2.基于概念本身的复杂程度来区分。
比如,奥苏贝尔提出的初级概念和二级概念。
初级概念是指通过分析概念的正反例证可以概括其关键特征的概念。
二级概念比初级概念更复杂,不是经过观察正反例证而是直接通过同化定义获得。
例如“,三角形”是一个初级概念,观察比较不同的图形（三角形、六边形、矩形、圆形等）可以掌握其关键特征“;等边三角形”则是一个二级概念,是在初级概念“三角形”的基础上增加了“三条边相等”这一属性的概念。
再如,加涅所提出的具体概念和定义概念。
具体概念是指可以通过观察直接获得的概念;定义概念则是指只能通过下定义的方式来界定的概念。
又如赫尔斯提出的易下定义的概念与难下定义的概念。
其中,易下定义的概念关键特征明显,易用某种规则加以揭示;难下定义的概念则关键特征不明显,不易用某种规则揭示。
3.依据概念研究的方法划分。
比如将概念区分为自然概念（naturalconcept）和人工概念（artificialcon-cept）。
自然概念是指在人类历史发展过程中自然形成的概念,在自然界中存在相应的例证。
人工概念是指在实验室条件下,为模拟自然概念的形成过程而人为制造出的概念。
它起源于赫尔的研究（Hall1920）。
4.基于概念所揭示的关键属性的特点分类。
这样的概念分类体系既有心理学家提出的,也有约定俗成的。
比如:
具体概念（concreteconcept）与抽象概念（abstractconcept）。
具体概念是按事物的指认属性形成的概念;抽象概念是按事物的内在、本质属性形成的概念。
布鲁纳根据概念的关键属性与概念定义之间的关系区分了三种类型的概念:
合取概念、析取概念和关系概念。
合取概念（conjunctiveconcept）是根据同一类事物中单个或多个相同属性形成的概念。
这些属性在概念中必须同时存在,缺一不可。
合取概念是最为普遍的一种概念。
析取概念（disjunctiveconcept）是根据不同的标准,结合单个或多个属性所形成的概念。
关系概念（relationalconcept）则是根据事物之间的相互关系形成的概念。
另外,还有研究者将概念区分为物体概念、符号概念、事件概念,等等。
二、概念学习理论
概念学习（conceptlearning）是指在学习环境中,对具有共同属性的多个刺激发生同一反应,亦即掌握同类事物共同的关键特征[2]。
关于概念学习的规律,行为主义和认知学派提出了不同的理论解释。
而且随着心理学自身的发展,还产生了一些超越了认知心理学的新型的概念学习理论。
（一）行为主义的联想理论（associationtheory）
行为主义对概念学习过程的解释是将桑代克、斯金纳的效果律扩展到概念学习领域的产物。
行为主义者认为,概念是经过刺激（S）与反应（R）的联结式学习历程获得的。
在联结式学习中,个体对刺激的正确反应得到酬赏,产生后效强化作用,以后再经过抽象化、类化和辨别的历程,就逐渐形成了概念。
新行为主义者赫尔于1920年开创了人工概念的实验研究,他认为概念形成就是把某种反应（即概念反应）与一组具有一种或多种要素的刺激联结在一起。
对一个人而言,一种新的刺激尽管具有以往从未见过的特征,但如果这种刺激具有与某个已知概念共同的要素,就会唤起概念反应。
比如,初步掌握了“狗”这个概念的儿童,尽管只是接触过白毛和黄毛的狗,但看到一只黑毛狗,儿童也马上能够说出那是“狗”。
（二）认知心理学的概念学习理论
20世纪50年代以来,认知心理学家布鲁纳、奥苏贝尔、加涅等人对概念学习过程的开创性研究使人们对概念学习的认识跨入了一个新的时代。
经典的认知学派的概念学习理论有以下两种。
1.假设验证理论（hypothesistesttheory）
20世纪50年代,布鲁纳等人运用实验的方式考察了概念获得的过程,提出了假设验证理论。
他们认为,学习者通过对学习材料的分析、综合和一些反馈信息提出种种假设,当某种假设被证明是正确的,概念也就形成了。
研究还发现,学习者在进行假说验证时会采取某些策略以求加快概念的发现。
在实验中,被试使用最多的是整体策略,即被试的第一个假设包括了第一个刺激所涵盖的各种可能属性,然后随后来的刺激逐步修正,若收到的肯定刺激符合原先的假设就不予更正,否则就根据原假设和新刺激间的共同点来修正假设[3]。
2.典型例证理论（exemplartheory）
假设验证理论主要是针对人工概念的学习,心理学家罗希（Roach1977）认为自然概念的学习通常采用另一种方法,即由典型例证学习。
每一个自然概念都有一些比较典型的例证比其他例证更能代表该概念,而最具代表性的例证就是其原型。
比如麻雀比企鹅更能代表鸟类,苹果比番茄更能代表水果等。
罗希的实验研究发现,人们对典型例证的反应比对非典型例证的反应快。
比如,人们回答“企鹅是鸟吗”比回答“鸽子是鸟吗”所用的时间更长。
而且,当人们听到一个范畴名称时,脑海里出现的是该概念的原型,而不是该概念所有例证都具有的特征表。
因此,人们对自然概念的学习,可能开始只包括对原型或典型例证的认知,再以其特征为基础,逐步认知较不典型的例证。
尽管自然概念的学习很多时候采用典型例证学习,但也有研究发现被试有时也采用假设验证进行学习[4]。
（三）新近的概念学习理论
新近的概念学习理论突破了认知心理学将学习仅视为一种理性的认知加工过程的观点,开始关注概念学习过程中非理性的成分和特点。
下面介绍两个典型的代表。
1.内隐学习说（implicitlearningtheory）
内隐学习说认为,概念学习并非总是一个有意识的理性学习过程,一些抽象概念的复杂结构是通过无意识的内隐学习获得。
在概念的形成中,学习者依赖于一些属性在无意识积累中的频次来区分概念中的相关属性和无关属性。
里伯等人用实验证实了这一观点,他们认为,当刺激结构高度复杂时,采用比较被动的、无意识的学习方式可能更有效。
2.学习的认知系统模型
该理论认为概念学习有两个基本来源:
外部来源和内部来源。
外源性概念是通过感官进入认知系统的概念,而内源性概念则是通过各系统成分之间的交换来建构。
认知系统模型有五个基本的构成成分:
感觉接受器、执行控制、情感因素、工作记忆和长时记忆,是一个高度动态化的能够持续整合各个构成成分的互动系统。
概念学习就是学习者利用已有的知识和认知结构,积极主动地感知、整合、加工和记忆外部信息的过程。
该理论强调认知策略在概念学习中的整合作用,并且重视情感因素对概念学习的作用。
三、概念转变——前科学概念与错误概念向科学概念的转变
维果斯基的概念分类理论,为概念教学的研究提供了重要的思路,它使人们认识到,概念学习不只是概念获得,也包含着概念转变,因此,在教学科学概念时不能将学生视为“白纸一张”,应当考虑学生接受教育前已有的前概念。
后继的研究者进一步将前概念细分为前科学概念和错误概念。
前科学概念指那些在日常生活中由于非正式的经验所导致的结果,即学习科学概念以前已有的概念。
错误概念指的是在正式学习中由于误解而形成的概念。
有的研究者认为前概念属于错误认识,应当消除并用科学概念来替代;有的则认为前概念是学生从自己的角度所理解的概念,在日常生活中通常是合理、有效的。
无论支持何种观点,在概念教学中关注学生的前概念都十分必要。
学生头脑里已有的知识对新概念的学习肯定会产生或积极或消极的影响,因此,教师的概念教学应该充分考虑学生已有的知识。
（一）关于前概念的研究成果
研究表明,许多前概念非常牢固,很难改变。
在概念的形成过程中,教学通常只能使学生的已有概念发生非常有限的改变。
新获得概念的应用范围非常有限,比如学生在教室之外很少使用被教授的科学概念。
即使在教室中,也仅是当所面临的任务或问题与他们学习这些概念的情境相似或者任务、问题非常简单时才会用到这些概念。
对前概念的早期研究主要关注特定学科领域的前概念（比如,科学、数学等）,随着建构主义的兴起,研究者开始关注到:
还有许多其他学科领域之外的前概念在影响着学习。
比如,元认知知识（meta-knowledge）,即对知识的本质特性的认识,就是一个重要但却经常被忽视的概念。
学生在理解科学和数学概念方面的困难,在一定程度上就是源于错误的元认知知识。
例如,大多数学生乃至教师把科学知识看作是对世界的忠实再现,而不是将它们视为人们对世界的暂时解释。
再有,教师和学生对于教学的一般性目标以及对特定教学事件目标的认识通常不一致,教师通常会将一个教学事件放在由一系列相关事件所组成的结构化过程中加以思考,而学生却缺少这种长远的眼光。
第三,从教师方面来说,有一个非常重要的概念——对概念的认识,即在认识学生的概念时教师是以自己的概念体系为参照的。
许多研究报告提到的前概念其实都是研究者按照自己的概念来认识学生的概念的结果。
（二）前概念向科学概念转变的研究
无论是对学科领域还是学科领域之外的前概念研究,都提示我们应当发展相应的教学策略以指导学生摆脱前概念的不利影响,利用其中的有利成分,进而形成科学的概念。
具体的策略,我们介绍如下三种。
1.概念转变的模式
这一模式（Posner等,1982）以信息加工理论和库恩的范式演变观点为基础,其核心是有关概念变化的四个条件:
（1）对已有观点的不满;
（2）新的概念必须是可以理解的;（3）新概念本身是能够自圆其说的;（4）新概念必须是富有成效的。
研究证明,对教师来说创设条件
（1）和
（2）最为棘手,因为要使学生对现存概念感到不满是很难办到的。
学生通常不能也不愿意改变他们已有的观念,因为他们乐于接纳这些概念而看不到新概念的价值。
2.建构主义的教学程序
对学生的前概念进行公开的讨论,这是建构主义教学程序中的一个环节（例如Driver,1989）。
这种讨论与谈判相似,教师向学生介绍要学习的概念并提供支持性证据。
当学生的前概念与教师所“鼓吹”的概念不一致或学生按照已有观念所做出的预期与实际经验相冲突时,认知冲突策略就可以发挥非常重要的作用。
不过,有研究表明使用这种教学模式会有两大困难,首先,许多学生并不喜欢“摆弄”不同的观念;其次,学生常常没有体验到教师所认为的冲突。
3.发展元认知能力的策略
以发展学生的元认知能力为核心的方法并不只局限于发展学生的思维技能,而是要在整体上改变学生对学习的看法。
比如,贝尔德和米切尔（1986）曾经试图使学生形成建构主义的学习观,其核心内容就是使学习成为主动构建而不是被动地接受。
但是研究显示,许多学生不愿意采用建构主义所提倡的学习方式,因为有太多的要求,在他们看来,付出的额外努力与得到的回报相比太不值得了。
四、概念学习研究新进展
后继研究者对概念学习的研究,或者是对以往经典理论的补充,或者开辟了不同的研究角度,甚至是将以往研究运用于一线的教学实践,这些新的研究使概念教学得到了很大发展。
（一）理论上的进展——对假设验证理论的新探索对于假设验证理论的新探索主要在以下几方面:
1.与以往的人工概念研究不同,有不少研究尝试
用自然的科学文化概念的学习实验来检验假设验证理论。
国内有实验研究考察了非物理专业大学生形成物理概念“熵”的过程,还比较了这些大学生（成人）与中学生在形成这一概念时的不同之处[5][6]。
这些实验运用假设验证理论研究了成人与中学生学习自然科学概念的共同特点和具体过程,并把学习过程分为渐进——高原——突变三个阶段,成人和中学生都需要经历这三个阶段,只是各个阶段的长度、跨度和明显特征各不相同。
2.继布鲁纳之后,不少研究者进一步补充和发展了他的理论。
1988年开始Klahr等人提出了假设检验的双重搜索模型,认为科学发现的过程包括在假设问题空间和实验问题空间中进行启发式搜索的过程;而新近的研究则在尝试研究科学发现的三重搜索过程,即:
形成假设、设计实验及实施实验三个阶段所面临的三个问题空间。
国内有研究比较了小学生、中学生和大学生在形成假设、设计实验及实施实验三个阶段所采用的启发式策略的差异[7][8]。
在此基础上还有研究者对大学生形成析取概念和合取概念进行了实验研究[9]。
（二）更加关注学习者的个性差异以及群体条件下的概念学习
以往的研究倾向于探讨个体学习者在概念学习过程中的共性规律,而较少关注学习者作为学习的主体,其自身的性别、年龄、个性特征和认知风格等对概念学习的反作用,以及在群体状态下,学习概念的相关特点。
随着认知建构主义日益占据心理学领域的主导地位,研究者越来越关注在班级授课制条件下,学生的个性差异以及学生的相互作用方式对概念学习过程的影响。
有研究考察了使用计算机课件进行概念教学的程序教学中,不同的教学模式（合作对个人）、学习方式（内向对外向）对概念学习的影响[10]。
结果表明:
使用计算机进行个人教学可以提高学生的成绩,节省教学时间,但容易使学生产生个人主义和自我中心。
使用计算机进行合作学习可以克服个人学习带来的缺陷,但应根据学习者的个性特征进行适当的选择。
也有研究者认为,就学习成绩而言,教学模式和学习方式的相互影响作用不是很明显,但是对学生的学习态度具有显著的相互作用[11]。
心理学界和教育学界已经有不少研究开始专门探讨合作学习这样一种学习方式对概念学习的影响。
研究证明:
在从事建立概念图的学习任务中,合作学习比学习者独自建立概念图的效果要好[12],因为合作学习的任务能够为学生提供相互交谈的机会和使用这些概念来描述和解释各种现象的机会。
在合作小组中小组成员的数目、奖励方式、对小组任务的准备和任务本身的特点对学生互动的特点都具有很重要的作用这些也对概念学习产生一定的影响。
（三）概念学习研究范式的反复与深化除了上述成果,心理学研究概念学习的范式的变迁也为我们提供了方法上的启示。
总体而言,概念学习的研究范式经历了从研究自然情境中的自然概念到实验情境中的人工概念再到自然情境中的自然概念的反复。
对概念的研究最早可以追溯到亚里士多德,弗洛伊德、皮亚杰、斯金纳等著名心理学家和亚氏所使用的研究范式相同,主要是研究自然情境中的自然概念但是,研究者逐渐发现,自然概念的形成需要一个较长的时间过程,不可能在短期内获得太大的研究进展同时,由于研究自然情境中的概念受多种因素干扰很难严格把握概念形成究竟受哪些因素影响,也就不容易获得促进学生概念学习的研究成果。
于是研究者逐渐倾向于使用实验情境中的人工概念研究。
赫尔首次用汉字的偏旁部首作概念,用无意义音节给它们命名,采用配对学习的方法将汉字与某一无意义音节配对呈现来研究概念形成。
之后,很多心理学家进行了类似的实验。
人工概念的研究设计巧妙,控制严格能够比较有效地考察学习者是否真正掌握了概念。
但是,后来的研究者提出,这些研究一般采用人为概念根据颜色、形状、大小等少数几个刺激尺度来分析概念形成过程,不同于学生在日常生活中经常遇到的概念;因为多是在严格控制的实验场景里进行,也不能全面反映自然场景下的概念学习规律。
于是,研究者又开始回归到研究自然场景中的自然概念。
比如罗希就在反对布鲁纳的人工概念研究的基础上提出了典型例证理论。
他认为,日常生活中使用的概念并不能像布鲁纳等人设计的人工概念那样只是用颜色、形状大小等特征的简单组合就可以描述,比如“好人”与“坏人”这类概念便很难界说。
综上所述,概念学习研究范式经历了一个逐渐深入的反复过程。
后来的研究者注意把握两种研究范式的优点和不足,设计出很多在自然教学情境中的实验研究,更加贴近学校教学,为提高概念教学质量提供了丰富的理论与实践的研究成果。
问题与问题解决
一、问题与问题解决
思维的产生和进行起于有待解决的问题。
虽然我们每天都会碰到各种各样的问题，但这里所讲的问题（problem）是指疑难问题，也称难题，而不是指个人仅凭经验就可直接加以处理的问题。
例如，像“你做过早操吗？
”这类问题，你只需从记忆中提取出信息即可，无须有思维活动的参加。
但像“早操为什么有利于身体健康？
”这类问题，你记忆中未必有现成的答案，于是你感到困惑并设法寻求问题的答案。
可根据问题规定的方式将问题分为两大类。
一类是清楚规定的问题，对问题的条件和要求均有清楚的说明，如：
如何计算平行四边形的面积？
另一类是含糊规定的问题，对问题的条件和要求没有清楚的说明，带有很大的不确定性，如：
有两根悬吊着的绳子，绳子不够长，当你抓住任何一根时无法碰到另外一根，此时，你如何将两根绳子系在一起？
问题解决（problemsolving）就是由一定的问题情境引起，经过一系列具有目标引向性的认知操作，使问题得以解决的心理历程。
问题解决者的最初状态称为当前状态，而所要达到的目标称为目标状态。
以河内塔问题（TowerofHanoiproblem）为例，如图11－4所示，在一块木板上有1、2、3三个立柱，在1柱上串放着三个圆盘，小的在上面，大的在下面（当前状态）。
让被试将1柱上的三个圆盘移到3柱（目标状态）。
条件是：
每次只能移动任何一个柱子上面的一个圆盘，但大的圆盘不能放在小的圆盘上，移动的次数越少越好。
要将当前状态转变为目标状态，中间必须经过一系列操作步骤，也称为中间状态。
这就是一个典型的问题，而问题解决就是从当前状态经过一步一步的中间状态，最后达到目标状态。
图11－4三个圆盘的河内塔问题
二、问题解决的过程
对问题解决的过程，斯滕伯格等（Sternberg，1986；Bransford&Stein，1993;Hayes，1989）用问题解决循环（problem－solvingcycle）来加以描述。
当我们面临一个需要解决的问题时，一般要经历下列几个步骤：
确定问题、定义问题、形成策略、组织信息、分配资源、监控和评估（见图11－5）。
这些步骤也不是刻板的，各个步骤之间可以交叉，有时可以改变其顺序，甚至可以跳过或增加某些步骤（图11－5中用虚线的箭头表示）。
三、问题解决策略
在问题解决过程中，问题解决者会使用各种策略。
问题解决策略（strategyofproblemsolving）是指使问题发生某些变化并由此提供一定信息的处理、试验或探索。
问题解决中所用的各种策略可以分为两大类：
算法式和启发式。
（一）算法式
算法式（algorithm）是一种按逻辑来解决问题的策略。
它是一定能得出正确答案的特定程序。
例如，解一个6个字母的字谜（如source），
假如确实有这样的一个词存在，你只要系统地改变这6个字母的次序，每次到词典中去查字母构成的排列，最终就能找到一个匹配的词（如course或者source）。
运用这种策略，问题解决者可能需要作出720种排列。
因此，算法式的最大缺点是很费时间的
（二）启发式
启发式（heuristics）是由以往解决问题的经验形成的一些经验规则。
如果你曾经换过汽车轮胎，当你的汽车轮胎在公路上出毛病时，你可能会想到用千斤顶抬起车来换轮胎这种有用的启发式策略。
与算法式不同，启发式并不能保证得到答案，但这种缺点可以通过其容易且速度快的优点而得到补偿。
在以往的研究中，心理学家已经发现人类经常使用的几种有效的启发式策略：
手段—目的分析、顺向工作、逆向工作和假设检验。
1．手段—目的分析
手段—目的分析（means－endsanalysis）是指问题解决者不断地将当前状态和目标状态进行比较，然后采取措施尽可能地缩小这两个状态之间的差异。
当问题可分成若干个各自具有目标的更小问题时，人们常常采用手段目的分析启发式。
如图11－4所示用手段目的分析来解决河内塔问题，就是把一个问题分成若干个比较小的问题，每个小问题都有自己的目标，通过子目标的实现使问题的当前状态达到最后的目标状态。
纽厄尔和西蒙（Newell&Simon，1972）所设计的通用问题解决者（GeneralProblemSolver，简称GPS）就是运用手段—目的分析编程的。
这个程序首先要评估一个问题的当前状态和目标状态，确定当前状态与目标状态之间的差别，差别一旦弄清楚，就可评判能用来减少这种差异的操作；然后选择一种操作把它应用于当前状态（如把一个圆盘从一个柱移动到另一个柱）；接着把最新的状态再同目标状态作比较，再鉴别差异、选择操作，依此类推。
通过这种重复加工，直到目标状态实现为止，把三个圆盘从1柱移到3柱。
手段—目的分析是人类解决问题最常用的一种策略。
2．顺向工作
顺向工作也称顺向推理（workingforward），是指从问题的已知条件出发，通过逐步扩展已有的信息直到问题解决的一种策略。
例如，解下面这个密码算题：
已知：
D=5
任务要求：
（1）把字母换成数字；
（2）字母换成数字后，下面一行数字答案必须等于第一行和第二行之和。
问题解决者往往采用顺向推理的策略，先从D=5这一信息出发，找出可能性最小的一列，从中获得最多的信息，再利用加法中的某些规则进行推理，一步一步地找到正确答案。
研究表明，顺向工作是专家问题解决行为的一个重要特点。
专家在看到问题时，首先是发现问题提供了什么信息，就立即想到用哪些方法能从这些信息中推出新的信息，从而对问题中各要素的相互关系增进了解，达成问题解决。
3．逆向工作
逆向工作也称逆向推理（workingbackward），是指从问题的目标状态出发，按照子目标组成的逻辑顺序逐级向当前状态递归的问题解决策略。
其主要特点是将问题解决的目标分解成若干子目标，直至使子目标按逆推途径与给定的条件建立直接联系或等同起来，即目标—子目标—子目标—现有条件。
例如，解下面问题：
已知图11－6中的ABCD是一个长方形，证明AD与BC相等。
从目标出发，进行反推时问题解决者可能会问：
如何才能证明AD与BC相等？
如果我能证明△ACD与△BDC全等，那么就能证明AD等于BC。
下一步的推理就是：
如果我能证明两边和一个夹角相等，那么就能证明△ADC和△BDC全等。
这样，从一个子目标出发反推到另一个子目标，以达到问题的解决。
新手往往采用这种策略来解决问题的。
图11－6 几何题，求证AD=BC
4．假设检验
假设检验（generateandtest）一般分为两步进行：
（1）产生一个“候选”答案；
（2）检验它是否真是答案。
如果被否定，则另产生一个“候选”答案，并再度检验，直到找出真正的答案为止。
这种策略的缺点是：
（1）没有提供如何尽快选择“候选”答案的方法，对答案的选择可能较费时；
（2）解决问题的答案要求是完整的，否则难以检验，而要完整列出所有“候选”答案也较困难。
总之，在问题解决时人们可以选择不同的策略。
但人
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