小学生基于规则和信息整合类别学习的发展特点及比较研究

 小学生基于规则和信息整合类别学习的发展特点及比较研究

陈永¹ ，徐立峰² ，陶秀秀³

(1.安徽省淮南市教师进修学校；2.淮南师范学院教育学院；3.淮南二中 安徽 淮南 232001)

 

 [摘  要] 本研究基于多重系统理论，通过实验对一、三、五年级小学生基于规则类别学习与信息整合类别学习的能力进行测试，研究结果表明：一、三、五年级小学生的基于规则与信息整合类别学习的能力均随年级增加而逐渐上升；一年级小学生在基于规则与信息整合类别学习能力上尚处于随机水平，而三年级和五年级的小学生已经能够明显地运用分类规则进行类别判断;一年级小学生基于规则和信息整合两种类别学习发展无明显差异，三年级和五年级小学生两种类别学习之间存在显著差异，表明他们在这两种类别学习中可能采用不同的策略，是通过不同的分类系统进行的。这一结果支持类别学习的多重系统理论。

[关键词] 小学生；基于规则；信息整合；类别学习；发展；比较

 

分类是万物生存的基础，那些缺乏分类能力的物种所将面临的是灭绝的危险[①]。类别学习是认知心理学研究的热点之一，认知心理学的一个核心目标就是研究类别怎样被学习和使用的[②]。国内外已有许多关于类别学习的研究，并形成许多类别学习的理论：定义属性理论、规则理论、原型理论、样例理论[③]。

Ashby等人1998年提出的多重系统理论从新的视角提出了一种类别学习理论[④]，根据类别的结构将类别学习分为基于规则（rule-based）类别学习和信息整合(information-integration)类别学习。基于规则类别学习是通过外显的假设与检验的过程来学习的，而信息整合类别学习是通过内隐的程序学习的过程来学习的。

    如图1（1）是基于规则的类别结构，图中间的竖线是理想的决策界限（the optimal decision bound）,对应的分类规则是：如果频率“低”则反应A，如果频率“高”则反应B。图1（2）是信息整合的类别结构，在这种条件下，分类规则难以用语言表述，因为，它的理想分类界限是一条对角线[⑤]。

图中的实心圆点表示类别A，空心方块表示类别B，每个图中间的直线表示理想的分类决策界限

图1  基于规则和信息整合类别结构的散点图

多重系统理论根据一系列的实验研究结果得出：信息整合类别学习受到非指导性训练、观察训练、延迟反馈、反应位置和刺激的空间分布等因素影响较大，而基于规则类别学习是通过外显的言语系统进行的，受这些因素的影响较小；另一方面，与类别作业同时进行的数字Stroop任务、类别反应后的记忆扫描任务、以及类别数量和相关维度数量等因素都影响基于规则类别学习。这些实验结果为两种不同结构之间的学习差异提供了支持[⑥]。

多重系统理论的有关研究主要是针对成人（大学生）的，没有对儿童的类别学习进行研究。多重系统理论预测[⑦]，幼儿在最优规则是上言语的任务中（如在5岁以下），在规则转换存在着困难而且在类别学习任务中将受到削弱。许多年来都认为儿童分类是依据全面的相似性，可是近来的结论和对早期数据更精细地分析表明，儿童也使用一维的规则，虽然如此，和多重系统理论的预测相符合，儿童趋向不一致地使用这些规则，而且他们经常固定在一个单一的刺激维度。前额皮层是在正常发展中完全发育的最迟区域之一。儿童的神经发育与成人不同，他们的类别学习结果与成人可能存在着一定的差异。

国内外的心理学者对儿童分类能力的研究主要集中在童年早期，即幼儿阶段甚至更小。7-12岁正是儿童处于整个小学阶段，其思维从形象具体到抽象逻辑过渡的关键期在四年级（约10-11岁）[⑧][⑨]。

所以在多重系统理论的基础上对小学生类别学习发展特点进行研究，进一步推进类别学习研究的发展，对多重系统理论进行进一步验证。进一步揭示小学生思维发展的规律，为教育工作者适时地对其进行分类学习能力的发展和训练提供理论依据。

一、研究对象与方法

本研究采用实验法，共3个实验，分别为小学生基于规则类别学习实验（实验一）、小学生信息整合类别学习实验（实验二）、小学生基于规则类别学习与信息整合类别学习的比较实验（实验三）。类别学习实验是指被试对类别刺激作尝试判断，然后根据反馈信息修正错误反应，从而不断提高正确判断类别刺激比率的过程。类别学习成绩用反应的正确率来表示。

（一）研究对象

3个实验的被试都不一样，均从安徽省淮南市某小学一、三、五年级中随机抽取。实验一、实验二各抽取30名学生（男女各半）；实验三抽取180名学生，其中一、三、五年级各抽取60名学生（男女各半）。被试的视力或矫正视力正常。

（二）研究方法

1.实验设计

实验一：设计基于规则双维度结构，考察小学生基于规则类别学习的发展特征，见图2。被试在做类别判断时，既要考虑长度维度，又要考虑方向维度，所以是双维度规则。图2中的类别A和类别L，是两个类别的代号，分别对应于计算机键盘上的A和L键，主要是便于被试在实验中按键反应方便而已。

        

               图2  基于规则双维度结构       图3 刺激样例图

实验二：设计信息整合类别结构，考察小学生信息整合类别学习的发展特征，见图4。由于这种结构的分类界限（即分类判断规则）是一条对角线，且长度与方向具有不同的单位，其分类规则难以用语言来描述，因而需要被试在作分类判断之前对这两个维度进行整合，因而这种结构属于信息整合结构。

图4  信息整合类别结构

实验三：设计基于规则与信息整合两种类别结构，见图6。实验采用3（年级）×2（类别结构：基于规则、信息整合）的被试间设计。共有6种实验条件，180名小学生参加实验，各30名学生参加1种实验条件。每个年级60名学生参加两种类别结构的学习，随机分配30名学生参加一种类别结构的学习。

图5  基于规则结构和信息整合结构及类别界限

（三）实验刺激材料

运用VB软件编辑实验刺激和实验程序，并在计算机屏幕上呈现刺激。呈现的刺激是一条线段，见图3，每一个刺激只在“长度”和“方向”两个维度上变化，其他特征保持不变，线段的长度就是刺激的“长度”，线段与水平线的夹角表示“方向”，方向在0度（水平线）至90度（垂直线）之间变化。

基于规则类别结构的刺激产生过程：在长度维度上设置一个标准值C，在方向维度上设置一个标准值F，刺激的长度大于C，方向大于F，为A类别；反之属于L类别。在A类别和L类别中各产生长度不等的50个刺激，组成刺激集合。

信息整合类别结构的刺激产生过程是：在长度维度上设置一个标准值C，在方向纬度上设置一个标准值F，如果C小于F为A类别，如果C大于F为L类别，同时A类别和L类别中各产生长度和方向不同的50个刺激，组成刺激集合。

（四）实验程序

把被试带入机房，每人一台微机进行操作。实验开始前，主试宣告指导语，要求学生一定明白指导语，然后告诉被试实验的目的和实验的操作程序，并告诉他们要尽可能反应正确，不要考虑反应速度。如果在实验中途感觉疲劳，可以稍作休息。被试点击“开始”按钮开始实验，实验开始后，屏幕上呈现一条线段，线段保留在屏幕上直到被试做出反应（按A或L键）才消失，被试做出反应后，立即（约500ms）给与反馈，反馈保持1s后自动消失，然后自动呈现下一个刺激。实验包括4个训练阶段和一个检验阶段，每个实验阶段包括100个刺激，每个类别分配50个刺激。一个实验大约需要30分钟左右。学生实验结束后，主试进行询问，并记录下被试的口语报告。

二、实验结果

    （一）小学生基于规则类别学习能力的发展状况

表1 一、三、五年级小学生基于规则类别学习的单因素方差分析

由表1可以看出，一年级小学生在基于规则类别学习上的成绩较低，平均分只有52.47分，还处于随机水平，说明一年级小学生还不能学会双维度规则；但是到了三年级，小学生的基于规则类别学习成绩平均达到79.23分，到了五年级，达到了90.43分，这说明小学生的基于规则类别学习成绩随年级升高而提高；小学三年级的学生已基本上能够掌握双维度规则，小学五年级学生已经能够较好地掌握双维度规则。

为了具体检验三个年级基于规则双维度类别学习之间的差异，我们对其进行方差分析。结果显示，三个年级的基于规则类别学习成绩存在显著差异（F=77.695,p< .001）。说明三个年级的小学生在掌握双维度规则上存在明显的差异。为了更清楚地探明三个年级的类别学习成绩之间的相互差异，我们对三个年级的基于规则类别学习成绩进行多重比较，结果可以看出，三个年级的基于规则类别学习成绩之间存在相互差异，一年级小学生的成绩显著低于三、五年级小学生的成绩；三年级小学生的成绩显著低于五年级小学生的成绩。

（二）小学生信息整合类别学习的发展状况

表2