小學生基于規(guī)則和信息整合的類別學習能力發(fā)展研究

陳永+徐立峰

〔摘要〕本研究基于多重系統(tǒng)理論，通過實驗對一、三、五年級小學生基于規(guī)則類別學習與信息整合類別學習的能力進行測試。研究結果表明：一、三、五年級小學生的基于規(guī)則與信息整合的類別學習能力均隨年級增加而逐漸上升；一年級小學生的基于規(guī)則與信息整合類別學習能力尚處于隨機水平，而三年級和五年級的小學生已經能夠運用分類規(guī)則進行類別判斷；一年級小學生基于規(guī)則和信息整合兩種類別學習的發(fā)展無明顯差異，三年級和五年級小學生在兩種類別學習之間存在顯著差異，他們在這兩種類別學習中可能采用不同的策略，是通過不同的分類系統(tǒng)進行的。這一結果支持了類別學習的多重系統(tǒng)理論。

〔關鍵詞〕小學生；規(guī)則；信息整合；類別學習；發(fā)展特點；

〔中圖分類號〕G44 〔文獻標識碼〕A 〔文章編號〕1671-2684（2015）23-0004-05

分類是萬物生存的基礎，那些缺乏分類能力的物種所將面臨的是滅絕的危險[1]。類別學習是認知心理學研究的熱點之一，認知心理學的一個核心目標就是研究類別是怎樣被學習和使用的[2]。國內外已有許多關于類別學習的研究，并形成許多類別學習的理論，包括定義屬性理論、規(guī)則理論、原型理論、樣例理論等[3]。

Ashby和Maddox[4]的多重系統(tǒng)理論是從新的視角提出的一種類別學習理論，根據類別的結構將類別學習分為基于規(guī)則（rule-based）類別學習和信息整合（information-integration）類別學習。基于規(guī)則類別學習是通過外顯的假設與檢驗的過程來學習的，而信息整合類別學習是通過內隱的程序學習的過程來學習的。

圖1（1）為基于規(guī)則的類別結構，圖中間的豎線是理想的決策界限（the optimal decision bound），對應的分類規(guī)則是：如果頻率“低”則反應A（實心圓點），如果頻率“高”則反應B（空心方塊）。圖1（2）是信息整合的類別結構，在這種條件下，分類規(guī)則難以用語言表述，因為，它的理想分類界限是一條對角線 [5]。

多重系統(tǒng)理論根據一系列的實驗研究結果得出：信息整合類別學習受到非指導性訓練、觀察訓練、延遲反饋、反應位置和刺激的空間分布等因素影響較大，而基于規(guī)則類別學習是通過外顯的言語系統(tǒng)進行的，受這些因素的影響較小；另一方面，與類別作業(yè)同時進行的數字Stroop任務、類別反應后的記憶掃描任務以及類別數量和相關維度數量等因素都對基于規(guī)則的類別學習產生影響。這些實驗結果為兩種不同結構之間的學習差異提供了支持[6]。

目前，多重系統(tǒng)理論的有關研究主要是針對大學生的，尚未對兒童的類別學習進行研究。許多年來，研究者們都認為兒童分類是依據全面的相似性，可是近來的結論和對早期數據更精細的分析表明，兒童也使用一定的規(guī)則。雖然如此，和多重系統(tǒng)理論的預測相符合，兒童趨向不一致地使用這些規(guī)則，而且他們經常固定在一個單一的刺激維度。前額皮層是在正常發(fā)展中完全發(fā)育的最遲區(qū)域之一。兒童的神經發(fā)育與成人不同，他們的類別學習結果與成人可能存在著一定的差異。

國內外的心理學者對兒童分類能力的研究主要集中在童年早期，即幼兒階段甚至更小。7～12歲正是兒童的整個小學階段，其思維從形象具體到抽象邏輯過渡的關鍵期在四年級（約10～11歲）[7-9]。

綜上所述，本文在多重系統(tǒng)理論的基礎上對小學生類別學習發(fā)展特點進行研究，進一步推進類別學習研究的發(fā)展，對多重系統(tǒng)理論進行進一步驗證。進一步揭示小學生思維發(fā)展的規(guī)律，為教育工作者適時地對小學生進行分類學習能力的訓練提供理論依據。

一、研究對象與方法

本研究采用實驗法，共3個實驗，分別為小學生基于規(guī)則類別學習實驗（實驗一）、小學生信息整合類別學習實驗（實驗二）、小學生基于規(guī)則類別學習與信息整合類別學習的比較實驗（實驗三）。實驗過程為被試對類別刺激作嘗試判斷，然后根據反饋信息修正錯誤反應，從而不斷提高正確判斷類別刺激的比率。類別學習成績用反應的正確率來表示。

（一）研究對象

被試從安徽省淮南市某小學一、三、五年級中隨機抽取。實驗一、實驗二各抽取30名學生（男女各半）；實驗三抽取180名學生，其中一、三、五年級各抽取60名學生（男女各半）。被試的視力或矯正視力正常。

（二）研究方法

1.實驗設計

實驗一：基于規(guī)則雙維度結構，考察小學生基于規(guī)則類別學習的發(fā)展特征，見圖2。被試在作類別判斷時，既要考慮長度維度，又要考慮方向維度，所以是雙維度規(guī)則。圖2中的類別A和類別L，是兩個類別的代號，分別對應于計算機鍵盤上的A和L鍵，主要是便于被試在實驗中進行按鍵反應。

實驗二：基于信息整合類別結構，考察小學生信息整合類別學習的發(fā)展特征，見圖4。由于這種結構的分類界限（即分類判斷規(guī)則）是一條對角線，且長度與方向具有不同的單位，因而需要被試在作分類判斷之前對這兩個維度進行整合，因而這種結構屬于信息整合結構。

實驗三：設計基于規(guī)則與信息整合兩種類別結構，見圖5。實驗采用3（年級）×2（類別結構：基于規(guī)則、信息整合）的被試間設計。共有6種實驗條件，180名小學生參加實驗，每種實驗條件各30名學生參加。每個年級60名學生參加兩種類別結構的學習，隨機分配30名學生參加一種類別結構的學習。

（三）實驗刺激材料

運用VB軟件編輯實驗刺激材料和實驗程序，并在計算機屏幕上呈現刺激。呈現的刺激是一條線段，見圖3，每一個刺激只在“長度”和“方向”兩個維度上變化，其他特征保持不變。線段的長度就是刺激的“長度”，線段與水平線的夾角表示“方向”，方向在0度（水平線）至90度（垂直線）之間變化。

基于規(guī)則類別結構的刺激產生過程：在長度維度上設置一個標準值C，在方向維度上設置一個標準值F，刺激的長度大于C，方向大于F，為A類別；反之屬于L類別。在A類別和L類別中各產生長度不等的50個刺激，組成刺激集合。

信息整合類別結構的刺激產生過程是：在長度維度上設置一個標準值C，在方向維度上設置一個標準值F，如果C小于F為A類別，如果C大于F為L類別，同時A類別和L類別中各產生長度和方向不同的50個刺激，組成刺激集合。

（四）實驗程序

把被試帶入機房，每人一臺微機進行操作。實驗開始前，主試宣讀指導語，確保被試明白指導語后，告訴被試實驗的目的和操作程序，并告訴他們要盡可能反應正確，不要考慮反應速度。如果被試在實驗中途感覺疲勞，可以稍作休息。被試點擊“開始”按鈕開始實驗。實驗開始后，屏幕上呈現一條線段，線段保留在屏幕上直到被試作出反應（按A或L鍵）才消失，被試作出反應后，立即（約500ms）給與反饋，反饋保持1秒后自動消失，然后自動呈現下一個刺激。實驗包括4個訓練階段和一個檢驗階段，每個實驗階段包括100個刺激，每個類別分配50個刺激。一個實驗大約需要30分鐘左右。學生實驗結束后，主試進行詢問，并記錄下被試的口頭報告。

二、實驗結果

（一）小學生基于規(guī)則類別學習能力的發(fā)展狀況

由表1可以看出，一年級學生在基于規(guī)則類別學習上的成績較低，平均分只有52.47分。說明一年級學生還不能學會雙維度規(guī)則。但是三年級學生的基于規(guī)則類別學習成績平均達到79.23分，五年級達到了90.43分。這說明小學生的基于規(guī)則類別學習成績隨年級升高而提高。小學三年級的學生已基本上能夠掌握雙維度規(guī)則，小學五年級學生已經能夠較好地掌握雙維度規(guī)則。

為了進一步檢驗三個年級學生基于規(guī)則雙維度類別學習之間的差異，我們對其進行方差分析。結果顯示，三個年級的基于規(guī)則類別學習成績存在顯著差異（F=77.695，p<0.001）。說明三個年級的小學生在掌握雙維度規(guī)則上存在明顯的差異。為了更清楚地探明三個年級類別學習成績之間的相互差異，我們對三個年級學生基于規(guī)則類別學習的成績進行多重比較，結果可以看出，三個年級學生基于規(guī)則類別學習的成績之間存在相互差異，一年級學生的成績顯著低于三、五年級學生的成績；三年級學生的成績顯著低于五年級學生的成績。

（二）小學生信息整合類別學習的發(fā)展狀況

從表2可以看出，一年級學生信息整合類別學習的成績較低，平均分數為55.30分。說明一年級學生尚未學會這種需要對兩個維度進行整合才能作出正確判斷的類別學習，而三學生的成績則達到71.40分，五年級達到85.37分。這說明小學生的信息整合類別學習隨年級升高而提高；同基于規(guī)則類別學習相似，小學三年級的學生已基本上能夠進行信息整合的分類判斷，小學五年級學生已經能夠較好地進行信息整合的分類判斷。

為了具體探查三個年級學生信息整合類別學習成績的差異，我們對三個年級學生信息整合類別學習的成績進行方差分析。結果顯示，三個年級學生的信息整合類別學習成績存在顯著的差異。為了更清楚地探明三個年級信息整合類別學習成績之間的相互差異，我們對三個年級的信息整合類別學習成績進行多重比較。結果顯示，三個年級的信息整合類別學習成績相互之間存在差異，一年級學生的成績顯著低于三、五年級學生的成績；三年級學生的成績顯著低于五年級學生的成績。

（三）探討小學生基于規(guī)則和信息整合類別學習成績的差異

為探討小學生基于規(guī)則和信息整合類別學習成績的差異，我們對三個年級學生基于規(guī)則與信息整合類別學習的成績進行多因素方差分析，以考察其年級主效應、類別結構主效應和交互作用。多元方差分析的結構（見表3）。

由表3可見，年級的主效應顯著（p<0.001），說明三個年級學生基于規(guī)則和信息整合類別學習成績具有顯著差異；類別結構的主效應顯著（p<0.05），說明兩種類別結構的學習之間存在顯著差異；交互作用也顯著（p<0.05），因此，需要進一步做兩兩比較。

對一年級、三年級、五年級學生基于規(guī)則和信息整合類別學習成績分別進行獨立樣本t檢驗。檢驗結果見表4。

從表4可以看出，一年級學生的基于規(guī)則和信息整合兩種類別學習成績之間沒有顯著的差異（p>0.05）。三年級學生在兩種類別學習成績上存在顯著差異（p<0.05）。五年級學生在兩種類別學習成績上存在顯著差異（p<0.05）。

為了更直觀地展示基于規(guī)則與信息整合類別學習成績的發(fā)展趨勢和交互作用，呈現其發(fā)展曲線圖。見圖6。

圖6 小學生基于規(guī)則和信息整合類別學習發(fā)展曲線圖

從圖6可以看出，一年級學生基于規(guī)則和信息整合類別學習的成績差異不顯著，而三年級和五年級學生基于規(guī)則類別學習的成績顯著高于信息整合類別學習的成績。

三、討論

（一）基于規(guī)則類別學習的年級差異

研究結果表明，一年級學生還不能夠掌握雙維度規(guī)則。我們認為，一年級兒童對于包含雙維度規(guī)則的類別判斷是模糊的，主要是憑直觀的感知，口頭報告也證明了這一點。大腦的成熟與年齡增長直接相關。一年級兒童的前額葉發(fā)育還不成熟，其思維仍處于直觀的感知階段，其判斷是隨機的。隨著前額葉的發(fā)展，三年級學生已經基本能夠運用規(guī)則進行類別判斷，大多數小學生能夠清楚地說明判斷的規(guī)則。五年級學生能夠較好地利用分類規(guī)則，較清楚地說出分類規(guī)則，能夠從兩個維度來判斷類別，其思維已經較理性化。

小學生基于規(guī)則類別學習能力的發(fā)展是隨年級而不斷上升的。一到三年級發(fā)展較快，三到五年級發(fā)展相比之下較緩和，三年級是轉折點。我們認為，由于大腦前額葉在一到三年級這一階段發(fā)育較快，所以其思維能力發(fā)展較為迅速，到了三年級以后，前額葉發(fā)育逐漸緩慢，所以類別學習能力的發(fā)展比前一階段要慢些。

（二）信息整合類別學習的年級差異

一年級學生對于信息整合類別學習的判斷是以直觀感覺為依據的，其判斷的標準也是模糊的。三年級學生已經能夠根據兩個維度來判斷，五年級學生已經能夠較好地從兩個維度來判斷。我們認為，一年級學生前額葉發(fā)育的不完善，導致其思維能力處于直觀感知階段，所以對類別的判斷仍然是模糊的。三年級學生前額葉發(fā)育趨向成熟，能夠趨向理性的做出類別判斷，這個階段的思維已經從直觀向理性過度。隨著大腦額葉發(fā)育的成熟，五年級學生的思維已經基本上處于理性階段，所以他們能夠較正確地作出判斷。

一、三、五年級學生信息整合類別學習的成績也是不斷上升的，其轉折點也在三年級。前額葉的發(fā)育決定了思維的發(fā)展，所以隨著前額葉的發(fā)育，其信息整合類別學習的能力不斷得到上升。

（三）基于規(guī)則類別學習與信息整合類別學習的比較

我們通過兩種類別學習成績的比較發(fā)現，一年級學生的兩種類別學習成績沒有差異。這主要是因為其前額葉發(fā)育不成熟造成了他們這個階段的判斷是模糊的，也有可能是“地板效應”（因為難度太大，成績普遍偏低，因而難以區(qū)分的現象）造成了一年級學生還不能夠通過這種反饋訓練方式習得雙維度規(guī)則。

三、五年級學生兩種類別學習的成績有顯著的差異。我們的研究表明三年級學生基本能夠說出判斷的依據，能對類別作出正確的判斷，五年級學生則已經能夠依據正確的分類標準來進行判斷?？陬^報告也證明了這一點。研究同時還表明，小學生基于規(guī)則類別學習能力的發(fā)展要比信息整合類別學習能力的發(fā)展要快些。

我們認為，之所以兩種類別學習的成績之間存在顯著的差異，主要是因為：人們至少有兩個獨立的類別系統(tǒng)：一個是在意識控制下的基于外顯推理的言語類別系統(tǒng)（基于規(guī)則的類別學習），它需要工作記憶和執(zhí)行注意；另一個是內隱的基于程序學習的非言語類別系統(tǒng)（信息整合的類別學習），它不需要工作記憶和執(zhí)行注意。

三、五年級學生兩種類別學習成績的差異證明了多重系統(tǒng)所提出的兩種不同的系統(tǒng)?；谝?guī)則類別學習的成績較之信息整合類別學習要好。我們認為，小學生主要還是依據清晰的規(guī)則來進行判斷。小學生在類別判斷中，言語系統(tǒng)是占優(yōu)勢的，內隱系統(tǒng)在和言語系統(tǒng)的競爭中是處于落后階段的。這也證明了多重系統(tǒng)理論中存在兩個系統(tǒng)的競爭。所以研究的結果進一步檢驗了多重系統(tǒng)理論，也為我們以后對多重系統(tǒng)理論的研究提供了支持。

研究還表明，一、三、五年級學生的類別學習能力是不斷上升的，其轉折點在三年級。這主要是受前額葉發(fā)育的影響。大腦前額葉皮層與思維活動有最直接的關系——如抽象推理、計劃和其他復雜的思維過程。大腦前額葉在進行最復雜、最周密，最富有創(chuàng)造性的思維中，有著特殊重要的作用。所以隨著前額葉的發(fā)育，小學生的思維從直觀趨向于理性，類別判斷能力不斷提高。

小學生思維的轉折點在三年級，比起以前研究的結論可能稍有提前。我們認為，由于社會的發(fā)展，社會環(huán)境對孩子的影響不可忽視，家長素質的提高以及注重對孩子智力的早期開發(fā)和思維的訓練都可以促使孩子思維的發(fā)展得到提前，所以小學生思維發(fā)展的規(guī)律也為教育工作者對小學生開展思維訓練提供了借鑒：在一年級應該以直觀形象思維訓練為主，在三年級則要開始注重理性思維的訓練。

四、結論

本實驗的結論如下：

第一，一、三、五年級學生的基于規(guī)則和信息整合類別學習能力隨年級增加而逐漸上升。

第二，一年級學生在基于規(guī)則和信息整合兩種類別學習中的反應正確率都不足60%，表明一年級學生還不能掌握雙維度分類規(guī)則；而三年級和五年級學生已經能夠明顯地運用分類規(guī)則進行類別判斷；三年級學生已基本上能夠進行信息整合的分類判斷，五年級學生已經能夠較好地進行信息整合的分類判斷。

第三，一年級學生在基于規(guī)則和信息整合兩種類別學習中的成績沒有顯著差異，出現“地板效應”；三、五年級學生的基于規(guī)則和信息整合兩種類別學習存在顯著差異，表明他們在這兩種類別學習中可能采用不同的策略，可能是由不同的分類系統(tǒng)進行的。這一結果支持類別學習的多重系統(tǒng)理論。

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（作者單位：1.安徽省淮南市教師進修學校，淮南，232001；2.淮南師范學院教育學院，淮南，232001）

編輯/王抒文 終校/于 洪