科學(xué)發(fā)明中原型啟發(fā)的創(chuàng)造性思維成分及其腦機(jī)制*

楊文靜 靳玉樂 陳群林 孫江洲 童丹丹李亞丹 邱 江 張慶林

(1西南大學(xué)心理學(xué)部,認(rèn)知與人格教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;2西南大學(xué)教育學(xué)部,重慶 400715)

創(chuàng)造性一直是研究者們感興趣的研究課題。對于創(chuàng)造性的研究不僅可以幫助人們理解人類創(chuàng)造性的本質(zhì),同時可以為創(chuàng)造性人才的培養(yǎng)提供科學(xué)依據(jù)。

1 國內(nèi)外創(chuàng)造性研究現(xiàn)狀

1.1 創(chuàng)造性思維及其測試

Guilford(1967)提出,創(chuàng)造性思維主要包含發(fā)散思維(Divergent Thinking)和聚合思維(Convergent Thinking)?，F(xiàn)有研究也從這兩個方面對創(chuàng)造性的認(rèn)知和神經(jīng)機(jī)制進(jìn)行探討。隨著Guilford提出發(fā)散思維是創(chuàng)造性思維的基礎(chǔ)和主要成分,各種有影響的發(fā)散思維測驗(yàn)相繼問世,例如,吉爾福特的“智者的結(jié)構(gòu)”發(fā)散思維測驗(yàn)(The Structure of Intelligence,SOI)(Guilford,1967),托蘭斯的創(chuàng)造性思維測驗(yàn)(Torrance Tests of Creative Thinking,TTCT)(Torrance,1966),威廉姆斯創(chuàng)造性測驗(yàn)包(Creativity Assessment Packet,CAP)中的發(fā)散思維分量表(Williams,1980),一物多用任務(wù)(Alternative Uses Test,AUT)等。這些發(fā)散思維測驗(yàn)大部分至今仍在廣泛使用,主要用于測量思維的流暢性、靈活性和獨(dú)特性。隨著研究的深入,僅利用發(fā)散思維來測量個體的創(chuàng)造性思維能力受到眾多的質(zhì)疑(Dietrich&Kanso,2010)。第一,發(fā)散思維測驗(yàn)不僅費(fèi)時費(fèi)力,而且其信度一般要比智力測驗(yàn)低。第二,發(fā)散思維測驗(yàn)的評分也存在一定問題,最大困難是對獨(dú)特性的看法往往見仁見智,不夠統(tǒng)一。第三,發(fā)散思維測驗(yàn)的效度是更重要的廣為關(guān)注的問題,研究表明發(fā)散思維的預(yù)測效度較低。目前國內(nèi)外流行的發(fā)散思維測驗(yàn)大多缺乏足夠的效度資料,這些測驗(yàn)所得到的流暢性、靈活性和獨(dú)特性的分?jǐn)?shù)是否與實(shí)際生活中發(fā)明創(chuàng)造和解決問題的能力有高相關(guān),還未得到完全證實(shí)(Baer,2011;Benedek,K?nen,&Neubauer,2012;Bowden,Jung-Beeman,Fleck,&Kounios,2005,Abraham et al.,2012;Kim,2006;張慶林,Sternberg,2002)。

聚合思維是指利用已有知識經(jīng)驗(yàn)或傳統(tǒng)方法來分析已知信息,并從中獲得一個答案的思維形式(Lee&Therriault,2013;沈汪兵,劉昌,施春華,袁媛,2015)。研究者們主要采用頓悟問題解決(Insight Problem Solving)和遠(yuǎn)距離聯(lián)想測驗(yàn)(Remote Association Test,RAT)等任務(wù)來考察聚合思維。早期的頓悟問題如雙繩問題、蠟燭問題、九點(diǎn)問題等。由于這些問題很難界定頓悟發(fā)生的瞬間,因此很難研究頓悟發(fā)生一瞬間前后的認(rèn)知活動。隨著神經(jīng)影像技術(shù)的發(fā)展,需要對頓悟的機(jī)制進(jìn)行腦成像研究,就要求頓悟任務(wù)能夠引起足夠多的頓悟試次來進(jìn)行疊加以及準(zhǔn)確界定頓悟發(fā)生的瞬間(Luo&Knoblich,2007),這就引起了頓悟測試范式的更新,產(chǎn)生出一系列新的頓悟測試方式：比如遙遠(yuǎn)聯(lián)想測試(Bowden,Jung-Beeman,Fleck,&Kounios,2005),謎語任務(wù)(Luo&Knoblich,2007),具有深層和淺層含義的中國字謎任務(wù)(Qiu et al.,2010;Tian et al.,2011;Zhao et al.,2011)等。但對于遠(yuǎn)距離聯(lián)想測試及頓悟測試也存在一些質(zhì)疑,例如有研究指出遠(yuǎn)距離聯(lián)想測驗(yàn)可能測的是類似于分析思維的內(nèi)容,還有研究發(fā)現(xiàn)解決頓悟問題的能力與真實(shí)創(chuàng)造力行為水平相關(guān)較低(Beaty,Nusbaum,&Silvia,2014;Lee,Huggins,&Therriault,2014)。

1.2 創(chuàng)造性的腦機(jī)制

隨著神經(jīng)影像技術(shù)的發(fā)展,研究者們利用任務(wù)態(tài)fMRI探討個體在執(zhí)行創(chuàng)造性任務(wù)時的神經(jīng)機(jī)制。已有神經(jīng)影像學(xué)研究采用各種形式的創(chuàng)造性任務(wù),包括AUT任務(wù)(Guilford,1967,Mayseless,Eran,&Shamay-Tsoory,2015),故事和句子創(chuàng)作任務(wù)(Howard-Jones,Blakemore,Samuel,Summers,&Claxton,2005;Shah et al.,2013,Liu et al.,2015),創(chuàng)造性的隱喻任務(wù)(Benedek et al.,2014;Mashal,Faust,Hendler,&Jung-Beeman,2007),RAT任務(wù)(Dietrich&Kanso,2010),TTCT任務(wù)(Beaty,Benedek,Kaufman,&Silvia,2015;Dietrich&Kanso,2010)等。例如,有研究采用改編的AUT任務(wù),要求被試在任務(wù)中對常規(guī)物體產(chǎn)生新穎用途。研究發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生新穎用途的能力受到默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié),包括內(nèi)側(cè)前額葉(Medial Prefrontal Cortex)及后扣帶(Posterior Cingulate Cortex)(Mayseless et al.,2015)。Beaty 等(2015)采用發(fā)散思維任務(wù),發(fā)現(xiàn)默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)和執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)中的很多腦區(qū)在發(fā)散思維任務(wù)中被激活。Liu等(2015)采用詩歌創(chuàng)作任務(wù)發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造性觀點(diǎn)的產(chǎn)生和修訂過程激活了不同腦區(qū),內(nèi)側(cè)前額葉在這兩個過程中都被激活了,而與控制系統(tǒng)相關(guān)的背外側(cè)前額葉(Dorsolateral prefrontal cortex)及頂葉(Parietal Cortex)只在創(chuàng)造性觀點(diǎn)產(chǎn)生的過程中被激活。

近年來,研究者們開始嘗試從個體差異的角度探討創(chuàng)造性的大腦結(jié)構(gòu)和功能連接特點(diǎn)(Gansler et al.,2011;Jung et al.,2010;Takeuchi et al.,2012)。已有研究大多采用發(fā)散思維任務(wù)來探討這一問題(Benedek et al.,2014;Fink et al.,2014;Wei et al.,2014)。大量的研究發(fā)現(xiàn)大腦的白質(zhì)和灰質(zhì)可以有效的預(yù)測發(fā)散思維中的個體差異(Fink et al.,2014;Jung et al.,2010;Kühn et al.,2014;Takeuchi et al.,2012)。大腦結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)大腦后部的很多區(qū)域與發(fā)散思維相關(guān),如右側(cè)的楔葉(Jung et al.,2010;Fink et al.,2014)和頂下小葉(Jung et al.,2010)。Fink等(2014)探索了大腦灰質(zhì)密度與言語創(chuàng)造性的關(guān)系,結(jié)果發(fā)現(xiàn)德國智力結(jié)構(gòu)測得的流暢性、靈活性得分與右側(cè)楔葉和楔前葉的灰質(zhì)密度正相關(guān),一物多用任務(wù)得分與右側(cè)楔葉和枕上區(qū)域的灰質(zhì)密度正相關(guān)。靜息態(tài)功能連接的研究表明,個體的托蘭斯創(chuàng)造性測驗(yàn)得分與內(nèi)側(cè)前額葉和內(nèi)側(cè)顳葉的功能連接強(qiáng)度正相關(guān),發(fā)散思維訓(xùn)練之后,內(nèi)側(cè)前額葉和內(nèi)側(cè)顳葉的功能連接顯著增強(qiáng)(Wei et al.,2014)。Benedek等(2014)比較了一物多用任務(wù)中新舊想法的產(chǎn)生,發(fā)現(xiàn)與舊想法的產(chǎn)生相比,創(chuàng)造性思維的產(chǎn)生與左側(cè)前額葉和右內(nèi)側(cè)顳葉的活動增強(qiáng)有關(guān),和顳頂聯(lián)合區(qū)的失活有關(guān)。左側(cè)頂下小葉通過對以往知識的靈活整合來作用于新穎想法的實(shí)體化,而左側(cè)額下回可能參與了非創(chuàng)造性想法的抑制過程。此外,Wu等(2015)采用元分析的方法對發(fā)散思維的結(jié)構(gòu)和任務(wù)態(tài)研究進(jìn)行定量分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造性觀點(diǎn)的產(chǎn)生與背外側(cè)前額葉、后部的頂葉區(qū)域(如頂下小葉和楔前葉)、前部的扣帶以及顳葉的一些區(qū)域激活有關(guān)。背外側(cè)前額葉的主要作用是將遙遠(yuǎn)的概念組織形成創(chuàng)造性觀點(diǎn),扣帶回與發(fā)現(xiàn)和形成語義聯(lián)系有關(guān),而頂葉主要是提取和緩存形成的創(chuàng)造性想法。對于發(fā)散思維的大腦結(jié)構(gòu)影像學(xué)研究的元分析則發(fā)現(xiàn)個體的發(fā)散思維能力主要與多巴胺系統(tǒng),例如左側(cè)的尾狀核和屏狀核有關(guān)。

2 問題提出

首先,當(dāng)前對創(chuàng)造性的測量和神經(jīng)機(jī)制的研究主要采用發(fā)散思維任務(wù)、遠(yuǎn)距離聯(lián)想測驗(yàn)、頓悟問題解決等任務(wù)。但這些測量工具大多停留在對非科學(xué)問題解決的研究上,因此生態(tài)效度和預(yù)測效度不高。未來創(chuàng)造性的研究需要探索具有更高生態(tài)效度的實(shí)驗(yàn)材料和范式來揭示現(xiàn)實(shí)生活中的科學(xué)發(fā)明創(chuàng)造的神經(jīng)基礎(chǔ),開發(fā)具有更高預(yù)測效度的創(chuàng)造性測試工具。第二,以往有關(guān)頓悟的研究沒有深入的揭示已有知識對頓悟的啟發(fā)作用,而現(xiàn)實(shí)生活中的很多頓悟都需要從表面上無關(guān)的知識中獲取思路的啟發(fā)。原型啟發(fā)理論能很好地解釋現(xiàn)實(shí)生活中如何從無關(guān)知識中獲得啟發(fā)而產(chǎn)生頓悟(張慶林,田燕,邱江,2012;Tong et al.,2015;Luo et al.,2013;Hao et al.,2013;Ming,Tong,Yang,Qiu,&Zhang,2014),本研究基于原型啟發(fā)理論延伸了不同難易程度的測試范式,采用這些范式探討原型啟發(fā)過程中的創(chuàng)造性成分及其神經(jīng)機(jī)制,為開發(fā)具有更高生態(tài)效度和預(yù)測效度的創(chuàng)造性測試工具打下基礎(chǔ)。第三,已有關(guān)于創(chuàng)造性的多數(shù)研究大多單一采用發(fā)散思維測試或主要包含聚合思維的頓悟任務(wù),然而把兩種思維方式結(jié)合起來研究才能更好的探索創(chuàng)造性思維的機(jī)制。原型啟發(fā)促發(fā)頓悟的過程既包括了發(fā)散思維,又包括了聚合思維(張慶林等,2012;Ming et al.,2014)。第四,已有的頓悟問題是由實(shí)驗(yàn)者清晰提出的,而現(xiàn)實(shí)中的科學(xué)發(fā)明創(chuàng)造的頓悟問題是模糊不清、結(jié)構(gòu)不良的,未來研究需要探索發(fā)明創(chuàng)造中結(jié)構(gòu)不良問題解決所包含的能力結(jié)構(gòu)、測試方式及認(rèn)知神經(jīng)基礎(chǔ)。

本項(xiàng)目將利用現(xiàn)實(shí)生活中結(jié)構(gòu)不良的科學(xué)發(fā)明材料(即要解決的問題和原型材料都不是以最簡潔明了的方式呈現(xiàn)給被試)深入探討科學(xué)發(fā)明中原型啟發(fā)的創(chuàng)造性思維成分及機(jī)制;運(yùn)用大樣本的行為和磁共振數(shù)據(jù),從行為和腦機(jī)制上進(jìn)一步驗(yàn)證創(chuàng)造性思維成分的結(jié)構(gòu)效度;通過任務(wù)態(tài)核磁實(shí)驗(yàn)探索原型啟發(fā)范式所涵蓋的創(chuàng)造性思維成分的腦機(jī)制;并試圖在高校和企業(yè)研發(fā)機(jī)構(gòu)中進(jìn)行跟蹤研究,檢驗(yàn)創(chuàng)造性思維成分測試的預(yù)測效度;最終,通過本項(xiàng)目的開展,希望能開發(fā)具有更好預(yù)測效度和生態(tài)學(xué)效度的用于發(fā)明創(chuàng)造領(lǐng)域的創(chuàng)造性測量工具。

3 研究構(gòu)想

本項(xiàng)目將探討科學(xué)發(fā)明中原型啟發(fā)思維過程的創(chuàng)造性成分及其相應(yīng)的腦機(jī)制,為將來開發(fā)一套用于發(fā)明創(chuàng)造領(lǐng)域的創(chuàng)造性測量工具奠定基礎(chǔ)。具體包括4方面的內(nèi)容：研究一,通過兩個行為實(shí)驗(yàn)探索更符合現(xiàn)實(shí)科學(xué)發(fā)明創(chuàng)造的結(jié)構(gòu)不良問題解決中原型啟發(fā)能力的創(chuàng)造性成分測試的結(jié)構(gòu)效度;研究二,運(yùn)用靜息態(tài)和結(jié)構(gòu)態(tài)的大樣本數(shù)據(jù),從腦機(jī)制上進(jìn)一步驗(yàn)證科學(xué)發(fā)明中原型啟發(fā)能力的創(chuàng)造性成分測試的結(jié)構(gòu)效度;研究三,通過3個任務(wù)態(tài)核磁實(shí)驗(yàn)分別探索科學(xué)發(fā)明中原型啟發(fā)能力的創(chuàng)造性成分的腦機(jī)制;研究四,在高校和企業(yè)研發(fā)機(jī)構(gòu)進(jìn)行跟蹤研究,檢驗(yàn)科學(xué)發(fā)明中原型啟發(fā)能力的創(chuàng)造性成分測試的預(yù)測效度。

研究一,科學(xué)發(fā)明中原型啟發(fā)能力的創(chuàng)造性成分探析

根據(jù)以往研究和對原型啟發(fā)認(rèn)知過程的分析,我們總結(jié)出原型啟發(fā)的過程應(yīng)該包括如下的認(rèn)知成分：功能語義的連結(jié)力,關(guān)鍵信息的洞察力,原型捕獲的直覺判斷力,相似語義的連結(jié)力。針對這些認(rèn)知成分,我們分別編制了一系列測試這些認(rèn)知成分的任務(wù),并對大學(xué)生被試進(jìn)行測試。對收集到的行為數(shù)據(jù)進(jìn)行探索性因素分析,找到原型啟發(fā)過程所包含的創(chuàng)造性思維成分。通過因素分析在行為上考察各個認(rèn)知成分得分間的關(guān)系及各成分與總分的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)假設(shè),每個認(rèn)知成分的得分之間有較低的相關(guān),而與總分有較高的相關(guān)。具體包括兩個實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)1：科學(xué)發(fā)明中原型啟發(fā)能力的創(chuàng)造性成分的探索性因素分析

招募200名大學(xué)生被試,讓其完成4個原型啟發(fā)能力的創(chuàng)造性成分測試(包括,功能語義的連結(jié)力,關(guān)鍵信息的洞察力,原型捕獲的直覺判斷力,相似語義的連結(jié)力),每個實(shí)驗(yàn)都采用“問題思考”和“原型啟發(fā)”的兩階段實(shí)驗(yàn)范式,但每個實(shí)驗(yàn)中的自變量不同。所謂“問題思考”和“原型啟發(fā)”的兩階段實(shí)驗(yàn)范式是指,先讓被試在無原型的條件下思考選自《科學(xué)發(fā)明實(shí)驗(yàn)問題材料庫》中的多個問題,在得不到答案的情況下隨機(jī)提供多個原型,讓被試在原型啟發(fā)的條件下思考當(dāng)前原型能幫助其解決先前學(xué)過的哪一個問題,并且要求被試寫出想到的問題及解決此問題的方法。隨后對收集到的行為數(shù)據(jù)進(jìn)行探索性因素分析,找到原型啟發(fā)過程中所包含的創(chuàng)造性結(jié)構(gòu)成分。

實(shí)驗(yàn)2：科學(xué)發(fā)明中原型啟發(fā)能力的創(chuàng)造性成分的驗(yàn)證性因素分析

利用和實(shí)驗(yàn)一相同的“問題思考”和“原型啟發(fā)”兩階段實(shí)驗(yàn)范式。招募另一組200名大學(xué)生被試完成上述相同的實(shí)驗(yàn)測試,收集到被試的行為數(shù)據(jù),進(jìn)行驗(yàn)證性因素分析。驗(yàn)證通過實(shí)驗(yàn)一所萃取出的原型啟發(fā)能力的創(chuàng)造性成分的有效性。

研究二,科學(xué)發(fā)明中原型啟發(fā)能力的創(chuàng)造性成分的結(jié)構(gòu)效度檢驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)3：運(yùn)用多模態(tài)數(shù)據(jù)解構(gòu)原型啟發(fā)創(chuàng)造性成分的結(jié)構(gòu)和功能基礎(chǔ)

通過收集200名大學(xué)生被試的大腦結(jié)構(gòu)(3DT1,DTI)和Rest-fMRI數(shù)據(jù),以及個體在原型啟發(fā)創(chuàng)造性結(jié)構(gòu)成分測試、智力(威克斯勒智力量表;瑞文推理測試等)、記憶(N-back任務(wù))和人格傾向上的分?jǐn)?shù)。采用多變量模式分析技術(shù),探討原型啟發(fā)能力的創(chuàng)造性成分的結(jié)構(gòu)和功能基礎(chǔ),并與以往創(chuàng)造性的研究進(jìn)行比較,討論各成分腦機(jī)制的異同,從腦機(jī)制的角度證實(shí)基于原型啟發(fā)的創(chuàng)造性測量工具與傳統(tǒng)的創(chuàng)造性測試工具相似(但不完全相同)的創(chuàng)造性腦機(jī)制。同時,各個測量針對創(chuàng)造性思維的不同成分,因此,各個測量必須有不同成分(機(jī)制)。最后,從理論上進(jìn)行歸納和創(chuàng)新。

研究三,科學(xué)發(fā)明中原型啟發(fā)能力的創(chuàng)造性成分的腦機(jī)制研究

研究三通過3個任務(wù)態(tài)研究探索科學(xué)發(fā)明中原型啟發(fā)能力的創(chuàng)造性成分的腦機(jī)制。

實(shí)驗(yàn)4：原型啟發(fā)的創(chuàng)造性成分之一——關(guān)鍵信息的洞察力

發(fā)現(xiàn)與問題的“需求性功能”在語義上具有相似性的原型的“特征性功能”是原型啟發(fā)能力的關(guān)鍵特征之一。然而,原型的功能是多種多樣的,以蝦子為例,它具有營養(yǎng)的功能、水產(chǎn)養(yǎng)殖的功能、商品的功能、繪畫素材的功能等等,人們怎樣在表征原型的時候成功地排除許多與要解決的問題無關(guān)的功能信息或表面特征信息(本研究稱之為冗余信息),而突出表征對問題的解決具有啟發(fā)價(jià)值的特征性功能信息(例如,蝦殼“既堅(jiān)硬又可以彎曲”),這或許是原型啟發(fā)的關(guān)鍵。我們假設(shè),高創(chuàng)造性的人在解決科學(xué)發(fā)明問題的時候似乎總能“獨(dú)具慧眼”,能夠在清晰表征問題的“需求性功能”的基礎(chǔ)上成功地洞察事物的“特征性功能”,具有很強(qiáng)的排除冗余信息干擾的能力。因此,本實(shí)驗(yàn)通過操作冗余信息的多少來考察個體排除干擾信息的能力。

具體的實(shí)驗(yàn)操作為：對原型文字中“特征性功能”詞語加以標(biāo)識,因變量是問題激活率和問題解決正確率以及fMRI實(shí)驗(yàn)中的大腦激活。實(shí)驗(yàn)采用“問題思考”和“原型啟發(fā)”兩階段實(shí)驗(yàn)范式,即：先讓被試在無原型的條件下思考選自《科學(xué)發(fā)明實(shí)驗(yàn)問題材料庫》中的多個問題,由于這些科學(xué)問題難度很高,多數(shù)被試都不能解決這些問題,然后在得不到答案的情況下隨機(jī)提供多個原型,讓被試在原型啟發(fā)的條件下思考當(dāng)前原型能幫助其解決先前學(xué)過的什么問題,并且要求被試寫出想到的問題及解決此問題的方法。我們的實(shí)驗(yàn)假設(shè)是： 1,冗余信息對問題表征和原型表征之間功能語義的自動聯(lián)接具有明顯的干擾作用;2,突出原型中的特征性功能(對其加以標(biāo)識),就能夠有效降低冗余信息的干擾效應(yīng)。

實(shí)驗(yàn)5：原型啟發(fā)的創(chuàng)造性成分之二——相似語義的連結(jié)力

原型啟發(fā)的關(guān)鍵在于發(fā)現(xiàn)原型和問題之間“功能語義”上的相似性。我們假設(shè),這種基于語義相似性的大腦自動聯(lián)接機(jī)制是創(chuàng)造性的“原始能力”,因此有必要運(yùn)用簡單的語義相似性(形容詞的語義相似性)來檢驗(yàn)大腦自動聯(lián)接能力上的個體差異及其腦機(jī)制。

具體的實(shí)驗(yàn)操作為：采用語義相似的不同形容詞詞對(事先評定好其相似性程度)作為實(shí)驗(yàn)材料,將詞對中的兩個詞分開,隨機(jī)分為兩組(形成配對回憶的“記憶詞表”和“線索詞表”)。讓被試在磁共振中先學(xué)習(xí)“記憶詞表”,之后再隨機(jī)呈現(xiàn)沒有學(xué)習(xí)過的“線索詞表”(其中包含一半與記憶詞表無關(guān)的詞語),要求被試針對每一個線索詞配對回憶之前學(xué)習(xí)過的“記憶詞表”中的相應(yīng)形容詞。通過比較與學(xué)習(xí)詞配對的詞語和無關(guān)詞語的大腦激活區(qū)域,來驗(yàn)證語義相似性激活的腦區(qū)與原型啟發(fā)中自動響應(yīng)的腦區(qū)的異同。

實(shí)驗(yàn)6：原型啟發(fā)的創(chuàng)造性成分之三——原型捕獲的直覺判斷力

實(shí)驗(yàn)4和5中所運(yùn)用的《科學(xué)發(fā)明實(shí)驗(yàn)問題材料庫》都是以文字方式呈現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)材料,這些文字已經(jīng)歸納出了原型的“特征性功能”,而現(xiàn)實(shí)中的原型往往不是以文字方式出現(xiàn)在人們面前,所以有必要采用生態(tài)學(xué)效度更高的原型呈現(xiàn)方式(視頻)。這種測試方式更能考察個體在現(xiàn)實(shí)生活中如何受到原型的啟發(fā)解決當(dāng)前問題。本實(shí)驗(yàn)采用“視頻材料”的呈現(xiàn)方式來替代《科學(xué)發(fā)明實(shí)驗(yàn)問題材料庫》中以文字方式呈現(xiàn)的原型,用更加具有生態(tài)學(xué)效度的測驗(yàn)范式來探索問題表征和原型表征間的大腦自動聯(lián)接機(jī)制。

研究四,檢驗(yàn)原型啟發(fā)的創(chuàng)造性成分測試的預(yù)測效度

實(shí)驗(yàn)7：在高校和企業(yè)研發(fā)機(jī)構(gòu)進(jìn)行跟蹤研究,檢驗(yàn)原型啟發(fā)的創(chuàng)造性成分測試的預(yù)測效度

在學(xué)校和企業(yè)中采用縱向追蹤的方式檢驗(yàn)幾種創(chuàng)造性成分測試的預(yù)測效度。對200名大學(xué)生進(jìn)行原型啟發(fā)的創(chuàng)造性成分測試,隨后跟蹤其創(chuàng)造性表現(xiàn),比如創(chuàng)新設(shè)計(jì),挑戰(zhàn)杯,數(shù)學(xué)建模等,以及畢業(yè)論文或科研能力(學(xué)術(shù)論文)的創(chuàng)造性水平,對數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析和回歸分析;對企業(yè)技術(shù)研發(fā)人員進(jìn)行原型啟發(fā)的創(chuàng)造性成分測試,然后跟蹤其創(chuàng)新成就(例如,專利和被公司采納的新技改的數(shù)量),進(jìn)行相關(guān)分析和回歸分析。考察基于原型啟發(fā)的創(chuàng)造性成分測試在學(xué)校和企業(yè)中的預(yù)測效度。

4 意義與展望

他山之石,可以攻玉。科學(xué)發(fā)明領(lǐng)域“原型啟發(fā)”的事例十分普遍,從中國的“魯班從帶齒邊的茅草中得到啟發(fā)而發(fā)明鋸子”的傳說,到“瓦特從沸騰的開水壺上受到啟發(fā)而發(fā)明蒸汽機(jī)”的經(jīng)典故事,都說明“原型啟發(fā)”是科學(xué)發(fā)明的一種重要思維方式。在科學(xué)發(fā)明創(chuàng)造中,高創(chuàng)造性者在面對難以解決的科學(xué)問題時,為什么會“獨(dú)具慧眼”,能夠從表面上不相關(guān)的現(xiàn)象中受到啟發(fā),而突然頓悟到科學(xué)問題解決的巧妙思路？其中涉及到哪些“創(chuàng)造性成分”？怎樣才能夠有效測量和評價(jià)到這些創(chuàng)造性成分？怎樣在實(shí)際運(yùn)用中檢驗(yàn)這些創(chuàng)造性成分測試范式的預(yù)測效度？原型啟發(fā)范式將有利于解決這些科學(xué)問題。先前原型啟發(fā)的研究只是采用“結(jié)構(gòu)良好問題的測試”(“問題”和“原型”都是以最簡潔的文本方式呈現(xiàn)給被試),本項(xiàng)目將采用“結(jié)構(gòu)不良問題”和更復(fù)雜、更困難的原型啟發(fā)范式對現(xiàn)實(shí)生活中的原型啟發(fā)現(xiàn)象進(jìn)行研究,綜合利用這些范式探討原型啟發(fā)過程的創(chuàng)造性成分。所采用的測試方式和所要測試的能力如下：采用“簡潔文本測試”來探討個體功能語義的連結(jié)力;采用“信息冗余測試”來探討個體關(guān)鍵信息洞察力;采用“視頻體驗(yàn)測試”來探討原型捕獲的直覺判斷力;采用“詞匯配對測試”來探討相似語義連結(jié)力。之所以采用4種范式通過因素分析的方式探討原型啟發(fā)的創(chuàng)造性思維成分是有著邏輯關(guān)系的。最簡潔的文本測試范式屬于結(jié)構(gòu)良好的問題,也就是原型的結(jié)構(gòu)和功能用最簡單的文本總結(jié)出來并且告知被試。但實(shí)際生活中,個體需要排除冗余干擾信息才能有效表征原型和問題,同時原型和問題信息也并不是以文字的形式呈現(xiàn)出來的。所以采用了“信息冗余測試”和“視頻體驗(yàn)測試”來探討更具有生態(tài)效度的現(xiàn)實(shí)生活中的原型啟發(fā)效應(yīng)。同時,我們試圖將原型啟發(fā)測試從科學(xué)發(fā)明領(lǐng)域拓展到一般領(lǐng)域,我們認(rèn)為“詞匯配對測試”中探討的相似語義連結(jié)力和其它3種原型啟發(fā)范式測量到的能力具有相同的效果,但“詞匯配對測試”測量到的是更一般的能力,是原始動力的問題?，F(xiàn)有的數(shù)據(jù)結(jié)果表明這種簡單的詞匯配對測試分?jǐn)?shù)與個體在其它幾個原型啟發(fā)測試上的得分高相關(guān),在神經(jīng)機(jī)制上也有相似之處。這說明采用這種簡單的詞匯配對測試也許可以在一定程度上測量到個體的原型啟發(fā)能力。

原型啟發(fā)是頓悟產(chǎn)生的主要途徑之一。例如,中國科學(xué)家在“神舟六號”航天飛機(jī)上天之前被設(shè)計(jì)“既堅(jiān)硬(能夠承受氣壓)又要能夠彎曲”的宇航服難住了,最后他們在吃煮熟的蝦子時,從蝦子外殼的“既堅(jiān)硬又可彎曲的環(huán)狀結(jié)構(gòu)”中獲得啟發(fā)而解決了這個頓悟問題。原型啟發(fā)理論認(rèn)為,原型啟發(fā)的加工機(jī)制包含兩個認(rèn)知要素：第一是原型激活,第二是原型所隱含的啟發(fā)信息的運(yùn)用(Ming et al.,2014;Luo et al.,2013;Tong et al.,2015;Yang et al.,2016;張慶林,邱江,曹貴康,2004)。原型自動激活必須滿足3個條件：第一,被試在原型學(xué)習(xí)階段能夠形成一個“構(gòu)造-功能”的抽象原理的語義表征,而排除表面特征的干擾。例如,對蝦子形成一個其外殼是“環(huán)狀結(jié)構(gòu)-既堅(jiān)硬又可彎曲”的表征。第二,被試在解決科學(xué)發(fā)明問題的時候,首先必須明確問題關(guān)鍵之所在,即明確認(rèn)識到“目標(biāo)”是實(shí)現(xiàn)某種“功能”,并努力尋求實(shí)現(xiàn)“目標(biāo)”的有效“手段”。形成一個“什么構(gòu)造能夠?qū)崿F(xiàn)當(dāng)前的這種功能”的語義表征(例如,宇航服問題表征為“什么構(gòu)造-既堅(jiān)硬又可彎曲”);第三,被試的原型表征中的“特征性功能”和問題表征中的“需求性功能”具有語義上的一致性或相似性。大腦“自動響應(yīng)機(jī)制”就會依據(jù)“相似性原理”自動發(fā)生聯(lián)接,并將原型表征中的“構(gòu)造-功能”映射到問題表征的“什么構(gòu)造-某種功能”之中(Ming et al.,2014;張慶林等,2012)。該理論中關(guān)鍵的是兩點(diǎn)：第一,原型表征(“構(gòu)造-功能”的抽象原理的語義表征)的難易程度,本研究采用的4種測試中的3種,即“簡潔文本測試”、“信息冗余測試”、“視頻體驗(yàn)測試”,這3個測試難度依次遞增,也更符合現(xiàn)實(shí)生活中的原型啟發(fā)現(xiàn)象,難的測試更適宜于高創(chuàng)造性人才的測試,如何有效的排除干擾信息,如何準(zhǔn)確的表征原型中的結(jié)構(gòu)和功能信息,這些或許屬于策略型因素,與學(xué)習(xí)和訓(xùn)練關(guān)系更大;第二,依據(jù)“相似性原理”自動聯(lián)接能力,對應(yīng)于4種測試方式中的 “詞匯配對測試”,在這一測試中,個體在掌握詞匯的基礎(chǔ)上,依據(jù)詞語間的相似性自動激活配對的詞語,我們推論這或許更多是能力型的因素,與遺傳關(guān)系更大。

以上4種測試方式的難度不同(“簡潔文本測試”是結(jié)構(gòu)最良好問題測試),因此適用對象和研究目的也不同。已經(jīng)完成的結(jié)構(gòu)效度和驗(yàn)證性因素分析表明,這4種測試范式能很好測量到原型啟發(fā)中的創(chuàng)造性成分,因此在未來編制量表的時候,它們可以同屬一個量表。在此基礎(chǔ)上,本項(xiàng)目正運(yùn)用4種測試方式的大樣本行為數(shù)據(jù)、磁共振多模態(tài)數(shù)據(jù)(VBM、DTI以及Rest-fMRI等)進(jìn)行潛變量分析,找到4種測試的共同和不同腦機(jī)制,并檢驗(yàn)“詞匯配對測試”是否能測到原型啟發(fā)能力,從大腦機(jī)制上進(jìn)一步驗(yàn)證基于原型啟發(fā)的創(chuàng)造性成分測試的結(jié)構(gòu)效度。“原型啟發(fā)”并不是科學(xué)發(fā)明領(lǐng)域唯一的創(chuàng)造性思維形式。后續(xù)的研究除了采用原型啟發(fā)范式之外,我們還試圖探索其它一些范式,例如問題新發(fā)現(xiàn)范式,發(fā)散運(yùn)用范式,技術(shù)嫁接范式,信息整合范式,全面探討科學(xué)發(fā)明領(lǐng)域中的創(chuàng)造性思維。

以往對創(chuàng)造性思維的研究大多采用知識貧乏領(lǐng)域的問題,具有特定領(lǐng)域知識的人在解決知識豐富領(lǐng)域問題時是如何獲得頓悟的目前還研究較少,一個重要的原因是個體在特定領(lǐng)域已掌握的知識量作為額外變量很難控制。我們利用《科學(xué)發(fā)明實(shí)驗(yàn)問題材料庫》和學(xué)習(xí)測試范式有利于把專業(yè)知識作為一個變量,探討知識豐富領(lǐng)域的創(chuàng)造性思維的神經(jīng)機(jī)制。讓被試在學(xué)習(xí)了特定知識后進(jìn)行科學(xué)發(fā)明創(chuàng)造任務(wù)更符合現(xiàn)實(shí)生活中的科學(xué)發(fā)明情景,使得實(shí)驗(yàn)室的研究更有效的反應(yīng)現(xiàn)實(shí)生活情境。本研究證明原型啟發(fā)過程中的創(chuàng)造性結(jié)構(gòu)成分,并基于此探討原型啟發(fā)的創(chuàng)造性成分測試的結(jié)構(gòu)和預(yù)測效度,這將為后續(xù)開發(fā)具有更高生態(tài)效度和預(yù)測效度的用于科學(xué)發(fā)明領(lǐng)域的創(chuàng)造性測量工具提供基礎(chǔ)。

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