基于問題解決式的類比推理的老化：表面相似性和結(jié)構(gòu)相似性的作用*

李美佳 莊丹琪2, 彭華茂

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基于問題解決式的類比推理的老化：表面相似性和結(jié)構(gòu)相似性的作用

李美佳莊丹琪彭華茂

(北京師范大學(xué)發(fā)展心理研究院, 北京 100875) (前錦網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)(上海)有限公司北京分公司, 北京 100016)

采用2年齡(老年/年輕)×2表面相似性(高/低)×2結(jié)構(gòu)相似性(高/低)三因素混合設(shè)計, 考察表面信息和結(jié)構(gòu)信息在基于問題解決范式的類比推理老化中的作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn), 老年人的類比推理成績顯著差于年輕人。源問題和靶問題的表面相似性和結(jié)構(gòu)相似性的提高, 會促進個體檢索源問題, 并提高推理質(zhì)量。對于老年人而言, 表面相似性更重要; 對于年輕人而言, 結(jié)構(gòu)相似性更重要。

類比推理; 遷移; 問題解決范式; 表面相似性; 結(jié)構(gòu)相似性

1 引言

類比推理指在某情景或領(lǐng)域中先前獲得的有關(guān)問題(源問題)解決方法的知識向另一個情景或領(lǐng)域問題(靶問題)的遷移(Gentner, 1988)。例如, 魯班被齒狀邊緣的葉子割傷手指而發(fā)明鋸子鋸開木頭、人類根據(jù)鳥飛行的原理制造了飛機。類比是具有適應(yīng)性的機制, 可減少自然情境下問題解決的不確定性(Chan, Paletz, & Schunn, 2012)。類比和相似性在學(xué)習和遷移上具有重要作用(Gentner, Rattermann, & Forbus, 1993)。

類比推理研究中, 推理任務(wù)形式包括兩類。一類是皮亞杰提出、斯滕伯格(Sternberg & Nigro, 1980)改進的經(jīng)典類比推理任務(wù)范式, 其一般形式為a:b::c:d, 如面包:牛奶: :油條:豆?jié){, 即人們可以由面包和牛奶的關(guān)系(西式早餐搭配)推測出油條和豆?jié){的關(guān)系(中式早餐搭配)。另一類是問題解決式的推理任務(wù)(Chen & Siegler, 2013), 即面臨新異問題(target)時, 利用先前具有相似情形的問題解決方法(source)來解決當前問題, 如被試閱讀一個源問題：“樵夫李老頭推一車柴下山, 他口渴了便拿出水壺喝水。不料柴車著火, 但周圍沒有水源, 李老頭情急之下趕緊把水壺中的水潑在柴車上, 但由于水太少了, 火勢依舊兇猛。他只能眼看著自己的柴車被大火燒盡了”。在這個故事情境中, 樵夫解決問題的方式是把身邊可得到的液體(湯)潑灑在著火的車上, 但只是杯水車薪, 無法熄滅大火。之后被試閱讀靶問題——“農(nóng)民老張摘了一車的草準備運回家喂牲口。老張有些餓了, 就停下來休息, 拿出一碗湯。不料天氣太熱, 老張發(fā)現(xiàn)草正在被烤焦, 發(fā)出刺鼻的味道”——并回答此故事情境中接下來會發(fā)生什么事情。根據(jù)源問題中類似的情節(jié)發(fā)展, 應(yīng)當是“老張情急之下趕緊把手中的湯灑在草上, 但只是杯水車薪, 老張只能眼看著車里的草全被烤干了”。

以往的研究通過詞語推理(Bugaiska & Thibaut, 2015; Clark, Gardner, Brown, & Howell, 1990)、字母序列歸納推理(Saczynski, Willis, & Schaie, 2002)、已知前提類比句子關(guān)系(Salthouse, Legg, Palmon, & Mitchell, 1990)等發(fā)現(xiàn)老年人的類比推理能力出現(xiàn)普遍的下降, 老年人在類比推理中整合關(guān)系存在困難, 難以抑制無關(guān)特征對正確信息的干擾作用(Viskontas, Holyoak, & Knowlton, 2005), 以及較長的反應(yīng)時(Clark et al., 1990)等。在腦機制方面, 研究者發(fā)現(xiàn)白質(zhì)完整性(white matter integrity)與成套的認知能力測驗中的推理能力及老年人的日常功能之間存在相關(guān)關(guān)系, 前額葉皮層白質(zhì)束和兩半球間的交流在更高階的認知功能中具有重要作用(Monge, Greenwood, Parasuraman, & Strenziok, 2016)。但經(jīng)典類比推理任務(wù)范式的實驗材料多為圖形、字母、數(shù)字等, 對于老年人來說問題形式不一定熟悉, 且材料提供的背景信息相對較少。基于問題解決式的推理任務(wù)通常以故事或問題呈現(xiàn)任務(wù), 需要被試根據(jù)長時記憶中的源問題將靶問題補充完整, 需補充的部分不涉及故事主線(HOR), 但模擬了真實的問題解決情境中的界定不清晰問題。相比于經(jīng)典類比推理任務(wù), 基于問題解決式的類比推理任務(wù)可提供更多背景信息(context), 可能會有助于老年人完成推理任務(wù)。已有研究發(fā)現(xiàn), 在兒童研究中使用基于問題解決式的類比推理任務(wù), 會比經(jīng)典類比任務(wù)范式下表現(xiàn)的更好(Brown & Kane, 1988), 通過視頻呈現(xiàn)更多信息也會有助于完成推理任務(wù)(Chen & Siegler, 2013)。故而, 本研究推論使用該范式將會比經(jīng)典類比任務(wù)更有助于老年人完成推理任務(wù)。此外, 老年人在實際生活中, 有更多機會遇到可基于先前問題解決辦法來應(yīng)對新問題的情況, 老年人自身的生活經(jīng)驗和智慧可能也會有助于老年人完成問題解決式的推理任務(wù)(Jeste & Oswald, 2014)。但目前基于問題解決式的推理研究較少, 且被試多為兒童(Tunteler, 2002)、青少年(Jablansky, Alexander, Dumas, & Compton, 2016)和大學(xué)生(Catrambone, 2002; Ross, 1989)。因此, 老年人在基于問題解決式的類比推理任務(wù)中, 是否也表現(xiàn)出較差的成績, 是本研究考察的問題之一。

發(fā)展研究中, 對關(guān)系相似性的理解和表征是推理能力發(fā)展的重要內(nèi)部基礎(chǔ)(Gentner, 1988; Goswami,1991; 辛自強, 2007), 不論是經(jīng)典推理任務(wù)(a:b::c:d)還是問題解決任務(wù)(Chen & Siegler, 2013)均如此。相似性會影響社會關(guān)系中對他人行為的表征(Liviatan, Trope, & Liberman, 2008)、判斷及決策偏差(Koehler, Brenner, Liberman, & Tversky, 1996)等。靶問題和源問題對應(yīng)各成分的相似性可以促進對源問題的檢索(Catrambone, 2002; Holyoak & Koh, 1987)。自20世紀90年代起, 研究者(Catrambone, 2002; Gentner et al., 1993)將問題解決式的類比推理任務(wù)中的信息分解為表面信息(surface feature)和結(jié)構(gòu)信息(structural feature)兩種類型。表面信息包括實體(entities)和謂項(attributes), 實體通常指故事中所包括的人和客觀事物, 如：“樵夫”、“柴”; 謂項是形容實體的屬性, 如“高大的”。結(jié)構(gòu)信息包括初級關(guān)系(first-order relation)和高級關(guān)系(higher- order relation)。初級關(guān)系表達的是實體間的關(guān)系, 一般是動詞, 例如故事中的“潑”、“著火”等; 高級關(guān)系是以整個問題作為客體提取出的抽象規(guī)則, 如“杯水車薪”, 源問題和靶問題共享一個高級關(guān)系才能形成類比關(guān)系。對源問題和靶問題表面信息和結(jié)構(gòu)信息相似性的再認, 引導(dǎo)著相關(guān)源問題的提取和選擇, 并用到靶問題的解決中。

源問題和靶問題成分的相似性可促進檢索源問題, 從而提高推理成績(Catrambone, 2002; Holyoak & Koh, 1987), 但相似性作用復(fù)雜, 表面相似性和結(jié)構(gòu)相似性的作用誰更大一直存在爭議(Bulloch & Opfer, 2009)。一方面, 有研究發(fā)現(xiàn)精確推理有賴于結(jié)構(gòu)相似, 如因果結(jié)構(gòu)(Holyoak & Koh, 1987)、原則使用等。Gentner (1983)認為在問題解決階段起主要作用的是問題中的初級關(guān)系和高級關(guān)系, 問題解決者能否歸納出這種高級結(jié)構(gòu)關(guān)系是解決問題的關(guān)鍵。Holyoak和Koh (1987)的圖式理論認為, 個體在編碼源問題階段產(chǎn)生圖式(即總結(jié)出結(jié)構(gòu)信息), 當靶問題出現(xiàn)時, 不用直接回憶出源問題就可解決問題, 結(jié)構(gòu)的相似性似乎能夠更強地激活對源問題的檢索。Schnotz和Baadte (2015)對圖形推理的表面結(jié)構(gòu)和深層結(jié)構(gòu)進行操縱, 發(fā)現(xiàn)當年輕人被試回憶起深層結(jié)構(gòu)時, 回憶準確性更好,深層結(jié)構(gòu)比表面結(jié)構(gòu)效果更強。另一方面, 也有研究認為基于相似性的提示作用源自表面相似而非結(jié)構(gòu)相似。Ross (1984)發(fā)現(xiàn), 故事因果關(guān)系的相似性對目標故事通達性, 即提取類比源, 作用很大; 但對準確應(yīng)用該故事的規(guī)則, 即結(jié)構(gòu)信息, 作用不大。在兒童研究中也發(fā)現(xiàn)正確映射更多依賴表面相似性(Pierce & Gholson, 1994), 兒童在九歲前很難利用結(jié)構(gòu)相似性進行推理。在老年人的推理研究中, 老年人亦更多編碼了表面信息。Viskontas, Morrison, Holyoak, Hummel和Knowlton (2004)使用人物碎片類比任務(wù)(people pieces analogy task)對老年人類比推理進行考察, 源問題和靶問題各包含一對人物圖片, 可能在“性別、高矮、胖瘦、黑白”四個維度上出現(xiàn)相同, 被試需根據(jù)源問題圖片下方要求觀察的某一個或兩個維度整合出源問題兩個人物的一致性關(guān)系(只有“相同”或“不同”兩種關(guān)系); 然后呈現(xiàn)靶問題, 讓被試判斷靶問題中兩個人物在要求觀察的維度下, 一致性是否與源問題一樣。結(jié)果發(fā)現(xiàn)老年人更多編碼表面信息, 沒有或較少地加工關(guān)系(結(jié)構(gòu))信息(Viskontas et al., 2004)。此外, 在視覺工作記憶的研究中發(fā)現(xiàn), 相比單獨記憶顏色這一表面信息, 老年人將表面信息(顏色?形狀)結(jié)合的能力出現(xiàn)衰退(Isella, Molteni, Mapelli, & Ferrarese, 2015), 神經(jīng)計算模型顯示這種年齡相關(guān)的結(jié)構(gòu)提取能力下降與表征中噪音增多有關(guān)(Rhodes, Parra, Cowan, & Logie, 2017)。綜合前人研究, 不同年齡的被試似乎存在不同的結(jié)論：結(jié)構(gòu)相似性占優(yōu)勢的研究, 對象大多是年輕人(Holyoak & Koh, 1987; Schnotz & Baadte, 2015); 而對于兒童和老年人來說, 則更優(yōu)先加工表面相似性(Viskontas et al., 2004)。因此本研究關(guān)注的問題之二為：在基于問題解決式的類比推理任務(wù)中, 老年人和年輕人對表面信息和結(jié)構(gòu)信息相似性的敏感程度是否存在差異？根據(jù)以往研究結(jié)果, 相比結(jié)構(gòu)相似, 表面信息相似性的提高是否能更多促進老年人的推理？

綜上所述, 本研究基于問題解決范式, 采用故事類比的任務(wù), 通過對源問題和靶問題中包含的表面信息和結(jié)構(gòu)信息的相似性進行系統(tǒng)操縱, 使得老年人和年輕人對源問題達到同等編碼水平, 旨在研究以下兩個問題：(1)基于問題解決范式的類比推理, 老年人的成績相比于年輕人是否出現(xiàn)下降; (2)類比推理中表面相似和結(jié)構(gòu)相似對不同年齡群體的推理質(zhì)量是如何作用的：對于老年人而言, 是否表面相似性更重要; 對年輕人而言, 是否結(jié)構(gòu)相似性更重要？

2 方法

2.1 被試

在北京師范大學(xué)招募29名20~26歲的年輕人(年齡：= 21.86,= 1.43; 受教育年限：= 14.48,= 1.02); 在北京市社區(qū)招募32名62~79歲的健康老年人(年齡：= 69.09,= 5.11; 受教育年限：= 14.34,= 2.46), 無腦部疾病或神經(jīng)退行性疾病, 如阿爾茲海默癥。所有被試視力或矯正視力正常, 均完成任務(wù), 數(shù)據(jù)有效。兩組被試在受教育年限[= 14.48,= 14.34;(42) = 0.29,0.771]上無顯著差異。類比推理任務(wù)涉及語義理解能力, 故使用韋氏成人智力量表(城市版)中的解詞測驗對被試的語義理解能力進行測量, 兩組在詞匯理解上亦無顯著差異[= 17.17,= 16.65;(59) = 0.94,0.353]。實驗后給予報酬。

2.2 實驗材料——類比推理任務(wù)

本實驗參照Gick和Holyoak (1983)的范式, 采用基于問題解決式的推理任務(wù)。給被試呈現(xiàn)一個源問題, 被試閱讀后根據(jù)源問題中的解決辦法, 將靶問題的解決方法補全。閱讀源問題時保證被試均編碼到高級關(guān)系層次, 即總結(jié)出規(guī)律。操控靶問題和源問題的表面信息和結(jié)構(gòu)信息的匹配數(shù)來量化表面、結(jié)構(gòu)相似性程度; 以是否正確補全靶問題的解決情況作為推理質(zhì)量。源問題?靶問題對基于中國成語編制而成, 共享同一個高級規(guī)則, 共4個源問題故事, 每個源問題故事根據(jù)相似性衍生出4個靶問題故事。源問題?靶問題的高級關(guān)系信息分別由杯水車薪、伯樂相馬、恰到好處、葉公好龍四個成語來表達。具體材料舉例見表1。

表1故事“杯水車薪”的例子中的表面信息與結(jié)構(gòu)信息的對應(yīng)關(guān)系見表2。

填充材料來自于Gentner等(1993)的研究, 經(jīng)修改后作為填充材料。每個源問題和靶問題之間共享一個高級結(jié)構(gòu)關(guān)系(HOR)的匹配, 填充材料和實驗材料的比例是4∶1 (Catrambone, 2002)。設(shè)置填充材料的目的在于：(1)防止被試直接關(guān)聯(lián)源問題和靶問題。被試閱讀大量的源故事, 延遲一段時間后再閱讀大量的靶故事, 研究者關(guān)注源故事是否會對靶故事的解決有提示作用; 若有作用, 則提示作用是由眾多故事中特定的源故事帶來的嗎？(2)使研究更具生態(tài)效度。在現(xiàn)實生活中遇到不同情境的問題時, 需從先前遇到過的問題情境中發(fā)現(xiàn)可類比的情境, 但往往只有一部分問題是擁有先前解決經(jīng)驗的, 設(shè)置填充材料模擬生活經(jīng)驗可更好地提高生態(tài)效度。

正式實驗前需對實驗材料中源問題和靶問題的相似性進行評估, 以保證源問題與靶問題之間的表面信息與結(jié)構(gòu)信息匹配有效。讓11名年輕人和12名老年人對來自源問題和靶問題故事的詞語對(實體和初級關(guān)系)以及源問題和靶問題故事背后說明的道理的相似性(高級關(guān)系)進行相似性6點評分, 0表示“非常不相似”, 5分表示“非常相似”, 分數(shù)越高則相似性越高。經(jīng)修改和調(diào)整后, 不同年齡組對實體對和初級關(guān)系對的相似性進行評分。相似對, 如：樵夫?農(nóng)民(= 3.68,= 1.16), 均顯著高于不相似對(= 520.13,< 0.001), 如：柴?冰糖(= 1.13,= 1.18), 且被試均認為源問題和靶問題之間具有相同的高級關(guān)系(= 3.75, 與中值2.5之間存在顯著差異,= 16.64,< 0.001), 即提取出的抽象規(guī)則一致。材料評估確保了表面相似性和結(jié)構(gòu)相似性的操控有效性。參與材料評估的被試與正式實驗人群同質(zhì)但不重合。

表1 目標源問題與靶問題舉例(杯水車薪)

注：加粗部分為與源問題形成匹配關(guān)系的表面信息或結(jié)構(gòu)信息; 劃線處為被試延遲三天后, 提示其可根據(jù)先前閱讀內(nèi)容作答后, 填寫該靶問題可能發(fā)生的事情。E = 實體(entities); F = 初級關(guān)系(first-order relation)。

表2 表面特征與結(jié)構(gòu)特征的相似性情況(如：杯水車薪)

注：數(shù)字為對源問題與靶問題之間的表面特征和結(jié)構(gòu)特征相似的情況, 如：E3F3為源問題與靶問題之間有3處表面信息相似, 即包括主體和客體的實體; 有3處結(jié)構(gòu)信息相似, 即初級關(guān)系信息, 包含描述實體間的關(guān)系的動詞。加括號的為靶問題中與源問題不匹配時使用的替代項。

2.3 實驗設(shè)計

本實驗采用2(年齡組：老年/年輕)×2(表面相似性：高/低)×2(結(jié)構(gòu)相似性：高/低)混合設(shè)計, 其中年齡組為被試間變量, 表面相似性和結(jié)構(gòu)相似性為被試內(nèi)變量。因變量為被試對靶問題的補充情況, 即推理質(zhì)量。表面信息指故事中出現(xiàn)的實體(簡稱E), 以實體間的匹配對數(shù)來量化表面相似性程度(如：樵夫和農(nóng)民、柴和草), 3對實體匹配為高表面相似性(用E3表示), 1對實體匹配為低表面相似性(E1)。結(jié)構(gòu)信息分為初級關(guān)系信息和高級關(guān)系信息, 本實驗主要操縱了初級關(guān)系信息的相似性, 將故事中出現(xiàn)的動詞作為初級關(guān)系(簡稱F), 用謂語間的匹配對數(shù)來量化結(jié)構(gòu)相似性程度(如：x著火, x烤焦; x潑y, x灑y; Catrambone, 2002), 如“李老頭灑湯”可以衍生出“老張灑湯”, “老張倒水”等。3對初級關(guān)系匹配為高結(jié)構(gòu)相似性(F3), 1對初級關(guān)系匹配為低結(jié)構(gòu)相似性(F1)。相似性關(guān)系見表2。源問題和靶問題的高級關(guān)系信息保持一致, 即源問題、靶問題有共同的抽象規(guī)律或因果結(jié)構(gòu)(如：杯水車薪、不自量力)。這樣1個源問題可以衍生出4個相似性水平不同的靶問題, 即E3F3, E1F3, E3F1, E1F1表示。其中E3F3的源問題和靶問題之間總體相似性水平最高, E1F1的相似性水平最低。具體示例見表1。

整個推理任務(wù)分為學(xué)習和測試兩個階段。學(xué)習階段, 被試學(xué)習4個源問題, 另有16個填充問題。延遲三天后為測試階段(Catrambone, 2002)。在類比推理中, 即時類比更多是在工作記憶范疇下的討論, 而延遲匹配則是長時記憶的作用, 故延遲時間會起到一定作用(Chen, Mo, & Honomichl, 2004)。被試在學(xué)習階段閱讀大量源故事, 延遲一段時間后源故事是否會對靶問題的解決起到提示作用以及表面相似性和結(jié)構(gòu)相似性對靶問題解決的提示作用哪個更大是本研究關(guān)注的問題。在決定延遲天數(shù)時, Catrambone (2002)的研究間隔時間為7天, 但即使是相似度最高的源問題回憶率也僅有0.31, 可以預(yù)期老年人或會出現(xiàn)“地板效應(yīng)”。本研究中延遲間隔時間設(shè)定為3天(張慶林, 王永明, 1999), 結(jié)果發(fā)現(xiàn)年輕人沒有出現(xiàn)“天花板效應(yīng)”, 老年人也無“地板效應(yīng)”, 故這一間隔時間較為合適。測試階段, 被試完成4個靶問題及另外16個填充問題的測查。每個源問題都對應(yīng)4種相似水平不同的靶問題, 為避免被試重復(fù)回答類似情境問題且對同一情境的問題進行4種相似性條件下的反復(fù)推理, 故采用拉丁方設(shè)計：在測試階段, 每個被試看到4個源問題各自對應(yīng)的4個不同相似水平的靶問題中的1個, 并保證每個被試最后均接受4種不同相似水平的靶問題。如被試A在測試階段, 完成杯水車薪E3F3、伯樂相馬E1F3、恰到好處E3F1、葉公好龍E1F1; 被試B完成杯水車薪E1F1、伯樂相馬E3F3、恰到好處E1F3、葉公好龍E3F1; 被試C完成杯水車薪E3F1、伯樂相馬E1F1、恰到好處E3F3、葉公好龍E1F3; 被試D完成杯水車薪E1F3、伯樂相馬E3F1、恰到好處E1F1、葉公好龍E3F3?？偟膩碚f, 被試接受的實驗處理是一樣的, 只是具體處理對應(yīng)的故事情境不同。

2.4 程序

學(xué)習階段：被試填寫知情同意書和人口學(xué)變量(年齡、性別、受教育年限)。學(xué)習一個詞表, 并要求被試盡量準確記下來。被試學(xué)習20個源問題(4個目標源問題, 16個填充材料), 并總結(jié)每一個源問題的高級結(jié)構(gòu)信息, 即提煉出故事說明的道理或得到的啟示(Gick & Holyoak, 1983), 例如從表1的問題中總結(jié)出“杯水車薪”。為排除編碼階段差異帶來的影響, 使被試有充足的時間閱讀源問題, 主試還要指出被試理解錯誤的題目, 誘導(dǎo)其正確理解故事的因果關(guān)系, 保證被試都能編碼源問題的高級關(guān)系。填充材料來自Gentner等人的研究(Gentner et al., 1993)。

測試階段(與前測間隔三天)：首先, 完成詞表再認任務(wù)作為長時記憶的指標。隨后, 給被試隨機呈現(xiàn)20個靶問題(4個目標靶問題, 16個填充問題), 指導(dǎo)語提示被試所看到的新問題可能與之前學(xué)習的問題類似, 需要將靶問題補充完整。靶問題補充情況作為推理質(zhì)量, 采用0/1計分, 正確補充計1分, 不能完全正確補充則計0分, 每種相似性條件下滿分為2分。4個目標靶問題需補充的部分不涉及實驗操縱的實體和初級關(guān)系。全部補充完整后, 主試告訴被試將隨機抽取4個故事(4個目標靶故事), 需被試報告是否能想起學(xué)習階段與其對應(yīng)的源故事, 并將對應(yīng)的源問題寫出, 以此核查被試是否根據(jù)源問題來補充靶問題。對目標源問題的檢索質(zhì)量(檢索表面信息和結(jié)構(gòu)信息的指標)為寫出源問題中表面信息和結(jié)構(gòu)信息的總個數(shù), 每回憶出一個實體或初級關(guān)系計1分; 對1個源問題的檢索質(zhì)量中, 表面信息檢索滿分為3分(3個實體), 結(jié)構(gòu)信息檢索滿分亦為3分(3個初級關(guān)系)。研究以主試?被試一對一訪談的形式進行, 保證被試能夠理解材料及任務(wù)的含義。

3 結(jié)果

3.1 推理質(zhì)量的年齡特征

學(xué)習與測驗階段間隔三天涉及到長時記憶, 而兩個年齡組在后測詞語再認的正確率上沒有顯著差異[(59) = ?0.55,> 0.05], 故檢索源問題的分析若出現(xiàn)差異將排除是老年人長時記憶較差的原因。

表3 不同相似性條件下的推理質(zhì)量(M ± SD)

以表面相似性和結(jié)構(gòu)相似性為被試內(nèi)變量, 年齡組為被試間變量進行2×2×2方差分析, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)：首先, 年齡主效應(yīng)顯著[(1,59) = 13.29,< 0.01, η= 0.184], 事后多重比較結(jié)果顯示, 年輕組明顯優(yōu)于老年組(= 0.25,< 0.01); 其次, 表面相似性的主效應(yīng)顯著[(1,59) = 17.62,< 0.01, η= 0.230],結(jié)構(gòu)相似性主效應(yīng)顯著[(1,59) = 16.74,< 0.01, η= 0.221], 源問題和靶問題之間的表面信息與結(jié)構(gòu)信息的相似性對推理質(zhì)量有顯著影響, 事后多重比較結(jié)果顯示, E3條件明顯優(yōu)于E1 (= 0.21,< 0.01), F3條件明顯優(yōu)于F1 (= 0.22,< 0.01), 因此, 信息點相似越多, 推理情況越好(見表3)。

表面信息、結(jié)構(gòu)信息和年齡的三階交互作用顯著,(3,177) = 4.45,< 0.05, η= 0.070。簡單簡單效應(yīng)分析結(jié)果顯示：年輕人在高結(jié)構(gòu)相似性條件時(F = 3), 高/低表面相似性之間推理質(zhì)量差異不顯著,(1,59) = 0.38,= 0.539, η= 0.006; 而當結(jié)構(gòu)相似性較低時(F = 1), 高表面相似性條件下的推理質(zhì)量顯著優(yōu)于低結(jié)構(gòu)相似性,(1,59) = 14.26,< 0.001, η= 0.195,= 0.41 (見圖1上)。這表明結(jié)構(gòu)信息對年輕人更重要。老年人則相反, 表面信息對其更重要：在表面信息相似性較低時, 高結(jié)構(gòu)相似性與低結(jié)構(gòu)相似性之間無顯著差異,(1,59) = 0.59,= 0.444, 說明在表面信息相似性不足時, 結(jié)構(gòu)相似性的提高并不會帶來推理質(zhì)量的提升; 而當表面信息相似性較高時, 結(jié)構(gòu)相似性越高, 推理質(zhì)量越好, 說明老年人在表面信息相似性足夠的基礎(chǔ)上方可得益于結(jié)構(gòu)相似性的提高,(1,59) = 4.24,< 0.05, η= 0.067,= 0.22 (見圖1下)。

圖1 年輕人–老年人在不同相似性條件下的推理質(zhì)量

3.2 推理質(zhì)量與檢索質(zhì)量的關(guān)系

在推理質(zhì)量上, 老年人更依賴表面相似性, 年輕人更依賴結(jié)構(gòu)相似性。為檢驗不同年齡組在推理上表現(xiàn)出的差異是否是由于檢索源問題中對應(yīng)信息的差異導(dǎo)致的, 我們對不同相似性條件下, 被試對源問題的表面信息和結(jié)構(gòu)信息的檢索質(zhì)量進行了分析, 各條件下的檢索質(zhì)量見表4。

表4 不同相似性條件下的對源問題的檢索質(zhì)量(M ± SD)

以檢索源問題表面信息和結(jié)構(gòu)信息的質(zhì)量得分為因變量, 在兩個年齡組內(nèi), 分別對表面信息和結(jié)構(gòu)信息的檢索質(zhì)量進行2(表面相似性：高/低)×2(結(jié)構(gòu)相似性：高/低)被試內(nèi)方差分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn), 老年組內(nèi), 表面信息檢索質(zhì)量隨表面相似性增加而提高,(1,31) = 8.34,< 0.01, η2 = 0.212; 隨結(jié)構(gòu)相似性增加變化不大,(1,31) = 1.60,= 0.215; 交互作用不顯著,(1,31) = 1.518,0.227。結(jié)構(gòu)信息檢索質(zhì)量隨表面相似性[(1,31) = 12.35,< 0.01, η2 = 0.285]和結(jié)構(gòu)相似性[(1,31) = 4.94,< 0.05, η2 = 0.137]的增加而顯著提高; 交互作用不顯著,(1,31) = 0.05,0.829?？偟膩碚f, 表面相似性對老年人的檢索質(zhì)量影響更大一些, 印證了在推理質(zhì)量上, 表面信息對老年人更重要。年輕組內(nèi), 表面信息檢索質(zhì)量也隨表面相似性增加而提高,(1,28) = 7.93,< 0.05, η2 = 0.221; 隨結(jié)構(gòu)相似性增加變化不大,(1,28) = 0.194,0.663; 交互作用不顯著,(1,28) = 0.11,0.738。結(jié)構(gòu)信息檢索質(zhì)量隨表面相似性[(1,28) = 6.057,< 0.05, η2 = 0.178]和結(jié)構(gòu)相似性[(1,28) = 18.46,< 0.01, η2 = 0.397]的增加都顯著提高, 交互作用亦不顯著,(1,28) = 3.78,0.062。與老年組不同的是, 結(jié)構(gòu)相似性增加有助于年輕人檢索源問題的結(jié)構(gòu)信息, 表面相似性增加有助于年輕人檢索表面信息。

對不同年齡組的總體推理質(zhì)量與總體檢索質(zhì)量進行相關(guān)分析, 發(fā)現(xiàn)年輕人的推理質(zhì)量與檢索質(zhì)量存在顯著正相關(guān)(= 0.30,< 0.001), 老年的推理質(zhì)量與檢索質(zhì)量也存在顯著正相關(guān)(= 0.37,< 0.001), 表明被試對源問題的提取越好, 其對靶問題的回答結(jié)果也越好。

4 討論

本研究總體發(fā)現(xiàn), 在年齡特征上, 老年人的類比推理成績比年輕人差。源問題和靶問題間表面相似性與結(jié)構(gòu)相似性的提高會帶來推理質(zhì)量的提升。這與許多研究得出了相同結(jié)論(Holyoak & Koh, 1987; Schnotz & Baadte, 2015)。表面相似性對老年人的推理質(zhì)量影響更大, 而對于年輕人而言, 結(jié)構(gòu)相似性對其推理質(zhì)量作用更大。探討表面相似性和結(jié)構(gòu)相似性對老年人類比推理的作用是本研究關(guān)注的重點。

首先, 類比推理出現(xiàn)了老化, 與前人研究一致(Aichelburg et al., 2016; Bugaiska & Thibaut, 2015; Salthouse, 2005), 但本研究發(fā)現(xiàn)的基于問題解決式類比推理成績的年齡差異較經(jīng)典類比推理任務(wù)的年齡差異更小。對比兩種范式, 以年輕人推理成績的標準差為標準, 用兩年齡組的各自推理得分之差除以該范式下年輕人標準差(Gerstorf, Ram, Hoppmann, Willis, & Schaie, 2011), 以此衡量不同任務(wù)范式下推理成績的年齡差異。可以發(fā)現(xiàn), 在經(jīng)典類比推理范式下, 老年人的成績比年輕人低3.20(老年人：1.08 ± 0.87; 年輕人：6.82 ± 1.79; 高悅, 彭華茂, 王大華, 文靜, 2014)或1.73(老年人：59.9 ± 9.2; 年輕人：79.1 ± 11.1; Salthouse, 1992b); 而在本研究中老年人的成績比年輕人低0.86(老年人：0.38 ± 0.25; 年輕人：0.62 ± 0.28)。由此可見, 在使用更具生態(tài)效度的問題解決范式時, 老年人的推理成績有所提升, 與年輕人差距更小?？偟膩碚f, 這種比較方法源于追蹤研究中對不同同輩群體(cohort)的比較(Hülür, Ram, & Gerstorf, 2015; Schilling, 2005), 但跨研究數(shù)據(jù)之間的比較是不夠嚴謹?shù)? 只能作為粗略探討。

其次, 在信息相似性的作用上, 以往研究發(fā)現(xiàn)表面相似性和結(jié)構(gòu)相似性對成功的類比推理很重要(Catrambone, 2002), 本研究也予以證明, 且進一步發(fā)現(xiàn)表面相似性對老年人重要, 結(jié)構(gòu)相似性對年輕人重要。有關(guān)源問題檢索質(zhì)量的分析也進一步印證了這一結(jié)果：表面相似性可以促進老年人對源問題表面信息的檢索, 因而提高了推理質(zhì)量; 結(jié)構(gòu)相似性和表面相似性可以分別促進年輕人對源問題中結(jié)構(gòu)信息和表面信息的檢索, 同樣有利于促進年輕人的推理質(zhì)量。在發(fā)展研究中, Gentner (1988)提出了關(guān)系轉(zhuǎn)移(relational shift)的概念, 即隨著年齡增長, 從依賴表面信息轉(zhuǎn)而依賴結(jié)構(gòu)信息。本研究發(fā)現(xiàn)在老年期出現(xiàn)了與童年期類似的依賴表面信息的現(xiàn)象, 這啟示我們發(fā)展可能具有某種連續(xù)性和螺旋上升性。為何會出現(xiàn)這樣隨年齡的變化？首先, 老年人的認知能力特點可能使其對表面相似性更敏感。Morrison (2005)和Salthouse (1992b, 2005)對推理老化的研究結(jié)果進行分析, 認為在推理過程中, 需將眾多關(guān)系同時儲存在腦海里進行整合, 即推理成績受到工作記憶容量的限制, 相比結(jié)構(gòu)信息, 表面信息更易于提取(Catrambone, 2002), 認知負荷較少, 是相對提取結(jié)構(gòu)信息更自動化的過程(Chen et al., 2004), 故老年人表現(xiàn)出對表面信息的依賴。這在認知能力尚處于發(fā)展階段的兒童中也得到類似結(jié)果, 兒童表現(xiàn)出對表面信息的依賴, 無法利用結(jié)構(gòu)相似性, 而心理模型(mental model)的出現(xiàn)在其中起著重要作用(Brown, Kane, & Echols, 1986)。其次, 動機有可能在進行信息加工時具有重要作用,一方面, 老年人傾向于簡化與環(huán)境的互動、減少信息加工的數(shù)量和復(fù)雜度以保存心理資源(Kossowska, 2007), 故較少利用高級規(guī)則指導(dǎo)其解決新異問題; 另一方面, 老年人表現(xiàn)出較高的認知閉合需要, 表現(xiàn)出一種高度警覺(hypervigilance), 即更多地去低效率加工無關(guān)信息而非圖式相關(guān)信息, 即更多檢索出表面信息(Kossowska, Ja?ko, Bar-Tal, & Szastok, 2012)。最后, 老年人在推理中出現(xiàn)對表面相似性的依賴可能與理解詞匯及詞匯整合能力衰退有關(guān)。在實驗材料中, 表面信息多為名詞, 結(jié)構(gòu)信息多為動詞, 推理時老年人需回憶并寫出源問題。而在詞語回憶研究中發(fā)現(xiàn), 老年人出現(xiàn)名詞回憶優(yōu)勢現(xiàn)象, 即回憶名詞優(yōu)于回憶動詞, 因為動詞相比名詞更為抽象, 不如名詞含義清晰、明確, 同時在句子中整合名詞比整合動詞要容易許多(Earles & Kersten, 2000)。

最后, 在推理質(zhì)量和檢索質(zhì)量的關(guān)系上, 本研究發(fā)現(xiàn), 不論哪個年齡組, 檢索質(zhì)量總體和推理質(zhì)量相關(guān), 表明被試提取源問題信息越好, 越有助于其解決靶問題。這與前人研究一致, 推理失敗的原因在于無法通達長時記憶中的源問題或無法映射源問題中的實體和初級關(guān)系(Chen et al., 2004)。類比能力是一種領(lǐng)域一般性的能力, 利用長時記憶中的經(jīng)驗來解決當前問題有利于適應(yīng)環(huán)境變化。在類比能力的發(fā)生發(fā)展研究中, 兒童成功具備類比能力的分水嶺在于能否正確表征關(guān)系、提取信息并忽略無關(guān)信息的影響，以及工作記憶系統(tǒng)是否成熟(Morrison & Cho, 2008)。有關(guān)推理能力發(fā)展的腦成像研究中也發(fā)現(xiàn), 在推理過程中, 年齡相關(guān)的左前腹外側(cè)前額葉皮質(zhì)(left anterior ventrolateral prefrontalcortex)的參與在提取信息中重要作用, 該腦區(qū)的激活有助于個體更好地完成推理任務(wù)(Bunge, Wendelken,Badre, & Wagner, 2005; Wright, Matlen, Baym, Ferrer, & Bunge, 2008)。這些研究均表明有效地檢索源問題信息對推理具有重要作用。

老年人在生活中常遇到需要將以往情境中的經(jīng)驗遷移到新的生活場景中的問題。本研究發(fā)現(xiàn), 老年人的類比推理更依賴表面相似性, 因此在設(shè)計老年人產(chǎn)品時, 為使其更好地理解產(chǎn)品的功能, 首先盡可能使得新情境與源情境中的表面相似性足夠充分, 可以幫助老年人有效提取源情境的相關(guān)信息, 從而實現(xiàn)推理。其次, 在表面信息充足的基礎(chǔ)上, 周圍人可在新情境中提示老年人基于已有知識去總結(jié)規(guī)律, 在結(jié)構(gòu)信息上給予指導(dǎo)。如在教老年人使用手機時, 微信、QQ和Facetime軟件中的某些功能是類似的, 但老年人在學(xué)會其中一種后再使用另一種仍需指導(dǎo), 依賴于特定情境, 無法抽象出規(guī)則。為幫助其在相似的通訊軟件中理解類似的功能, 可首先幫助其掌握表面信息, 即識別手機界面圖標的通用含義; 其次再使其理解長按發(fā)送語音在不同軟件中具有共性, 使其理解背后的高級關(guān)系。類似的, 在設(shè)計老年人使用的不同APP時, 也應(yīng)營造相似的界面減少其學(xué)習成本, 提高老年人推理遷移的能力。

5 研究不足與展望

本研究還存在一些不足。第一, 材料可進一步生態(tài)化, 更貼近生活, 如日常生活決策、人際問題等, 研究者應(yīng)關(guān)注在解決新問題時社會情境的作用, 如問題情境是社會/非社會性的, 個體特質(zhì)及關(guān)系滿意度等(Hoppmann & Blanchard-Fields, 2011), 當問題情境涉及人際關(guān)系時, 年齡帶來的變異也許會進一步減小(Thornton & Dumke, 2005)。第二, 本研究仍是在相同的情境中進行推理, 并提示個體可回憶先前讀過的故事, 但在生活情境中推理是自動化發(fā)生的, 未來可研究將習得的規(guī)則推理遷移到不同的問題情境中, 考察是否存在跨情境的遠遷移效果。第三, 有必要進行生命全程的對比研究, 對比老年人、年輕人、兒童在類比推理上表現(xiàn)上的特點, 以獲得生命全程發(fā)展中類比推理的發(fā)展特征。

6 結(jié)論

(1)老年人出現(xiàn)了類比推理的老化;

(2)表面信息和結(jié)構(gòu)信息的相似性對推理質(zhì)量有顯著影響, 相似性越高, 推理質(zhì)量越好;

(3)表面相似性對老年人的推理和檢索過程更為重要, 老年人在表面信息足夠的基礎(chǔ)上方可得益于結(jié)構(gòu)相似性的提高。

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The role of surface and structural similarity in analogical reasoning aging: Based on the problem-solving paradigm

LI Meijia; ZHUANG Danqi; PENG Huamao

(Institute of Developmental Psychology, Beijing Normal University, Beijing 100875, China) (Qianjin Network Information Technology (Shanghai) Co., LTD. Beijing branch, Beijing 100016, China)

Analogical reasoning is a major form of abstract logical thinking. It refers to the transferring process of knowledge from one situation or field to another. To transfer successfully when facing new problems, it is important for the elderly to retrieve the appropriate sources of knowledge as quickly as possible. Additionally, the elderly rich in life experience are supposed to be the embodiment of wisdom, which is also helpful. Previous research about the elderly’s analogical reasoning mainly focused on the encoding stage, and, in most cases, the task paradigm was rigorous laboratory study. The task paradigm may have generated outcomes against participants’ reactions in natural settings, causing reduced ecological validity and inability to present their real competence. The present study was based on the problem-solving paradigm rather than a laboratory-based experiment. We aimed to figure out whether the elderly retrograde in the retrieval of source problems and whether there exist age differences in the usage of surface information and structural information. The encoding quality between the old and young participants was ensured to be identical.

Twenty-nine young adults (age:= 21.86,= 1.43) and thirty-two old adults (age:= 69.09,= 5.11) participated in the experiment. This study used a mixed design in which age group (old/young) was a between- subjects variable and surface similarity (high/low) and structural similarity (high/low) were within-subjects variables. There were two phases included in the whole procedure. During the learning phase, participants learnt twenty source stories and summarized the higher-order relation of each. Three days later, twenty other target stories were presented in which participants were to figure out how to solve the problems with the hints they recalled from the source stories learnt three days ago. The performance of reasoning (quality of solving the target problem according to the source problem) and retrieving (quantity of surface and structural information retrieved) were the dependent variables.

The results showed that the elderly experienced analogical reasoning aging. To be specific, they relied more on the surface feature similarity than did the younger adults. As for surface and structural information, the more the information was provided, the better was their reasoning. It was beneficial to both age groups in reasoning when the surface and structural similarity increased, which indicated that the reasoning of the elderly and young people could benefit from better retrieval to the source problems. As for interaction effect, for the elderly in lack of surface information, increasing structural similarity would not enhance their reasoning quality. When there was enough surface and structural information, they performed the best. It implied that the elderly could benefit from structural similarity only on the condition that enough surface information was given. When retrieving information from source problems, surface feature exerted an across-information-type promotion effect on retrieval quality. However, the increase in structural information could only help the elderly to improve their retrieval in structural information. As for the younger adults, structural features and surface features were conducive to their retrieval of homogeneous information. With regard to the relation between retrieval quality and reasoning performance, the correlation was significant in both age groups. It enlightened us that people who cannot reason correctly were probably poor in retrieval.

To improve the performance of the elderly in analogical reasoning, we can increase the transmission of surface features, such as designing mobile phone apps with similar interfaces, which can reduce their learning cost. Further studies should focus on designing more realistic contexts as well as delving into the process of how far transfer of learning happens.

analogical reasoning; transfer; problem solving paradigm; surface similarity; structural similarity

10.3724/SP.J.1041.2018.01282

2017-10-16

* 國家自然科學(xué)基金(31000466)資助。

彭華茂, E-mail: penghuamao@bnu.edu.cn

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