學前兒童基于重量和聲音進行因果推理的發(fā)展研究

王一凡，王志丹，王 琳

(江蘇師范大學教育科學學院，江蘇徐州 221116)

一、問題提出

因果推理能力是人類認知客觀世界的核心和基礎，即使嬰幼兒在認識世界的過程中也能通過理解因果關系進行推理［1-2］。兒童對物體因果關系的認識有助于其在今后的學習中發(fā)展因果思維能力，繼而對其運用邏輯思維解決問題的能力的提升大有裨益［3］。兒童因果認知的發(fā)展一直都是心理學家研究的重點。早在70年代，研究者便開始設置人為因果關系來探討兒童的因果推理能力［4-5］。相關研究表明，個體的因果推理能力在學前期便已得到初步發(fā)展。Frye 和Zelazo等的研究采取了“二進二出”的實驗設計，結果發(fā)現(xiàn)3.5～4歲的學前兒童能夠明確燈泡變亮的因果規(guī)則［6］。Bullock等的實驗表明，3～4歲的學前兒童可以理解木棍的長度而非顏色的變化與小兔子倒下的狀態(tài)有因果關系［7］。以上早期研究多采用物體的顏色、質地、長度或大小等基于視覺的刺激考察兒童的因果推理能力，兒童通常依據(jù)外觀、憑借肉眼便可直接判斷因果關系［8-9］。然而，基于物體內(nèi)在屬性的推理能力更能真正衡量兒童對物體內(nèi)在本質的理解。譬如，基于重量的因果推理可以更準確地考察兒童對物理世界的認知水平。與視覺刺激相比，重量作為物體的一種內(nèi)在屬性，兒童無法直接察覺，需通過直接接觸才能感知?；谖矬w的重量來考察兒童因果推理能力可以避免兒童僅依靠知覺來判斷因果關系的局限，有利于激發(fā)他們在實際任務中運用邏輯思維進行推理的能力［10］。

近年來，越來越多的研究開始關注學前兒童使用物體內(nèi)在屬性的因果推理任務。研究表明，學前兒童對物體的內(nèi)在屬性有一定認識并能夠基于物體的屬性功能區(qū)分物體［11-18］。在Wiliamosn等基于聲音的因果推理實驗中，實驗材料為四個外形相似且內(nèi)在屬性重量相同的物體。研究者把四個物體分為兩組：一組物體在搖晃時發(fā)出叮當聲，另一組物體在搖晃時發(fā)出嘎嘎聲。研究表明，36個月大的學前兒童能夠通過聆聽不同物體的聲音來理解分類的規(guī)則［19］。此外，另有研究者使用重量作為內(nèi)在變量考察兒童的因果推理能力［15，20］。在Schrauf等人的實驗中，當較重的物體被放置在天平一側時，演示者可以獲得隱藏的目標物。當較輕的物體被放置在天平一側時則不能獲得隱藏的目標物。實驗表明，兒童能夠理解“較重物體”和“獲得隱藏目標物”之間的因果關系；4歲學前兒童選擇用較重的物體來獲取目標物的表現(xiàn)顯著高于3歲兒童［13］。Povinelli的“斜坡實驗”結果表明，4歲學前兒童能夠理解發(fā)射物與目標物間的因果關系，更傾向于選擇更重的物體來獲取獎勵，而3歲學前兒童的表現(xiàn)則與隨機水平?jīng)]有明顯差異［15，21］。

但是，以往研究者多使用單一功能屬性的任務來設置實驗條件，很少結合具有不同功能屬性的任務來考察兒童的因果推理能力。在日常生活中，若個體意在尋找某個特定物體時通常需要結合多種屬性做出判斷。例如，當我們想要尋找的目標物體被放置在面前一堆盒子中的其中一個時，我們無法通過視覺直接判斷物體的位置。但如果我們依次打開每個盒子尋找，便會浪費過多的時間和精力。因此，我們通常會逐一拿起盒子，通過感知盒子的重量和搖晃盒子時發(fā)出的聲音來判斷物體的所在。這種情況就是同時使用物體的重量和聲音進行推理的例子。

本研究采用目標物體尋找任務，設計了三種任務考察兒童的因果推理能力。在任務一中，學前兒童需要在物體重量相似的情況下通過物體的聲音差異來判斷目標物的位置；在任務二中，學前兒童需要在物體聲音相似的情況下通過物體的重量差異來判斷目標物的位置；在任務三中，物體的聲音和重量均不同，學前兒童需要同時根據(jù)聲音和重量的差異來判斷目標物的位置。前人的研究已表明，當任務中需要同時考察的變量增加時，學前兒童在因果推理時往往會產(chǎn)生困難［22］。若此假設正確，我們預測第一種結果：學前兒童在任務一和任務二中的表現(xiàn)會優(yōu)于任務三的表現(xiàn)，因為在前兩個任務中，兒童僅需要考慮聲音或重量，而在任務三中兒童需要同時考慮聲音和重量兩個變量。但是，也存在第二種結果的可能性：根據(jù)日常生活經(jīng)驗，當情境中可用信息較多時，個體往往更容易對因果關系進行判斷和推理。本實驗中，設置了聲音和重量兩個維度的任務三比僅有一個維度的任務一和任務二中的可用信息要多。因此，學前兒童在任務三中的表現(xiàn)可能會優(yōu)于前兩個任務中的表現(xiàn)。

學前期是兒童使用內(nèi)在屬性進行因果推理的關鍵時期，因此前人的研究大多關注此年齡段［12，15，22-24］。然而，研究者對于學前兒童基于內(nèi)在屬性進行因果推理的年齡轉折點不盡相同，這體現(xiàn)了皮亞杰的“水平滯漲”理論。Wiliamosn等的研究發(fā)現(xiàn)，3歲兒童已經(jīng)能夠通過觀察他人習得基于聲音的分類規(guī)則。而使用同樣范式的卻發(fā)現(xiàn)，4歲的學前兒童才能習得基于重量的分類規(guī)則。此外，對同一屬性而言，當任務背景不一致時，兒童發(fā)展的關鍵期也不盡相同。Wang等的研究表明，同樣設計利用重量的功能屬性考察兒童對重量的理解時，兒童通過天平任務的是年齡是3歲，而通過支撐任務則需要到4或5歲［20］。因此，本研究同時選擇3～5歲三個年齡段的兒童作為研究對象來考察學前兒童在物體多種屬性刺激下的因果推理能力。

二、研究設計

（一）研究對象

隨機選擇60名兒童（M=31.45，SD=17.55）參與實驗，包括3 歲（M=44.75，SD=9.74；10 個男性，10 個女性），4歲（M=37.90，SD=13.17；12個男性，8個女性）和5歲（M=11.70，SD=6.88；9個男性，11個女性）三個年齡段，每個年齡段各20名兒童。在測試之前已獲得父母及教師的口頭同意，并依據(jù)入園手冊記錄了每名兒童的出生日期。

（二）實驗材料

實驗共三個任務，實驗材料為6個外表完全相同的鐵質正方形盒子（見圖1），每個任務使用2個盒子。任務一使用的2個盒子重量相同，聲音不同。其中一個盒子裝入硬幣，另一個盒子裝入相同重量的大米。裝入硬幣的盒子在搖晃時發(fā)出“晃郎晃郎”的聲音，裝入大米的盒子在搖晃時發(fā)出“沙沙”的聲音；任務二使用的2個盒子聲音相同，重量不同。2個盒子分別裝入不同個數(shù)的硬幣，其中一個盒子的重量是另一個盒子重量的四倍；任務三使用的2個盒子重量不同，聲音也不同。其中一個盒子裝入硬幣，另一個盒子裝入大米。裝入大米盒子比裝入硬幣的盒子要重(兩倍之差)。

圖1 實驗材料

（三）實驗程序

熟悉階段：

每項任務的一般程序類似，在測試開始之前，允許兒童接觸和擺弄盒子，確保兒童熟悉各類盒子搖晃時的聲音。

測試階段：

測試開始時，實驗人員告知兒童：“我們今天要玩一個找硬幣的游戲，在這個游戲里會出現(xiàn)很多外表相同的盒子，有的盒子里裝的是硬幣，有的盒子里裝的不是硬幣，請你好好辨別。每次只有兩個盒子呈現(xiàn)在你的面前，請你在不打開盒子的情況下判斷出里面是硬幣且硬幣最多的盒子?！彪S后實驗人員將兩個鐵質方盒擺放在兒童的正前方。盒子擺放位置不偏向兒童身體的任何一側，以避免盒子位置對兒童的選擇造成干擾。

任務一(重量相同，聲音不同)：該任務中，2個盒子的重量相同，但是盒子被搖晃時所發(fā)出的聲音不同。因此，兒童在未打開盒子之前只能通過搖晃盒子發(fā)出的聲音來判斷硬幣所在。但是，由于盒子重量是相同的，因此兒童無法通過比較盒子重量的不同來判斷哪個盒子裝的硬幣較多。

任務二(重量不同，聲音相同)：該任務中，2個盒子搖晃時所發(fā)出的聲音相同，但是盒子的重量不同。因此，兒童在未打開盒子之前只能通過掂量盒子的重量來判斷哪個盒子裝的硬幣較多。但是，由于聲音是相同的，所以兒童無法通過比較搖晃盒子時聲音的不同來判斷哪個盒子裝的硬幣較多。

任務三(重量不同，聲音不同)：該任務中，2個盒子搖晃時發(fā)出的聲音不同，掂量盒子時兒童所感覺到的重量也不同。因此，兒童在未打開盒子之前只能通過比較搖晃盒子時聲音的不同來判斷硬幣的位置。

每項任務共有兩次重復試驗，每個兒童總共接受了6次試驗。以下一個因素在參與者之間達到了平衡：呈現(xiàn)給兒童目標盒子的擺放位置——每個盒子放在左右位置上的幾率相等。因此，任何績效差異都歸結于任務本身而不是這些因素。該實驗被試的年齡為被試間變量，任務為被試內(nèi)變量。

（四）計分

因變量是兒童正確選擇目標物的得分。在任務一中，若兒童選擇的是裝硬幣的盒子，則記1分，否則為0分；在任務二中，若兒童選擇的是更重的盒子，則記1分，否則為0分；在任務三中，若兒童選擇的是裝有硬幣的較輕盒子，則記1分，否則為0分。實驗共測試六次，因果推理的總分在0～6分之間。

三、研究結果

初步分析顯示實驗材料呈現(xiàn)的位置順序對因變量均無顯著影響。因此，在下面的分析中不再考察這兩個變量。

3x3重復測量的方差分析檢驗表明年齡的主效應顯著(F(1，718)=4.40，p=0.02＜0.05)。事后比較表明5歲組顯著高于3歲組(p=0.01＜0.05)，4歲組顯著高于3歲組(p=0.02＜0.05)，但是，4歲組和5歲組之間差異不顯著(p=0.92)。3～5歲兒童利用聲音和重量進行因果推理的能力隨年齡的增長而提高，任務的主效應也非常顯著(F(2)=4.37，p=0.02＜0.05)。事后比較表明兒童在任務一(p=0.02＜0.05)和任務二(p=0.02＜0.05)中的表現(xiàn)顯著優(yōu)于任務三，但是，任務一和任務二的表現(xiàn)不存在顯著差異(p=0.64)(見圖2)。

圖2 不同年齡兒童在三種任務中選擇正確物體的次數(shù)

兒童在每個任務中均進行兩次測試。如果兒童每個任務的隨機選擇有50%的可能性做出正確選擇，兩次測試隨機水平設定為1。將三個年齡組兒童在每個任務中的成績與隨機水平進行比較，結果發(fā)現(xiàn)，3歲兒童在任務1(t(19)=2.37，p=0.028)中的表現(xiàn)均顯著高于隨機水平。但是，3歲兒童在任務2(t(19)=1.79，p=0.09)和任務3(t(19)=0.46，p=0.64)中的表現(xiàn)與隨機水平?jīng)]有顯著差異。

4歲兒童在任務1(t(19)=6.10，p＜0.001)和任務2(t(19)=8.72，p＜0.001)中的表現(xiàn)均顯著高于隨機水平，但是在任務3(t(19)=1.90，p=0.07)中的表現(xiàn)與隨機水平?jīng)]有顯著差異。

5 歲兒童在任務1(t(19)=5.48，p＜0.001)、任務2(t(19)=10.38，p＜0.001)和任務3(t(19)=2.27，p=0.04)中的表現(xiàn)均顯著高于隨機水平(見圖3)。

圖3 3-5歲兒童在每個任務上的平均得分

四、討論與分析

本文的第一個研究問題是兒童在面對物體多種屬性刺激的情境時是否能夠基于重量和聲音進行因果推理。結果表明，從4歲開始兒童在多種屬性刺激的情境中完成因果推理任務的得分明顯增高，4歲組和5歲組兒童的表現(xiàn)未出現(xiàn)顯著性差異。因此可以得出結論，在面對物體多種屬性刺激的情境時，4歲是兒童能夠將物體重量或聲音視為線索來對物體屬性進行正確的因果推理的轉折點。這和先前研究中將重量視為外在影響的功能變量或是作為類別變量的年齡轉折點一致［23-24］。

那么，兒童3～4歲之間哪些能力的發(fā)展使得4歲兒童在解決此類任務中表現(xiàn)出優(yōu)勢呢？本文認為有三種可能性。首先，隨著年齡的增長，兒童的元認知知識和元認知體驗更加豐富，認知結構在與環(huán)境的作用中不斷完善［25-26］。因此，4歲兒童能夠調取原有的特定物體所具備的信息。其次，4歲兒童在推理時忽視因果機制的幾率會減少［27］。Frye和Zelazo利用“二進二出”裝置的實驗發(fā)現(xiàn)，無論是讓兒童親自動手完成由“果”推“因”的任務，還是讓兒童事先觀察由“果”推“因”的過程，在較復雜的規(guī)則任務中3歲兒童都比4、5歲兒童表現(xiàn)差。最后，4歲兒童抽象思維能力有了一定的發(fā)展［25-27］。在Sobel等人的實驗中，在面對兩個外部特征相似而內(nèi)在構造不同的物體時，只有4歲兒童可以指出物體內(nèi)部構造是目標物體燈亮的決定因素，3歲兒童還未深入理解物體的內(nèi)在結構特征。在本研究中，3歲兒童或許可以推理出“更多的硬幣”這一因果提示語與重量和聲音的因果關系問題，但是，當面對外在知覺相似但內(nèi)在結構特征不同的物體時，3歲兒童很容易被相似的外在特征干擾，從而將不同內(nèi)在結構特征的物體視為同一類別。而由于4歲兒童對于硬幣的聲音和重量的認識程度比3歲兒童更牢固，4歲兒童已能夠基于物體的內(nèi)在特征來識別看似相似的盒子內(nèi)部的不同物體。因此即使是面對肉眼看不到的物體屬性，4歲兒童仍可以較好地調動原有的認知圖式并動用身體的其他感官對過去所熟悉的卻無法直接通過視覺判斷的事物進行辨別。

本文第二個問題是考察在面對物體多種屬性刺激的情境時，不同的任務難度是否會影響兒童的因果推理能力。結果發(fā)現(xiàn)，當只需要使用聲音或重量的單一維度進行因果推理時，4歲和5歲兒童的表現(xiàn)顯著優(yōu)于需要同時使用聲音和重量的多難度任務。這個結果再次說明了在多屬性刺激下，任務的難度會影響兒童的推理能力，這與前人的研究是一致的［28-36］。皮亞杰將兒童心理大致分為四個階段，并指出只有處于具體運算階段的兒童才會出現(xiàn)類比推理能力，但是Richland等人發(fā)現(xiàn)當任務足夠簡單時，3歲的兒童就可根據(jù)知覺相似性解決問題［37］。在Wang等人的研究中，3歲兒童可以解決(較簡單的)碰撞任務，但是解決(較為復雜的)支撐任務則需要到5歲［21］。

為什么同時使用重量和聲音比單獨使用重量或聲音進行因果推理更困難呢？我們認為可能的原因是：在任務三中兒童需要更強的抑制控制水平，即在沖突情境下，兒童更需要避免因果無關信息對正確推理的干擾。抑制是一種能夠抗拒自動化，解決沖突情境下干擾、分心物、習慣和誘惑的認知過程［38］，例如：有兩組重量相同的物體，一組物體的數(shù)量較多，另一組物體的數(shù)量較少，兒童在面對這兩組物體時，能夠避免過去慣性思維的干擾，知道物體的數(shù)量多并不一定對應著物體的分量重［39］。近年來關于抑制控制的研究分為兩部分，一方面表現(xiàn)在個體能夠做出選擇目標物的行為，另一方面體現(xiàn)在個體可以克服與目標物無關的反應［40］。發(fā)展心理學家更多傾向于關注形式推理的發(fā)展，對于決策和判斷方面研究的重視程度略輕［41］。而本實驗則彌補了這一研究缺陷：任務一與任務二的難度系數(shù)呈水平狀態(tài)，分別只包含了物體的一種屬性作為兒童進行因果推理的信息，并且這一信息較為清晰明確。而任務三在此基礎上進行了深化，即考察了兒童在解決問題時能否克服由啟發(fā)式策略導致的偏差。這種深化具體表現(xiàn)在提示語上：在任務三中，“裝有最多硬幣的盒子”與目標物的對應關系不再兼?zhèn)鋬身椫赶蛐缘男畔?“最多”——重量；“硬幣”——聲音)。具體看來，提示語僅具備一種指向性信息——聲音，而另一個信息——重量則作為干擾項存在(任務三中裝有硬幣的盒子次重)。這種情況下，兒童需要采取抑制控制策略才能正確完成因果推理：兒童通過硬幣與盒子發(fā)出碰撞的聲音來判斷目標物的同時需要抑制“更多”這一詞匯對其選擇的干擾作用，從而避免錯誤地選擇更重的但裝有大米的方盒。由于處在前運算階段的兒童的認知抑制發(fā)展還未完全成熟，在聽到“更多的硬幣”這一提示語時無法阻斷“更多”這一信息對選擇的干擾，因此他們更容易錯誤地選擇更重但無法發(fā)出硬幣碰撞聲的非目標物盒子。

本研究的新穎性包括：(1)在年齡因素對因果推理能力的影響方面，使用相同的程序和任務對不同年齡段的學前兒童進行了系統(tǒng)檢查；(2)改進了以往因果推理實驗裝置僅涉及一種屬性差異以及避免了此差異直接作為因果機制的核心線索的欠缺；(3)實驗設計更接近實際生活情境，兒童在進行因果推理過程中更易于調取生活中解決信息的技能；(4)前人研究只調查了單一任務下兒童利用物體信息進行推理的能力水平。本實驗將三項任務作為相互比較的被試內(nèi)設計，有助于理解兒童在進行因果推理時所使用的認知解決策略。

本研究存在以下缺陷：(1)因果提示語對兒童進行因果推理可能會產(chǎn)生直接的誤導；(2)由于對于兒童心理理論的考察還不夠完善，本實驗還無法確定幼兒在任務三中表現(xiàn)較差的原因。未來可通過增添詢問兒童推理過程的環(huán)節(jié)，來闡明兒童在推理判斷時抓取因果核心線索的能力以及在多種屬性刺激下對重量和聲音的理解程度，從而有助于我們在今后的教學過程中使用恰當?shù)慕虒W線索：例如在幫助兒童獲取知識時，可以根據(jù)不同階段兒童對物體不同屬性的接收程度，有針對性地選擇知識直觀、知識概括、實物直觀、言語直觀等教學方法。

五、結論

本文主要考察了兩個問題，主要發(fā)現(xiàn)有：(1)兒童能夠在物體多種屬性刺激下基于重量和聲音進行因果推理，4歲是該能力發(fā)展的年齡轉折點；(2)任務的難度對兒童因果推理有影響，當因果線索存在多種可能性時兒童極易受到無關因果信息的干擾。