小学生基于规则和信息整合的类别学习能力发展研究

    陈永+徐立峰

    〔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的类别学习能力均随年级增加而逐渐上升；一年级小学生的基于规则与信息整合类别学习能力尚处于随机水平，而三年级和五年级的小学生已经能够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的发展无明显差异，三年级和五年级小学生在两种类别学习之间存在显著差异，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。这一结果支持了类别学习的多重系统理论。

    〔关键词〕小学生；规则；信息整合；类别学习；发展特点；

    〔中图分类号〕G44 〔文献标识码〕A 〔文章编号〕1671-2684（2015）23-0004-05

    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是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，包括定义属性理论、规则理论、原型理论、样例理论等[3]。

    Ashby和Maddox[4]的多重系统理论是从新的视角提出的一种类别学习理论，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。

    图1（1）为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（实心圆点），如果频率“高”则反应B（空心方块）。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]。

    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对基于规则的类别学习产生影响。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]。

    目前，多重系统理论的有关研究主要是针对大学生的，尚未对儿童的类别学习进行研究。许多年来，研究者们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的分析表明，儿童也使用一定的规则。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岁正是儿童的整个小学阶段，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）[7-9]。

    综上所述，本文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小学生进行分类学习能力的训练提供理论依据。

    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）。实验过程为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的比率。类别学习成绩用反应的正确率来表示。

    （一）研究对象

    被试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：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。被试在作类别判断时，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进行按键反应。

    实验二：基于信息整合类别结构，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，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。

    实验三：设计基于规则与信息整合两种类别结构，见图5。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，每种实验条件各30名学生参加。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。

    （三）实验刺激材料

    运用VB软件编辑实验刺激材料和实验程序，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，在方向维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，主试宣读指导语，确保被试明白指导语后，告诉被试实验的目的和操作程序，并告诉他们要尽可能反应正确，不要考虑反应速度。如果被试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作出反应（按A或L键）才消失，被试作出反应后，立即（约500ms）给与反馈，反馈保持1秒后自动消失，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，并记录下被试的口头报告。

    二、实验结果

    （一）小学生基于规则类别学习能力的发展状况

    由表1可以看出，一年级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。说明一年级学生还不能学会双维度规则。但是三年级学生的基于规则类别学习成绩平均达到79.23分，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。

    为了进一步检验三个年级学生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<0.001）。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类别学习成绩之间的相互差异，我们对三个年级学生基于规则类别学习的成绩进行多重比较，结果可以看出，三个年级学生基于规则类别学习的成绩之间存在相互差异，一年级学生的成绩显著低于三、五年级学生的成绩；三年级学生的成绩显著低于五年级学生的成绩。

    （二）小学生信息整合类别学习的发展状况

    从表2可以看出，一年级学生信息整合类别学习的成绩较低，平均分数为55.30分。说明一年级学生尚未学会这种需要对两个维度进行整合才能作出正确判断的类别学习，而三学生的成绩则达到71.40分，五年级达到85.37分。这说明小学生的信息整合类别学习随年级升高而提高；同基于规则类别学习相似，小学三年级的学生已基本上能够进行信息整合的分类判断，小学五年级学生已经能够较好地进行信息整合的分类判断。

    为了具体探查三个年级学生信息整合类别学习成绩的差异，我们对三个年级学生信息整合类别学习的成绩进行方差分析。结果显示，三个年级学生的信息整合类别学习成绩存在显著的差异。为了更清楚地探明三个年级信息整合类别学习成绩之间的相互差异，我们对三个年级的信息整合类别学习成绩进行多重比较。结果显示，三个年级的信息整合类别学习成绩相互之间存在差异，一年级学生的成绩显著低于三、五年级学生的成绩；三年级学生的成绩显著低于五年级学生的成绩。

    （三）探讨小学生基于规则和信息整合类别学习成绩的差异

    为探讨小学生基于规则和信息整合类别学习成绩的差异，我们对三个年级学生基于规则与信息整合类别学习的成绩进行多因素方差分析，以考察其年级主效应、类别结构主效应和交互作用。多元方差分析的结构（见表3）。

    由表3可见，年级的主效应显著（p<0.001），说明三个年级学生基于规则和信息整合类别学习成绩具有显著差异；类别结构的主效应显著（p<0.05），说明两种类别结构的学习之间存在显著差异；交互作用也显著（p<0.05），因此，需要进一步做两两比较。

    对一年级、三年级、五年级学生基于规则和信息整合类别学习成绩分别进行独立样本t检验。检验结果见表4。

    从表4可以看出，一年级学生的基于规则和信息整合两种类别学习成绩之间没有显著的差异（p>0.05）。三年级学生在两种类别学习成绩上存在显著差异（p<0.05）。五年级学生在两种类别学习成绩上存在显著差异（p<0.05）。

    为了更直观地展示基于规则与信息整合类别学习成绩的发展趋势和交互作用，呈现其发展曲线图。见图6。

    图6 小学生基于规则和信息整合类别学习发展曲线图

    从图6可以看出，一年级学生基于规则和信息整合类别学习的成绩差异不显著，而三年级和五年级学生基于规则类别学习的成绩显著高于信息整合类别学习的成绩。

    三、讨论

    （一）基于规则类别学习的年级差异

    研究结果表明，一年级学生还不能够掌握双维度规则。我们认为，一年级儿童对于包含双维度规则的类别判断是模糊的，主要是凭直观的感知，口头报告也证明了这一点。大脑的成熟与年龄增长直接相关。一年级儿童的前额叶发育还不成熟，其思维仍处于直观的感知阶段，其判断是随机的。随着前额叶的发展，三年级学生已经基本能够运用规则进行类别判断，大多数小学生能够清楚地说明判断的规则。五年级学生能够较好地利用分类规则，较清楚地说出分类规则，能够从两个维度来判断类别，其思维已经较理性化。

    小学生基于规则类别学习能力的发展是随年级而不断上升的。一到三年级发展较快，三到五年级发展相比之下较缓和，三年级是转折点。我们认为，由于大脑前额叶在一到三年级这一阶段发育较快，所以其思维能力发展较为迅速，到了三年级以后，前额叶发育逐渐缓慢，所以类别学习能力的发展比前一阶段要慢些。

    （二）信息整合类别学习的年级差异

    一年级学生对于信息整合类别学习的判断是以直观感觉为依据的，其判断的标准也是模糊的。三年级学生已经能够根据两个维度来判断，五年级学生已经能够较好地从两个维度来判断。我们认为，一年级学生前额叶发育的不完善，导致其思维能力处于直观感知阶段，所以对类别的判断仍然是模糊的。三年级学生前额叶发育趋向成熟，能够趋向理性的做出类别判断，这个阶段的思维已经从直观向理性过度。随着大脑额叶发育的成熟，五年级学生的思维已经基本上处于理性阶段，所以他们能够较正确地作出判断。

    一、三、五年级学生信息整合类别学习的成绩也是不断上升的，其转折点也在三年级。前额叶的发育决定了思维的发展，所以随着前额叶的发育，其信息整合类别学习的能力不断得到上升。

    （三）基于规则类别学习与信息整合类别学习的比较

    我们通过两种类别学习成绩的比较发现，一年级学生的两种类别学习成绩没有差异。这主要是因为其前额叶发育不成熟造成了他们这个阶段的判断是模糊的，也有可能是“地板效应”（因为难度太大，成绩普遍偏低，因而难以区分的现象）造成了一年级学生还不能够通过这种反馈训练方式习得双维度规则。

    三、五年级学生两种类别学习的成绩有显著的差异。我们的研究表明三年级学生基本能够说出判断的依据，能对类别作出正确的判断，五年级学生则已经能够依据正确的分类标准来进行判断。口头报告也证明了这一点。研究同时还表明，小学生基于规则类别学习能力的发展要比信息整合类别学习能力的发展要快些。

    我们认为，之所以两种类别学习的成绩之间存在显著的差异，主要是因为：人们至少有两个独立的类别系统：一个是在意识控制下的基于外显推理的言语类别系统（基于规则的类别学习），它需要工作记忆和执行注意；另一个是内隐的基于程序学习的非言语类别系统（信息整合的类别学习），它不需要工作记忆和执行注意。

    三、五年级学生两种类别学习成绩的差异证明了多重系统所提出的两种不同的系统。基于规则类别学习的成绩较之信息整合类别学习要好。我们认为，小学生主要还是依据清晰的规则来进行判断。小学生在类别判断中，言语系统是占优势的，内隐系统在和言语系统的竞争中是处于落后阶段的。这也证明了多重系统理论中存在两个系统的竞争。所以研究的结果进一步检验了多重系统理论，也为我们以后对多重系统理论的研究提供了支持。

    研究还表明，一、三、五年级学生的类别学习能力是不断上升的，其转折点在三年级。这主要是受前额叶发育的影响。大脑前额叶皮层与思维活动有最直接的关系——如抽象推理、计划和其他复杂的思维过程。大脑前额叶在进行最复杂、最周密，最富有创造性的思维中，有着特殊重要的作用。所以随着前额叶的发育，小学生的思维从直观趋向于理性，类别判断能力不断提高。

    小学生思维的转折点在三年级，比起以前研究的结论可能稍有提前。我们认为，由于社会的发展，社会环境对孩子的影响不可忽视，家长素质的提高以及注重对孩子智力的早期开发和思维的训练都可以促使孩子思维的发展得到提前，所以小学生思维发展的规律也为教育工作者对小学生开展思维训练提供了借鉴：在一年级应该以直观形象思维训练为主，在三年级则要开始注重理性思维的训练。

    四、结论

    本实验的结论如下：

    第一，一、三、五年级学生的基于规则和信息整合类别学习能力随年级增加而逐渐上升。

    第二，一年级学生在基于规则和信息整合两种类别学习中的反应正确率都不足60%，表明一年级学生还不能掌握双维度分类规则；而三年级和五年级学生已经能够明显地运用分类规则进行类别判断；三年级学生已基本上能够进行信息整合的分类判断，五年级学生已经能够较好地进行信息整合的分类判断。

    第三，一年级学生在基于规则和信息整合两种类别学习中的成绩没有显著差异，出现“地板效应”；三、五年级学生的基于规则和信息整合两种类别学习存在显著差异，表明他们在这两种类别学习中可能采用不同的策略，可能是由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。

    参考文献：

    [1] Ashby F G，Maddox W T. Human category learning.[J]. Annual Review of Psychology，2005，56（5）：149-78.

    [2] Markman B，Ross H.Category use and category learning[J]. Psychological Bulletin，2003，129（4）：592-613.

    [3] M.W艾森克，M.T.基恩 著.高定国，肖晓云 译.认知心理学（第四版）[M].上海：华东师范大学出版社，2004.

    [4] Ashby F G，Alfonso-Reese L A，Turken A U，et al. A Neuropsychological Theory Of Multiple Systems In Category Learning[J]. Psychological Review，1998，105（3）：442-481.

    [5] Maddox W T，Ashby F G. Dissociating explicit and procedure-learning based systems of perceptual category learning[J]. Behavioural Process，2004，66（3）：309-322.

    [6] 张奇，刘万伦.类别学习多重系统理论的研究与展望[J]. 心理科学进展，2007，15（1）：78-87.

    [7] Ashby F G，Alfonso R，Turken A，Waldron E M. A neuropsychological theory of multiple systems in category learning[J]. Psychological Review. 1998，105（3）：442-481.

    [8] 姚本先.儿童发展与教育心理学[M]. 合肥：安徽大学出版社，2002.

    [9] 刘金花.儿童发展心理学[M]. 上海：华东师范大学出版社，1996.

    （作者单位：1.安徽省淮南市教师进修学校，淮南，232001；2.淮南师范学院教育学院，淮南，232001）

    编辑/王抒文 终校/于 洪