學(xué)習過(guò)程中的兩種認知研究范式分析及啟示
胡衛星 趙苗苗 劉家勛
遼寧師范大學(xué)計算機與信息技術(shù)學(xué)院，遼寧大連116029
【摘要】學(xué)習過(guò)程研究不僅在心理科學(xué)領(lǐng)域，而且在教育科學(xué)領(lǐng)域都處于十分重要的基礎地位。目前教育技術(shù)領(lǐng)域中，雖然認知取向的學(xué)習過(guò)程研究成果已經(jīng)得到廣泛認可和應用，但由于學(xué)習過(guò)程是一個(gè)復雜的d理過(guò)袒，已有的符號信息加工認知研究范式已呈現出一定的局限性，新聯(lián)結主義認知研究范式的出tilt&學(xué)習研究帶來(lái)了全新的視角，從符號信息加工研究到新聯(lián)結主義研究的轉換已是一種明顯的趨勢。對學(xué)習過(guò)程的符號信息加工認知研究范式進(jìn)行深入剖析，闡釋新聯(lián)結主義研究范式下的學(xué)習研究成果，將大大有助于思考學(xué)習機制認知研究范式變換給教育技術(shù)帶來(lái)的影響及啟示。
【關(guān)鍵詞】范式；符號信息加工；新聯(lián)結主義
在心理學(xué)發(fā)展史上，學(xué)習研究曾出現過(guò)各種不同的理論派別，它們就學(xué)習問(wèn)題提出過(guò)各種不同的主張，并建立了各自的理論體系。其中影響比較大的是行為主義學(xué)習理論和認知學(xué)習理論。前者主要包括桑代克試誤說(shuō)、巴甫洛夫經(jīng)典條件反射說(shuō)、華生學(xué)習習慣說(shuō)、斯金納操作條件反射說(shuō)等，主要觀(guān)點(diǎn)是：學(xué)習是主體外在行為的改變；研究學(xué)習就是探討行為變化的規律等。認知主義學(xué)習理論則認為：學(xué)習是主體內在心理結構發(fā)生變化的過(guò)程；研究學(xué)習就是探討學(xué)習者內部心理變化的規律，進(jìn)而使學(xué)習者內部心理結構向既定教育目標所要求的方向轉化等。典型代表有柯勒頓悟學(xué)說(shuō)、布魯納認知——發(fā)現說(shuō)、奧蘇伯爾認知——同化說(shuō)、加涅信息加工說(shuō)等。目前，認知心理學(xué)的研究成果已經(jīng)得到大家的廣泛認可和應用，但學(xué)派內部對學(xué)習過(guò)程的研究已經(jīng)開(kāi)始從符號信息加工研究范式向新聯(lián)結主義研究范式進(jìn)行轉換。為此，有必要對學(xué)習過(guò)程的符號信息加工認知研究范式進(jìn)行剖析，通過(guò)新聯(lián)結主義研究范式下的學(xué)習研究闡釋?zhuān)伎紝W(xué)習機制的認知研究范式變換給教育技術(shù)帶來(lái)的影響及其啟不。·
一、符號信息加工研究范式：集中處理串行加工
符號信息加工研究范式即通常所說(shuō)的信息加工研究，它源于將人的認知過(guò)程類(lèi)比成計算機信息加工過(guò)程，即把人看成是和計算機一樣的符號信息加工系統。相對于行為主義學(xué)習理論而言，學(xué)習的信息加工認知研究范式認為學(xué)習不是引起學(xué)習主體的“行為改變”，而是引起學(xué)習主體“內在能力和傾向的一系列變化”。把學(xué)習過(guò)程研究視角轉移到更加關(guān)注學(xué)習主體——學(xué)生以及師生關(guān)系等廣泛影響學(xué)習質(zhì)量的變量因素上來(lái)，這種觀(guān)念的轉變使學(xué)習過(guò)程研究得以深入，對學(xué)習過(guò)程本質(zhì)的認識發(fā)生了重大轉變。主要表現在以下三個(gè)方面：1．重視學(xué)習主體的主觀(guān)能動(dòng)性研究；2．重視學(xué)習的層次性、階段性研究，重視結構在學(xué)習中的作用研究；3．整個(gè)學(xué)習活動(dòng)是由一系列的事項組成，是一種串行加工模式，可以用具體的流程圖來(lái)描述。每個(gè)學(xué)習階段都可以看作是學(xué)習者一個(gè)或多個(gè)中樞神經(jīng)系統相互聯(lián)系的內部過(guò)程，即把信息從一種形式轉換到另一種形式，直至在操作中得到反應。學(xué)習的信息加工研究范式將知識看作是獲得信息的結構，獲得再認或建構符號的模式，能理解觀(guān)念，會(huì )推理，會(huì )解決問(wèn)題，會(huì )使用和理解語(yǔ)言等一般能力的過(guò)程。這種以探討知識結構為核心的方法，為人們用相當詳細規定的信息結構來(lái)分析學(xué)業(yè)課程中的觀(guān)念與程序提供了基礎，為具有認知傾向的教育心理學(xué)家們及關(guān)心課程和學(xué)科領(lǐng)域教學(xué)的教育工作者們，提供了較行為主義教育心理學(xué)家更加緊密和完整的學(xué)習過(guò)程的接觸。信息加工認知研究范式十分注重如何讓學(xué)生學(xué)得有意義，即如何讓學(xué)生建立或意識到新舊知識之間的有機聯(lián)系。研究證明，讓學(xué)生自己動(dòng)手做章節提綱，總結學(xué)習內容，為新內容找出自己生活中有關(guān)的例子或課堂討論等，都能夠幫助學(xué)生積極投入到有意義的學(xué)習過(guò)程中。學(xué)生通過(guò)有意義學(xué)習所掌握的知識，不僅記憶牢固，而且能靈活地遷移到新的學(xué)習情景和問(wèn)題解決情景中。
在實(shí)際教育教學(xué)活動(dòng)中，信息加工的學(xué)習過(guò)程研究范式還是存在著(zhù)一定的局限性：首先，信息加工研究范式下的學(xué)習過(guò)程研究普遍采用“黑箱”方法，即輸入一定的s—R刺激，測試相應的輸出響應，通過(guò)分析外部觀(guān)測或試驗數據來(lái)了解研究對象的行為方式和功能特性。但實(shí)際上，尤其是在生理機制上，串行信息加工過(guò)程模式與入神經(jīng)的突觸網(wǎng)絡(luò )結構極不相符；其次，在進(jìn)行復雜的智慧活動(dòng)如閱讀、自然語(yǔ)言理解等時(shí)，信息加工研究范式缺乏足夠的靈活性；最后，信息加工研究范式不能解釋認知問(wèn)題的全部，更難以把握情緒、需要、動(dòng)機、能力和性格等心理現象。造成上述局限性的根本，就在于該研究范式是撇開(kāi)人的社會(huì )特征和生命特征而進(jìn)行人機類(lèi)比。
二、新聯(lián)結主義研究范式：分布處理平行加工
新聯(lián)結主義是20世紀80年代認知心理學(xué)研究中得以復興和發(fā)展的另一研究范式。相對于傳統的符號信息加工研究范式，新聯(lián)結主義研究范式認為大腦不再是純粹的“黑箱”系統，不能采用“黑箱”方法，而應倡導使用“灰箱”方法，在研究過(guò)程中應廣泛采用大腦結構和功能模擬的方法。新聯(lián)結主義認為認知和學(xué)習都是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )相互作用中所表現出來(lái)的整體屬性，主張采用還原論與整體主義相融合的研究策略?，F代化研究手段在腦模擬研究中的不斷運用，使大腦結構和功能的基本單元——神經(jīng)元逐漸為人們所認識。受其影響，新聯(lián)結主義范式在進(jìn)行學(xué)習研究時(shí)，是將具有神經(jīng)元功能的大量單元組合成網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)考察它們并行的動(dòng)態(tài)特征來(lái)探討學(xué)習的過(guò)程機制。新聯(lián)結主義研究范式認為關(guān)于個(gè)體或事件的信息是以結點(diǎn)或單元間大量的“聯(lián)結”形式儲存的。新聯(lián)結主義所謂的學(xué)習就是聯(lián)結權重的變化，是原來(lái)的聯(lián)結消失而產(chǎn)生新聯(lián)結關(guān)系的過(guò)程?；蛘哒f(shuō)，新聯(lián)結主義研究范式下的學(xué)習就是對聯(lián)結權重的適應性變化過(guò)程，通過(guò)聯(lián)結權重的改變使輸出符合期望。簡(jiǎn)言之，新聯(lián)結主義學(xué)習過(guò)程是不斷調整網(wǎng)絡(luò )的聯(lián)結權重以獲得期望輸出的過(guò)程。
如何調整權重是新聯(lián)結主義研究范式下學(xué)習過(guò)程研究的一個(gè)重要問(wèn)題。目前，研究結果表明，有兩類(lèi)較為典型的權重調整方法，即相關(guān)學(xué)習調整和誤差修正學(xué)習調整。相關(guān)學(xué)習調整指的是：如果一個(gè)單元接受來(lái)自另一單元的輸出，兩個(gè)單元都高度興奮，則兩個(gè)單元之間的聯(lián)結權重就會(huì )得到加強，即兩個(gè)單元之間的權重變化與其活性之積成正比。誤差修正學(xué)習調整是聯(lián)結主義研究范式下的另一重要學(xué)習過(guò)程闡釋?zhuān)@種學(xué)習過(guò)程包括以下幾個(gè)步驟：首先，選擇一組的初始權重值，然后計算某一輸出模式對應的實(shí)際輸出與期望輸出的誤差；然后再更新權重值；最后再計算與輸入模式相對應的實(shí)際輸出與期望輸出的誤差。如此循環(huán)往復地對網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行訓練，直到對所有的輸入模式，網(wǎng)絡(luò )均能給出滿(mǎn)意的輸出為止。新近研究還表明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )結構的拓撲變化在學(xué)習過(guò)程中也起著(zhù)重要作用。這意味著(zhù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的學(xué)習不僅體現在權重的變化上，而且也體現在網(wǎng)絡(luò )的結構變化上。實(shí)際上改變神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構與修正權重的方法并不矛盾，二者具有互補作用。由于聯(lián)結主義神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )模型是對生物大腦的最接近模擬，因此，對神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )模型學(xué)習的研究和揭示，可能最能反映真實(shí)大腦學(xué)習的實(shí)際情況，這種模擬研究對于我們了解和掌握人類(lèi)大腦學(xué)習的本質(zhì)不無(wú)裨益。因而，現在越來(lái)越多的認知心理學(xué)家重視從腦科學(xué)和認知過(guò)程的腦功能模擬角度來(lái)完善或闡釋學(xué)習過(guò)程的本質(zhì)問(wèn)題。
三、學(xué)習過(guò)程的兩種認知研究范式對教育技術(shù)的啟示
綜觀(guān)以上兩種關(guān)于學(xué)習過(guò)程的認知研究范式，由于對學(xué)習研究的不同模擬手段和方法論基礎，關(guān)于人類(lèi)學(xué)習活動(dòng)的本質(zhì)和規律仍然沒(méi)有一個(gè)統一的理論。符號信息加工研究范式把學(xué)習看成是學(xué)習者內部對符號信息循環(huán)進(jìn)行加工編碼處理的過(guò)程，是一種從學(xué)習內部宏觀(guān)機制人手的研究范式，它試圖尋找一種形式結構將人類(lèi)認知的各項學(xué)習活動(dòng)轉換成抽象的符號系統。而新聯(lián)結主義研究范式則是一種從認知結構復雜性角度來(lái)對人類(lèi)學(xué)習深層機制進(jìn)行模擬的工作范式，是以對人類(lèi)學(xué)習規律和機制的生理機制理解為基礎來(lái)模擬和探討人類(lèi)學(xué)習活動(dòng)的。
從宏觀(guān)上看，學(xué)習過(guò)程是一個(gè)按照時(shí)間順序緊密相聯(lián)的一連串信息加工過(guò)程，是對新知識進(jìn)行理解和記憶的過(guò)程，也就是認知結構有序化的過(guò)程。概括起來(lái)，學(xué)習過(guò)程的宏觀(guān)理解為在自組織和他組織的統一作用下，認知結構逐步走向有序，并從一種有序結構向更高有序結構逐步演化的良過(guò)程；從微觀(guān)上看，學(xué)習過(guò)程則是一個(gè)異常復雜的大腦神經(jīng)元活動(dòng)過(guò)程，學(xué)習是大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )里極大量神經(jīng)元經(jīng)過(guò)復雜的相互聯(lián)結、相互作用的一種“涌現”現象，是大量相互影響的基本認知加工單元(神經(jīng)元)同時(shí)活動(dòng)的結果。
受認知研究符號信息加工研究范式的影響，教育技術(shù)研究領(lǐng)域中對學(xué)習過(guò)程的研究還普遍地停留在對符號信息加工串行流程的理解與設計上，這在一定的程度上限制了學(xué)習過(guò)程設計的效率和效益。聯(lián)結主義研究范式的復興為教育技術(shù)領(lǐng)域中學(xué)習過(guò)程研究的深化提供了一種新的契機和方向。主要表現在以下幾個(gè)方面：
l.學(xué)習過(guò)程呈現出越來(lái)越強的大規模并行處理、分布式信息存儲、強容錯性等特征
與符號信息加工研究范式試圖尋找一種形式結構將人類(lèi)的認知活動(dòng)轉換成抽象的符號系統操作這一出發(fā)點(diǎn)不同，聯(lián)結主義研究范式認為認知過(guò)程太復雜了，不可能像符號主義那樣從最頂部開(kāi)始設計，而應該改變研究方向，應著(zhù)重研究人類(lèi)大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )結構，從人類(lèi)認知系統的基本生理結構機制模擬出發(fā)，由下至上來(lái)分析和設計學(xué)習過(guò)程。目前，基于大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的信息處理具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：大規模并行處理，即大腦神經(jīng)元之間能夠在非常短的時(shí)間內對外界事物迅速做出判斷和決策，能同時(shí)對諸多信息進(jìn)行大規模處理；信息存儲分布性，大腦存儲信息是通過(guò)改變神經(jīng)元突觸的效能來(lái)實(shí)現的，信息是分布存儲在神經(jīng)元之間的聯(lián)結強度上；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )具有很強的容錯性，即人腦善于聯(lián)想、類(lèi)比和推廣，對不完整的信息、扭曲的圖像有很強的識別和糾正能力，能把不同領(lǐng)域內的知識結合起來(lái)，加以靈活運用。學(xué)習離不開(kāi)學(xué)習者認知系統的基本生理結構，如何從更微觀(guān)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )特征研究出發(fā)組織宏觀(guān)知識的內容和結構已經(jīng)成為現代教育心理學(xué)和教育技術(shù)所共同關(guān)注的一個(gè)研究課題。
2．學(xué)習過(guò)程在倡導尊重學(xué)習者先天素質(zhì)的基礎上不斷細化，尤其是對認知方式的關(guān)注與日俱增
傳統符號信息加工研究范式下，學(xué)習過(guò)程研究非常重視形式化問(wèn)題的解決，而對于非形式化或半形式化的問(wèn)題研究膚淺?，F代學(xué)習過(guò)程研究不僅重視邏輯思維行為，而且更為重視的是形象思維行為以及人與環(huán)境間的交互作用。這一點(diǎn)啟發(fā)我們，對學(xué)習過(guò)程的研究和應用應越來(lái)越重視知識獲取和信息表征的整合問(wèn)題，不僅要讓學(xué)習者體驗到知識獲取的過(guò)程，而且還要發(fā)展他們將過(guò)程或相關(guān)信息采用合適方式表征的能力。最大可能地發(fā)揮學(xué)習者的先天素質(zhì)，盡可能地促進(jìn)學(xué)習者認知方式的變化是目前學(xué)習過(guò)程研究達成的基本共識之一。
3．學(xué)習過(guò)程理論應用不是“照搬”和“套用”，而是恰如其分地與教學(xué)實(shí)踐相結合，更為重要的是實(shí)現知識與能力的統一
把理論研究和實(shí)踐整合起來(lái)是一項非常緊迫的任務(wù)，學(xué)習過(guò)程研究需要不斷地將各種原理及研究成果應用于校內外的具體教學(xué)情景中，反過(guò)來(lái)還應根據教學(xué)實(shí)踐結果來(lái)不斷完善現有的理論。受教育技術(shù)研究和實(shí)踐領(lǐng)域特色的影響，現有學(xué)習過(guò)程研究主要是研究技術(shù)手段應用如何影響教學(xué)設計和教學(xué)過(guò)程，如何影響師生間的相互作用，如何影響學(xué)習者對內容、學(xué)習環(huán)境及自身的思考方式。對學(xué)習過(guò)程研究所能產(chǎn)生的成果，教育界同仁似已達成共識：不外是知識和能力。但現在問(wèn)題之所在是我們的教育實(shí)踐卻常常在兩者之間搖擺，忽而強調基礎知識的重要性，忽而強調普遍能力的重要性。教育技術(shù)實(shí)踐領(lǐng)域中諸多問(wèn)題的根源就是沒(méi)有把學(xué)習過(guò)程理論應用的基本點(diǎn)——實(shí)現知識與能力的統一把握好。
【參考文獻】（略）
文章選自《遠程教育雜志》（2006.1）
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