问题解决能力的发展研究

问题解决能力的发展研究，主要是为了解释问题解决过程的特点、阶段、使用的策略、影响的因素及其发展特点。能否解释问题解决能力的特征、过程、策略等，关键在于研究方法。要想知道问题解决的研究方法是怎么样揭示个体的心理过程的，我们要对问题解决的基本知识进行了解。

下面我将简单介绍有关问题解决的基本概念以及问题研究发展的相关理论，进而讨论问题解决发展的研究方法及典型实验。

在进行相关的学习前，我们来看一个短文，并仔细想一想如何解决：

两个车站相距100英里，星期六下午2点两列火车分别从各自车站相向而行，一列火车每小时时速60英里，另列火车每小时40英里。在火车开除时，有一只鸟在火车前飞行，速度为每小时80英里，鸟以恒定的速度在两列火车之间来回飞行，问火车相遇时，鸟飞了多少英里？

你能解决这个问题么？大多数人解决这个问题时都有许多困难，但有些人几乎立刻就解决了，也许你认为他们是数学家，事实上根本不是。（实验心理学资料首页）

一、问题解决的基本概念

1、什么是问题问题是指需要解决的某种以南。具体来说就是，当一个人希望达到某一目标，但又没有现成方法可供使用时，这个人所面临的就是问题。

一般来说，问题包括四个方面的内容：

第一，目标疑难被解决后的终极状态也成目标状态

第二，已知条件包括与问题解决相关联的各种已知因素

第三，转化状态的手段指解决问题的具体方法

第四，障碍指阻碍目标实现的因素

二、问题的类型

按不同的方式来分有多种能够区分方法，这里只讲REITRNAN1965年区分的两种类型：

良好定义的问题：指那些具有完整的初始条件、目标状态和转换手段的问题。许多智力问题和数学问题均属于这种类型，如迷津就是一典型，它的初始状态是路程的起点，目标状态时路程的重点，转换状态既是沿着迷津中的通路尝试着趋向终点。

非良好定义的问题：指形成问题的许多方面都没有明确的说明。例如，党你设想如何拥有一个理想的职业时，这个问题的已知条件、终极状态以及达到目标的手段都不是很明确。

值得注意的是，良好定义的问题和非良好定义的问题并非绝对分离，它们不是二元变量，二是连续变量，在某种条件下可以相互转换。

三、问题解决的途径

了解问题解决需要的的程序，才能更好的设计实验，研究被试解决问题所经历的心理过程，从大体来说，问题解决有两个必需步骤：

1、问题空间的形成

问题空间是主体所形成的关于问题情境的一种内在表征形式，包括一切有关的状态和操作。状态主要指那些与问题解决有关的各种信息情况，包括初始、中间、目标状态。

操作是指实现从一种状态专项另一种状态的手段。

2、搜寻问题空间的途径

两种途径：

其一是规则系统途径

特点：严密而有序可以确保达到解决目的需尝试所有的可能性耗费时间

其二是启发式规则

特点：对目标和条件进行思考后采取行动省时，但不能保证一定可以达到目标具有一定的机遇性和冒险性。

四、问题解决研究方法的变量介绍

要设计实验方法对问题解决发展进行研究，必须弄清楚问题解决中可以运用的各种变量

1、因变量

一般来说有三种测量问题及解决的过程，以我们开头的车鸟问题为例。我们测量的是什么？首先，运用的最多的是，在不同条件下，有多少被试解决了问题。

但是，大多数的研究中所涉及的饿恩梯可能太容易或至少在时间限制内是可以解决的。从而导致了天花板效应，这样很能确定是否是自变量起作用，因此我们应当引进其他因变量？第二种作业水平的测量：潜伏期，或者说解决问题的时间。

即使被试都解决了这个问题，但他们在不同条件下所花的时间不同，因此在不同条件下解决问题所花的时间就成了一个敏感指标。

因此，我们说潜伏期可能是一种比反应正确率灵敏的因变量指标，因为他能在大多数条件下反映自变量效果的情况。

第三种测量的是，在某些问题解决上存在着一种以上的方法时，问题解决的质量。把问题解决的方法评定为一个顺序量表是可能的，换言之，能够把他们从好到坏进行排序，那么即使正确率和潜伏期测量不能反映出不同条件下的差别，但一种条件下的被试也许比领一条条件下的被试获得更多满意的解决方法。

也许有人想使用这三种测量方法作为问题解决的指标，作为问题解决的会聚操作，但他们之间无直接联系。换言之，自变量的变化可能会使被试在一个短的时间内产生一个很糟糕的解决方法，而与此相反，另一种条件的被试极少可能产生一个更好的解决方法，并且还会花更长的时间。这涉及到了速度—准确性权衡的一种变式。

2、自变量

在问题解决中，最基本的自变量是问题的呈现方式。呈现方式又有几种不同的变化手段。继续以车鸟问题为例，手段之一，我们可以变化解决这一问题所需信息的呈现顺序极其重要性。鸟时速80英里是一关键信息，他被隐藏在问题描述之中，他放的位置不同可能会导致不同的结果；手段之二，变化无关信息的呈现量，此问题中开头的几点开车等就是一个完全无关的信息，应不予考虑，也许无关信息越少解决问题的时间就会越少；另外有无插图说明以及插图的性质也有不同效果。

除了与问题的呈现方式有关的变量外，其他有影响的变量，如在解决问题时是否有时间限制、对解决问题的脚上程度以及不同类别被试的个体差异等也影响问题解决。

3、控制变量

在以人为被试的实验中，凡涉及到思维和问题解决的实验都比其他复杂，因此必须严格注意控制实验条件。由于这一领域长使用被试间设计，所以必须谨慎并确保各种条件下的被试在统计上是相等的，或者通过随机分配，或者在IQ等维度上进行匹配在实现，尽可能的严格控制无关变量。

五、研究问题解决的方法

在研究个体人之发展时，通常使用的方法是记录下被试回答问题的正确性和回答问题所需要的时间，以此作为被试问题解决能力的指标，但其局限性在于并不能反映被试的内部加工过

程，在现阶段，研究问题解决时，研究者通常使用的方法是：我们现在只是简单介绍其定义，具体的实验操作将在其发展中讲解。

1、中间产品分析法

指在研究个体问题解决能力的时候，并不只是简单的记录被试对问题的回答，而是仔细观察被试在达到目标的过程中所进行的具体加工过程，假如想了解儿童是如何解决迷津问题的我们就需要搜集儿童为达到目标尝试的各种路线。

2、语词记录法

最通常的使用形式是要求别是在解决问题的过程中，大声说出自己的思考过程。

特点：可以较真实的反映被试的思考状况减少主观期待效应适当情况下要配合使用回忆记录（有时被试思考时是沉默时采用）

3、计算机模拟法

指将人解决问题的过程变成计算机程序输入计算机，再让计算机来完成这个过程的方法。原因：之前的方法只能得到一个个单个的加工过程那一是研究者了解到清晰流畅、具有系统性的加工程序。

通过计算机模拟，研究者可以将被试所提供的个别的加工过程整合到一起，假设一个产生某些问题解决的思想程序，并将此在计算机上十几运行，如果运行成功，就可以将这个加工程序认为是主体解决问题时所运用的方法，但并不能保证这是主体在解决问题是所应用的唯一方法，因为达到同一目标的途径往往不止一条。

尽管计算机模拟存在着不完善的地方，但其最大优点是能给研究者提供主体子解决问题时所进行的认知加工过程的细节性信息和清晰的逻辑步骤。

六、问题解决能力研究方法的历史发展

心理学史上有两种侧重点不同的研究问题解决的基本方法，他们对思维和学习研究都有深渊的影响，这两种方法是自下而上分析（又称材料驱动分析）和自上而下的分析（又称概念驱动分析，）问题解决能力的研究方法发展经历了的前两个时期，即联想主义时期、格式塔时期对应的也既是这两种基本方法。

（一）、联想主义时期

该时期最早开展实验研究的心理学家是桑代克，他把问题解决过程看作一种联想学习过程，带有渐进性质，在学习过程中，适宜的联系逐渐建立，并通过强化得到巩固，不适宜的逐渐消退，这种过程具有尝试—错误的方式。

实验范例：

1、迷箱实验

主要以猫和小鸡为对象，以猫为例。桑代克根据实验要求设计一只迷箱。这只迷箱需要三个分离的动作才能把门打开：提起门栓，按压台板，抓外露的绳索。

开始猫是无意识的、胡乱的乱抓，但当偶然碰到那条绳索或拉环或触及按钮时，门就自动打开，然后就用食物予以强化。进过几次反复。多余的动作减少，最后猫学会了解决打开门的问题。

2、迷津实验

以小鸡为实验对象，所用的实验材料是用围栏布置的迷津。在实验时，把小鸡放在迷津中心的一个地方，目的要小鸡找到引向食物和其他小鸡的出路。实验结果发现小鸡的行为和猫仔迷箱的行为类似，解决问题属于尝试错误方式。不同之处表现在：1、小鸡在联想方面要迟缓得多，2、小鸡解决困难问题的能力较差。

在分析试误学习时，桑代克特别关注成功。他认为似乎是导致成功的正确行为产生了铭记或学习效应。行为的效果导致成功，而这种效果又在行为中得到巩固。这种紫霞而上研究的历

史影响，在动物学习领域中是极其深远的，它的重要性也是无可比拟的，而且也远大于在思维和问题解决领域中的，人类的思维和问题解决侧重比较高水平的概念驱动过程。

（二）格式塔时期

格式塔理论以开始就反对桑代克的联想主义和华生的行为主义理论，他们主张从现象学出发，以事物的整体结构特性来理解心理，认为问题解决过程是一个顿悟过程。

实验范例：对黑猩猩的研究

柯勒布置了两种作业，一种作业是在房间里放一些木箱，房间的天花板上吊着一串香蕉，观察黑猩猩能否想办法取到香蕉。

开始时，黑猩猩试图采取跳跃的方式去香蕉，但没有成功。之后黑猩猩在房间里转，突然站到箱子前不动，过一会，他很快把箱子挪到香蕉下面，爬上箱子，取到了香蕉。

另一种作业是要求黑猩猩连接两根竹竿，在铁栏外取到香蕉。最后黑猩猩也能解决问题。概括来说，柯勒在测验黑猩猩解决复杂问题能力中采用了四种问题：一是迂回问题，二是利用现成工具问题，三是动物必须构成工具问题才能解决的问题，四是建筑问题。

通过这些研究，柯勒等人认为人类解决问题的过程类似黑猩猩，是一个顿悟过程。他强调顿悟在问题解决中的重要性。他自上而下的问题解决实验强调对问题结构、计划和概念属性表征而不在于试误，但这一观点在耨中程度上受到从桑代克研究工作发展而来的行为主义基本分析方法的反对。行为主义和格式塔理论对心理学都有很大影响。当代心理学的思维和问题解决实验研究和理论可能在很大程度上受到格式塔学派的影响。

（三）认知心理学时期

认知心理学从信息加工观点出发，把人看作是主动的信息加工者，把问题解决过程看作是对问题空间的搜索过程。

他们认为问题解决的发展是循序渐进的、与记忆力增长相联系的连续过程，在研究儿童问题解决过程时，他们关注儿童如何表征问题、解决问题的程序以及当儿童的记忆增加时，这些程序的改变。在具体方法上主要有之前我们讲到的口头报告、计算机模拟、模型分析等。具体的研究方法类型众多，有实物操作，如河内塔、量水问题等，也有数字和图形操作，在现代关于问题解决能力的研究中，认知心理学的研究方法占主导地位。

研究实例：

个体问题解决能力的发展具体表现在对问题有关信息的正确编码、解决问题的具体策略以及从经验中受益的能力等方面。

1、解决天平问题（见儿童发展心理学）也叫平衡杆问题心理学家常用此实验来测查儿童解决问题的能力。西格勒认为随着儿童的发展，他们会将问题中原先忽略的方面编码，使得他们能发展出越来越复杂的规则。他的研究趋向通过他设计的实验得到明确解释。其实验是考察5—17岁儿童使用各种各样的规则来解决平衡杆问题。

具体方法：测试时，在每个儿童面前呈现一根在支点上平衡的杆。支点的两端是等长的横杆，横杆可以以支点为中心摆动，在两端的横杆上都有灯具的间隔，由于被放置在两端横杆上的中午的重量以及重物的位置与支点间的距离不等，横杆将向左或右倾斜。在此实验中，被试的任务是根据支点两侧的重物以及重物到支点间的距离等条件，来判断横杆将向哪一侧倾斜。

平衡杆任务测试的是利用重量和距离之间关系的能力。解决平衡杆任务主要涉及两个重要的维度：放在两端横杆上重物的重量以及重物到支点的距离。能否成功解决平衡杆问题的关键，在于是否能对上述两方面的因素进行恰当的编码及合理的分析。

通过观察，西格勒归纳出儿童在解决平衡杆问题时所应用的4条规则：

配图片

规则一：如果杆两侧的重量相等时，处于平衡状态，重量不等时，向重的一侧倾斜；

规则二：如果杆某一侧的重量较重，这一侧将向下倾斜，如两侧重量相等。重物距离支点较远的一侧将向下倾斜；

规则三：如果杆两侧的重量及重物距支点的距离均等，则处于平衡状态；如果两侧重量相等，但与支点的距离不等，距离较长的那一侧将向下倾斜；如果两侧重物与支点距离相等，而重量不等，则较重的一侧将向下倾斜；如果两侧重量以及重物与支点距离均不相等，则出现猜测或混乱；

规则四：如果杆某一侧的重物较重，但重物与支点距离却较短；而另一侧的重物虽较轻，但重物与支点的距离却较长，在这种情况下则需要计算力矩（重量*距离）力矩较大的一侧将向下倾斜。

如何了解儿童在解决平衡杆问题时所使用的规则呢？最简单的做法是让儿童说出他们在解决问题时所依循的规则。但是，通过这种方法所获得的信息有时不够准确。假如儿童在回答时只是重复了他在学校或家里听到的解决问题所遵循的规则，而并不是其实际情况时，会使研究者高估儿童解决问题的能力，相反，如果儿童限于表达能力而未将运用的规则表达清楚时，又会是研究者低估其解决问题的能力。

为克服这种直接报告的局限性，西格勒设计了一种“规则评价法”将解决问题的方式与对不同规则的应用形成了某种联系，从反应方式推知所使用的规则。西格勒根据上述的四个规则，将天平问题具体化为六个方面：

1、平衡问题：支点两侧重量以及重物与其的距离均相等

2、重量问题：两侧重物到支点的距离相等，但重物质量不等

3、距离问题：两侧重物质量相等，但到支点的距离不等

4、重量冲突问题：支点一侧重物较重，另一侧较轻，但与支点距离较远，这时较重的一侧将向下倾斜

5、距离冲突问题：支点一侧重物较重，另一侧重物与支点距离较远，这时较远的重物的一侧向下倾斜

6、平衡冲突问题：支点两侧重物质量以及与支点的距离均不相等，但力矩相等，这时处于平衡状态。

使用不同规则的儿童在解决上述这六种类型的具体问题时将表现出不同的反映模式，具体可以从以下图标中看出：

1、那些能够应用规则一的儿童能解决平衡问题、重量问题、重量冲突问题，而不能解决其他类型的问题；

2、能应用规则2的儿童，除了能解决上述的三种问题，还能解决距离问题

3、能够应用规则3的儿童，不仅能解决前三个问题还能在概率水平33%的可能性上正确解决后三个问题

4、能够应用规则4的儿童能解决所有问题。

2、比例问题

在验证儿童是否会应用象征来帮助他们进行问题解决这一方面，朱迪·德劳赤在1987年进行的一项实验得到了可靠的证实，即比例问题。

实验设计：在第一部分的实验中，德劳赤要求2-3岁的儿童在一个与真实房间成比例的房间模型中搜寻一个玩具，之后带这些儿童去真实生活的房间，当要求儿童寻找那个玩具时，大于70%的3岁儿童能够找到，因为他们倾向于在比例模型中发现玩具的地方找。只有20%的两岁的儿童成功。就2岁儿童记忆较弱这一点而言，对这种差异无法解释，因为当两个年龄组的回到比例模型中时，他们都可以找到玩具。由此可以看出，2岁儿童在理解一个比例模型可以代表真实生活的房间的问题上有困难，他们难以用象征来帮助问题解决。

3、辐射问题衍生的类比研究

先来了解一下辐射问题：1945年由邓克首先使用，具体描述为：假如你是医生，面临着一个胃内有恶性肿瘤的病人。在肿瘤上不能动手术。但是，肿瘤不切除，病人就会立刻死去。有一种辐射能摧毁肿瘤。如果辐射以足够高的强度立刻到达肿瘤，肿瘤就会被摧毁。但不幸的是，当高强度的辐射经过集体的其他地方时，健康的组织同时也会被摧毁。低辐射强度下，射线对机体组织无害，但也不能对肿瘤起作用。我们应该用什么样类型的辐射去摧毁肿瘤同时有避免伤害健康的组织呢？

我们先来向一下怎样解决这个问题？怎么做，很多时候我们会被这之中的诸多要求所限制，然而，最具创造性和有效性的解决办法是从不同方面射向肿瘤几束弱射线，并使他们会聚在一起。每束弱射线不足以伤害机体其他组织，但聚集在一起又可以摧毁肿瘤。在这个实验中，45个被试只有2个提出了这个解决方法。

针对此实验，吉克和霍利约克对问题解决中的类推效应产生了浓厚兴趣，他们假设：当在辐射问题亲先给出一个类似的问题以及解决方法时，是否会有更多被试解决这个问题。即是否被试能从第一个问题中抽象出指导原则，然后运用到第二个中去。基于这种想法，吉克和霍利约克提出了其他的“类比故事”这些类比故事蕴含着高效解决辐射问题的基本原则。

在此引进一个指挥官的故事，一支坦克部队的指挥官要向敌军司令部发起进攻。如果用许多坦克，他赢的机会很大，但他的部队必须经过又窄又不牢固的仅能通过少数坦克的桥，因此只能用少数的坦克发起袭击，但易被敌人击退。为了胜利，这支部队指挥官制订了一个让坦克分别通过每座小桥包围敌军司令部的计划，这样，所有坦克都能立刻过桥攻击和占领司令部。

坦克袭击问题和辐射问题之间的相似性是明显的。被试是否会用指挥官故事中的道理来解决辐射问题？吉克和霍利约克做了一系列实验：

实验一：

设计三种情况下的被试对辐射问题的解决：一是被试读过类似指挥官的故事；二是没读过任何故事；三是读过不相关的故事。

结果：条件一下，大约有75%的被试在规定时间内解决了问题，而条件二和三的被试只有10%是用最有效的方法解决问题的。并且几个实验都得出这样的结果。

由此可以说这一现象是经过反复验证的，人民的问题解决能力能从类比中受益。

系列实验二：让所有被试都读类比故事，然后解决辐射问题。其自变量是：一有提示条件，在解决问题前告诉一组被试他们要阅读一故事，并能够利用故事作为提示考虑怎么样解决问题。二无提示条件，注视没有提示被试刚读过的故事与即将面临的问题解决任务之间存在联系。

结果显示：提示条件下，92%的被试做出了正确的解决，而非提示条件下，仅有20%，这一结果显示，只给出类比是不够的，还必须引导被试在试图解决后一问题时要积极利用它。4、功能固着在问题解决中的影响

邓克的盒子问题

对问题解决中功能固着的研究的典型例子，开始于邓克的一系列重要的研究。功能固着揭示的常识是：如果一个物体最近在某一情景中经常以某一特定方式被使用，那么它的用于某一新问题的其他方式则可能被忽视。

实验操作：

被试的任务是把三支小蜡烛安置在与视线相平行的门上。被试使用的材料被放在桌子上。其中有几件重要的材料：几枚大头钉、几根火柴、三个火柴盒大小的用纸板做成的盒子以及蜡烛。问题的解决方法是先把盒子钉到门上作为平台，然后再把蜡烛底部融化后黏在纸盒上。控制条件下，纸盒是空的；在功能固着条件下，盒子装着所有的材料，一个盒子装几支蜡烛，

一个装图钉，一个装火柴；中性条件下，盒子作为容器但装的是其他无关的物品，像纽扣等与问题解决无关的物品。

每种条件下安排7位被试进行实验

实验结果：控制条件下，7位被试都解决了问题；功能固着条件下仅43%解决问题，中性条件下只有14%解决了问题，

尽管该试验的被试过少，实验结果差异未经统计上的检验，但控制组和功能固着组的差异得到了四个实验的验证，故我们可以相信其存在。

亚当森的验证—回形针问题和螺丝锥问题

亚当森试图在解决三个问题（盒子问题、回形针问题、螺丝锥问题）中，比较被试在功能固着条件下和控制条件下的结果来验证邓克最初的实验‘

在每一种实验中，都有两种条件：一是有某物体的先前经验的被试；二是没有这类经验的控制组被试。在每一种条件下分别使用26-29个被试。测量的因变量指标有两个：在20分钟之内能够解决问题的被试百分率以及被试成功解决问题所花的时间。

实验结果：当只使用问题解决的被试百分比作为因变量时，只能在盒子问题上验证功能固着，86%的控制组被试和41%的功能固着组被试解决了问题。而另两个问题由于天花板效应，其结果不可能解释原先实验的结论。因而必须使用第二个因变量—解决问题所花的时间---通常称之为反应的潜伏期。回形针和螺丝锥问题在两种条件下被试解决的平均时间如图：

尽管被试都解决了问题但所花的时间有很大差别，被试在控制条件下解决问题要比实验条件下快得多。

因而，在某一问题有功能固着时，会表现为问题解决速度的变慢，但并不妨碍问题的解决。功能固着在亚当森的三个实验中都得到了验证。

5、言语报告在问题解决研究中的运用

在实验心理学早期，使用内省报告作为发现心理结构的方法并不认为是描述心理体验的严格的方法。因为它的基本问题在于信度问题：研究者在不同的实验室使用内省法常得出不同心理结构的结论。如果有人要用言语报告作为某种特定心理过程的证据，那么它只能作为几种必须的会聚操作中的一个。但是值得我们注意的是，由于思维及问题解决研究的特殊性，言语报告在这一领域具有很广泛的应用。

其典型的例子为：解答DONALD+GERALD的口语记录

具体的报告内容在这里就不细说，有兴趣的同学可以翻阅王甦的认知心理学或的实验心理学

埃里克森和西蒙曾详细的列出了言语报告可以作为基本数据的种种条件。因此最后，我们可以认为言语报告能作为有意义的因变量，无论这种报告是否能准确反映个体的认知状态，因为研究人关于那些原因的信念和言语报告就其本身来说是有意义的。

6、问题解决研究的计算机模拟

计算机模拟对问题解决的一个突出贡献是引出产生式概念，产生式概念为问题解决研究，也为整个思维、学习的研究提出新的思路。

早在1956年，NEWELL,SHAW 和SIMONiu成功的编写了历史上第一个模拟人解决问题的计算机程序，这个程序就是“逻辑理论家”，它模拟人证明符号逻辑定理的思维活动。这不仅是世界上第一个成功的人工智能系统，而且是世界上第一个启发式计算机程序，它依据人解决问题的启发法，主要是逆向工作策略来编写的。

稍后，他们有研制出模拟人解决问题的另一计算机程序，称作“通用问题解决者”该程序可以成功的用于从定理证明到河内塔以及传教士和野人过河等多种性质不同的问题，主要依靠手段目的分析策略而编写。

局限：1、目前的计算机模拟都是以心理实验的口语记录为依据的，难以涉及人潜意识下的

行为。2、实际上即使是依据一个明确的心理学理论来编写计算机程序，也会发生程序不能运行，必须加以修改；3、计算机的操作是以严格的串行方式进行的，人的口语记录也反映出此特点，但人的十几思维活动也许并不如此，这时涉及整个心理学的一大争议问题。

六、对问题解决能力发展研究方法的评价

到目前为止，问题解决能力发展的研究已经深入到内部的加工机制。从方法上来说，研究者从问题解决过程入手，通过情境实验、实物操作实验、数字、图形、语言等材料的实验，初步解释了问题解决的过程、策略，以及影响因素。

但是从研究方法上来看，还存在一些有待研究的问题：

首先，综合性的研究还不多，从多个方面、用多种方法进行的研究较少，单一的方法难以解释整个过程，尤其是年龄偏小的儿童

其次，研究者的理论也是带有片面性的，如联想主义的方法、格式塔的方法，即使是认知心理学方法较为全面，但在设计具体研究问题时，也会出现以点盖面的情况。

再次，从提出的问题来看，还是有许多值得研究的，例如解决问题的阶段性问题，是否具有普遍性？每个个体在解决问题时，是否采取了同样的策略？等等。

最后，到目前为止，大量的研究几乎都是针对结构良好的问题，然而，在日常生活中我们所面临却是大量结构不良的问题，这些都值得我们深思。