第三节 知识与问题解决

以往问题解决研究中所设置的问题都属于知识含量低（knowledge-lean）的任务，这类问题的主要特点是问题解决者不需要具有专业知识，个体问题解决的效果往往与问题的类型与使用策略有关。近年来，心理学家开始关注人们在特定领域里的问题解决能力，并推测专家与新手在专门领域里的问题解决能力上的差异是由于其知识组织方式上的不同造成的。于是开展了专家与新手的研究。

一、专家与新手的研究范式

在特定领域的多年学习与实践使人们成为该领域的专家。有人认为在某个专门领域有10年以上的经验方可称为专家。也有人认为专家与新手是相对的概念，如住院医生相对于医学院的学生而言是专家，相对于有多年临床经验的医生则是新手。相对于新手而言，专家总是能更好地解决专业领域的问题，造成这种差异的机制究竟是什么呢？为了回答这个问题，一些心理学家进行了专家与新手的对比研究。这类研究的基本范式是以某个领域中相对的专家和相对的新手为被试，给予相同的任务，对他们完成任务的情况进行比较。德格鲁特（DeGroot, 1965）曾做了一项堪称经典的专家与新手的比较研究。他让参加实验的象棋大师和普通棋手注视真实的棋局5秒钟，然后打乱棋子，让他们重新恢复看过的棋局。结果象棋大师能正确恢复棋子的数量为20～25个，而普通棋手只能恢复6个。但是如果棋子是随机排列的，则象棋大师和普通棋手正确恢复棋子的数量则没有差别，都是6个。这个现象该如何解释呢？蔡斯和西蒙（Chase &Simon,1973）提出象棋大师和普通棋手对棋局记忆的组块大小不同。因为象棋大师经验丰富，头脑里储存了大量的相关知识，因此可以把几个棋子编码成有意义的组块，以组块为单位去记忆棋子的位置，极大地扩大了记忆的容量。而普通棋手的相关知识贫乏，只能以单个棋子为单位去记忆，因而能够记住的棋子数量有限。但是对于随机排列的棋局来说，象棋大师和普通棋手都没有相关经验，只好以单个棋子为单位进行识记，因此他们的复盘成绩没有差别。

二、专家与新手的差异

有关专家与新手的对比研究表明，专家之所以在专业领域问题解决中比新手取得更好的成绩，主要是因为二者在知识组织方式上存在差异。这些差异主要表现在以下几个方面：

第一，知识组织的层次结构不同。专家的专业知识建立在多年的经验基础之上，这些知识高度联结并从属于一个概括性程度更高的类别，而这些类别又从属于一个概括性更高的知识类别，因而专家的知识结构呈现出一种层级组织形式。而新手由于经验贫乏，其知识结构主要由一些相对来说较小的、分离的单元构成，主要以一种“线性”方式排列，层级较少。埃隆（Eylon,1979）曾做过一项研究，他将有关浮力的知识内容整理成两种形式分别呈现给刚开始学习物理的学生。一种形式是类似于物理课本的传统组织形式；另一种形式是根据对专家有关浮力知识的分析结果以层次方式呈现相应的内容。结果表明，与使用传统教材的被试相比，使用层次性教材的被试在对材料的保持以及解决问题的成绩上分别表现出了40%和25%的提高。

第二，对陈述性知识和程序性知识的依赖程度不同。专家在解决问题中更多地运用程序性知识，而新手则较多地依赖陈述性知识。安德森（1982）做过一项关于几何问题的研究证明了这一点。他首先让学生学习两条证明三角形全等的定理，然后给学生一个题目，要求他应用定理进行解答并在解答的过程中出声思考。结果发现学生在解题的过程中非常依赖陈述性知识，他们不断地对定理进行复述、回忆，对定理的每个成分分别加以确认，一步一步地使用所学的原理。然后在经过另外四个问题的练习后，面对一个新的问题时，学生使用定理的速度明显加快，他们不再需要回忆和复述定理，而是立即判断出应该应用哪条定理。安德森认为这是因为学生经过练习以后在头脑里已经形成了解决问题的产生式规则，此时在解决问题时主要依赖的是程序性知识。

第三，对问题表征的深度与抽象程度不同。在表征问题时，专家根据的是原理，并能很快在表面特征与原理之间建立起联系，而新手易受事物表面特征的迷惑，从而影响解决问题的速度与准确性。在一项研究中，先把被试的专门知识分为三个水平，其中专家是物理学研究生，中间水平的被试是物理学专业的四年级本科生，新手则是只学习过一门物理学入门课程的学生。要求他们对40道物理题进行分类。结果发现，新手以表面特征作为分类依据，而专家则不受问题表面相似性的影响，而是根据问题的抽象组织规则进行分类，因此他们会将表面特征完全不同的问题归入同一类别。

蔡茨（Zeitx,1997）认为专家的知识是在中等抽象水平上进行表征的，既不过于抽象也不过于具体的知识表征有利于提取和操作，抽象的知识表征过于稳定，不利于灵活地解决问题，而具体的知识表征增加工作记忆负担，而且要对大量的个别问题进行表征也很不经济。

第四，在决策方面，专家存储了大量可利用的图式，因而可以综合利用这些图式更有效地解决问题，而新手一般只会用某种特定的方式解决问题，面对需要综合运用概念与原理的问题时就会感到困难。研究发现，在几何学与物理学领域，新手向专家的转化过程中经历了逆向推理至向前推理的转变（Latkin, 1981; Anderson, Farrell &Sauers,1984），而在计算机编程领域，虽然新手和专家都采取的是逆向推理，但专家解决问题是先通盘考虑全局，新手则注意局部的纵深。尽管领域不同，决策的方式也有所变化，但专家总是比新手能更好地发现与该领域最为适宜的策略。

第五，专家与新手相比在记忆上还有优势。在擅长的领域，专家比新手拥有的记忆组块多，而且记忆组块也大。蔡斯和西蒙对比了象棋大师与新手在回忆棋盘时的表现。他们发现被试往往是先回忆出一组棋子，停顿一下，再回忆出另一组棋子，如此循环直到回忆不出为止。停顿的时间可以作为划分记忆组块的边界，从而可以查明被试的记忆组块的大小。实验结果表明，大师的记忆组块平均为3.8个棋子，新手的记忆组块平均为2.4个棋子。大师在每一棋盘上平均可回忆出7.7个大组块，而新手只能回忆出5.3个小组块。

三、由新手成为专家的成长阶段

每个专家都是由新手成长起来的，有人提出从新手到专家要历经五个阶段：新手、高级初学者、胜任者、能手和专家（Dreyfus,1997）。也有人提出从新手到专家要经过外界支持期（external support）、过渡期（transitional）和自我调控期（self-regulatory）三个阶段（Glaser,1996）。尽管对新手到专家的成长阶段看法不一，但有研究证明中间者效应（the intermediate effect）是新手成为专家的必经阶段。所谓中间者效应是指处于这一阶段的个体，他们拥有比新手更多的经验，但在完成任务时成绩突然下降甚至不如新手的现象。例如，莱斯戈尔德（Lesgold,1984）发现具有三四年经验的临床医生诊断X光照片的表现比具有一两年经验的临床医生要差。为什么会出现这种现象呢？可能是因为前者拥有的知识量虽然较大，但却缺乏有效的组织，因而导致他们难以对当前信息进行编码或从长时记忆中提取相关信息。专家头脑里的知识是按层级组织的，这种知识表征方式有利于专家提取出相关信息而忽略无关信息。专家在解决问题时可以综合考虑问题的背景和问题的实质，新手虽然无法判断哪些知识是相关内容，但他们可以抓住情境的表面特征（它们往往也是内在特征的表现）解决问题。中间者试图像专家那样解决问题，却功力不足，因此导致成绩下降。