问题发现过程认知阶段划分的探索性研究

问题发现过程认知阶段划分的探索性研究

采用建构认知模型法探索问题发现过程认知阶段的存在性及顺序性问题。基于已有研究，提出问题发现过程可划分为信息搜寻、现状表征、寻求目标、建立联系、提出问题、评价和修正问题等六个阶段的基本假设。用出声思维和秩次聚类分析的方法对高低能力组共40名大学生问题发现过程的阶段性进行考察，结果显示：六个阶段中有两对阶段出现位置非常接近，可将其进行整合，构成现状搜寻与表征、目标探索、提出问题、评价和修正问题等四个阶段。在不同问题领域与不同能力被试群体中，各认知阶段的顺序性没有差异。

标签：问题发现；认知阶段；建构认知模型法；秩次聚类分析

1 前言

1.1 问题提出

问题发现是人类探究未知世界的第一步。科学的突破、技术的革新、文艺的创作，无一不是从发现和提出问题开始的。Einstein和Infeld指出，发现问题比找出一个问题的解决方法具有更大的价值〖1〗。

学者们从多个角度对问题发现进行了界定。Greeno把问题发现过程描述为，那些有助于个体理清问题结构，确定问题空间的限制条件，从而最终详细描述出待解决问题的过程〖2〗。Hayes指出，当起始状态与想要达成的目标状态之间存在差距，而又不知道用什么方法来跨越这个差距时，个体就有了问题〖3〗。Jay 与Perkins提出，问题发现包括构思与想象情境中可能的问题或问题形式，定义与组织真实的问题陈述，定期评估所形成问题的质量，并不断地重新构建问题〖4〗。邵惠靖认为，问题发现是指个体对内在心理或外在环境中的矛盾、困难、新奇或一般事件，设定不同于其起始状态之目标状态的过程〖5〗。综上可将问题发现界定为，问题发现是为不理想的起始状态设置一个相对理想的目标状态的过程。

在对问题发现过程的研究中，学者们关注到其阶段划分的问题。即一个完整的问题发现过程是如何开始，又如何结束的，期间经历哪些必要的步骤与程序。对问题发现阶段的考察，有助于进一步认识问题发现过程的本质与规律，掌握发现问题的关键要素。Arlin指出，问题发现是一个线性认知过程，她基于问题的抽象化等级和个体加工信息的方式提出用单位、类别、关系、系统、转换和蕴含等六个类别界定问题的结构，并认为在问题发现过程中，六类智力产品是由低到高依次出现的〖6〗。在Arlin设计的实验中，她要求60名女大学生在10分钟内就12个给定的物品（包含一个C形夹子、一根黑木管、一把剪刀、一个二角五分钱币、三根蜡烛、两条六尺长的细绳等）提出各种问题，并根据上述六个类别对问题进行分类和评价，以作为衡量问题质量的标准。实验结果显示，系统、转换和蕴涵这三类思维水平与问题发现能力之间存在关联〖7〗。Mumford等人基于理论思考提出，问题建构并不是来自真空状态，其过程涉及到对某些未加工认知

材料的操作，需要依次经历由情境事件引发问题线索、激活表征、审查表征、选择元素、重组元素等心智操作。在问题构建中，个体必须具有完备的记忆内容以及审查与选择形成环境事件表征的策略与方法，这些都与个体的知识密切相关〖8〗。Jay与Perkins指出，问题发现过程包括构思与想象情境中可能的问题，定义与组织问题陈述，定期评估问题质量，并不断地重新构建问题〖4〗。林沂升（2003）通过比较研究生与小学高年级学生在发现科学问题上的思维差异，提出问题发现的思维过程模型，认为问题发现涉及分析、演绎、类比、归纳、重组和评鉴等六种逐次递进的思维过程。他同时指出，科学问题发现的思维模式有固定的方向，该过程是由问题情境出发，首先经过分析思维，再进行演绎或类比思维，之后将产生的想法进行归纳或重组，再利用评鉴思维进行评价与修正，最后发现科学问题〖9〗。

综上可知，学者们认为，问题发现大致需要经历发现问题线索、理解并分析线索、确立问题要素、描述问题、评价与修正问题等阶段，但上述研究大多属于理论思辨，实证研究较少。

基于此，拟尝试通过实验的方法对问题发现的阶段性进行探索，目的在于考察：1）问题发现过程是否存在相对独立的认知阶段；2）各阶段出现的顺序性。拟采用建构认知模型的方法〖10〗进行研究，从认识论角度来说，该方法采用“自上而下”的认知方式，包含“先验模型－实验验证－模型完善”等三个步骤。即先基于已有研究建构理论模型，然后设计实验对模型进行检验，之后根据实验结果对模型进行修正和完善。此外，为考察阶段分类的领域一致性和对象一致性，即提出的认知阶段在不同领域和不同被试群体中是否会表现出共同规律，研究将在两个独立领域中对问题发现能力高与低的两类被试同时作考察。

1.2 问题发现认知阶段模型的初步构想

认知心理学多从问题空间的角度对问题发现的内涵进行阐述。Newell和Simon提出，问题空间包括问题的初始状态、目标状态与中间状态〖11〗。问题解决是指个体能够由初始状态通过各种途径达到目标状态的过程〖12〗。而问题发现则是为不理想的起始状态设置一个相对理想的目标状态的过程，也就是找出初始状态与目标状态之间的差距的过程〖2，3，5〗，因此，初始状态、目标状态和差距是问题发现的三个基本要素。

根据对问题发现内涵及其认知过程的分析，初步提出问题发现过程需要依次经历六个阶段。1）信息搜寻阶段：搜索和筛选与问题情境相关的各种信息和资料，这是问题发现的前提和基础；2）现状表征阶段：对搜寻的特定内容依据自己的理解进行表征，表征的内容涉及问题的现有状态；3）寻求目标阶段：发现情境信息中的不理想状况，并为其设置一个相对理想的目标状态；4）建立联系阶段，对起始状态与目标状态之间的关联与差异进行分析，进一步确认差距；5）提出问题阶段，在完成了对问题起始状态、目标状态和差距三个要素的认识和设定后，提出一个明确的问题；6）评价和修正问题阶段，对提出的问题进行评价、修正和调整，进一步完善问题。研究设想，上述每一个阶段都是独立存在的，阶段出现的先后顺序有显著差异。一个完整的问题发现过程可能涉及上述阶段，但

并非每个问题都必须经历全部六个阶段，有的问题可能只经历其中部分阶段。

2 研究方法

2.1 实验设计

采用2（问题领域：科学和生活）×2（组别：高能力组和低能力组）混合设计，问题领域为组内因素，组别为组间因素。因变量为认知阶段的类别和顺序。研究假设，问题发现的认知过程存在阶段性且各阶段的出现有先后顺序，在不同问题领域和被试群体中认知阶段具有一致性。

2.2 被试

在预备研究中，对620名大学生（男302人，女318人，平均年龄20.82岁）的问题发现能力进行考察。问题发现能力的评价指标包括7个，问题总数量、核心问题比率、变通性、深刻性、精致性、新颖性和矛盾问题击中率。各指标的具体含义如下：1）问题总数量指被试在一个情境中所发现的问题总数。2）核心问题比率是被试发现的核心问题数占总问题数的比值，核心问题指与情境的主题和关键信息密切相关的问题，如在科学领域中“脑纹收集器的工作原理是什么？”就属于核心问题。3）变通性代表问题的发散程度，其评价方法是把问题按照其内容进行分类，问题的类别数量就是变通性的得分。4）深刻性指问题的概括性、间接性和抽象程度，由评分者以5分制进行评价。5）精致性指对问题描述的准确和细致程度，以及在问题中修饰语和专有名词的运用情况，以5分制进行评价。6）新颖性指问题的新奇性和独创性，与问题的出现频率有关，也以5分制进行评价。7）矛盾问题击中率体现被试在存在矛盾与错误的情境中，发现矛盾问题的比率高低，计算公式为：矛盾问题击中率矛盾问题数量/问题总数量。对问题评价进行了评分者一致性检验，随机抽取18份报告，由三位评分者根据评分细则进行独立评价，评分者一致性系数范围在0.775～0.995之间，这是比较理想的信度范围，说明所制定的评价标准有较清晰的界定和良好的操作性。之后，由研究者对其余报告进行正式评阅。把这7个维度上的得分转化为标准分后求和即为总评分。

从团体实验得分较高和较低的前后20%学生中，随机各挑选20名参与实验。40名大学生中，男女生各半；最大年龄24岁，最小年龄19岁，平均年龄21.04岁。

2.3 材料与仪器

在问题情境设置上，参考了林沂升〖9〗和邵惠靖〖5〗的设计。从网络中收集了数十篇候选材料，根据专家意见结合研究特点筛选并整理出科学类与生活类备选材料各5段。请20名大学生（不参与正式实验）从难度、启发性和熟悉性等三个方面进行5点评分，选择了难度（M13.20，M23.00；t（1，19）1.710，p>0.05）、启发性（M14.10，M23.40；t（1，19）3.621，p＜0.01）与熟悉性（M13.05，M23.20；t（1，19）-0.767，p>0.05）均较适中的材料各一段作为正式实验材料，