学习过程中的两种认知研究范式分析及启示

胡卫星 赵苗苗 刘家勋
辽宁师范大学计算机与信息技术学院，辽宁大连116029
【摘要】学习过程研究不仅在心理科学领域，而且在教育科学领域都处于十分重要的基础地位。目前教育技术领域中，虽然认知取向的学习过程研究成果已经得到广泛认可和应用，但由于学习过程是一个复杂的d理过袒，已有的符号信息加工认知研究范式已呈现出一定的局限性，新联结主义认知研究范式的出tilt&学习研究带来了全新的视角，从符号信息加工研究到新联结主义研究的转换已是一种明显的趋势。对学习过程的符号信息加工认知研究范式进行深入剖析，阐释新联结主义研究范式下的学习研究成果，将大大有助于思考学习机制认知研究范式变换给教育技术带来的影响及启示。
【关键词】范式；符号信息加工；新联结主义
在心理学发展史上，学习研究曾出现过各种不同的理论派别，它们就学习问题提出过各种不同的主张，并建立了各自的理论体系。其中影响比较大的是行为主义学习理论和认知学习理论。前者主要包括桑代克试误说、巴甫洛夫经典条件反射说、华生学习习惯说、斯金纳操作条件反射说等，主要观点是：学习是主体外在行为的改变；研究学习就是探讨行为变化的规律等。认知主义学习理论则认为：学习是主体内在心理结构发生变化的过程；研究学习就是探讨学习者内部心理变化的规律，进而使学习者内部心理结构向既定教育目标所要求的方向转化等。典型代表有柯勒顿悟学说、布鲁纳认知——发现说、奥苏伯尔认知——同化说、加涅信息加工说等。目前，认知心理学的研究成果已经得到大家的广泛认可和应用，但学派内部对学习过程的研究已经开始从符号信息加工研究范式向新联结主义研究范式进行转换。为此，有必要对学习过程的符号信息加工认知研究范式进行剖析，通过新联结主义研究范式下的学习研究阐释，思考学习机制的认知研究范式变换给教育技术带来的影响及其启不。·
一、符号信息加工研究范式：集中处理串行加工
符号信息加工研究范式即通常所说的信息加工研究，它源于将人的认知过程类比成计算机信息加工过程，即把人看成是和计算机一样的符号信息加工系统。相对于行为主义学习理论而言，学习的信息加工认知研究范式认为学习不是引起学习主体的“行为改变”，而是引起学习主体“内在能力和倾向的一系列变化”。把学习过程研究视角转移到更加关注学习主体——学生以及师生关系等广泛影响学习质量的变量因素上来，这种观念的转变使学习过程研究得以深入，对学习过程本质的认识发生了重大转变。主要表现在以下三个方面：1．重视学习主体的主观能动性研究；2．重视学习的层次性、阶段性研究，重视结构在学习中的作用研究；3．整个学习活动是由一系列的事项组成，是一种串行加工模式，可以用具体的流程图来描述。每个学习阶段都可以看作是学习者一个或多个中枢神经系统相互联系的内部过程，即把信息从一种形式转换到另一种形式，直至在操作中得到反应。学习的信息加工研究范式将知识看作是获得信息的结构，获得再认或建构符号的模式，能理解观念，会推理，会解决问题，会使用和理解语言等一般能力的过程。这种以探讨知识结构为核心的方法，为人们用相当详细规定的信息结构来分析学业课程中的观念与程序提供了基础，为具有认知倾向的教育心理学家们及关心课程和学科领域教学的教育工作者们，提供了较行为主义教育心理学家更加紧密和完整的学习过程的接触。信息加工认知研究范式十分注重如何让学生学得有意义，即如何让学生建立或意识到新旧知识之间的有机联系。研究证明，让学生自己动手做章节提纲，总结学习内容，为新内容找出自己生活中有关的例子或课堂讨论等，都能够帮助学生积极投入到有意义的学习过程中。学生通过有意义学习所掌握的知识，不仅记忆牢固，而且能灵活地迁移到新的学习情景和问题解决情景中。
在实际教育教学活动中，信息加工的学习过程研究范式还是存在着一定的局限性：首先，信息加工研究范式下的学习过程研究普遍采用“黑箱”方法，即输入一定的s—R刺激，测试相应的输出响应，通过分析外部观测或试验数据来了解研究对象的行为方式和功能特性。但实际上，尤其是在生理机制上，串行信息加工过程模式与入神经的突触网络结构极不相符；其次，在进行复杂的智慧活动如阅读、自然语言理解等时，信息加工研究范式缺乏足够的灵活性；最后，信息加工研究范式不能解释认知问题的全部，更难以把握情绪、需要、动机、能力和性格等心理现象。造成上述局限性的根本，就在于该研究范式是撇开人的社会特征和生命特征而进行人机类比。
二、新联结主义研究范式：分布处理平行加工
新联结主义是20世纪80年代认知心理学研究中得以复兴和发展的另一研究范式。相对于传统的符号信息加工研究范式，新联结主义研究范式认为大脑不再是纯粹的“黑箱”系统，不能采用“黑箱”方法，而应倡导使用“灰箱”方法，在研究过程中应广泛采用大脑结构和功能模拟的方法。新联结主义认为认知和学习都是神经网络相互作用中所表现出来的整体属性，主张采用还原论与整体主义相融合的研究策略。现代化研究手段在脑模拟研究中的不断运用，使大脑结构和功能的基本单元——神经元逐渐为人们所认识。受其影响，新联结主义范式在进行学习研究时，是将具有神经元功能的大量单元组合成网络，通过考察它们并行的动态特征来探讨学习的过程机制。新联结主义研究范式认为关于个体或事件的信息是以结点或单元间大量的“联结”形式储存的。新联结主义所谓的学习就是联结权重的变化，是原来的联结消失而产生新联结关系的过程。或者说，新联结主义研究范式下的学习就是对联结权重的适应性变化过程，通过联结权重的改变使输出符合期望。简言之，新联结主义学习过程是不断调整网络的联结权重以获得期望输出的过程。
如何调整权重是新联结主义研究范式下学习过程研究的一个重要问题。目前，研究结果表明，有两类较为典型的权重调整方法，即相关学习调整和误差修正学习调整。相关学习调整指的是：如果一个单元接受来自另一单元的输出，两个单元都高度兴奋，则两个单元之间的联结权重就会得到加强，即两个单元之间的权重变化与其活性之积成正比。误差修正学习调整是联结主义研究范式下的另一重要学习过程阐释，这种学习过程包括以下几个步骤：首先，选择一组的初始权重值，然后计算某一输出模式对应的实际输出与期望输出的误差；然后再更新权重值；最后再计算与输入模式相对应的实际输出与期望输出的误差。如此循环往复地对网络进行训练，直到对所有的输入模式，网络均能给出满意的输出为止。新近研究还表明神经网络结构的拓扑变化在学习过程中也起着重要作用。这意味着，神经网络的学习不仅体现在权重的变化上，而且也体现在网络的结构变化上。实际上改变神经网络的拓扑结构与修正权重的方法并不矛盾，二者具有互补作用。由于联结主义神经元网络模型是对生物大脑的最接近模拟，因此，对神经元网络模型学习的研究和揭示，可能最能反映真实大脑学习的实际情况，这种模拟研究对于我们了解和掌握人类大脑学习的本质不无裨益。因而，现在越来越多的认知心理学家重视从脑科学和认知过程的脑功能模拟角度来完善或阐释学习过程的本质问题。
三、学习过程的两种认知研究范式对教育技术的启示
综观以上两种关于学习过程的认知研究范式，由于对学习研究的不同模拟手段和方法论基础，关于人类学习活动的本质和规律仍然没有一个统一的理论。符号信息加工研究范式把学习看成是学习者内部对符号信息循环进行加工编码处理的过程，是一种从学习内部宏观机制人手的研究范式，它试图寻找一种形式结构将人类认知的各项学习活动转换成抽象的符号系统。而新联结主义研究范式则是一种从认知结构复杂性角度来对人类学习深层机制进行模拟的工作范式，是以对人类学习规律和机制的生理机制理解为基础来模拟和探讨人类学习活动的。
从宏观上看，学习过程是一个按照时间顺序紧密相联的一连串信息加工过程，是对新知识进行理解和记忆的过程，也就是认知结构有序化的过程。概括起来，学习过程的宏观理解为在自组织和他组织的统一作用下，认知结构逐步走向有序，并从一种有序结构向更高有序结构逐步演化的良过程；从微观上看，学习过程则是一个异常复杂的大脑神经元活动过程，学习是大脑神经网络里极大量神经元经过复杂的相互联结、相互作用的一种“涌现”现象，是大量相互影响的基本认知加工单元(神经元)同时活动的结果。
受认知研究符号信息加工研究范式的影响，教育技术研究领域中对学习过程的研究还普遍地停留在对符号信息加工串行流程的理解与设计上，这在一定的程度上限制了学习过程设计的效率和效益。联结主义研究范式的复兴为教育技术领域中学习过程研究的深化提供了一种新的契机和方向。主要表现在以下几个方面：
l.学习过程呈现出越来越强的大规模并行处理、分布式信息存储、强容错性等特征
与符号信息加工研究范式试图寻找一种形式结构将人类的认知活动转换成抽象的符号系统操作这一出发点不同，联结主义研究范式认为认知过程太复杂了，不可能像符号主义那样从最顶部开始设计，而应该改变研究方向，应着重研究人类大脑的神经网络结构，从人类认知系统的基本生理结构机制模拟出发，由下至上来分析和设计学习过程。目前，基于大脑神经网络的信息处理具有如下几个特点：大规模并行处理，即大脑神经元之间能够在非常短的时间内对外界事物迅速做出判断和决策，能同时对诸多信息进行大规模处理；信息存储分布性，大脑存储信息是通过改变神经元突触的效能来实现的，信息是分布存储在神经元之间的联结强度上；神经网络具有很强的容错性，即人脑善于联想、类比和推广，对不完整的信息、扭曲的图像有很强的识别和纠正能力，能把不同领域内的知识结合起来，加以灵活运用。学习离不开学习者认知系统的基本生理结构，如何从更微观的神经网络特征研究出发组织宏观知识的内容和结构已经成为现代教育心理学和教育技术所共同关注的一个研究课题。
2．学习过程在倡导尊重学习者先天素质的基础上不断细化，尤其是对认知方式的关注与日俱增
传统符号信息加工研究范式下，学习过程研究非常重视形式化问题的解决，而对于非形式化或半形式化的问题研究肤浅。现代学习过程研究不仅重视逻辑思维行为，而且更为重视的是形象思维行为以及人与环境间的交互作用。这一点启发我们，对学习过程的研究和应用应越来越重视知识获取和信息表征的整合问题，不仅要让学习者体验到知识获取的过程，而且还要发展他们将过程或相关信息采用合适方式表征的能力。最大可能地发挥学习者的先天素质，尽可能地促进学习者认知方式的变化是目前学习过程研究达成的基本共识之一。
3．学习过程理论应用不是“照搬”和“套用”，而是恰如其分地与教学实践相结合，更为重要的是实现知识与能力的统一
把理论研究和实践整合起来是一项非常紧迫的任务，学习过程研究需要不断地将各种原理及研究成果应用于校内外的具体教学情景中，反过来还应根据教学实践结果来不断完善现有的理论。受教育技术研究和实践领域特色的影响，现有学习过程研究主要是研究技术手段应用如何影响教学设计和教学过程，如何影响师生间的相互作用，如何影响学习者对内容、学习环境及自身的思考方式。对学习过程研究所能产生的成果，教育界同仁似已达成共识：不外是知识和能力。但现在问题之所在是我们的教育实践却常常在两者之间摇摆，忽而强调基础知识的重要性，忽而强调普遍能力的重要性。教育技术实践领域中诸多问题的根源就是没有把学习过程理论应用的基本点——实现知识与能力的统一把握好。
【参考文献】（略）
文章选自《远程教育杂志》（2006.1）