国外复杂问题解决研究综述
文章来源：《心理学动态》200101
作者：邢强 张金桥
【作者简介】邢强 张金桥 华南师范大学心理学系（广州 510631）
【内容提要】在传统的问题解决研究中，忽略了复杂的、现实生活中的问题解决，因此复杂问题的解决(CPS)是一个相对新的研究领域。文章回顾了问题解决研究的两种主要取向――北美和欧洲取向，并对复杂问题的解决提出了明确的界定，描述了CPS的理论框架。
【关 键 词】复杂问题解决(CPS) 理论框架 方法论
【正文】
人们大多数的日常活动总是包括某种类型的复杂问题解决（complex problem solving，简称(CPS)。例如：针对某一主题，学生如何写一篇学术论文；修理工如何修理一辆车子；组织者怎样做出计划等。人们所遇到的问题并不十分相似，有些问题需要相对较少的心理步骤，有些问题却要求大量的“思考”；有些问题是我们从来没有遇到的，有些问题却是我们熟悉的；有些问题的目标比较清楚，有些问题的目标却是比较模糊的。那么，什么是复杂问题呢？大量研究认为，复杂问题应该按有意义的维度做出划分和定义，这些维度应包括问题解决的过程、心理步骤等等。本文分析了当前CPS研究领域占主要地位的两种研究取向，并在此基础上对CPS做出了界定，描绘出了CPS的理论框架，这对进一步研究CPS有一定的指导意义。
1 CPS研究的历史渊源与现状
对CPS的最初研究，开始于格式塔心理学在德国的早期实验研究，在60、70年代相继得到了发展，但是，它研究的只是一些相对典型的、相对简单的问题。如：Duncker的“X射线”问题、Ewert和Lambert的“盘”问题、以及后来著名的河内塔问题[1]。将简单的新问题作为研究材料，是基于这样一种考虑：对满意的问题解决能很好的界定；解决问题所要的时间较短；可以跟踪被试问题解决的步骤等。对这类问题的研究，既可以发现“真实”问题的主要特点，又可以探测被试解决真实问题的心理过程，因此具有一定的价值。但是，这类研究很难对CPS的真正心理历程进行概括。从70年代开始，许多研究者日益意识到，来源于简单的实验室任务的实验结果和理论概念都不能很好地概括复杂问题[2]，近来研究者对这一问题已经有了较为明确的陈述。例如，Sternberg(1995)通过实验指出，不同领域间的CPS的过程是不同的[3]。在这一阶段关于CPS的研究在国外尤其是在北美和欧洲掀起了研究的热潮，相继出现了不同的研究观点。
在北美，Herbert Simon在语义丰富领域内进行了研究，这可算作是对CPS的一个开创性的工作，发现不同知识领域间（如物理、写作、下象棋）的问题解决过程是不同的，签于此，他放弃去建构统一的问题解决理论[4]。另一方面，Anderson和Reisoer(1985)注意到在一特定领域的问题解决能力的培养，即专业技能的形成[5]。例如，在北美，出现了许多特殊的研究领域：阅读，写作，计算，律师推理，政治决策，机械问题解决等[6,7]。
在欧洲，出现了两种CPS的研究取向，分别是由英国的Broadlbent和德国的Dorner开创的。Broadlbent(1977)强调在意识之内和意识外的问题解决的认知操作过程和典型的计算机操作系统之间存在着重要的区别。而Dornert(1977)却着重强调对问题解决的认知的、动机的、社会成分间的相互作用的分析，与此同时，研究中所使用的材料十分复杂。因此，在某种意义上，他们的理论目标和方法论是不一致的。在另一方面，这两种研究取向也有共同点，即都强调用相对复杂的、语义丰富的、计算机化的实验室任务来建构类似于真实生活的问题解决[8,9]。
总之，研究者意识到在不同的知识领域之间，不同的技能水平之间存在着问题解决过程的差异。实验室情境中的问题解决过程，并不一定能概化到实验情境以外的问题解决过程。因此，近20年以来逐渐强调对现实世界问题解决的研究。但北美和欧洲所强调的侧重点有所不同。在北美，以分离的、自然知识领域的问题解决为研究对象；而在欧洲，则以新的、复杂的问题为研究对象，并用计算机作为辅助呈现材料的工具。
2 CPS的界定
关于CPS是什么的问题，研究者目前还未达到共识，主要是因为不同的界定间有很大的差异，可能跟研究者长期对问题解决领域内的基本概念的不同理解有关[10]。但一般认为所谓CPS过程，就是通过行为的或认知的、多步骤的活动，以克服从问题初始状态到期望的目标状态之间的疆界的过程。初始状态，目标状态以及它们间的疆界是非常复杂的，在CPS初期，问题解决者对初始状态、目标状态和它们间的疆界的属性是不知道的，而在CPS过程中，逐渐能清楚它们的属性以及相互关系。CPS过程，既能反映出问题解决者的背景知识、认知、情绪、个人和社会的能力，也能体现出问题解决者和任务情境要求间的有效的相互作用。
与这一定义不同，J.R.Anderson把问题解决界定为是：认知操作的一切目标定向过程。他认为，对问题解决者来说，不管任务是新的或熟悉的，不管问题复杂与否，与不管在初始状态和目标状态间的疆界是单一的还是多重的，CPS只是一个认知操作的目标定向过程[11]。而French,Funke(1995)则认为，CPS具有四个特征，分别是：①新的任务是被试不熟悉的，②是复杂的，③随时间动态变化的，④清楚的。为了解决这些问题，问题解决者必须预期到随时间变化而可能出现的变化，同时还应考虑到潜在行为的负效应[9]。
由上可见，研究者对CPS的界定并不相同，尽管如此，他们都强调CPS中任务和问题解决者之间的距离问题。他们认为，只有任务和问题解决者间存在距离，或者初始状态和目标状态间存在疆界时才有复杂问题的存在。因此，有人称之为CPS的“距离”(gap)定义。所以，复杂问题不应以问题的特征界定，而是应通过任务要求和问题解决者之间的相互作用界定，也就是通过任务特征和个人特征之间的相互作用界定。距离定义有两种定向，一种是“问题解决者”定向，即相同任务可能对一个问题解决者来说构成了一个问题，而对另一个问题解决者来说，要么没有构成一个问题，要么构成了许多问题。另一种是“任务”定向，即对所有的解决者来说，给出的任务要么构成了一个问题，要么没有构成一个问题。根据“任务”定义，CPS不仅仅是“简单”问题解决（“simple”problem solving,简称SPS）的延伸，虽然问题解决包括相对简单的实验室任务，但更为重要的是，CPS和SPS有着质的不同，例如，就SPS而言，典型的只需要克服一个疆界，而在CPS中需要克服许多的疆界，因为要克服许多的疆界，相应地，CPS不是单一的认知或行为活动，而是一系列的有优先次序的认知和行为。
比较重要的是，CPS并没有把问题解决活动看作是问题解决的决定性因素，而是认为，CPS能导致一般意义上的问题解决，而不是真正的问题解决。例如，被试通过计算机模拟某一领导的角色，即使在一段时间的练习后，在实际的领导情境中，被试仍不能胜任这一角色。主要是由于复杂问题的计算机任务和真实情境下的任务之间存在非线性关系。当然，缺少满意的解决尽管在理论上是合情合理的，甚至是可预期的，但这对实验者提出了一个问题：如何判定被试成绩的质量[12]。
最后，由于CPS中问题初始状态和目标状态间以及它们间的疆界是清晰的，因此对问题解决者来说很难评价自己在问题解决过程中的进步，所以问题解决者必须选择和构建信息间的相互作用，帮助对进步过程作出评价。
3 CPS的理论框架研究
由于研究者各自的研究领域不同，因此在建构理论过程中，他们只是从自己的研究角度出发，而不考虑其他相关的领域。例如，如果问题解决是根据认知而不是根据神经生理学、生物学的或行为学而定义的话，那么研究者就不会从神经生理学的、生物学的或行为学的水平上建构一个问题解决理论。那么应该如何建构CPS的一般理论框架呢？一般认为CPS的理论框架应包括：①在解决复杂的、动态的、不清楚的任务时，理解认知的、动机的、人格的和社会因素的是如何相互作用的；②在一个信息加工模型内，怎样理解认知的、动机的、人格的和社会的因素相互作用。为了清晰的描绘CPS的理论框架，我们对影响CPS的因素做了简单的回顾。
3.1 被试因素
3.1.1 个体经验
CPS随着个体的有关范围任务的大量经验变化而变化。经验一方面影响着问题解决的成功与否，另一方面，它影响着被试在问题解决中所使用的策略。一个人是否具有任务的经验，这直接影响着他是否努力检验该有关任务的假设以及和尝试着努力地证伪该假设。
3.1.2 认知变量
大量证据表明，诸如背景知识、监控和评价策略以及认知风格影响CPS。Beckmann和Guthke的研究表明：如果恰当地进行测量，一般智力也影响着CPS的某些方面[13]。而且，也表明在某种条件下CPS的成绩和任务知识的清晰度间存在矛盾。如Berry和Broadbent发现：在有关任务知识不清楚的情况下，也能发现CPS操作成绩的提高[14]。可惜的是，目前对这些矛盾的理解还不是很清晰[15]。
3.1.3 非认知变量
CPS受某些非认知变量因素如自信心、持久性、动机和情绪的影响。即人格因素和社会因素显著地影响CPS的操作[16]。行动监控理论就包括了这些因素，它利用不同复杂模块之间的交互作用来解释行为[17]。这些模块不仅包含认知过程而且包括情绪状态，因此，这类信息加工受到非认知变量的影响。
3.2 外部因素
3.2.1 问题结构
CPS受到任务结构的影响，这些结构包括任务的语义学、任务的复杂性、任务的透明度和其他的任务结构特征等。这些结构变量能建立一个灵活的框架模型，在这个框架内，问题解决者的活动依赖于先前的任务特征。
3.2.2 问题的情境
CPS的成功可能受任务的语义嵌套的影响，也就是说，一个任务可以表达为在一个可以理解和熟悉的上下文情境中。在演绎推理任务以及认知说明等CPS操作之中，上下文嵌套也起着重要的作用。
3.2.3 环境因素
CPS操作成功与否，受到环境因素的影响。它包括即时反馈、延时反馈、期待、合作、同辈压力等等。即使在目前任务保持一致条件下，假如环境因素有一些变化，如从个体到小组的问题解决，或者从即时到延时的反馈，那么在问题解决上都有强烈的变化。
4 CPS理论的成分
通过上面对CPS影响因素的分析，我们便可以勾勒出CPS的理论框架。如图1所示，它概括了理解CPS的一些基本成分以及这些成分的相互关系。该理论框架包括了三个独立的成分：问题解决者、任务和环境。
在问题解决者中，包括静态的记忆内容和动态的信息加工。记忆内容被进一步分为一般领域和特殊领域的知识，它们影响着CPS操作。信息加工包括可供选择的任务策略、任务监控加工以及加工评价。就非认知问题解决者变量而言，包括动机和人格，它们也影响CPS操作。
任务自身被描述为在给定状态和目标状态之间的疆界，即图中标定为“疆界”的地方。疆界具有复杂性、动态改变性和不清晰性。从初始状态到目标状态的转化是受到问题解决者的记忆内容和信息加工的影响，同时也受到问题解决者的可利用的工具的影响。
环境因素包括各种各样可以利用的资源，如反馈、期待、合作、压力、干扰等等。环境既影响着问题解决者，也影响了任务。它通过影响信息加工过程以及知识的通达来影响问题解决者。环境通过提供额外信息和阻碍使用工具而影响任务。同时，环境易被问题解决者改变，而不易被任务所改变。
从CPS的相对简单的观点来看，我们应该比较清楚地理解下面两个问题：①问题解决者、任务和环境三种成分中，每种成分是怎样影响CPS的？②问题解决者、任务和环境这三种成分是如何相互作用地影响CPS的？国内曾有过关于此类问题的研究，但是都不够全面、深入，因此，这两个问题仍旧是今后CPS研究的核心。
5 研究CPS的方法论取向
在研究CPS的方法中，实验法和个案法广泛受到研究者的青睐，显示出了其重要性[18]。尽管一些研究者认为，用经典实验技术来研究复杂的问题解决不是很有效[16]，但是，其他一些研究者却强调，实验技术能促进我们对CPS的理解[19]。关于实验方法的论争，本质上是由于研究者受到实证主义和现象学方法论的影响。其实，实验方法是一系列的技术，它不仅用来测试静态的假设，也能测试动态的加工模型。实证方法取向的研究策略认为，虚假的理论模型仅仅能够通过实验方法来证实，也就是说，实验能对有关科学假设进行根本性的确定。与此同时，它也有效地用于对理论进行测试和检验。与实证主义观点不同，现象学取向的研究策略强调CPS的单个案例的研究，即用认知模型来建构个体行为的某些方面。Kluwe(1995)对如何用认知模型建构个体的行为作过详细的分析，指出了现象学方法在CPS研究中存在的问题，认为个案方法虽然能有效地用于探索性假设和科学假设的形成，但是对证伪理论假设相当困难。
其实，实验方法和个案方法是两种互补的方法。由于个案法可用于假设的形成，所以在理论形成期间，可以广泛地使用个案法；由于实验方法对有目的的假设进行较好检验和测试，那么在假设验证阶段可以广泛的使用实验法。对CPS研究来说，这两种方法都能提高我们对CPS的理解，两种方法的有效性主要是受到研究范围的影响。因此，使用哪类方法好与否，关键在于对CPS研究的一些基本问题的理解，如：关于CPS知识和操作的测量；关于研究的效度问题；关于CPS加工过程的分析以及对形成CPS理论的正确认识。在CPS情境中，一个比较困难的问题就是对被试知识和操作的正确测量。一些研究者提出了许多研究程序，如：Hubner的关于任务操作方面的数学计算程序[20]；Kolb等人提出的研究操作原理[21]。我们认为，对于任何一个CPS理论，如果它不仅能预测自变量，而且能对自变量的测量有一个基本的框定，那么这个理论就是好的。就研究的效度而言，近20年来，随着实验技术的不断改进，目前用于实验室的人工系统越来越复杂，虽然在某种程度上这种复杂性的增加能提升研究的外部效度，因而能较好地理解复杂问题解决，但是它与真实世界的实际情境的问题相比而言，还存在一定的差距。另外，CPS研究的真正目的是为了理解它的加工过程，而不是它的加工产品。到目前为止，还没有特定的实验原理用于加工过程的分析，因而只能可以利用不同的加工模型和实验来理解CPS过程。最后一个值得深思的问题是关于问题解决理论的形成问题。要形成一个理论或多个理论是一件很困难的事。虽然好的理论假设，要么来自每天的日常经验，要么来自认知模型、个案以及现场研究，但是理论却是实验研究的前提，所以单纯使用实验方法或个案方法都不能精确地描述理论的形成。因此，只要合理的理解了研究方法和及其所适用的问题，就不会再有方法论上的争执。
6 小结
CPS的研究在认知心理学界已越来越受到重视，但是由于研究者受到不同方法的影响，形成了北美、欧洲两种不同的研究取向。我们认为要准确、合理地理解CPS，应综合采用实验方法和个案研究两种研究方法，只有这样，才能使CPS的研究更接近现实，并可以对复杂环境里的行为进行监控。所以问题解决研究是一个非常有前途的研究领域，会越来越受到心理学界的关注。
【参考文献】
[1]Mayer R E.Thinking problem solving.cognition.Second edition.NewYork:W H Freeman and Company,1992.67
[2]Newell A,Simon H A.Human problem solving.Englewood Cliffs,NJ:Prentice-Hall,1972.145-158
[3]Stemberg R J.Conceptions of expertise in complex problem solving:A comparison of alternative conceptions.In:Frensch P A.FunkeJ ed.Complex problem solving:The European Perspective.Hillsdale,NJ:Lawrence Erlbaum Associates,1995.295-321
[4]Anderson J R.Cognitive psychology and its implications.Fourth Edition.W H.Freeman and Company:New York,2000.2-3
[5]Anderson J R,Boyle C B,Reiser B J.Intelligent tutoring systems.Science,1985:456-462
[6]Stanovich K E,Cunningham A E.Reading as constrained reasoning.In:R J Sternberg,P A Frensch ed.Complex problem solving:Principles and mechanisms.Hillsdale,NJ:Lawrence Erlbaum Associates,1991.3-60
[7]Bryson M,Bereiter C,Scardamalia M,Joram E.Going beyond the problem as given:Problem solving in expert and novice writers.In Sternberg R J,Frensch P A Ed.Complex problem solving:Principles and mechanisms.Hillsdale,NJ:Lawrence Erlbaum Associates,1991.61-84
[8]Voss J F,Wolfe C R,Lawrence J A et al.From representation to decision:An analysis of problem solving in international relations.In:Sternberg R J,Frensch P A ed.Complex problem solving:Principles and mechanisms.Hillsdale,NJ:Lawrence Erlbaum Associates,1991.119-158
[9]Hegarty M.Knowledge and processes in mechanical problem solving.In Sternberg R J,FrenschEd P A.Complex problem solving:Principles and mechanisms.Hillsdale,NJ:Lawrence Erlbaum Associates,1991.253-285
[10]Frensch P A,Funke J Ed.Complex problem solving:The European Perspective.Hillsdale,NJ:Lawrence Erlbaum Associates,1995.43
[11]Anderson J R.Cognitive psychology and its implications.New York:W H Freeman and Company,1980.56
[12]Funke U.Complex problem solving in personnel selection and training.In:Frensch P A,Funke J ed.Complex problem solving:The European Perspective.Hillsdale,NJ:Lawrence Erlbaum Associates,1995.219-240
[13]Beckmann J F,Guthke J.Complex problem solving,intelligence,andlearning ability.In:Frensch P A,Funke J ed.Complex problem solving:TheEuropean Perspective.Hillsdale,NJ:Lawrence Erlbaum Associates,1995.177-200
[14]Berry D C,Broadbent D E.Implicit learning in the control ofcomplex systems:A reconsideration of some of the earlier claims.In Frensch P A,Funke J ed.Complex problem solving:The European Perspective.Hillsdale,NJ:Lawrence Erlbaum Associates,1995.131-150
[15]Buchner A,Funke J,Berry D C.Negative correlations between control performance and verbalizable knowledge:Indicators for implicitlearning in process control tasks?Quarterly Journal of Experimental Psychology,1995,48:166-187
[16]D附图{图}rner D,Wearing A.Complex problem solving:Toward a(computer-simulated)theory.In:Frensch P A,Funke J ed.Complex problem solving:The European Perspective.Hillsdale,NJ:Lawrence Erlbaum Associates,1995.65-99
[17]Funke U.Complex problem solving in personnel selection and training.In:Frensch P A,Funke J ed.Complex problem solving:The European Perspective.Hillsdale,NJ:Lawrence Erlbaum Associates,1995.219-240
[18]Kluwe R H.Knowledge and performance in complex problem solving.In:Strube G,Wender K F ed.The cognitive psychology of knowledge.Amsterdam:Elsevier Science Publishers,1993.401-423
[19]Kluwe R H.Single case studies and models of complex problem solving.In:Frensch P A,Funke J ed.Complex problem solving:The European Perspective.Hillsdale,NJ:Lawrence Erlbaum Associates,1995.269-291
[20]Hübner R.Methods for the analysis and construction of dynamic system control tasks.Zeitschrift fur Expeimentelle und Angewandte Psychologie,1989.36,221-238
[21]Kolb S,Petzing F,Stumpf S.Complex problem solving:determining the quality of human problem solving by operations research tools-aninterdisciplinary approach.Cognition,1992.11:115-128
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