信息加工心理學
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信息加工心理學
當代認知心理學是一個內容廣泛的學科領域，其研究涉及到人的認知的所有方面，而且其概念和理論也滲透到幾乎心理學的所有分支領域。有趣的是，在第二次認知革命中崛起的聯結主義研究並沒有使以計算機類比為主要特徵的信息加工心理學退出心理學的前沿陣地，它甚至依然作為認知心理學的主體而存在。因此要把握當代認知心理學的全貌，首先還是要把握信息加工認知心理學的基本觀點、研究內容和研究方法。
一、信息加工心理學的基本觀點
眾所周知，計算機為信息加工心理學提供了最便利的隱喻——將人腦比作電腦，人腦像電腦一樣可以通過把僅有的幾種操作作用於符號，加工的信息仍以符號形式貯存，加工的結構和過程可以直觀地表示成流程圖（flowchart）或稱為「箭框模型」（boxes-and-arrows models）。人腦是一個信息加工系統，它可以對錶徵信息的物理符號進行輸入、編碼、貯存、提取、複製和傳遞，而這一過程的完成是系列性的，不同的加工任務和加工階段由不同的認知結構來完成，這些相對獨立的認知結構既前後連接，又具有等級差異，是類似於人工智慧機的人腦內部的「機器」。
信息加工系統，也稱為「符號作業系統」（Symbol Operation System），主要由四部分組成，即感受器、效應器、處理器、記憶裝置，其中感受器是接受信息的裝置，也就是感覺系統；加工器是整個信息加工系統的控制部分，它決定著信息加工的目標、計劃及計劃的執行，包括圖中的控制加工器和工作記憶；記憶裝置，主要是指永久性記憶，是信息加工系統的一個重要組成部分，其中存放大量的、由各種符號按照一定關係聯結組成的符號結構，即信息；效應器是信息加工系統對信息作出反應的部分，這是整個系統的最後結構，控制著信息的輸出。這裡最核心的是處理器，它又包括三個功能部分：「（1）一組基本信息過程，如製作和刪除符號，製作新的符號結構和複製、改變已有的結構，以符號或符號結構來標誌外部刺激，對符號結構進行辨別、比較，並依據符號結構確定反應等；（2）短時記憶，保持基本信息過程輸入和輸出的符號結構；（3）解說器，將基本信息過程和短時記憶加以整合，決定基本信息過程的序列。對基本信息過程的序列的說明和規定即構成程序，它是信息加工系統的行為機制。」信息加工心理學就是研究信息在信息加工系統中的傳遞、轉換、貯存和作用機制，以揭開頭腦「黑箱」內的活動。
二、信息加工心理學的主要研究
信息加工心理學的研究內容廣泛，其中大部分研究集中於四個面：知覺加工與模式識別、注意、記憶和問題解決等。
（一）知覺加工與模式識別研究
知覺是確定刺激物意義的過程，包括對刺激物的定向、選擇、組織和解釋。信息加工心理學注重對知覺過程的精細研究，從而揭示出其內在的信息加工方式，這些加工方式主要包括：（1）數據驅動加工和概念驅動加工（Lindary & Norman，1977），前者指從刺激作用開始的加工，也叫做自下而上的加工；後者是從主體對於知覺對象的一般知識開始的加工，也叫做自上而下的加工。（2）系列加工和平行加工，前者是指信息加工按照確定的順序一步一步進行的加工方式，後者是指多方面刺激信息可以在不同的信息加工單元中同時進行的加工方式。（3）整體加工與局部加工，前者是指知覺到刺激物的整體特徵，後者是指知覺到刺激物局部的特徵，而且在許多情況下，知覺加工表現出明顯的整體優勢效應，如字詞優勢效應、客體優勢效應等。
知覺研究領域的重點是模式識別。模式識別是指對於外界刺激進行辨別和歸類。認知心理學家對模式識別感興趣的另一個原因是想讓計算機能模擬人的這種能力，使之更加智能化。信息加工心理學中有三種代表性的理論可以在一定程度上解釋信息的識別、理解和破譯原理。
1．模板匹配模型
模板匹配模型（template matching model）是根據機器的識別模式提出來的。它的中心思想是認為人的記憶系統中儲存著各式各樣的刺激物的模板，當輸入的刺激信息正好與某一儲存的模板相匹配，該刺激信息就得到破譯和識別。但是僅用這種機械的、嚴格對應的呆板模板匹配來解釋人類高度靈活的認知過程顯然是不夠的，也是不經濟的。
2．原型匹配模型
原型匹配模型對模板匹配模型進行了改進，認為人可能在記憶系統儲存的不是與外部刺激嚴格對應的模板，而是一類刺激的概括表徵，即原型，所以原型是一種綜合的、抽象的產物。外部刺激信息輸入後，信息加工系統根據輸入信息與原型的匹配程度來識別信息，一般會將刺激信息識別為與其有最佳匹配的原型，並賦予其一定的意義，使之獲得理解。顯然，原型匹配模型包容了模板匹配模型，同時克服了模板匹配模型不靈活、不經濟的缺點，也得到更多生活經驗和心理實驗的支持。不過，更能體現符號加工意義的模式識別理論還是特徵分析模型。
3．特徵分析模型
特徵分析模型認為，主體接受輸入的信息後，首先對其進行特徵分析，然後將分析的結果與長時記憶中的各種事物的特徵表進行比較，一旦獲得最佳匹配就獲得識別。特徵分析模型在解釋人的模式識別方面顯得更為靈活和經濟，而且也具有更高的抽象性。但也還是存在一些疑問，比如大量的特徵表是如何貯存的？它會增加記憶負擔嗎？
（二）注意的研究
注意的心理機制是現代認知心理學最早的實驗課題之一，其研究目的主要在於探明注意的選擇機制，實驗採用的方法主要是雙耳分聽技術。從布魯德本特（Broadbent）最早提出早期選擇模型以來，認知心理學家又先後提出了中期選擇模型、晚期選擇模型和資源限制理論等不同觀點。
1．過濾器模型
徹里在雙耳分聽實驗中發現，被試追隨耳的信息受到注意，因而能得到進一步加工，非追隨耳信息未被注意而不能得到加工。英國心理學家布魯德本特在進一步實驗基礎上提出了注意的過濾器理論（Broadbent，1958）。該理論認為，人的大腦皮層的加工能力非常有限，為在信息輸入通道出現了瓶頸口式的過濾器,通過過濾器的信息受到進一步的加工而被識別和貯存，其餘信息則被阻止在高級中樞之外。這種過濾器按照「全或無」的原則進行工作，一個通道通過信息同時就關閉其它通道。因此該理論也被稱為是單通道理論，它認為過濾器位於知覺之前，所以信息選擇發生於信息加工的早期階段，故稱早期選擇模型。
2．衰減器模型
有證據表明，一些特彆強烈的刺激或對於信息接收者特別有意義的信息，即使不是從追隨耳進入加工系統也能被識別，於是特瑞斯曼（A.m.Treisman）提出衰減器模型。衰減器模型認為信息通道中的過濾裝置是按照衰減方式工作的，但特別有意義項目（如自己的名字）的激活閾限較低，因此能被激活和識別，這一過濾裝置被稱為中樞過濾器。看來選擇注意不僅取決於感覺信息的特徵，而且取決於中樞過濾器的作用，所以又被稱為是中期選擇模型。
3．晚期選擇模型
晚期選擇模型認為，選擇性注意發生在信息加工的晚期，過濾裝置位於知覺加工和工作記憶之間。該模型假定所有輸入信息都到達了長時記憶，並激活其中的相關項目，然後競爭工作記憶的加工，知覺強度高的或意義較重大的信息獲得進一步的系列加工，然後做出反應。這個模型能很好地解釋注意分配現象，因為輸入的所有信息都得到了加工；也能解釋特別有意義的信息容易引起人的注意，因為貯存在長時記憶中的這些項目激活閾限是很低的。但是，這個模型不經濟，它假設所有輸入信息都被中樞加工。
與上述過濾器理論完全不同的是由卡尼曼（D.Kahneman）提出的心理智源限制理論。這種理論把注意看作是心理智源，而人的心理智源在總量上是有限的。如果一個任務沒有用盡所有智源，那麼就可以指向另外的任務。當人面臨不止一個的任務時，人就要把心理智源進行分配，每個任務所佔用的心理智源就會相對減少，活動效率也會相應降低。這個理論可以很好地解釋注意分配現象和有關實驗結果，但是它不能預測人的心理智源究竟有多少，如何分配？所以它仍然是不能令人完全滿意的。
按照信息加工的觀點，記憶是信息的輸入、編碼、貯存和提取的過程，它能更全面地體現信息加工系統的工作流程，所以它也是信息加工心理學研究的核心內容之一。
（三）記憶的研究
按照信息加工的觀點，記憶是信息的輸入、編碼、貯存和提取的過程，它能更全面地體現信息加工系統的工作流程，所以它也是信息加工心理學研究的核心內容之一。到目前為止，有關記憶的信息加工研究集中在三方面：記憶的結構、表徵和容量，主要是記憶的結構和信息表徵。
1．關於記憶結構的研究
關於記憶結構的研究是從兩種記憶說開始的。早在1890年國心理學家詹姆士就提出初級記憶和次級記憶的概念，前者就是指短時記憶、後者就是指長時記憶。阿特金森和希夫瑞（1968）提出了記憶的三級信息加工模型。該模型認為，記憶結構是固定的，而控制過程是可變的，記憶由感覺記憶、短時記憶和長時記憶三個存貯系統組成。在信息加工過程中，外部信息首先通過感覺器官進入感覺記憶，這裡對信息保持的時間非常短，只有1秒鐘左右，然後受到注意的信息獲得識別進入短時記憶。短時記憶是一個信息加工的緩衝器，其中的信息處在意識活動的中心，但是這裡的容量有限，只能保留7±2個信息組塊，而且信息保留的時間也只有 1分鐘左右，除非不斷對信息進行複述。複述可以使短時記憶中的一部分信息進入長時記憶，長時記憶的容量很大，對信息保留的時間也可以很長，它是我們的信息庫，我們積累的大量知識經驗都貯存在這裡。長時記憶中的信息可以在激活信號的作用下回到意識狀態，供認知系統應用。
對於記憶的多存貯理論也有不同意見，其中有代表性的是克雷克的加工水平說。加工水平說認為，多存貯結構是不存在的，信息保持時間的長短不是由於所處系統的不同，而只是由於其受到了不同水平的加工。信息加工會留下記憶痕迹，所以記憶是信息加工的副產品。
2．記憶信息表徵的研究
記憶信息的表徵主要是長時記憶的信息表徵，而長時記憶的信息也被稱為知識，即個人知識。人們把知識劃分為兩大類：陳述性知識和程序性知識。陳述性知識的表徵方式既有情景性的，也有語義性的，其中語義記憶信息的表徵理論主要包括網路模型和特徵分析模型兩類。前者認為人腦對語義的記憶是以網路形式分層存貯的，所有的概念均按照邏輯的上下級關係分為若干層次，各層次的概念依次有連線相通，由此構成一個層次網路，概念的特徵附著於網路的各個結點上；後者則認為概念的表徵依賴於特徵集，任何概念都包括一個定義特徵集和一個描述特徵集，兩個概念的特徵交叉越多，概念的重疊就越多，關係越密切。
（四）問題解決的研究
20世紀50年代中期有兩種論著的發表標誌著信息加工理論對問題解決研究的開始。一是Bruner,Goodnow和Austin（1956）的《思維研究》，主要是研究對刺激信息進行分類的認知過程；一是紐威爾,肖和西蒙發表的研究論文，他們在這篇論文中描述了一項工程研究情況。這項工程研究的目標就是為一台數字計算機開發程序以使它能夠解決問題，而在實際上，這是人工智慧真正的開始。工作的第一步是儘可能收集關於人解決問題的資料，以此資料的分析為基礎來編製類似於人使用的解決問題程序；第二步是收集人與計算機解決同樣問題時的詳細資料，在分析比較的前提下修改計算機程序，以提供更接近人的行為的計算機操作模式。一旦在某一特定任務中的模擬獲得成功，研究者就可以嘗試在更廣泛的任務中使用同樣的信息加工系列和程序。在這些研究中逐漸形成的問題解決理論，後來被完整表述在他們的長篇著作《人類問題解決》中（Newell & Simon，1972，pp.787-868）。這本專著可以被稱為是現代認知心理學關於問題解決研究的經典之作。Newell和Simon認為問題解決是對問題空間不斷進行啟發式搜索的過程。
關於問題解決的另一項主要研究是專家與新手的研究。專家與新手在問題解決方面的差異，主要表現在兩個方面：問題表徵和問題解決方法類型的不同。專家基於在一特定領域中的知識，他們比新手有更豐富的問題表徵，這些表徵可以被看成是包含有亞圖式的圖式。對於專家來說，圖式包含的信息往往是根據基本定律而組織的信息，而不是來自問題的表面信息，專家也更可能使用問題給予的信息，採用正推策略向問題目標狀態推進。新手則可能提出基於可能解決方法的假設然後檢驗假設，這種策略的績效較少。通過應用策略的實踐，專家在正推過程中會把各種回憶起來並容易執行的操作自動化（VanLehn, 1989），通過這樣的自動化和圖式化，專家會把工作記憶的負擔轉到沒有資源限制的長時記憶中去，進一步提高了問題解決的績效和準確性。但是新手必須使用他們的工作記憶搜索問題信息和尋找多個可選的策略，他就沒有了工作記憶空間來監測他們的問題解決進程和精確性。
就目前來講，信息加工心理學關於問題解決的研究還很不成熟。該領域還需要積累更多資料，或者需要更有效的研究手段。
三、信息加工心理學的主要研究方法
信息加工心理學能夠在行為主義統治的美國心理學世界裡異軍突起，這與它在方法上的突破密切相關。具體地說，信息加工心理學最具代表性的方法包括：因素型實驗方法、眼動研究方法、口語報告分析法和計算機模擬法。
（一）實驗方法
信息加工心理學的實驗法，尤以反應時和作業成績為指標的實驗受到重視。與其它心理學分支相比，反應時法是其最有效的和最典型的實驗方法，主要包括減法反應時法和加因素法。
減法反應時法是指當兩個信息加工系列具有包含和被包含關係時，即其中一個信息加工系列除含有另一個信息加工系列的所有過程以外，還存在一個獨特的信息加工階段或過程，這兩個加工系列需要的時間差就是這個獨特的信息加工階段或過程所需要的時間。就如辨別反應包含簡單反應的全部加工階段，同時它還有一個信號分辨的心理加工階段是簡單反應所沒有的，那麼通過反應時間的相減就可以得到辨別的心理加工所需要的時間。很明顯，心理加工越複雜，需要的加工時間就越長。
但是這種方法也有弱點，使用這種實驗要求實驗者對實驗任務引起的刺激與反應之間的一系列心理過程有精確的認識，並且要求兩個相減的任務中共有的心理過程要嚴格匹配，這一般是很難的。這些弱點大大限制了減法反應時法的廣泛使用。
20世紀中期，斯騰伯格(sternberg)提出了加法法則，稱之為加因素法（additive factors methods）。這種方法是減法反應時法的發展和延伸。加因素法反應時間實驗的邏輯是：如果兩個因素的作用是相互制約的，即一個因素的效應可以改變另一個因素的效應，那麼這兩個因素只作用於同一個信息加工階段；如果兩個因素的效應是分別獨立的，即可以相加，那麼這兩個因素各自作用於不同的信息加工階段。這樣，通過單變數和多變數的實驗，從完成作業的時間變化來確定這一信息加工過程的各個階段。因此，重要的不是區分出每個階段的加工時間，而是辨別每個加工的階段和加工的順序，並證實不同加工階段的存在。加因素法假設，當兩個因素影響兩個不同的加工階段時，它們將對總反應時產生獨立的效應，即不管一個因素的水平變化如何，另一個因素對反應時間的影響是恆定的，這就是所謂的兩個因素的影響效應有相加性。加因素法的基本手段是探索有相加效應的因素，以區分不同的加工階段。
（二）眼動研究方法
眼動（eye-movement）即眼球運動，它有三種基本方式：注視（fixation）、眼跳（saccades）和追隨運動（pursuit movement）（閻國利，2004，pp.5-13），這三種眼動方式經常交錯在一起，目的均在於選擇信息、將要注意的刺激物成像於中央窩區域，以形成清晰的像。眼動可以反映視覺信息的選擇模式，對於揭示信息加工的內部機制具有重要意義。眼動實驗依賴於眼動儀，眼動儀就是記錄眼球運動信息的儀器。
從近年來發表的研究報告看，利用眼動儀進行心理學研究常用的資料或參數主要包括：（1）眼動軌跡圖；（2）眼動時間；（3）眼動的方向和距離；（4）瞳孔大小與眨眼。眼動心理學的研究是一個方興未艾的領域，其技術手段、研究思想和涉及的課題領域都還處在迅速的發展過程中。
（三）口語報告分析法
口語報告分析法（protocol analysis），也稱為出聲思考法（think-loud），是一種由被試大聲地報告自己在進行某項操作時的想法來探討內部認知過程的方法。口語報告多半在操作時進行，也可以在操作後通過回憶來敘述。在口語報告實驗時，要求被試大聲如實地報告操作時自己思考的詳細內容，使內部的思維過程外部言語化，但不要他們解釋情境或思維過程。被試所報告的應主要是短時記憶中保留的很快就會消失的信息。內克森和西蒙等人採用這種方法，在認知研究上取得了一定的成就。口語報告分析法已經被許多信息加工心理學家所接受和採用。
（四）計算機模擬法
計算機模擬（computer simulation）是信息加工心理學最有代表性的一種研究方法，它是通過對心理過程的計算機模擬來認識人的心理活動過程的本身，即對人的內部信息加工過程進行邏輯分析。計算機模擬通常和理論分析結合在一起，多從程序縮減、流程分析、程序模擬三個面入手。
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