認知發(fā)展理論信息加工理論PPT課件

1、信息加工理論的界定 認知心理學有廣義、狹義之分，廣義的認知心理學是指凡是研究人的認識過程的，都屬于認知心理學。 目前西方心理學界通常所指的認知心理學，是指狹義的認知心理學，也就是所謂的信息加工心理學。 信息加工心理學是指用信息加工的觀點和術(shù)語，通過與計算機相類比，模擬、驗證等方法來研究人的認知過程，認為人的認知過程就是信息的接受、編碼，貯存、交換、操作、檢索、提取和使用的過程。第1頁/共56頁信息加工是一個框架而非一個理論 信息加工框架內(nèi)有許多不同的理論。 創(chuàng)建于20世紀60-70年代的初創(chuàng)體系被稱作標準的、早期的、經(jīng)典的理論。 新近還有變革。第2頁/共56頁兩種研究取向的由來 20世紀中期，

2、西方主流心理學掀起一場推翻行為主義心理學的革命，產(chǎn)生了認知心理學。 認知心理學的目的在于研究和揭示人的認知過程的本質(zhì)，但由于大腦本身的不可直接研究性，使認知心理學不得不在孕育和誕生之時就以假設、模擬和類比的方式來進行認知過程的研究。 符號加工和聯(lián)結(jié)主義就是伴隨認知心理學誕生而出現(xiàn)的兩種研究認知心理學的理論傾向。符號加工取向聯(lián)結(jié)主義取向把認知過程類比為計算機運算過程，“心理活動像計算機”把認知過程類比為神經(jīng)網(wǎng)絡的整體活動，“心理活動像大腦”第3頁/共56頁符號加工取向 最早由奈塞提出，后來由紐厄爾和西蒙等人發(fā)展。他們通過對人類思維的研究創(chuàng)立了人工智能這門新學科，對認知科學的發(fā)展作出了重大的貢獻。

3、 人類問題解決一書，是這一領(lǐng)域的極為重要的著作。 “物理符號系統(tǒng)”假設是紐厄爾和西蒙的最著名理論。第4頁/共56頁物理符號系統(tǒng)假設 物理符號系統(tǒng)理論的貢獻在研究具體事件的計算機科學和研究抽象事件的心理學之間架起了一座橋梁。 用計算機的已知工作原理建立了人類認知模型。第5頁/共56頁物理符號系統(tǒng)的六種功能 輸入符號(input)：把字母打進計算機，眼睛看黑板上的字都可認為是一種輸入； 輸出符號(output)：計算機熒光屏上顯示出結(jié)果，人在紙上寫字，都是輸出； 存儲符號(store):計算機中貯存信息，人記住某件事，都是存儲符號的功能； 復制符號(copy):計算機能復制出一段文字材料，人認出某

4、個字，并復制出來成為表征，存儲在腦子的某個地方，這都是復制符號的功能。第6頁/共56頁 建立符號結(jié)構(gòu)(build symbol structure):計算機通過找到各種符號之間的關(guān)系，形成符號結(jié)構(gòu)。老師為了講課匯集各種材料、建立它們之間的聯(lián)系，使之構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)。 條件性遷移(conditional transfer):計算機依賴已有的符號繼續(xù)完成行為，即根據(jù)具體情況來改變符號結(jié)構(gòu)。如智能計算機輔助教學程序就具備這種條件性遷移功能。人在記憶中已經(jīng)有了一定的符號系統(tǒng)，再加上外界的輸入，就可以繼續(xù)完成一個活動過程。第7頁/共56頁物理符號系統(tǒng)的假設與推論 假設：任何一個系統(tǒng)，如果他能表現(xiàn)出智能

5、的話，它就必須執(zhí)行上述功能。 三推論：1、既然人具有智能，他就一定是一個物理符號系統(tǒng)； 2、既然計算機是一個物理符號系統(tǒng)，它就能表現(xiàn)出智能，這是人工智能的基本條件； 3、既然人是一個物理符號系統(tǒng)，計算機也是一個物理符號系統(tǒng)，那么我們就能夠用計算機模擬人的活動。第8頁/共56頁聯(lián)結(jié)主義認知心理學發(fā)展歷程18901890年，詹姆斯的心理學原理對相關(guān)學習、聯(lián)想記憶的基本原理進行了開創(chuàng)性研究。1、1943年，麥克洛奇和匹茨發(fā)表了神經(jīng)系統(tǒng)中所蘊涵思想的邏輯演算，提出M-P模型（閾值模型）。2、赫布提出“聯(lián)結(jié)主義”概念及赫布學習定律。3、魯梅爾哈特制造出視知覺的腦模型感知機。1、1969年，人工智能學者明

6、斯基和佩帕特出版感知機，指出感知機處理能力有限。2、人工智能領(lǐng)域取得的研究成果認為不需要考慮腦功能的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。1、人工智能用符號邏輯的思維方式不能解決人類思維的本質(zhì)問題。2、腦科學與神經(jīng)科學獲得了重大研究成果。3、1982年霍普菲爾德提出神經(jīng)網(wǎng)絡模型是復興的標志。1986年由魯梅爾哈特和麥克萊蘭德出版了聯(lián)結(jié)主義認知心理學的“圣經(jīng)”-平行分布加工：認知結(jié)構(gòu)的微觀探索。啟蒙階段開始階段蕭條階段復興階段鼎盛時期第9頁/共56頁聯(lián)結(jié)主義模式與基本內(nèi)涵 基本含義：聯(lián)結(jié)主義模式（平行分布加工、人工神經(jīng)網(wǎng)絡、亞符號范式）通常是指“通過簡單加工單元之間的聯(lián)結(jié)方式進行計算的一類模型”。（Morris,1989）

7、基本構(gòu)成單位是單元和聯(lián)結(jié)。 基本內(nèi)涵：聯(lián)結(jié)主義認為認知是由相互聯(lián)系的具有活性值的神經(jīng)單元構(gòu)成的網(wǎng)絡的動態(tài)整體活動，這種網(wǎng)絡實現(xiàn)的整體狀態(tài)與對象世界的特征基本一致，聯(lián)結(jié)主義網(wǎng)絡模型中的神經(jīng)節(jié)中不包含任何信息，信息是整個交互作用的神經(jīng)節(jié)的激活模式，知識信息并不存在于特定的地點，而是存在于神經(jīng)網(wǎng)絡的連接中或權(quán)重里，通過調(diào)整權(quán)重就可以改變網(wǎng)絡的聯(lián)結(jié)關(guān)系并進而改變網(wǎng)絡的功能。第10頁/共56頁第11頁/共56頁平行結(jié)構(gòu)和平行處理機制 聯(lián)結(jié)主義神經(jīng)網(wǎng)絡是由大量簡單加工單元相互聯(lián)結(jié)構(gòu)成的高度平行的非線性網(wǎng)絡，不僅如此，網(wǎng)絡的所有運算處理也都是同時平行進行的，在同一層次內(nèi)的所有加工單元都是同時進行操作的。 由

8、于在隱含單元層中存有大量原型，一旦給網(wǎng)絡輸入一個刺激，隱含層中的所有神經(jīng)單元立即同時被激活，并在儲存的模型中尋找與輸入數(shù)據(jù)相匹配的原型，并快速做出反應。同時處理信息，運算速度加快第12頁/共56頁分布式表征 模擬大腦聯(lián)想或直觀能力 聯(lián)結(jié)主義網(wǎng)絡模型呈現(xiàn)的是高度分布及維度-轉(zhuǎn)換表征特征，而且網(wǎng)絡是以疊加的方式來貯存知識的。 知識存在于整個神經(jīng)網(wǎng)絡的相互聯(lián)結(jié)權(quán)重之中，與此相應，采用分布式表征的方式來加工知識，分布式表征可以同時滿足多重約束，節(jié)約大量單元，而且加工速度也很快。 以整體論方式來貯存和提取信息第13頁/共56頁連續(xù)性和亞符號性 傳統(tǒng)的符號加工理論是以離散的物理符號來表征較高級的概念，它處

9、理的是知識的結(jié)晶。 聯(lián)結(jié)主義則強調(diào)模擬運算的連續(xù)性和信息表征的亞符號性，它處理的是直覺經(jīng)驗以及尚未結(jié)晶或升華為用語言表達出來的概念，即亞概念。第14頁/共56頁很強的容錯性 人的大腦神經(jīng)系統(tǒng)本身就具有很強的容錯性，大腦細胞的自動死亡并不影響人的認知能力，甚至大腦的局部損傷也不影響大腦的整體功能。 聯(lián)結(jié)主義也具有這樣的特征，由于模型中信息的分布式儲存和分布式表征，如果某個神經(jīng)單元或聯(lián)結(jié)受到損傷，記憶的一部分會有稍微降低，但整個記憶概念不會丟失。但是與真實大腦一樣，其容錯能力也是有限的。第15頁/共56頁自適應、自學習、自組織 人腦的優(yōu)越性在于人腦可以根據(jù)環(huán)境通過“自學”來認識未學習過的新知識并解

10、決不熟悉的新問題。 聯(lián)結(jié)主義模擬了人腦的這一特點，當網(wǎng)絡面對一個全新的輸入模式時，其自身可以通過采取一定的訓練策略來調(diào)整神經(jīng)單元之間的權(quán)重并修正自身的特性以達到某種預期的效果。第16頁/共56頁抵制噪聲 人類通常可以在噪聲很大的環(huán)境下從事工作而不影響工作的效果。 聯(lián)結(jié)主義模擬了這一特點，聯(lián)結(jié)主義網(wǎng)絡經(jīng)?？梢缘种圃肼暎驗榧偃缭肼暃]有大到混淆網(wǎng)絡的思維，輸入與所存儲的一切不同模式相類似，網(wǎng)絡就可以正確地提取所存儲的記憶。第17頁/共56頁符號加工取向符號加工取向聯(lián)結(jié)主義取向聯(lián)結(jié)主義取向認知模擬對認知模擬對象象計算機人腦（接近神經(jīng)網(wǎng)絡）認知機制認知機制操縱符號，通過對符號的接收、編碼、存儲、提取、

11、變換和傳遞來加工信息通過簡單加工單元之間的聯(lián)結(jié)方式進行計算，基本構(gòu)成成分包括單元和聯(lián)結(jié)認知過程認知過程以序列方式一次一個事件串行加工同時平行處理所有的運算、操作所有的加工單元知識表征知識表征以離散的物理符號來表征較高級的概念，處理的是知識的結(jié)晶表征和處理的是直覺經(jīng)驗以及尚未結(jié)晶或升華為用言語表達出來的概念，即“亞概念”第18頁/共56頁具身認知 自20世紀60年代以來，認知心理學一直是西方心理學的主流。最初，以計算機模擬為基礎(chǔ)的符號加工模式在認知心理學中居于支配地位，其后，以神經(jīng)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和并行加工原理為基礎(chǔ)的聯(lián)結(jié)主義模式進入認知心理學家的視野。 受認知語言學、文化人類學、哲學、機器人技術(shù)、人

12、工智能等學科的影響，認知心理學正在經(jīng)歷一場“后認知主義”的變革。在這場變革中，具身認知成為一個焦點論題，代表了認知心理學研究中的一個新取向。 第19頁/共56頁 從符號加工到聯(lián)結(jié)主義，心靈始終與身體分離。笛卡爾的身心二元論一直主導著人們對身心關(guān)系的認識。但具身認知的出現(xiàn)打破了這一局面，身心一體論得以確立。具身認知通過身體的主體性來說明認知對于身體的依賴。近年來神經(jīng)科學的發(fā)展也為具身思想提供了生理學的依據(jù)。具身認知的出現(xiàn)為重構(gòu)認知理論提供了新思路。第20頁/共56頁 傳統(tǒng)認知主義的基本信條是“認知是可計算的”。依據(jù)這種觀點，認知過程類似于計算機的符號加工過程，都是一種對信息的處理、操縱和加工。

13、如果把大腦比作計算機的硬件，那么認知就是運行在這個“硬件”上的“軟件”或“程序”。由于程序從功能上是獨立于硬件的，那么從理論上講，認知獨立于包括大腦在內(nèi)的身體，于是就出現(xiàn)了所謂的“離身的”的認知或心智。第21頁/共56頁 認知心理學的聯(lián)結(jié)主義模式建構(gòu)了“人工神經(jīng)網(wǎng)絡”，力圖體現(xiàn)大腦神經(jīng)元的并行分布式加工和非線性特征，研究目標從計算機模擬轉(zhuǎn)向人工神經(jīng)網(wǎng)絡的建構(gòu)。試圖找尋認知是如何在復雜的聯(lián)結(jié)和并行分布加工中得以涌現(xiàn)的。然而，無論聯(lián)結(jié)主義的研究風格與符號加工模式多么迥然相異，兩者在“認知的本質(zhì)就是計算”方面是相同的。 認知雖然表現(xiàn)在包括大腦在內(nèi)的身體上，但是卻不依賴于身體，其功能是獨立的。 第22

14、頁/共56頁 具身認知的倡導者對這種離身的認知提出異議。 主張思維和認知在很大程度上是依賴和發(fā)端于身體的，身體的構(gòu)造、神經(jīng)的結(jié)構(gòu)、感官和運動系統(tǒng)的活動方式?jīng)Q定了我們怎樣認識世界，決定了我們的思維風格，塑造了我們看世界的方式。 如果我們擁有蝙蝠的生理結(jié)構(gòu)，我們所感知到的世界就完全不是現(xiàn)在的樣子。第23頁/共56頁理解一 認知過程進行的方式和步驟實際上是被身體的物理屬性所決定的。 例：對于深度知覺來說，最重要的影響因素源于兩眼視差的雙眼網(wǎng)膜映像的差異。但這種差異同身體和頭部的轉(zhuǎn)動有很大的關(guān)系。頭部轉(zhuǎn)動和身體的運動使得雙眼網(wǎng)膜映像差異明顯，促進了深度知覺的形成。因此，頭部的轉(zhuǎn)動和身體的前后運動實際上

15、構(gòu)成了深度知覺信息加工的步驟。第24頁/共56頁理解二 認知的內(nèi)容也是身體提供的。 我們的身體以及身體同世界的互動提供了我們認識世界的最原始概念。例如，上下、左右、前后都是以身體為中心，冷熱溫涼也是身體感受到的。以這些身體中心的原型概念為基礎(chǔ)，我們發(fā)展出其他一些更抽象的概念，如熱情、冷淡、興高采烈、死氣沉沉等。以身體為中心，我們把上面的、接近我們的視為積極的，把下面的、遠離我們的視為消極的。 第25頁/共56頁理解三 認知是具身的，而身體又是嵌入環(huán)境的。 傳統(tǒng)認知理論將認知看做是抽象的內(nèi)部狀態(tài)，是外部世界的內(nèi)部表征，或一些靜態(tài)的事實或規(guī)則。但具身認知強調(diào)了身體與世界的互動，是大腦、身體與環(huán)境相

16、互作用的結(jié)果，是一個動態(tài)的過程。環(huán)境中的信息也是我們認知過程中所要操作的對象。 “在解決乘法問題時，鉛筆與紙張如此緊密地融合于認知行為中，并且沒有原則性的理由把這些外部物體同認知系統(tǒng)的其他成分區(qū)別開來”。第26頁/共56頁一.智力理論演變的三階段模型圓圈：特定方法中關(guān)于智力的分析單元外圍粗線：強調(diào)單元具有高度的秩序表示智力理論中單元的不同組織原則，圓圈的位置和數(shù)量則僅表示描述說明第27頁/共56頁階段1 兩種競爭理論 1.一元論：分析單元的單一事例決定著對智力的思考 例：智力因素理論的發(fā)展，斯皮爾曼的一般智力理論，只承認一種單一的起控制作用的整體結(jié)構(gòu)即一般因素。格式塔學派關(guān)于智力概念的關(guān)鍵是頓

17、悟 2.二元論：許多獨立的具有一定的單元的事例決定著對智力的思考 例：湯姆森認為智力應包含大量的具有獨立結(jié)構(gòu)的紐帶，即反射、習慣、聯(lián)想學習 桑代克關(guān)于智力的SR 階段1中，緊張未解決，雙方容納對方關(guān)于智力本質(zhì)的概念而達到解除，進入階段2第28頁/共56頁階段2 兩種對抗的理論 1.層次論：某種智力的單元決定其他事例，但事實上單元中的其他事例屬于統(tǒng)一體系中。 例：卡特爾的智力理論，一般因素支配群因素，群因素支配特殊因素 斯滕伯格，把元智力成分同其他成分區(qū)分開來，他們的目的都是在2a的層次上解決了1a和1b之間的沖突，且明顯繼承1a 2.多級層次理論：特定單元的實力彼此之間不獨立，可能在很多方面相

18、互重疊，如功能、結(jié)構(gòu)、因果關(guān)系等。對階段1中多重事例中的兩種觀點的整合，更多繼承1b 例：西蒙等提出的產(chǎn)生式系統(tǒng)理論第29頁/共56頁階段3 單一且兼容的觀點，即所有不同因素融合成一種單一的一體化的觀點，缺乏對抗的事例造成了緊張，給研究者提出了重新探索智力的要求 1.停滯不前 2.找到一種亞新方法 3.發(fā)現(xiàn)一種新方法 第30頁/共56頁二.人類智力的三層次理論 1.智力的情景子理論(我把智力看成是直接指向同個體生活有關(guān)的.選擇和塑造現(xiàn)實世界環(huán)境的心理活動)(1).情景子理論解決心理活動同情境的適應 個體努力達到自己與其環(huán)境之間的適應（個體、階段）(2).智力在情景方面的獨特性 a.現(xiàn)實世界 b

19、.相對性 c.有目的性 d.適應性 e.選擇性 f.塑造斯滕伯格斯滕伯格第31頁/共56頁(3).情景子理論評價優(yōu)點: a.智力的情景子理論避免了惡性循環(huán) b.使人們看到了智力同人的生活與構(gòu)成智力行為的外部世 界之間的關(guān)系 c.解決了期望標準的混淆 e.提供了將差異,認知和別的理論放在一起的框架缺點: a.不可歪曲 b.含糊性 c.不完善第32頁/共56頁2.智力的經(jīng)驗子理論 含義:用某種任務在一定范圍的功能來衡量智力.一定范圍的功能又需要兩種能力中的一種或兩種,第一種能力是滿足處理各種新穎的任務和情境的需要,第二章能力是自動地對信息進行加工處理 (1).滿足處理各種新穎的任務和情境的需要 a

20、.新穎的任務 b.新的情境 c.任務.情境和個人之見的相互作用 （2）.自動對信息進行加工的能力 a.作為完成任務的一種功能的自動化 b.作為情境的一種功能的自動化 c.任務、情境和個人的相互作用 d.解決新情況、新任務的能力和自動化信息加工自動化之間的關(guān)系（加工資源的分配：新穎性和自動化技能） 第33頁/共56頁（3）思考：哪些任務適合于測量智力？ 一、實驗室任務：簡單的實驗室任務：簡單反應時、選擇反應時、字幕識別；較復雜的實驗室任務：類比、分類、演繹推理 二、各種心理測驗的任務第34頁/共56頁3.人類智力的成分子理論 揭示智力操作后面所潛伏的心理機制。智力理論的基本分析單元是智力成分，而

21、智力成分就是一種基本的信息加工過程。 （1）.元成分：指在完成任務時，用在計劃、監(jiān)控和決策方面的較高程序性的加工 a.決定什么問題需要解決 b.選擇低層次成分 c.選擇適合于信息的一種或多種表征或組織 d.聯(lián)合低層次成分策略的選擇 e.決定注意資源的分配 f.決策監(jiān)控 g.對外部反饋的敏感性第35頁/共56頁（2）執(zhí)行成分 定義：指用于一個任務執(zhí)行過程中的加工（傾向于自動進入到解決任務的各階段） a.編碼成分 b.成分的聯(lián)系或比較 c.反應成分第36頁/共56頁（3）知識獲得成分（學習新的信息加工） 三種成分與此相關(guān) a.選擇性編碼，例，從無關(guān)信息中獲得有關(guān)信息 b.選擇性聯(lián)結(jié)，例，聯(lián)結(jié)選擇的

22、編碼信息 c.選擇性比較，例，新獲得的信息或檢索的信息同過去獲得的信息進行比較 成分分類 一般成分、分類成分、特殊成分第37頁/共56頁三成分之間的相互關(guān)系雙實線箭頭：一種智力成分被另一種智力成分直接激活，單實線箭頭：一種智力成分被另一種智力成分間接激活，相同智力成分之間的反饋單虛線箭頭：從一種智力成分到另一種智力成分的直接反饋元成分：概括水平最高、參與面最廣、最關(guān)鍵的決定性成分M：一組元成分A.R.T：知識獲得的智力成分T：遷移信息的功能P：一組操作成分第38頁/共56頁4.三層次智力理論對理解智力本質(zhì)的啟發(fā) （1）確實存在一個“一般智力”的因素 （2）智力由一組基本的心理能力組成 （3）在

23、層次因素分析中，存在兩個較大的因素，有時被稱為晶體智力和流體智力 （4）因素分析旋轉(zhuǎn)以后，導致大量智力結(jié)構(gòu)因素的出現(xiàn) （5）最佳且簡單的綜合智力測驗之一是詞匯測驗 （6）兒童智力的絕對水平隨年齡增加 （7）智力測驗提供了對學業(yè)成就的預測，雖然不完美，但相當好 （8）有時人們在某一方面的智力功能可能很好，在另一方面可能很差 （9）智力對創(chuàng)造力來說是必要條件但不是充分條件 （10）智力操作的速度和準確性（或質(zhì)量）可能存在正相關(guān)、負相關(guān)或零相關(guān) （11）智力操作訓練在元成分和操作成分水平上進行時，是最成功的 （12）智力在不同的文化中可能意味著不同的內(nèi)容第39頁/共56頁5.創(chuàng)造力三維模型理論 一、

24、創(chuàng)造性地應用智力 二、認知方式 a.認知運算的功能 b.認知運算的管理 c.認知運算的層次 e 認知運算的范圍 f.認知運算的學習 三、人格特質(zhì) a.對含糊的容忍 b.愿意克服障礙 c.愿意讓自己的觀念不斷發(fā) 展 d.活動受內(nèi)在動機的驅(qū)動 e.有適度的冒險精神 f.期望被 認可 g.愿意為爭取再次被認可而努力第40頁/共56頁經(jīng)典信息加工模式第41頁/共56頁后經(jīng)典信息加工理論一、研究模式的改進 采用人類被試 采用計算機來模擬人類的心理操作 一種假設：如果給予計算機程序與人類相同的問題解決的輸入，并且計算機產(chǎn)生與人類相同的輸出，那么這一程序很可能包含了與人類神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)部的那些操作相同的成分和加

25、工步驟。 兩大任務：（1）計算機的每一程序都能準確模擬兒童在特定心理發(fā)展階段的思維過程；（2）如何解釋某一階段的程序轉(zhuǎn)換為系列中的下一程序的方法。（克拉爾和華萊士）第42頁/共56頁 關(guān)于計算機與人類信息加工，有兩個主要的發(fā)展： 人工智能(artificial intelligence)：常常只是用來指計算機所遵循的信息加工步驟，而不管這些步驟是否模擬了人類加工信息的實際的方式。人工智能中一個最實際的目標，是要發(fā)現(xiàn)計算機貯存、提取、運演和使用信息的最佳方式，至于人類在解決問題時是否遵循這些步驟，這不是他們所關(guān)心的。 計算機模擬(computer simulation)：通常是指利用各算機和計算

26、機語言來描述人類信息加工過程時所采用的方法。這方面最典型的人物是西蒙。他認為，人的認識活動與計算機是一一對應的。第43頁/共56頁二、信息加工模式的修正 阿什克拉夫特系列加工與平行加工有意識加工到自動化加工 元認知 注意 知識表征內(nèi)隱知識和推理數(shù)據(jù)驅(qū)動加工與概念驅(qū)動加工第44頁/共56頁注意： 注意的重要性：注意在信息從感覺記憶轉(zhuǎn)換到短時記憶中的關(guān)鍵作用，注意在任何有意識的或部分有意識的心理操作中的重要功能。（對環(huán)境信息的選擇性，舉例）第45頁/共56頁高度有意識 完全自動化（過獨木橋） （騎自行車） 簡單且被經(jīng)常練習的行為就成為自動化，實施這些行為的時候不再需要有意識的努力。意識的努力程度有意識加工到自動化加工維度：第46頁/共56頁系列加工與平行加工： 經(jīng)典信息加工模式：傾向于將所有的認知和運動活動描述為系列加工（即學習新東西或解決復雜問題時信息一步接一步加工）。 后經(jīng)典加工模式：區(qū)分系列加工與平行加工（得到良好訓練的較為簡