頓悟問題解決不同階段中工作記憶的作用*

呂 凱，譚頂良

(1.江南大學人文學院，無錫214122;2.南京師范大學心理學院，南京210097)

1 前言

頓悟問題解決是一個長期受到研究者廣泛關注的重要研究領域，其核心課題就是頓悟產(chǎn)生的內(nèi)在機制。大多數(shù)研究者都認為，頓悟的產(chǎn)生要經(jīng)歷“重構”(restructuring)過程，即個體對最初形成的不恰當?shù)膯栴}表征進行改變，并形成新的問題表征的過程。關于重構過程的發(fā)生機制，目前主要存在兩種互相對立的觀點，即特殊過程觀和一般過程觀:前者認為，頓悟問題解決中重構的發(fā)生是某種自動的無意識的過程，無需個體主動搜索，它不同于非頓悟問題解決過程(Metcalfe ＆ Wiebe，1987;Schooler et al.，1993;Jung-Beeman et al.，2004;Ollinger et al.，2006);后者認為，頓悟問題解決中的重構是個體通過積極主動的搜索過程發(fā)現(xiàn)已有問題表征存在的缺陷并形成新的問題表征的過程，它與非頓悟問題解決過程并無本質(zhì)區(qū)別(Weisberg ＆ Alba，1981;Kaplan ＆ Simon，1990;Fleck ＆ Weisberg，2004)。

從執(zhí)行功能的角度來考察頓悟問題解決過程，這是近年來興起的重要研究方向。執(zhí)行功能是決定個體主動搜索能力的關鍵因素，從一般過程觀的觀點看，執(zhí)行功能在頓悟問題解決特別是重構過程中具有重要作用，而從特殊過程觀的觀點看，執(zhí)行功能對于頓悟問題解決特別是重構過程應該不具有顯著影響。因此，考察執(zhí)行功能在頓悟問題解決中的作用為揭示頓悟問題解決的內(nèi)在機制，特別是檢驗兩種重構觀提供了新的視角。目前有關執(zhí)行功能在頓悟問題解決中的作用研究主要集中在工作記憶方面。一些研究發(fā)現(xiàn)，工作記憶能力能夠顯著預測頓悟問題解決成績(Gilhooly ＆ Murphy，2005;Gilhooly＆ Fioratou，2009;Murray ＆ Byrne，2005;DeYoung et al.，2008;Chein et al.，2010;Chein ＆ Weisberg，2014);然而，另一些研究卻發(fā)現(xiàn)，工作記憶能力對于頓悟問題解決的影響并不顯著(Lavric et al.，2000;Fleck，2008;Ash ＆ Wiley，2006)。造成這種差異的一個重要原因可能與頓悟問題解決過程的復雜性有關。

不少研究者認為，頓悟問題解決是一個復雜的過程，可以區(qū)分為多個不同階段。例如，Wallas(1926)認為頓悟問題解決可以分為四個階段，即準備期、醞釀期、豁然期和驗證期;Ash 和Wiley(2006)則把頓悟問題解決分為表征階段、初始解決階段、僵局階段和重構階段。頓悟問題解決的不同階段與工作記憶之間的關系可能存在一定差異。因此，僅僅從整體上考察頓悟問題解決過程可能不足以揭示頓悟問題解決特別是重構過程與工作記憶的關系及其內(nèi)在機制。

基于以上考慮，該研究將嘗試通過直接分離頓悟問題解決不同階段的方法，來考察工作記憶對于頓悟問題解決不同階段的影響。具體來說，該研究將通過讓被試自我監(jiān)測和報告頓悟問題解決進程的方法來直接分離頓悟問題解決的不同階段。該研究包含兩個實驗即實驗1 和實驗2，分別探討言語和空間頓悟問題解決不同階段中工作記憶的作用。

2 實驗1:言語類頓悟問題解決不同階段中工作記憶的作用

2.1 目的

探討言語類頓悟問題解決不同階段中工作記憶的作用。

2.2 被試

通過在校園網(wǎng)的BBS 上發(fā)表廣告招募被試，共有87 人參加。其中男性37 人，女性50 人，年齡最大者25 歲，最小者18 歲，平均值為20.5 ±1.95。全體被試均為本土中國人。

2.3 實驗任務

2.3.1 工作記憶任務

本實驗中使用了多種言語和空間工作記憶廣度任務，使用Visual Basic 6.0 進行編程，在聯(lián)想Idea-Centre K330 臺式機上進行，具體如下:

2.3.1.1 言語工作記憶廣度任務

(1)閱讀工作記憶廣度任務

在該任務中，每次向被試呈現(xiàn)一系列中文陳述句，要求被試判斷這些句子是否合乎語法，同時記住每個句子的最后一個詞。句子呈現(xiàn)完畢后，要求被試按照順序依次回憶這些詞匯，只有回憶完全正確才算成功。每個系列中包含的句子個數(shù)依次從2 增加到8，每個系列中包含兩組句子(即嘗試兩次)，當兩次嘗試都失敗后，則任務終止。被試所能夠達到的最高系列，即其工作記憶廣度值。

(2)運算工作記憶廣度任務

在該任務中，每次向被試呈現(xiàn)一系列四則運算式，要求被試判斷其結果是否正確，同時記住每個運算式右邊呈現(xiàn)的詞匯。一個系列的運算式呈現(xiàn)完畢后，要求被試按照順序依次回憶這些詞匯，只有回憶完全正確才算成功。每個系列中包含的運算式個數(shù)依次從2 增加到8，每個系列嘗試兩次，當兩次嘗試都失敗后，則任務終止。被試所能夠達到的最高系列，即其工作記憶廣度值。

2.3.1.2 空間工作記憶廣度任務

(1)旋轉(zhuǎn)工作記憶廣度任務

在該任務中，每次向被試呈現(xiàn)一組旋轉(zhuǎn)了不同角度的字母，它們有的是正常字母，有的則是正常字母的鏡像，要求被試判斷字母是否是正常字母，同時記住每個字母右邊出現(xiàn)的箭頭指向。字母呈現(xiàn)完畢后，要求被試按照順序依次回憶箭頭指向，只有回憶完全正確才算成功。每個系列中包含的字母個數(shù)依次從2 增加到8，每個系列嘗試兩次，當兩次嘗試都失敗后，則任務終止。被試所能夠達到的最高系列，即其工作記憶廣度值。

(2)對稱判斷工作記憶廣度任務

在該任務中，每次向被試呈現(xiàn)一組圖形，它們有的是左右對稱的，有的則是左右不對稱的，要求被試判斷它們是否是左右對稱的，同時記住每個圖形右邊出現(xiàn)的一個正方形方框內(nèi)紅色小方框的位置。圖形呈現(xiàn)完畢后，要求被試按照順序依次回憶紅色小方框的位置，只有回憶完全正確才算成功。每個系列中包含的圖形個數(shù)依次從2 增加到8，每個系列嘗試兩次，當兩次嘗試都失敗后，則任務終止。被試所能夠達到的最高系列，即其工作記憶廣度值。

2.3.2 頓悟任務

本實驗中將使用言語類頓悟問題作為頓悟任務，解決該問題所需要的頓悟是題目中的人名實際上指的是某種動物。該任務使用紙筆形式進行。具體問題如下:“約翰環(huán)游了整個世界，卻沒有花一分錢，這是為什么?”在該問題解決過程中，被試一開始通常認為約翰是個人，因而無法解決問題，只有當頓悟到約翰不是人而是某種動物時，該問題才能得到解決。

2.4 實驗過程

實驗分為兩次完成，每次約1 小時。實驗采取單個進行的方式，每個被試來到實驗室后，首先向其介紹實驗的目的和要求，待被試表示理解后，進入實驗。每個被試都要完成所有的工作記憶任務和頓悟任務。其中，工作記憶任務在計算機上完成，頓悟任務以紙筆形式完成。一半被試第一次完成工作記憶任務，第二次完成頓悟任務;另一半被試第一次完成頓悟任務，第二次完成工作記憶任務。

在頓悟任務中，主試首先向被試說明和解釋頓悟問題解決的概念和一般過程，特別是關于頓悟問題不同階段的界定，告訴其如何進行反應，具體指導語如下:“心理學研究表明，人們的問題解決過程常常可以分成三個階段:首先，是初始嘗試階段，即看到問題時努力嘗試去解決問題，如果問題較難，經(jīng)過一段時間的初始嘗試后，會陷入第二階段——僵局狀態(tài)，即不知道該怎么做;僵局狀態(tài)持續(xù)一段時間后，人們可能會突然想到解決問題的方法或途徑，即進入第三階段——頓悟階段，從而導致問題解決。該研究旨在深入探討人們的這一問題解決過程。因此，請您在問題解決過程中及時報告自己的問題解決過程。具體做法如下:當您進入僵局狀態(tài)時，立刻向?qū)嶒炛鞒秩藞蟾?當您突然想到解決問題的方法或答案時，立刻向?qū)嶒炛鞒秩藞蟾?當然，您的問題解決過程也可能比較順利，并沒有上述情況發(fā)生，那么您只需報告問題答案即可。”當被試表示完全理解后，主試向其呈現(xiàn)頓悟問題，并開始計時。主試使用秒表進行計時，單位精確到0.01 秒。問題解決的最大時限為50 分鐘，如果屆時被試仍未能解決問題，主試向其呈現(xiàn)答案。

實驗結束后，主試對被試進行訪談，了解被試以前是否遇到過或解決過實驗中呈現(xiàn)的頓悟問題或與之類似的問題。反應指標包括兩項:一是被試報告進入僵局的時間，該時間作為初始搜索階段持續(xù)時間;二是被試報告產(chǎn)生頓悟的時間，該時間減去被試報告進入僵局的時間，作為重構階段所需時間。實驗數(shù)據(jù)使用SPSS13.0 軟件進行統(tǒng)計分析。

2.5 實驗結果

參加本實驗的被試人數(shù)為87 人，其中2 個被試以前曾經(jīng)遇到類似問題，2 個被試看到題目立刻就想到答案，4 個被試沒有報告陷入僵局的時間，有效被試共79 人。其中，成功解決問題的被試為64 人，占有效被試人數(shù)的81.0%，這些被試在各項任務上的成績見表1。

表1 被試在言語頓悟任務和各項工作記憶任務上的成績

將成功解決問題的被試在旋轉(zhuǎn)廣度和對稱判斷廣度上的得分分別轉(zhuǎn)化為標準分數(shù)后，取其平均值作為個體空間工作記憶廣度值;將被試在運算廣度和閱讀廣度上的得分分別轉(zhuǎn)化為標準分數(shù)后，取其平均值作為個體言語工作記憶廣度值。然后，計算各項指標的相關系數(shù)矩陣，結果見表2。

表2 被試言語頓悟問題解決成績與工作記憶廣度的相關矩陣

2.6 分析與討論

從表2 的數(shù)據(jù)來看，言語頓悟問題解決中初始搜索階段持續(xù)時間與重構階段持續(xù)時間不存在顯著相關，即言語頓悟問題解決中初始搜索階段持續(xù)時間與重構階段持續(xù)時間不存在顯著相關，這說明初始搜索階段與重構階段具有相對獨立性。

言語頓悟問題解決初始搜索時間與空間工作記憶廣度(R2=0.32)、言語工作記憶廣度(R2=0.07)均存在顯著負相關，即工作記憶能力越強，初始搜索階段所需時間越少;但言語重構階段時間與空間工作記憶廣度、言語工作記憶廣度均不存在顯著相關，即工作記憶能力對于重構階段所需時間無顯著影響。這些結果表明，工作記憶對于言語頓悟問題解決的初始搜索階段與重構階段有著不同的影響，它主要作用于初始搜索階段而非重構階段。

3 實驗2:空間類頓悟問題解決不同階段中工作記憶的作用

3.1 目的

探討空間類頓悟問題解決不同階段中工作記憶的作用。

3.2 被試

通過在校園網(wǎng)的BBS 上發(fā)布廣告招募被試，共有被試119 人。其中男性51 人，女性68 人，年齡最大者25 歲，最小者16 歲，平均值為20.0 ±2.18。全體被試均為本土中國人。

3.3 實驗任務

3.3.1 工作記憶任務:同實驗1

3.3.2 頓悟任務

本實驗中將使用空間類頓悟問題作為頓悟任務，該任務使用紙筆形式進行。所使用的問題是對傳統(tǒng)頓悟問題“農(nóng)場問題”(Dow ＆ Mayer，2004)進行修改而形成的，具體問題如下:“有一塊V 字形農(nóng)場，請問如何將它們分割為形狀相同且面積相等的三部分?”。解決該問題所需要的頓悟是分割圖形時按照V 字形分割，即分割成三塊V 字形土地。

3.4 實驗過程:同實驗1

3.5 實驗結果

參加本實驗的被試人數(shù)為119 人，其中3 個被試看到題目立刻就想到答案，2 個被試沒有報告陷入僵局的時間，有效被試共114 人。其中，成功解決問題的被試為50 人，占有效被試人數(shù)的43.9%，這些被試在各項任務上的成績見表3。

表3 被試在空間頓悟任務和各項工作記憶任務上的成績

將成功解決問題的被試在旋轉(zhuǎn)廣度和對稱判斷廣度上的得分分別轉(zhuǎn)化為標準分數(shù)后，取其平均值作為個體空間工作記憶廣度值;將被試在運算廣度和閱讀廣度上的得分分別轉(zhuǎn)化為標準分數(shù)后，取其平均值作為個體言語工作記憶廣度值。然后，計算各項指標的相關系數(shù)矩陣，結果見表4。

表4 被試空間頓悟問題解決成績與工作記憶廣度的相關矩陣

3.6 分析與討論

從表4 來看，空間頓悟問題解決初始搜索階段時間與空間頓悟問題解決重構階段時間不存在顯著相關，即空間頓悟問題解決中初始搜索階段持續(xù)時間與重構階段持續(xù)時間不存在顯著相關，這一點與前面的言語頓悟問題解決實驗結果是一致的，說明初始搜索階段與重構階段具有相對獨立性。

空間頓悟問題解決初始搜索階段時間與空間工作記憶廣度存在顯著負相關(R2=0.08)，即空間工作記憶能力越強，初始搜索階段所需時間越少;不過，空間頓悟問題解決初始搜索階段時間與言語工作記憶廣度的負相關并未達到顯著性水平，這可能反映了空間問題解決過程對于空間工作記憶依賴性更大。

空間頓悟問題解決重構階段時間與空間工作記憶廣度、言語工作記憶廣度均不存在顯著性相關，即工作記憶能力對于重構階段所需時間無顯著影響。這一點與前面的言語頓悟問題解決實驗結果是一致的，顯示工作記憶能力主要作用于空間頓悟問題解決的初始搜索階段，而非重構階段。

4 總討論

頓悟問題解決研究的核心課題就是頓悟產(chǎn)生的內(nèi)在機制。本研究通過讓被試自我監(jiān)測和報告頓悟問題解決進程的方法來直接分離頓悟問題解決的不同階段，在此基礎上考察工作記憶對于頓悟問題解決不同階段特別是重構階段的作用，獲得了幾點有意義的發(fā)現(xiàn)。

不少研究者認為，頓悟問題解決是一個復雜的過程，可以區(qū)分為多個不同階段(Wallas，1926;Ash＆ Wiley，2006)。但是，這種觀點一直停留在理論層面上，缺乏實驗證據(jù)的支持。該研究結果為頓悟問題解決過程的階段論觀點提供了重要的實驗證據(jù)，無論是在言語還是空間頓悟問題解決中，初始搜索階段持續(xù)時間和重構階段持續(xù)時間均不存在顯著相關，這說明頓悟問題解決的初始搜索階段與重構階段是相對獨立的兩個階段，也從某個側面反映出筆者在本實驗中使用的階段分離方法具有一定的有效性。

更重要的是，該研究發(fā)現(xiàn)，無論是在言語還是空間頓悟問題解決中，工作記憶能力對于頓悟問題解決的初始搜索階段和重構階段有著不同的影響。具體來說，初始搜索階段所用時間與工作記憶能力存在顯著負相關，即工作記憶能力越強，初始搜索階段所需時間越少，說明工作記憶有助于初始搜索過程的完成，這表明頓悟問題解決的初始搜索階段與常規(guī)性問題解決過程非常類似。

然而，重構階段所用時間卻與工作記憶不存在顯著性相關，工作記憶能力并不影響頓悟問題解決的重構過程，這一點支持了關于重構過程機制的特殊過程觀而非一般過程觀。如前文所述，目前關于重構過程的內(nèi)在機制主要存在兩種互相對立的觀點，即特殊過程觀和一般過程觀。從該研究的結果來看，頓悟問題解決的重構過程與工作記憶所代表的執(zhí)行功能和主動搜索能力無關，支持了關于重構機制的特殊過程觀。

5 結論

5.1 頓悟問題解決中的初始搜索階段與重構階段是相對獨立的兩個階段。

5.2 工作記憶對于頓悟問題解決的不同階段有著不同的影響，它主要影響頓悟問題解決的初始搜索階段，工作記憶能力越強，初始搜索過程所需時間越少。

5.3 工作記憶對于頓悟問題解決的重構階段無顯著影響，這一點支持了關于重構機制的特殊過程觀。

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